Druk bezig met het calculeren van een nieuw project? Vergeet het nieuwste, innovatieve en meest efficiënte klimaatsysteem in de markt niet, de LG Multi V IV. Hiermee vergroot u zeker de kans op het binnenhalen van uw project. Upload de concurrerende projectaanvraag en laat u overtuigen door de nieuwste energiezuinige technieken en de beste specs in de vorm van een second opinion. Ontvang direct 2 gratis bioscooptickets en maak tevens kans op een LG G PAD, een van de nieuwste LG G2 mobiele telefoons, of twee ZiggoDome concert tickets. When it’s all possible, life’s good.
VERGROOT ÚW KANSEN! én ontvang 2 bioscooptickets
+
win*
JAARGANG 43 NR.6 TVVL MAGAZINE JUNI 2014
www.LGMultiV4.nl
Juni 2014 | Jaargang 43 | Nr 6
De nieuwe energiewereld Een slim net en slimme meter `0 ampère visie’ in de praktijk
Thema:
Slimme Elektrotechniek
* Bij deelname maakt u tevens kans op een LG G-Pad, LG G2 telefoon of ZiggoDome concerttickets TM0614_cover.indd 1
3-6-2014 12:02:21
Oplossingen voor een gezond binnenklimaat Solid Air ontwikkelt en produceert innovatieve oplossingen voor een gezond en comfortabel binnenklimaat. Systemen die ruimtes voorzien van frisse
INTEGRAAL INSPECTEUR & ADVISEUR VASTGOED
LUCHTBEHANDELING
Inspelend op de wens uit het werkveld (waaronder Rijksgebouwendienst/RGD) om te
lucht en de juiste temperatuur. Alles op het gebied van klimaatbeheersing
komen tot een integrale aanpak van vastgoedmanagement zijn twee opleidingen
en luchttechniek, van roosters en luchtbehandelingskasten tot en met
ontwikkeld. Beide opleidingen zijn inmiddels meerdere keren succesvol van start gegaan. De opleidingen zijn ook incompany uitgevoerd bij o.a. RGD en Dienst Vastgoed Defensie.
koelconvectoren en klimaatplafonds.
Uitgangspunt is de integratie van de diverse disciplines (BOEI: Brandveiligheid, Onderhoud, Energie, Inzicht in voldoen aan wet- en regelgeving). We onderscheiden een
Producten van Solid Air onderscheiden zich door efficiënt warmte- en koudetransport, lage temperatuurverwarming, hoge lekdichtheidsklasses
uitvoerend inspecteur op mbo-niveau en een adviseur op hbo-niveau. LUCHTVERDEELTECHNIEK
• Integraal Inspecteur Vastgoed • Integraal Adviseur Vastgoed
en het gebruik van duurzame materialen. U komt Solid Air tegen in kantoorgebouwen, zorginstellingen, ziekenhuizen, scholen en in de woningbouw. Zowel nationaal als internationaal.
29 september 2014 29 september 2014
Voor beide opleidingen geldt dat door asset-owners (waaronder Rijksgebouwendienst) deze opleidingen verplicht zijn gesteld voor gunning van werkzaamheden. De opleidingen
De kracht van Solid Air
bereiden u optimaal voor op certificering door Hobéon. Mogelijke vervolgopleidingen zijn b.v. post-hbo Onderhoud & Management en Onderhoudstechnologie.
• Alle disciplines in huis:
• Eigen productontwikkeling en
en klimaatplafonds
• Flexibel en snel bij specifieke
Luchtbehandeling, luchtverdeling
• Breed en bekend productenpakket met goede energieprestaties
• Zeer korte levertijden van zowel
standaard producten als maatwerk
testfaciliteiten
Meer weten? Kijk op www.engineering.cvnt.hu.nl voor alle informatie.
KLIMAATPLAFONDS
Voor ons complete aanbod en maatwerkmogelijkheden kijkt u op www.cvnt.nl U kunt uiteraard rechtstreeks contact opnemen: (088) 481 8888, info@cvnt.nl
klantwensen
• Uitstekende documentatie
ER VALT NOG GENOEG TE LEREN
van al onze producten
• Gemotiveerde medewerkers
solid-air.com Solid Air maakt deel uit van de Nijburg Industry Group. De groep omvat een internationaal actieve organisatie die bestaat uit de bedrijven Solid Air (luchtbehandeling, luchtverdeeltechniek, klimaatplafonds) , Velu klimaattechnische groothandel, Nijburg Klimaattechniek (engineering,
Tel +31 20 696 69 95 mail@solid-air.com
installatie en montage) en Nijburg Products (productie/fabricage)
NIG_SA_1/1 pag. IZ.indd 1 TM0614_omslag_binnen_02_71.indd 2
05-05-14 23:31
FC_A4-Sept2014.indd 1
27-05-149:11:25 11:04 6-6-2014
Inhoudsopgave REDACTIERAAD: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ir. J.H.A. (Jan) Feijes Mw. dr. L.C.M. (Laure) Itard M. (Michiel) van Kaam Ing. J. (John) Lens H. (Henk) Lodder G.J. (Geert) Lugt Mw. drs. C. (Carina) Mulder W. (Will) Scheffer Mw. drs.ir. I. (Ineke) Thierauf Ing. J. (Jaap) Veerman Ing. R (Rienk) Visser Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE: Drs.ir. P.M.D. (Martijn) Kruijsse (voorzitter) Ing. J. (John) Lens Mw. drs. C. (Carina) Mulder Ing. F.J. (Frank) Stouthart (eindredacteur) REDACTIE-ADRES: TVVL: De Mulderij 12, 3831 NV Leusden Postbus 311, 3830 AJ Leusden Telefoon redactie (033) 434 57 50 Fax redactie (033) 432 15 81 Email c.mulder@tvvl.nl
TVVL MAGAZINE Juni 2014 EEN SLIM NET EN SLIMME METER Prof.ir. W. (Wim) Zeiler, T. (Tom) Thomassen, K. (Kevin) de Bont, K. (Kennedy) Aduda, ir. G. (Gert) Boxem, ir. J.A.J. (Joep) van der Velden, J.W. (Jan-Willem) Dubbeldam 6
INSPELEN OP DE NIEUWE ENERGIEWERELD J. (Johan) Woudstra 12
ICT EN ENERGIE: DE ROL VAN DATACENTRALES Prof.ir. W. (Wim) Zeiler 14
DE `0 AMPÈRE VISIE’ IN DE PRAKTIJK E. (Epko) Horstman MBSE Beng
UITGAVE: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl www.merlijnmedia.nl SECRETARIAAT: Email info@merlijnmedia.nl ABONNEMENTEN: Merlijn Media BV Zuidkade 173, 2741 JJ Waddinxveen Telefoon (0182) 631717 Email info@merlijnmedia.nl Benelux € 109,Buitenland € 212,Studenten € 87,Losse nummers € 18,Extra bewijsexemplaren € 13,Het abonnement wordt geacht gecontinueerd te zijn, tenzij 2 maanden voor het einde van de abonnementsperiode schriftelijk wordt opgezegd. ADVERTENTIE-EXPLOITATIE: Merlijn Media BV Ruud Struijk Telefoon (0182) 631717 Email r.struijk@merlijnmedia.nl PREPRESS: Yolanda van der Neut DRUK: Ten Brink, Meppel ISSN 0165-5523 © TVVL, 2014 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. Publicaties geschieden uitsluitend onder verantwoording van de auteurs. Alle daar in vervatte informatie is zorgvuldig gecontroleerd. De auteurs kunnen echter geen verantwoordelijkheid aanvaarden voor de gevolgen van eventuele onjuistheden.
20
ALTERNATIEF WARMTAPWATERCONCEPT VOOR ZIEKENHUIZEN Ir. R. (Renske) Kind en H. (Henk) Lodder, Deerns 26
DUURZAME IMPACT EN STANDAARDISATIE VAN EEN DC MICRO-NET
0 AMPÈRE VISIE IN DE PRAKTIJK
S. (Simon) Willems, W. (Wouter) Aerts, S. (Stijn) de Jonge, D. (Dries)
20
Haeseldonckx, P. (Pepijn) van Willigenburg, J. (Johan) Woudstra, H. (Harry) Stokman
32
GELIJKSPANNING IN GLASTUINBOUW P. (Pepijn) van Willigenburg, J. (Johan) Woudstra, J. (Jeffrey Backes, H. (Harry) Stokman
38
INTRODUCTIE IN GELIJKSPANNING DISTRIBUTIENETTEN J.B. (Johan) Woudstra, P. (Pepijn) van Willigenburg , B.B.J. (Ben) Groenewald , H. (Harry) Stokman, S.
42
INTERVIEW: GEERT VAN DER AA
ALTIJD EEN AARDINGSVOORZIENING E. (Epko) Horstman MBSE BEng
56
48
EDITORIAL 4 51 ACTUEEL 55 UITGELICHT 56 INTERVIEW DE OPINIE VAN... BEN BRONSEMA 59 60 PROJECTBESCHRIJVING NIEUWS 63 INTERNATIONAAL 64 PRODUCTNIEUWS 66 67 REGELGEVING 68 SUMMARY/ VOORBESCHOUWING 70 AGENDA REVIEWED: Artikelen in TVVL Magazine zijn beoordeeld ‘door redactieraadleden’. De uniforme ‘peer review’ waarborgt de onafhankelijke en kwalitatieve positie van TVVL Magazine in het vakgebied. Een handleiding voor auteurs en beoordelingsformulier voor de redactieraadleden (‘peer reviewers’) zijn verkrijgbaar bij het redactie-adres.
PROJECT: FRIESLAND CAMPINA
60
TVVL Magazine is het officiele orgaan van TVVL Platform voor Mens en Techniek. De vereniging, opgericht op 26 mei 1959, heeft tot doel de bevordering van wetenschap en techniek op gebied van installaties in gebouwen en vergelijkbare objecten. Als lid kunnen toetreden personen, werkzaam (geweest) in dit vakgebied, van wie mag worden verwacht, dat zij op grond van kennis en kunde een bijdrage kunnen leveren aan de doelstelling van de vereniging. Het abonnement op TVVL Magazine is voor leden en begunstigers van TVVL gratis. De contributie voor leden bedraagt € 140,00 incl. BTW per jaar. Informatie over de bijdrage van begunstigers wordt op aanvraag verstrekt.
3
TM0614_inhoud.indd 3
3-6-2014 12:14:31
editorial
Slimme ET Dat het noodzakelijk is om zo zuinig mogelijk om te gaan met energie, en elektriciteit in het bijzonder, behoeft geen discussie meer. Door een keur aan technologische ontwikkelingen ontstaan er steeds meer mogelijkheden om dit nu ook daadwerkelijk te doen. Het gebruik van gelijkstroom is hiervan een voorbeeld. Rond 1880 is het toepassen van wisselspanning gemeengoed geworden. De keuze voor AC was met name gedreven doordat de technieken voor DC nog onvoldoende rijp waren. In 2014 zien we dat er steeds meer puzzelstukjes bij komen om een goed DC-netwerk op te zetten, dat bovendien de prestaties van het AC-netwerk kan overtreffen. Kunnen we dan om naar een DC-infrastructuur ? Dr. L.C.M. (Laure) Itard en ir. J.H.A. ( Jan) Feijes, namens de redactieraad Bij deze vraag kunnen we weer een aantal andere vragen stellen, zoals: - Welke kansen biedt een DC netwerk? - Is DC wel betrouwbaar? - Kan ik alle apparatuur ook in een DC-uitvoering krijgen? - Is er al ervaring opgedaan met DC? - Kunnen monteurs omgaan met DC en hoe zijn de opleidingen van DC-monteurs en ontwerpers geregeld? In dit themanummer gaan drie artikelen op deze vragen in. Een tweede voorbeeld om nu daadwerkelijk zuiniger om te gaan met elektriciteit, is terug te vinden in slimme regelstrategieën. Deze regelstrategieën zijn er op gericht om een match tussen vraag en aanbod te realiseren en optimaliseren. Het verlagen van het piekvermogen en een constant zicht op de kosten en het verbruik zijn daarbij uitermate belangrijk. Drie artikelen in deze uitgave behandelen dit onderwerp.
4
TM0614_editorial.indd 4
Een derde voorbeeld om daadwerkelijk zuiniger om te gaan met energie betreft een visie om elektrisch tapwater te verwarmen. Verder in deze speciale uitgave een artikel dat ingaat op recente wijzigingen die zijn doorgevoerd in de Netcode Elektriciteit op het gebied van aardingsvoorzieningen. TVVL behartigt de belangen van haar leden die affiniteit hebben met gebouwgebonden installaties en voorzieningen. In het verleden is er veel aandacht gegeven aan met name de werktuigkundige installaties. Om kennis over het mooie vak van de elektrotechniek te delen heeft Jan Feijes onlangs de redactieraad van de TVVL versterkt. Hij kon gelijk aansluiten om dit themanummer op het gebied van elektrotechniek rond te krijgen! Onze dank gaat uit naar de auteurs die zich hebben ingespannen om dit nummer op tijd klaar te hebben.
TVVL Magazine | 06 | 2014 EDITORIAL
3-6-2014 12:17:19
sinds 1877
Kiefer
Tijdelijke koeling
Kwaliteit met hoog comfort
Recool is totaalverhuurder in klimaatoplossingen. Door middel van het brede leveringsprogramma kunnen wij u de oplossing bieden voor vrijwel ieder tijdelijk klimaatprobleem.
lucht- en klimaattechniek
INDUL N Hoog inducerend spleetarmatuur
Chillers Voor onderhoud of calamiteiten aan bestaand koudwatersysteem
Fancoils Plaatsing direct in ruimte, aansluitbaar op bestaand/tijdelijk koudwatersysteem
Volledig tochtvrije luchtverdeling bij een Δt tot -14K Voor constant of variabel debiet 100 … 20% Geen coanda, maar vrijstaal. Zeer geschikt i.c.m. klimaatplafonds Geringe spleetbreedte 15 of 18 mm; valt nauwelijks op Diffuse, walsarme luchtverdeling, schone plafonds
INDUCOOL Hoog inducerend hygiënisch plafondkoelpaneel
Watergekoelde airco Plaatsing direct in de ruimte, toepasbaar met waterleiding of droge koeler
Lucht/water portables Snel plaatsbare noodkoeler met buitendeel voor warmteafgifte
Met grote afstand het beste plafondkoelpaneel In ieder plafond (sierlijk) inpasbaar Tochtvrije werking bij 13°C inblaas en GKW 14/16°C Hoge koelcapaciteiten: 150 W/m² of 500 W/m¹ Zeer geschikt als vermogensaanvulling op klimaatplafonds
CONCRETCOOL
Rooftops
Lage temperatuur koelers
Voor grote ruimtes, inblaas met luchtslangen. Voor koelen én verwarmen.
Watergekoelde units voor lage temperaturen. Plaatsing direct in ruimte
Met de verhuurapparatuur van Recool kunnen totaaloplossingen in klimaatbeheersing geboden worden; de diversiteit aan apparatuur is geschikt voor inzet ten behoeve van koeling, airconditioning én verwarming.
Bij ons kunt u terecht voor méér dan alleen de levering van de huurapparatuur. Ook advies en ondersteuning in alle fases van uw project vormen voor ons een belangrijk onderdeel van de totaaloplossing.
Betonkernactivering met lucht
Ventileren en koelen in één systeem Ventilatielucht van 12°C wordt in de koelbuis verwarmd naar 21°C Tegelijkertijd wordt het betondek gekoeld Thermisch comfort en luchtkwaliteit worden verbeterd Meer voor minder en besparing van 50% op energiekosten
Wij laten u graag zelf de toegevoegde waarde van dit concept ervaren en nodigen u uit om contact met ons op te nemen voor het bespreken van de mogelijkheden.
RECOOL
Verhuur in KoelingAirconditioning Anders denken in klimaatoplossingen
Navos Klimaattechniek B.V. Kleveringweg 20, 2616 LZ Delft T +31 (0)15 - 215 37 28
TM0614_05.indd 5
W www.navos.nl
E navos@navos.nl
ADVISERING I ONDERSTEUNING I TOTAALOPLOSSING
Recool BV I +31 (0)78 - 6911000 I www.recool.nl
6-6-2014 15:12:00
‘Alleen nog’ het gebouw slim maken
Een slim net en slimme meter Op 1 januari 2012 is de kleinschalige uitrol van slimme meters van start gegaan. Consumenten en kleine bedrijven krijgen deze meter in plaats van de huidige energiemeter. Het is een slimme meter voor het gasverbruik en het elektriciteitsverbruik, waarop de meterstanden op afstand zijn uit te lezen. De slimme meter meet ook de energie die een gebouw terug levert aan het net, bijvoorbeeld als het zonnepanelen heeft. Energiemaatschappijen kunnen zo beter nagaan hoeveel energie op welk moment nodig is en ook de uitwisseling doorberekenen van geproduceerde elektriciteit met het net. De gebruikers hebben in principe meer inzicht in het eigen gebruik en mogelijkheden om energie te besparen. Maar dit is nog geen vanzelfsprekendheid, zoals blijkt uit de eerste ervaringen. Prof.ir. W. (Wim) Zeiler, T. (Tom) Thomassen, K. (Kevin) de Bont, K. (Kennedy) Aduda en ir. G. (Gert) Boxem, TU Eindhoven; ir. J.A.J. ( Joep) van der Velden en J.W. ( Jan-Willem) Dubbeldam, Kropman Installatietechniek
Tussen januari 2012 en december 2013 zijn op bijna 600.000 adressen slimme meters geplaatst door de netbeheerders. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl) heeft een wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd naar de besparingseffectiviteit van de slimme meter in combinatie met tweemaandelijkse terugkoppeling van het verbruik. Daaruit is gebleken dat de besparingen zoals geprognosticeerd in de maatschappelijke kosten-batenanalyse van Kema 2010 nog niet behaald worden (Rijksoverheid 2014 a,b). Tijdens de kleinschalige uitrol is een jaarlijkse besparing van 0,9% op gas gerealiseerd door consumenten met een slimme meter die een tweemaandelijks kostenoverzicht ontvangen. Over de besparingen op elektriciteit
6
TM0614_zeiler_2200f.indd 6
konden vanwege een te hoge spreiding van de resultaten geen betrouwbare uitspraken worden gedaan. De pilots tonen wel aan dat er besparingspotentieel aanwezig is en ruimte voor verbetering. Met name is het nodig dat de consument betere informatie krijgt over de mogelijkheden van de slimme meter voor energiebesparing.
NOG GEEN SLIM GEBOUW Een slimme meter maakt duidelijk nog geen slim gebouw. Door onvoorzien gebruik en gedrag en slecht of onvoldoende gebouwbeheer functioneert 85% van de gebouwen niet optimaal [1]. Het energiegebruik in de gebouwde omgeving kan aanzienlijk worden gereduceerd door betere ontwerpen en ener-
giemanagement gedurende de gebruiksfase zonder het gewenste thermische comfort van de gebruikers te beperken. Hiervoor is een integrale benadering nodig van alle energiestromen [13] en [2]. Het is belangrijk om te kijken naar de energiebehoefte en de interactie met het elektriciteitsnet. Dit ook specifiek in aansluiting op de recente initiatieven om het bestaande elektriciteitsnetwerk om te bouwen tot het zogenaamde Smart Grid. Belangrijk kenmerk van het Smart Grid is dat het een flow naar beide richtingen mogelijk maakt van opwekkers naar gebruikers en omgekeerd. Dat laatste is van belang omdat gebruikers ook steeds vaker kleine opwekkers worden, ‘prosumers’. Belangrijk wordt hierbij het regelen van de
TVVL Magazine | 06 | 2014 SMART GRID
6-6-2014 15:09:06
-Figuur 1- Middle-out benadering voor de koppeling tussen Smart Grid en gebouw
energiebehoefte en energie-aanbod door middel van ‘demand side management’ op laagspanningsniveau in het elektriciteitsnet. Hierbij ontstaan mogelijkheden dat gebouwen ook diensten kunnen verlenen aan het net om zo te zorgen voor netstabiliteit. Om deze mogelijkheden te onderzoeken moet het mogelijk zijn om de informatie vanuit het gebouw te koppelen aan die van uit het Smart Grid. Momenteel wordt op de TU Eindhoven specifiek onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om gebouwbeheersystemen geschikt te maken voor de extra functionaliteiten. Hierbij is in eerste instantie de focus gericht op de energiestromen in het gebouw gerelateerd aan de klimaat- en binnenmilieu-eisen van de gebruikers. De onderzoeksopzet gaat uit van een ‘middle-out’ benadering, waarbij als het ware een bestuurslaag wordt gebouwd tussen het Smart Grid en het gebouw of de clusters van gebouwen (zie principe-opzet in figuur 1). De benodigde energie voor een gebouw is gerelateerd aan de bouwfysische, installatietechnische en regeltechnische opzet, het buitenklimaat en, in hoge mate, de gewenste binnenmilieucondities. De gebruikersvoorkeuren zijn een belangrijke invloedfactor op de toe te passen regelstrategie [3,4]. [5] identificeerde een aantal regelstrategieën gebaseerd op de aanwezige gebruikers: - verlagen van temperaturen in gebieden die gebruikt worden. [6] concludeerden dat hiermee energie bespaard kan worden; - toepassen van lagere ventilatievouden in ongebruikte ruimten, hetgeen leidt tot lagere ventilatieverliezen en minder energiegebruik; - regelen van de luchthoeveelheden op basis van aanwezigheid; onder meer [3,7] onderzochten dynamische luchthoeveelheden gebaseerd op CO2-concentraties. Het toepassen van dergelijke regelstrategieën kan tot besparingen van wel 56% leiden [7]; - reageren op dynamische warmtebelastingen op een tijdige manier; als een verandering van de bezetting is geconstateerd kan het klimaatsysteem onmiddellijk op deze veranderingen inspelen, voordat de temperatuur
TVVL Magazine | 06 | 2014 SMART GRID
TM0614_zeiler_2200f.indd 7
-Figuur 2- Testcase kantoorgebouw
-Figuur 3- Vloerplan eerste verdieping testcase kantoorgebouw met de twee ruimten waarin gedetailleerd werd gemeten
-Figuur 4- Elektrisch aansluitschema gebouw op het elektriciteitsnetwerk
dermate gaat variëren dat het waargenomen wordt met een temperatuuropnemer.
CASE STUDY Om een idee te krijgen van de praktische mogelijkheden die een gebouw het Smart Grid-net kan bieden, is een casestudie in het kader van een promotieonderzoek opgestart. Verschillende experimenten werden uitgevoerd in het kantoor van Kropman Breda. Het kantoor bestaat uit drie verdiepingen, is in 1992 gebouwd en in 2009 gerenoveerd. Het gebouw heeft een vloeroppervlak van ongeveer 1.400 m² en er werken zo’n 50 vaste medewerkers, verdeeld over 59 kantoorplekken. De ramen kunnen worden geopend en er is buitenzonwering. De gebruikstijden zijn
van 7.00 tot 18.00 uur op de werkdagen van maandag tot en met vrijdag. Naast de metingen met het gebouwbeheersysteem, een Priva-systeem met InsiteView, zijn er in twee ruimten specifieke, gedetailleerde metingen verricht (zie figuur 3) met behulp van meetapparatuur van de TU/e, een en ander conform ISO 7726 en het Ashrae Performance Measurement Protocol. In de op het Zuiden georiënteerde ruimte A werkt één persoon, in de op het Noorden georiënteerde ruimte B werken maximaal drie personen. Het kantoorgebouw is aangesloten op een middenspanningstransformatoronderstation (zie figuur 4). Het geïnstalleerd vermogen is in kaart gebracht en alle hoofdstroomsystemen zijn gemeten. Wat op valt is de onevenredige
7
6-6-2014 15:09:07
laptops; laptop docking stations; monitors; kleine printers; telefoonopladers; warmwaterboiler; splitunit.
TOTAAL ENERGIEGEBRUIK
-Figuur 5- De verdeling van het totaal geïnstalleerd elektrische vermogen
-Figuur 6- Totale energiegebruiksprofiel gerangschikt op datum
Het totale energiegebruik is weergeven in figuur 6. De continue basisbelasting van het kantoorgebouw is ongeveer 4 kWh/h en weergeven in donkerblauw (A figuur 6). Het maximaal gemeten energiegebruik door de hoofdaansluitingen I + II gedurende de metingen was 36 kWh/h, weergeven in rood (B figuur 6). Het totale energiegebruik gedurende de dag lijkt aardig stabiel (C figuur 6) waarbij de profielen van het energiegebruik van de elektrische apparatuur duidelijk zijn te zien in het totale profiel. Met D is het vroege opstartscenario aangeven, zie figuur 6. Het energiegebruiksprofiel van de koelmachine is ook duidelijk zichtbaar (E) in figuur 6. Energie efficiëntiescenario’s voor luchtbehandeling en verlichting hebben in principe de grootste potentie, aangezien deze een belangrijk deel van het gebruik voor hun rekening nemen. Het energiegebruik van de koelmachine en bevochtiger is sterk afhankelijk van de weercondities en de tijd van het jaar. Zelfs in een week dat de koelmachine actief is, zie figuur 7, nemen de verlichting en overige gebruikers elk ongeveer 30% van het totale energiegebruik voor hun rekening. Vergeleken met de verhouding van de geïnstalleerde vermogens, zie figuur 5, waar verlichting slechts 11% vormt van het totaal, heeft het energiegebruik van de verlichting een relatief groot aandeel met respectievelijk 30% (week 36) en 43% (week 42). Hoewel in het onderzoek naar alle energiebesparingsmogelijkheden gekeken wordt om alle energiegebruikers in een gebouw slimmer te laten werken, is in eerste instantie gekeken naar de mogelijkheden om de luchtbehandeling slimmer te laten functioneren.
-Figuur 7- Verdeling totale energiegebruik voor kalenderweek 36 (links) en 42
DE LUCHTBEHANDELING
verdeling van het aangesloten vermogen bij de twee hoofdaansluitingen; op de ene aansluiting is alleen de verlichting aangesloten, ongeveer 11% van het totaal geïnstalleerd vermogen. De andere aansluiting moet voorzien in de overige 89% van het geïnstalleerd vermogen, zie figuur 5. Om het gedrag van het energiegebruik in beeld te brengen zijn de volgende metingen verricht: - meting hoofdaansluitingen elektriciteit;
8
TM0614_zeiler_2200f.indd 8
hoofdgroepen; hoofdgroep verlichting; - onderverdeling elektrische groepen; koelmachine; elektrische bevochtiger; luchtbehandelingsinstallatie; - elektriciteitsverbruik verlichting; tlverlichting van zeven ruimten op de eerste verdieping; algemene verlichting op de eerste verdieping; - het elektriciteitsverbruik in zeven ruimten op de eerste verdieping; personal computers;
Figuur 8 laat twee verschillende energieprofielen zien voor de luchtbehandeling: het linker profiel heeft de maandagmorgen vroeg opstartinstelling en het rechtse profiel laat een actieve nachtventilatiesituatie zien. Het maximum energiegebruik van dit systeem is 6 kWh en het minimum is 0 kWh. In de rechter figuur kun je duidelijk het energiegebruik zien van 0.00 tot 6.00 uur. Het energiegebruik door nachtventilatie is maximaal 5 kWh. Door het zichtbaar maken van de verschillende energiegebruiksprofielen groeit het inzicht in de installatie en kan er slim worden ingegrepen met behulp van slimme regelalgoritmes. Figuur 9 laat het energiegebruik zien van de luchtbehandelingsinstallatie voor een dag
TVVL Magazine | 06 | 2014 SMART GRID
6-6-2014 15:09:08
weergegeven in een 3D-plot. Hieruit blijkt duidelijk het verschil in energieprofiel bij de situatie met nachtventilatie vergeleken met een normaal dagprofiel. Het maximale energiegebruik is weergeven in rood en is 6 kWh/h.
EXPERIMENTEN De ventilatie is onderverdeeld in drie groepen: Noord, Zuid en de salon. Het gebouw wordt mechanisch geventileerd door een centrale luchtbehandelingskast met een stoomluchtbevochtiger en warmteterugwinningswiel. De toevoer- en afzuigventilatoren hebben een maximaal nominaal vermogen van respectievelijk 5,5 en 4,0 kW. Tijdens de experimenten zijn aanpassingen gedaan in de luchthoeveelheden om te kunnen bepalen hoeveel energie bespaard kan worden door de ventilatoren 25% minder te laten werken met de CO2-concentratie binnen de randvoorwaarden. Tabel 1 geeft de instellingen van het experiment weer. Tussen deze intervallen is er ten minste 1 uur normaal ‘set point’. Het tijdschema van de experimenten is gegeven in tabel 2.
-Figuur 8- Dagprofielen van het energiegebruik van de luchtbehandelingsinstallatie; links de vroege start op maandagochtend en rechts bij nachtventilatie
RESULTATEN EXPERIMENT De reductie van de luchthoeveelheden van de toevoerventilator met 25% resulteerde in een toerental van 900 toeren per minuut; 142 (Pa) bij het toevoerkanaal; afvoer ventilator 767 toeren per minuut. De resultaten van de relatieve vochtigheid zijn weergegeven in figuur 10 en die van de CO2-metingen in figuur 11. (zie volgende pagina) Uit figuur 10 volgt dat een toevoer reductie van 25% resulteert in een verminderd energiegebruik. Ook het energiegebruik van de elektrische bevochtiger vermindert tijdens de interval tijden I, II en III, zie tabel 2, terwijl de relatieve vochtigheid stabiel blijft rond 50%. De CO2-concentratie tijdens het experiment is weergeven in figuur 11. De CO2-concentratie overschreedt niet de comfortlimiet van 800 (ppm) tijdens de duur van de experimenten (11.33 tot 15.15 uur). De concentratie nam wel toe naar het einde van het experiment toe in interval III, maar dit werd voornamelijk veroorzaakt doordat de relatief kleine ruimte op dat moment bezet werd door drie personen, in plaats van een normale bezetting van één persoon. Het blijkt dus dat er door actief in te grijpen op de regeling van de luchtbehandelingsinstallatie substantieel energie bespaard kan worden terwijl de ruimte condities binnen de grenzen van thermisch comfort en binnenluchtkwaliteit blijven.
DISCUSSIE EN CONCLUSIES Het Smart Grid, het slimme net, is een antwoord op de nieuwste ontwikkelingen in
TVVL Magazine | 06 | 2014 SMART GRID
TM0614_zeiler_2200f.indd 9
-Figuur 9- Energiegebruiksprofielen van de luchtbehandelingsinstallatie
Interval tijd
Veranderingen toe- en afvoer ventilatoren
15 minuten
25% toevoervermindering
60 minuten terug naar normale instelling 30 minuten
25% toevoervermindering
60 minuten terug naar normale instelling 60 minuten
25% toevoervermindering
Duur totaal experiment
3 uur en 45 minuten
-Tabel 1- Tijdschema experimenten met de luchtbehandelingsinstallatie
Energiereductie ventilatoren
Energiereductie bevochtiger
Totale energiereductie
Relatieve vochtigheid binnen
Interval tijd I
~2 kW
~ 5 kW
~ 7 kW
Blijft stabiel
Interval tijd 2
~2 kW
~ 5 kW
~ 7 kW
Blijft stabiel
Interval tijd 3
~2 kW
~ 4-5 kW
~ 6-7 kW
Blijft stabiel
-Tabel 2- Energie reductie tijdens experiment luchtbehandeling
elektriciteitsnetwerken waarin decentrale opwekking, dikwijls op basis van onzeker fluctuerende duurzame energiebronnen zoals zon of wind, een grote onzekerheid (stochasticiteit) in het systeem introduceert. Om hiermee goed te kunnen gaan moet het Smart Grid gebruik gaan maken van 2-wegcommunicatie in de keten tussen gebruiker en producent, waardoor de voor handen zijnde energie op efficiënte wijze kan worden ingezet.
De ontwikkeling naar een slim elektriciteitsnet kan niet voorbijgaan aan de verbonden gebouwen met het net. Dit impliceert een actieve deelname van de gebouwen in het net. Het energiebeheer in het microGrid, de elektrische infrastructuur direct rond de gebouwen, is zeer afhankelijk van het energiebeheer binnen de gebouwen, nanoGrid. In het kader van het onderzoek over het optimaliseren van het microGrid binnen het SmartGrid is in eerste
9
6-6-2014 15:09:08
-Figuur 10- Energiegebruik ventilatoren en bevochtiger tijdens experiment 2, de intervaltijden van de experimenten zijn met zwart aangegeven
-Figuur 11- CO2 concentraties tijdens het experiment in ruimtes A & B
instantie gekeken naar de mogelijkheden om slim te regelen binnen het nanoGrid. De vraag zal immers voor een belangrijk deel de mogelijkheden voor de afstemming tussen vraag en aanbod in het microGrid bepalen in samenhang met het aanbod uit het SmartGrid. Het onderzoek vindt plaats in het programma TKI Swith2SmartGrid van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl). In het onderzoeksproject werken Kropman, de TU Eindhoven faculteit Bouwkunde en
10
TM0614_zeiler_2200f.indd 10
Elektrotechniek, het Centrum voor Wiskunde en Informatie (CWI) en Almende, gedurende vijf jaar samen. In het kader van het onderzoek zijn twee promovendi aan de slag gegaan, ondersteund door diverse afstudeerders en studenten die in het kader van hun masteropdrachten delen van de experimenten en het onderzoek verzorgen. Hierdoor ontstaat een goede samenwerking tussen bedrijfsleven en kennisinstellingen alsmede tussen onderzoek, onderwijs en ondernemen.
Voor een optimale Smart Grid vanuit systeemoogpunt moet een energiemanagementsysteem (Building Energy Management System (BEMS)) gepaard gaan met communicatie en interactie met het beheerplatform van het Smart Grid [8]. De controle van energievragen in het gebouw, wellicht ook een energiebuffer in het netwerk, biedt flexibiliteit die voor het optimaliseren van het Smart Grid kan worden ingezet met behulp van Demand Side Management (DSM) scenario’s zoals demand responds (DR) of Load Control [9]. Deze flexibiliteit blijkt echter nog grotendeels ongedefinieerd met betrekking tot de interactie met het elektriciteitsnet, er is weinig of geen kennis van de mogelijkheden en beperkingen van de energiestromen in een gebouw in relatie tot de energiebehoefte van de gebruikers. De ontwikkeling van het Smart Grid bevindt zich nog in een vroeg stadium en sommige parameters moeten nog volledig worden gedefinieerd met betrekking tot de interactie met nanoGrid, de energiestromen in de gebouwen zelf. Met de ontwikkeling van een platform voor communicatie tussen de BEMS en Grid Management System (GEMS) worden nanoGrid en Smart Grid meer onderling verbonden en dus meer afhankelijk van elkaar. De huidige keuzes in Energiebeheer hebben daardoor invloed op toekomstige keuzes bij de optimalisering van het SmartGrid [9]. Dit betekent dat de doelen en functionaliteiten van beide gekoppelde energiesystemen het potentieel hebben om elkaar ofwel positief te versterken of, juist omgekeerd, tegen te werken. De huidige top-down-aanpak bij de ontwikkeling van het Smart Grid, wat feitelijk ophoudt bij de interactie met de energiestromen in het gebouw bij de slimme meter, is dan ook te beperkt. Het is tijd voor een middleout-ontwikkeling die meer rekening houdt met de afhankelijkheden voor energiestromen binnen gebouwen. Voor de gebouwde omgeving is er nu de kans om voor zich te bereiden op het komende Smart Grid. Nieuwe strategieÍn voor energiemanagement en comfortmanagement moeten worden ontwikkeld om te anticiperen op de komende mogelijk wijzigingen op het gebied van Demand Side Management, vraagsturing (Demand Responds) en Load Control (LC). Deze studie is een eerste stap op weg naar de evaluatie van de mogelijkheden voor de aanpassing van de energiegebruiksprofielen in een kantoorgebouw en de impact van nieuwe strategieÍn voor energiebeheer met interactie met het SmartGrid. In dit onderzoek lag de focus op de luchtbehandeling en hoeveelheid toevoerlucht. In de toekomst zal in het kader van het onderzoek ook naar de effecten
TVVL Magazine | 06 | 2014 SMART GRID
6-6-2014 15:09:08
van andere interventies met betrekking tot verlichting, koeling, bevochtiging worden gekeken. Dit om een algemener inzicht van de mogelijkheden te verkrijgen over de mogelijkheden om vanuit de gebouwen, het nanoGrid, een bijdrage te kunnen leveren aan het Smart Grid. Alleen op deze wijze kunnen gebouwen slim worden gemaakt.
LITERATUUR 1. Elkhuizen, B. and E. Rooijakers, 2008, Visie op ontwikkeling Gebouwbeheersystemen, Verwarming en Ventilatie (mei 2008): 336-338 2. Georgievski I., Degeler V., Pagani G. A., Nguyen T. A., Lazovik A. and M. Aiello, 2011, Optimizing Offices for the Smart Grid, Technical Report. 3. Yang R,., Wang L., 2011, Multi-objective optimization for decision-making of energy and comfort management in building automation and control, Sustainable Cities and Society 2(1): 1-7. 4. Klein L., Kwak J., Kavulya G., Jazizadeh F., Becerik-Gerber B., Varakantham, P., Tambe M., 2012, Coordinating occupant behavior for building energy and comfort
MR77 A4 NL 185x132.indd 1
TVVL Magazine | 06 | 2014 SMART GRID
TM0614_zeiler_2200f.indd 11
management using multi-agent systems. Automation in Construction 22: 525–532 5. Li N., Calis G., Becerik-Gerber B., 2012, Measuring and monitoring occupancy with an RFID based system for demanddriven HVAC operations. Automation in Construction 24:89–99. 6. Zhang H., Hoyt T., Lee K.H., Arens E., Webster T., 2009, Energy savings from extended air temperature set points and reductions in room air mixing, Proceedings Environmental Ergonomics, Boston 7. Sun Z., Wang S.M.Z., 2011, In-situ implementation and validation of a CO2-based adaptive demand-controlled ventilation strategy in a multi-zone office building, Building and Environment 46(1): 124-133. 8. Dave S., Sooriyabandara M., Yearworth M., 2011, A Systems Approach to the Smart Grid. The First International Conference on Smart Grids, Green Communications and IT Energy-aware Technologies. 9. Callaway D. S., Hiskens I. A.. 2011, Achieving controllability of electric loads, Proceedings of the IEEE 99 (1): 1184-199. 10. Park K., Kim Y., Kim S., Kim K., Lee WH., Park HC., 2011, Building Energy manage-
ment System based on Smaert Grid, Proceedings 33rd Telecommunication Energy conference 9-13 Oct., Amsterdam 11. Rijksoverheid, 2014, Kamerbrief over besluit grootschalige uitrol slimme meters, Brief van minister Kamp (EZ) aan de Tweede Kamer over het besluit grootschalige uitrol slimme meters, Rijksoverheid, 2014, Slimme meter, http://www. rijksoverheid.nl/onderwerpen/gas-enelektriciteit-thuis/slimme-metera 12. Rijksoverheid, 2014 b, Download ‘Kamerbrief over besluit grootschalige uitrol slimme meters’ PDF document, 9 pagina’s, 92 kBKamerstuk: Kamerbrief, 10-03-2014, http://www.rijksoverheid.nl/ onderwerpen/gas-en-elektriciteit-thuis/ documenten-en-publicaties/kamerstukken/2014/03/10/kamerbrief-over-besluitgrootschalige-uitrol-slimme-meters.html 13. KyungGyu P., Yoonkee K., SeonMi K., KwangHo K., WookHyun L. and P., HwaChoon, 2011, Building Energy Management System based on Smart Grid, Telecommunications Energy Conference (Intelec), 2011 IEEE 33rd International.
30/05/14 15:29
11
6-6-2014 15:09:09
Elektrische energietechniek aan de Haagse Hogeschool
Inspelen op de nieuwe energiewereld In de laatste decennia is in de elektrische energiewereld veel veranderd, wat logischerwijze de structuur en werking van het elektriciteitsnet beïnvloedt maar ook het onderwijs. Belangrijke ontwikkelingen zijn: de vrije energiemarkt, (offshore) windturbineparken en de verhoogde integratie van lokale (duurzame) energiebronnen in het net. Op de Haagse Hogeschool is elektrotechniek één van de technische opleidingen van de academie Techniek, Innovatie en Society in Delft (TISD). Elektrotechniek heeft twee belangrijke leerlijnen: embedded systems en energietechniek. De vraag naar energie-technisch opgeleide ingenieurs is groot. J. ( Johan) Woudstra, hogeschoolhoofddocent elektrische energietechniek, Haagse Hogeschool
De liberalisering dwingt de energiebedrijven concurrerender te werken. Dit levert nieuwe uitdagingen op voor deze bedrijven. Zij moeten veel flexibeler worden in de wijze van opwekken. Zo moeten zij zich meer richten op het duurzaam opwekken van energie. Kolenenergie wordt op dit moment voor dumpprijzen in de markt weggezet. De vraag is echter of de consument op kolenenergie zit te wachten. De opkomst van (offshore) windturbineparken biedt nieuwe uitdagingen. Windenergie moet getransporteerd worden naar de meestal ver weg zittende consument, waardoor High Voltage Direct Current (HVDC) steeds belangrijk zal worden. Een andere belangrijke ontwikkeling is de verhoogde integratie van lokale energiebronnen in het net. Veel van dergelijke bronnen worden, in tegenstelling tot de traditionele centrales, aangesloten op het distributienet en hebben een primaire energiebron van hernieuwbare aard: wind, zon, water, biomassa, etc. Een groot deel van de lokale bronnen produceert ofwel DC-energie ofwel AC-energie met een variabele frequentie, zodat deze niet
12
TM0614_woudstra_2200e.indd 12
rechtstreeks op het AC-net geschakeld kunnen worden. Dit gebeurt via een vermogensomzetter die er eerst gelijkspanning van maakt en vervolgens wisselspanning met een frequentie van 50 Hz. Bij lokale energiebronnen spreken we van een horizontale energiestroom, omdat de meeste energie via het distributienet naar de consument gaat. Bij traditionele centrales is juist sprake van een verticale energiestroom. De energiestroom gaat via het hoogspanningsnet (transportnet) naar het distributienet en vervolgens naar de consument. Dit soort ontwikkelingen kunnen een grote invloed hebben op de netfrequentie en de stabiliteit van het net. Duitsland is daarvan een goed voorbeeld. Hier staat heel veel wind- en zonne-energie opgesteld. Op een zonnige, winderige dag wordt vrijwel alle benodigde energie duurzaam opgewekt, hetgeen grote gevolgen heeft voor de traditionele centrales. Zon en wind kunnen onbetrouwbaar zijn. Een wolkenband die over het land trekt kan zorgen voor een aanzienlijk afname van door de zonnecentrales opgewekte energie. Gevolg is dat traditionele centrales snel bijgeschakeld
moeten worden, en weer af na het passeren van de wolkenband. Het is voor de traditionele centrales zeer onvoordelig om op deze manier te functioneren en vaak worden ze gewoon stilgezet. Het wordt daarom tijd om op een nieuwe manier, met een andere bril op, naar de energiewereld te kijken.
ONDERZOEK De Haagse Hogeschool heeft samen met vele bedrijven een project opgestart: ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’. Dit project voert nogmaals ‘the war of currents’ tussen Edison en Tesla. Is een wereld met gelijkspanningsnetten in plaats van wisselspanningsnetten mogelijk? Elektrische energie die duurzaam wordt opgewekt, zoals wind en zon, is altijd gekoppeld aan gelijkspanning. Zonnepanelen leveren een gelijkspanning en een windturbine wordt bijna altijd via een vermogensomzetter gekoppeld aan het net. De vermogensomzetter bestaat uit een gelijkrichter die de uitgangsspanning (met variabele frequentie) van de turbine gelijkricht, waarna een inverter er wisselspan-
TVVL Magazine | 06 | 2014 ONDERWIJS
3-6-2014 15:08:36
ning van maakt met een frequentie van 50 Hz. Zeker zonnepanelen zijn enorm in opmars in de gebouwde omgeving. Nu worden deze via een inverter gekoppeld aan het AC-net. Vervolgens gaat een belasting 10 meter verderop, zoals bijvoorbeeld een televisie, daar weer een gelijkspanning van maken. In figuur 1 is te zien hoe de AC-wereld er nu uitziet als er zonnepanelen op dak liggen. Figuur 2 laat zien dat heel wat conversiestappen kunnen worden overgeslagen door in huis een distributienet van gelijkspanning te gebruiken. Het gelijkspanningsproject is verdeeld in drie deelprojecten: -Microgrid. Dit beslaat een huishouden met zonnepanelen op het dak. Er wordt onder meer gekeken naar de optimale hoeveelheid zonnepanelen. Andere vragen zijn: hoe kun je de energie zo goed mogelijk gebruiken, wat is het verbruik van huishoudelijke apparatuur bij wisselspanning en wat bij gelijkspanning en hoe kan deze apparatuur met op zijn minst dezelfde functionaliteiten op gelijkspanning werken? Ook wordt gekeken naar spanningsniveaus, beveiliging, economische en ecologische consequenties en mogelijkheden van energieopslag. -Minigrid. Dit beslaat een kleine woonwijk, kantoorgebouw of supermarkt. Er wordt gekeken hoe op gelijkspanning kan worden gewerkt. Onderzoeksvragen zijn voor een deel gelijk aan die bij het microgrid: centrale duurzame energie opwekking versus decentrale, met eventuele opslag van energie. -Midigrid. Dit beslaat een woonwijk met zo’n honderd huizen, een industrieterrein of een tuinbouwbedrijf. De voornoemde onderzoeksvragen zijn ook hier van toepassing. Aan het onderzoek nemen studenten deel van de KU Leuven, CPUT Kaapstad, hogeschool Amsterdam en HAN uit Arnhem. Bij het onderzoekconsortium zijn achttien bedrijven betrokken en drie universiteiten.
ONDERWIJS Belangrijk is dat nieuwe ontwikkelingen terug te vinden zijn in het onderwijs. Een leerlijn van de opleiding Elektrotechniek is elektrische energietechniek. In het eerste studiejaar zijn er twee energie-technische vakken: Inleiding energietechniek en Energietechniek 1 (gelijkstroomaandrijving). In het tweede studiejaar zijn er twee energie-technische vakken: Vermogenselektronica (gelijkspanningstransformatoren, inverter en DC/DC-omzetters) en Energietechniek 2 (transformatoren) plus een energieproject (gelijkspanning als onderwerp). In het derde studiejaar wordt de frequentiegeregelde aandrijving en de synchrone machine behandeld. In het vierde studiejaar kunnen
TVVL Magazine | 06 | 2014 ONDERWIJS
TM0614_woudstra_2200e.indd 13
-Figure 1- AC-wereld
-Figuur 2- DC-wereld
de studenten voor de powerminor kiezen. De powerminor is een samenwerkingsverband tussen de Hogeschool Arnhem en Nijmegen (HAN), de Haagse Hogeschool (HHS) en landelijk netbeheerder TenneT. Deze minor biedt de student een kijkje in de wereld van energieproductie, -transport en -distributie. Naast TenneT-medewerkers geven experts van Siemens, Cofely, en Kema gastlessen in de minor, die een heel semester beslaat. Het zwaartepunt van de colleges ligt in de eerste twaalf weken en van het project in de laatste acht weken. De lessen zijn tweemaal 3 weken in Delft en tweemaal 3 weken in Arnhem. Onderwerpen die behandeld worden zijn: - productie van elektrische energie: klassiek versus renewable. Er is een excursie naar kolencentrale Electrabel op de Maasvlakte; - synchrone generatoren en transformatoren. Deze cursus van drie dagen wordt verzorgd door Siemens. Er is een excursie naar Brush in Ridderkerk; - hoogspanningskabels. Er is een excursie naar Prysmian in Delft; - digitale beveiligingen. Deze cursus van 3 dagen wordt verzorgd door Siemens; - hoogspanningstechniek. Deze cursus van 3 dagen wordt verzorgd door Kema; - netstructuren, symmetrische componenten en kortsluitberekeningen. Er is een excursie naar station Kattenberg en Stedin in Rotterdam (smart grids); - High Voltage Direct Current (HVDC) verbindingen. Deze cursus wordt onder meer verzorgd door TenneT; Er is een excursie naar TenneT Gelijkspanningsstation BritNed op de Maasvlakte. De studenten werkten het afgelopen jaar aan
de volgende projecten: - ontwerpen van een gelijkspanningsdistributienet voor een glastuindersgebied (opdrachtgever Direct Current uit Aalsmeer); - modellering van een hoogspanningsverbinding (opdrachtgever TenneT). In het onderwijsprogramma is gelijkspanning nu vanaf studiejaar 1 een onderdeel van het lespakket. Daarnaast kunnen de studenten meewerken aan de gelijkspanningsprojecten die uit het onderzoek voortkomen. Een voorbeeld van zo’n project is het onderzoeken of alle huishoudelijke apparatuur op gelijkspanning kan werken en de wijze waarop deze apparatuur eventueel aangepast moet worden zodat de functionaliteiten hetzelfde blijven. Daarnaast moeten de verbruiken gemeten worden zowel met wisselspanning als gelijkspanning als voeding. Deze gegevens gebruiken master studenten van de KU Leuven om de modellen te valideren die zij ontwikkelen. Het is hun opdracht om een computermodel te maken van het elektriciteitsnet van een huishouding. Met dit model is het mogelijk om een optimaal functionerende DC-huisinstallatie te ontwerpen. Aan dit project werken acht derdejaarsstudenten van de HHS en twee master studenten van KU Leuven. Op de HHS is in het kader van het RAAK-MKB (subsidie)project ‘Gelijkspanning breng(t) je verder’ een gelijkspanningslaboratorium ingericht waarin voornoemde metingen verricht kunnen worden. De gelijkspanningsvoeding bestaat nu nog uit Delta-voedingen 0-330V, 3.200W. Uiteindelijk is het de bedoeling om de gelijkspanningsvoeding te realiseren met de zonnepanelen (20 kW) die op het dak van het schoolgebouw liggen.
13
3-6-2014 15:08:37
ICT en energie: de rol van datacentrales Niemand zal het zich waarschijnlijk realiseren maar de digitale infrastructuur is de derde mainport van Nederland, na Schiphol en de Rotterdamse haven. In tegenstelling tot Schiphol en de Rotterdamse haven is deze infrastructuur niet zichtbaar en dus moeilijk voorstelbaar. Maar het vertegenwoordigt een enorme economische waarde van ongeveer 1 miljard euro en groeit met dubbele cijfers, ondanks de economische crisis. Amsterdam is één van de ICT-knooppunten in Noord-Europa en op weg naar de tweede plek als vestigingsplaats voor datacenters [1]. Om concurrerend te kunnen blijven, is het echter noodzakelijk om het energiegebruik van datacenters snel sterk te reduceren. Prof.ir. W. (Wim) Zeiler, TU Eindhoven, Faculteit Bouwkunde, Building Services Overal in het land zijn datacenters dag en nacht aan het werk om digitale gegevens te verwerken. Wie via internet een filmpje downloadt, een financiële transactie verricht of een vlucht boekt bij een luchtvaartmaatschappij realiseert zich waarschijnlijk niet dat deze handelingen gepaard gaan met een fors energiegebruik. Nu al gebruikt de ICT-sector 10 procent van alle elektriciteit in de EU. Op de conferentie Smart Energy & Sustainable ICT van 3 mei 2012 vertelde Eurocommissaris Neelie Kroes dat de ICT-sector groener moet worden. Zij stelde dat met het huidige groeitempo van ICT het energiegebruik in de EU de komende acht jaar verdubbelt. Het zal 20 procent van alle beschikbare elektriciteit in Europa consumeren, ongeveer 100 miljard kWh per jaar. CE Delft heeft in 2012 een studie [2] verricht naar de mogelijkheden om de CO2-uitstoot van de datacenters in Nederland te reduceren. De studie werd uitgevoerd voor ontwikkelingsorganisatie Hivos, die datacenters in Nederland oproept om actief te streven naar energiebesparing en CO2-reductie. In de studie wordt het elektriciteitsgebruik van de data-
14
TM0614_zeiler_2200g.indd 14
centers geschat op 1.6 TWh. Dit staat gelijk aan het gebruik van 450.000 huishoudens. Naar verwachting zal bij ongewijzigd beleid het elektriciteitsgebruik sterk groeien tot 2.1 TWh in 2015, wat gelijk staat aan het gebruik van 600.000 huishoudens. In de Volkskrant van 27 maart jl. stond een artikel met als kop ‘Stroomslurpend datacenter moet groener’ [3]. Er zal dus het nodige moet verbeteren. Dit terwijl het energiegebruik en vloeroppervlak van de Nederlandse datacenters nog flink zal toenemen (zie figuur 1) [2]. Tot voor kort was een vermogen van 2 kW/rack voldoende voor een datacenter; tegenwoordig is er steeds meer vraag naar rackservers met een vermogen van meer dan 4 kW/rack [2]. De reden is dat de prestaties van een server iedere twee jaar met een factor 3 toeneemt, terwijl de ‘prestatie per Watt’ slechts iedere twee jaar verdubbelt [4]. Dit betekent dat in theorie het energiegebruik van de meest krachtige systemen iedere twee jaar met 50% kan stijgen. In de praktijk zal het meevallen, omdat niet alle datacenters de rekenkracht maximaliseren. Hierdoor variëren de ontwerp-
energiedichtheden van de verschillende datacenters sterk. Voor de energiedichtheid van de Nederlandse datacenters heeft Tebodin voor 2008 en 2010 een gewogen gemiddelde bepaald van respectievelijk 1,24 kW/m2 en 1,35 kW/m2 [5]. Deze toename van 18% in twee jaar wordt veroorzaakt door de nieuwe datacenters met een hogere energiedichtheid. Het totale energiegebruik van een datacenter is weergeven in tabel 1 [6].Te zien is dat de ICT-hardware het overgrote deel (60%) van energiegebruik in beslag neemt. De klimatisering van het datacenter neemt 30% van het energiegebruik in beslag. Bij deze twee toepassingen liggen dus de grootste kansen om de meeste energie te besparen. Gezien de te verwachte explosieve groei van de datacenters is het absoluut noodzakelijk om dit energiegebruik te verminderen en te verduurzamen. De vergroening van de ICT is een hot-topic [7,8].
VERGROENING De vergroening binnen de ICT-sector zou op verschillende manieren kunnen plaatsvinden. Met het Seventh Framework Programme (FP7)
TVVL Magazine | 06 | 2014 ENERGIE
3-6-2014 15:09:50
EFFICIËNTE, DUURZAME KOELING
-Figuur 1- Ontwikkeling energiegebruik en vloeroppervlak Nederlandse datacenter
Toepassing
Relatief energiegebruik
ICT-hardware
60%
Klimaatbeheersing
30%
Ononderbroken elektrische voeding
6%
Kantoor
3%
Verlichting
1%
-Tabel 1- Verdeling energiegebruik datacenter (bron: ECN [Kester et al 2001])
heeft de Europese Unie zich voor een deel van haar projecten (o.a. [9], Fit4Green, Games, All4Green, CoolEmAll, ECO2Clouds, Dolfin, Genic, Geyser, GreenDataNet en DC4Cities) specifiek gericht op verduurzaming van datacenters [10]. Op de sites van de verschillende projecten is veel informatie te vinden. In één van de onderzoeksprojecten, RenewIT, werkt Deerns samen met de TU Eindhoven aan de doelstelling om informatie over energie uit duurzame bronnen gemakkelijker beschikbaar, analyseerbaar en vergelijkbaar te maken. Hierdoor kunnen datacenters hun elektriciteit nog efficiënter gaan gebruiken en mogelijk tot 80% van hun energiebehoefte uit hernieuwbare bronnen halen, zoals biomassa en winden zonne-energie.
ENERGIEBESPARING Het is noodzakelijk om zuiniger met de benodigde elektrische stroom om te gaan. Veel servers gebruiken veel energie door gegevens te bewaren en hun capaciteit paraat te houden, terwijl er vaak nauwelijks vraag naar is. Door de betreffende software aan te passen en bestaande capaciteit beter te benutten valt flink wat energie te besparen. Traditioneel draait een server op een gemiddelde belasting van 5 tot 15% (met af en toe een piek).
TVVL Magazine | 06 | 2014 ENERGIE
TM0614_zeiler_2200g.indd 15
Zwaarder belaste servers draaien gemiddeld tot wel boven de 60%, volgens Beco (2011) gemiddeld zelfs minimaal 60%. Bij een goede verdeling van de ICT-functies over de benodigde servers kan door een hogere belasting aan te houden, het aantal benodigde systemen gereduceerd worden, wat een efficiëntievoordeel oplevert. Uit onderzoek van Oracle blijkt dat de gemiddelde benutting van een server nu ongeveer 35% is. Voor 2012 wordt een belasting van 45% aangehouden als gemiddelde voor Nederland. Door de benutting verder omhoog te brengen tot 50% kan dan een derde van de bestaande servers verdwijnen. Dit kan door virtualisatie en consolidatie: - virtualisatie betekent dat op een fysieke server meerdere virtuele servers draaien, die functioneel gescheiden zijn. Een gegeven set aan IT-functies kan in een gevirtualiseerde omgeving energie-efficiënter vervuld worden doordat minder fysieke apparatuur nodig is. Gemiddeld is nu 34% van de servers gevirtualiseerd (Oracle 2011); - consolidatie, ofwel kritisch kijken naar de aanwezige systemen en deze zo mogelijk uitfaseren. Dit zorgt er ook voor dat de gemiddelde belasting omhoog gaat (doordat systemen met een zeer lage belasting uitgeschakeld worden).
Daarnaast is het toepassen van energiezuinige vormen van koeling mogelijk, zoals: - het ventilatorloos koelen van datacenters [11]; - direct-air cooling zoals toegepast bij het Universitair Medisch Centrum in Groningen; - warmte/koudeopslag [12] toegepast bij onder meer het Rabobank-datacenter in Boxtel, Datacenter Schuberg Philis in Schiphol Rijk [13] en Equinix AM 3 Amsterdam [14] waarbij zelfs warmte wordt uitgewisseld met de buren, de Faculteit der Natuurkunde , Wiskunde en Informatica (FNWI) [15]; - rivier- of zeewaterkoeling onder meer in Amsterdam door Nuon door middel van koudenetten [1],[10]. Hoewel de direct-air cooling zeer aantrekkelijk lijkt, zijn er toch belangrijke randvoorwaarden waarbinnen deze oplossing toegepast kan worden. Dit betreft naast de lokale buitencondities temperatuur en relatieve vochtigheid met name de luchtverontreiniging. De IT-apparatuur laat maar een zeer beperkte hoeveelheid verontreiniging toe. Het systeem moet dus geoptimaliseerd worden op basis van toegepaste filters met bijbehorende extra weerstand bij het aanzuigen van de buitenlucht en de klimaatcondities. De energie efficiëntie van direct-air systemen varieert van 14 tot 80 en de deeltjesverontreiniging van 0,1 tot 2,7 mg/kWh, zo is gebleken bij een eerste analyse door [16]. Nieuw is het direct koelen op de chips. Indirecte luchtkoeling van de computerruimte vereist ongeveer 5.000 keer meer aan luchtvolume om dezelfde eenheid te koelen.
GUIDING THE CLOUD Alle datacentrales van de belangrijkste IT-spelers, zoals Google, Microsoft en Amazon, zijn met elkaar verbonden [17]. Dit betekent dat de belasting van de servers over verschillende locaties en dus verschillende klimaatzones verdeeld kan worden [18]. Het wordt zaak om op basis van beschikbare capaciteit, efficiëntie datacenter en actuele weersomstandigheden de energetisch/economische workload-verdeling te bepalen voor de datacenters: Smart Cloud Controls Intelligent Data Centres [19].
BENUTTING KOELINGSWARMTE Het nuttig gebruiken van koelingswarmte die vrijkomt bij het koelen van de computers van de datacenters kan ook belangrijk bijdragen aan de verduurzaming. Nu wordt de vrijko-
15
3-6-2014 15:09:51
mende warmte in grote hoeveelheden via de condensors of retourlucht naar de omgeving afgevoerd, terwijl deze energie ook voor bijvoorbeeld ruimteverwarming gebruikt zou kunnen worden. Hiervoor zijn in principe verschillende concepten beschikbaar. Uit onderzoek van de TU/e [20] is gebleken dat deze concepten verschillend presteren, maar dat het nog belangrijker is om geschikte potentiële gebruikers in de vorm van woningen, kantoren, zwembaden of specifieke industriële toepassingen (zoals bijvoorbeeld viskwekerijen) te hebben die de restwarmte kunnen hergebruiken. Het vraagprofiel is belangrijk voor de economische haalbaarheid alsmede de nabijheid van de vraag.
NORMSTELLING Er bestaan veel energie-efficiënte technieken voor nieuw te bouwen datacenters om energie te besparen. CE Delft heeft een aantal van de meest veelbelovende concepten geanalyseerd. Deze laten zien dat een Energy Use Efficiency (EUE) lager dan 1,2 kan worden behaald; een efficiëntie die zeer dicht bij het theoretische maximum ligt. De efficiëntie van een datacenter wordt uitgedrukt in de PUE (Power Usage Effectiveness) of de EUE (Energy Usage Effectiveness). Het verschil is dat de eerste gemeten wordt over een heel jaar en de EUE over een bepaalde periode. Power Usage Effectiveness is een in brede kring geaccepteerde maat voor de efficiëntie van datacenters en computerruimten. Het geeft de verhouding tussen het totale energiegebruik van een datacenter Etotaal en het energiegebruik van de ICT-apparatuur waar het om gaat Eict:PUE=Etotaal/Eict≈1,4. Dan wordt 71,4% (100/140) van het totale energiegebruik verbruikt door de IT-apparatuur en 28,6% (40/140) door de koeling en overige apparatuur. Idealiter is PUE 1,0 en een goede verhouding is 1,4 of lager. Wereldwijd voor nieuwe datacenters is de PUE streefwaarde van 2,0 naar 1,3 gedaald en het nieuwe datacenter van Google heeft zelfs een PUE van 1,14. Het National Renewable Energy Laboratory in Amerika heeft haar datacenter recentelijk gerenoveerd en is gegaan van PUE 2,28 naar 1,16. De voorbeelden geven aan dat er nog veel mogelijk is voor Nederlandse datacenters. Ashrae en Green Grid hebben hierover een publicatie uitgebracht: ‘PUE: A Comprehensive Examination of the Metric’ van de Ashrae’s Technical Committee (TC) 9.9, Mission Critical Facilities, Data Centers, Technology Spaces and Electronic Equipment. Toch zijn er ook kritische geluiden te horen over de PUE. Volgens Mike Jansma is het nodig om naar meer factoren dan alleen de PUE te kijken. Bijvoorbeeld het energiegebruik van de ICT-apparatuur monito-
16
TM0614_zeiler_2200g.indd 16
ren met intelligente Power Distribution Units (iPDU’s). Zo kunnen het energiegebruik en de prestatie nauwkeurig in kaart gebracht worden en zijn datacenters goed in staat besparingen in energiegebruik en CO2-uitstoot te realiseren door hun servers efficiënter te benutten. Op het gebied van ICT en energie zal de rol van datacentrales in de toekomst nog sterk toenemen. Gezien de hoge energiedichtheid en het hoge energiegebruik van de datacenters zijn er vele ontwikkelingen gaande om het energiegebruik drastisch omlaag te brengen. Daarnaast zullen in de toekomst de energie-aspecten steeds belangrijker worden, naast de mogelijkheden van de bestaande IT-infrastructuur en beschikbaar, goed opgeleid personeel. Niet voor niets worden door Google de nieuwe datacenters dicht bij de Noordpool gebouwd of op plekken waar duurzame energie in bijna oneindige hoeveelheden beschikbaar is, zoals in IJsland waar geothermische energie al vlak onder het grondoppervlak beschikbaar is. Het is dus noodzakelijke snel een energie-efficiëntieslag te maken en het energiegebruik van datacenters sterk te reduceren. Er zijn daartoe volop mogelijkheden. Het gaat erom deze zo goed mogelijk te benutten. Momenteel heerst er nog veel onduidelijkheid over de werkelijke resultaten van de verschillende oplossingen en worden de resultaten nog nauwelijks op transparante wijze gedeeld. De economische en commerciële belangen zijn daarvoor te groot. Toch moet dit veranderen. Daarvoor is de rol van datacentrales gewoon weg te groot voor Nederland en voor de toekomst van ICT en energie.
LITERATUUR 1. Teunissen P., Lambregts E.G.M., 2012, Energiebesparing bij datacentres, Wet milieubeheer en overige instrumenten, Gemeente Amsterdam Dienst milieu en Bouwtoezicht, Februari 2012 2. Afman M.R., Wielders L.M.L., Buck A.de, 2012, Vergroenen data centers 20121015, Ontwikkeling van energiegebruik, hernieuwbare energie en CO2-emissies, CE Delft, publicatienummer 12.3686.28, maart 2012, Delft 3. Blanken S., 2014, Stroomslurpend data center moet groener, De Volkskrant 27 maart 2014 4. Brill K.G., 2011, The Invisible Crisis in the Data Center : The Economic Meltdown of Moore’s law, white paper, Uptime Institute 5. Clevers S., Popma P., Elderman M., 2009, Energiemonitor ICT 2008, report Den Haag : Tebodin Netherlands B.V., http://www. rijksoverheid.nl/documenten-en-publicaties/rapporten/2009/10/14/energiemonitor-ict-2008.html
6. Kester J., Ligthart F., Sijpheer N., 2001, Energie besparing in de ICT branche, ECN rapport 7. Salimans M., 2014, Wordt IT ooit groen? , Datacenter works 7(3); 33 8. Hoeffnagel R., 2014, Vergroening Amsterdamse Datacenter Industrie, Datacenter works 7(3); 30-32 9. Da Costa G., 2013, Green Data Centres: The European Sky, http://perso.ens-lyon.fr/ laurent.lefevre/greendayslille/greendayslille_Georges_Da_Costa.pdf 10. Ha van der B., 2014, Groene energie voor datacentres, Datacenter works 7(3); 22-24 11. Nes R. van de, Raben E., Corneth P., 2013, Energie-efficiënte koude-afgifte in datazalen, Datacenterworks 6(10): 22-25 12. Hoeffnagel W., 2014, De meerwaardevan Warmte Koude Oplsag (WKO), Datacenter works 7(3); 17-19 13. Agentschap NL, 2011, Energiezuinig koelen van datacentres met buitenlucht, publicatie 2EOSA1104, november 2011, Agentschap NL, NL Energie en Klimaat, Utrecht 14. Hoeffnagel R., 2013, Klimatisering bij Equinix AM3 Amsterdam, Bodemopslagbuffers en hybride droge koelers, Datacenterworks 6(10): 14-15 15. Velzen T. van, 2011, Warmtewisselen met de buren, Primeur nieuw datacentrum in Amsterdamse Watergraafsmeer gaat koelen via de bodem, De Ingenieur 10/11, 8 juli 2011. 16. Timmers W.A.M., 2013, Fresh air cooling for data centres-energy efficiency and particle contamination, afstudeeropdracht TU Eindhoven, 15 augustus 2013, Eindhoven 17. A rmbrust M., Fox A., Griffith R., Joseph A.D., Katz R., Konwinski A., Lee G., Patterson D., Rabkin A., Stoica I., Zahari, M., 2010, A View of Cloud Computing, in Communications of the ACM 53(4): 50-58. 18. Mohsenian-Rad A. H., Leon-Garcia, A., 2010, Energy-information transmission tradeoff in green cloud computing, Proceedings IEEE Globecom’10, Miami, Florida 19. Schie F.T. van, 2014, Smart Cloud controls intelligent Data Centres, A first introduction, Masterproject 7YS15, TU Eindhoven 20. Smit H., 2008, Energiebesparing d.m.v. benutting restwarmte datacenters, Afstudeeronderzoek, TU Eindhoven Installatietechnologie, Augustus 2008, Eindhoven
TVVL Magazine | 06 | 2014 ENERGIE
3-6-2014 15:09:51
Meer weten op: www.vaisala.com/betereHVAC
Tijdelijk of semi permanent behoefte aan extra warmte en/of energie? Uw bron van informatie bij het kopen of huren van ketelinstallaties voor stoom, warm en heet water. Verhuur • warmwaterketels tot 8 MW • heetwaterketels tot 12 MW • automatische expansie-inrichtingen • stoomketelunits tot 28 barg van 400 kg/hr tot 16.000 kg/st • ontgassers, voedingswatertanks, ontharders • olietanks 3, 5, 10 en 20m3 • in container, buitenopstelling of romneyloodsen Services • 24 uurs storingsdienst • leidingwerkmontage • onderhoud • engineering Milieuzorg • Low-NOx installaties • geluidsbesparende omhuizingen • CE normering
www.ecotilburg.com Postbus 899, 5000 AW Tilburg - Hectorstraat 23, 5047 RE Tilburg - Tel: 013 5839440 - Fax: 013 5358315 - E-mail: info@ecotilburg.com
TM0614_17.indd 17
4-6-2014 16:22:03
WITNESS-TEST VOOR PRECISIE-AIRCONDITIONERS: VERTROUWEN IS GOED, BEWIJS IS BETER Wanneer een exploitant van een datacenter voor een bepaalde airconditioningsoplossing kiest, gaat hij een langdurige band met de fabrikant en het product aan. De precisie-airconditioners die in datacenters worden gebruikt, gaan immers 10 tot 15 jaar mee.
(Afb. 1): Op een oppervlak van circa 700 m2 exploiteert STULZ een van de meest geavanceerde testfaciliteiten voor de airconditioningstechnologie binnen Europa. De testinstallatie beschikt maar liefst over twee afzonderlijke klimaatkamers en vier conditioneringssystemen. Bij de keuze van het aan te schaffen systeem zijn het rendement en de prestatiegegevens van doorslaggevend belang. Klanten verwachten dat de opgegeven waarden in de praktijk ook daadwerkelijk worden gehaald. Om hier zekerheid over te krijgen, kunnen klanten hun precisieairconditioner in een gekalibreerd testcentrum met een witness-test op koelprestaties en energieverbruik laten testen. Vooral bij grote systemen kan deze test snel worden terugverdiend. Uiteindelijk zal de praktijk het bovenstaande echter moeten uitwijzen, vooral voor wat betreft de prestatiegegevens van de airconditioningsunits. Hoewel de technische specificaties in principe door de norm DIN EN 14511, “Test voor het bepalen van het totale koelvermogen” worden beschreven, hebben leveranciers vanzelfsprekend de neiging hun airconditioningsoplossingen zo positief mogelijk voor te stellen. Tussen de theorie en praktijk kunnen zich evenwel fundamentele verschillen voordoen. Aangezien koeling van een datacenter een dure aangelegenheid is, kunnen onverwachte ontoereikende prestaties vrij snel tot honderdduizenden euro’s meerkosten leiden. Vanwege de stijgende energieprijzen kunnen de exploitatiekosten van een datacenterairconditioning die slechts in beperkte mate geschikt is voor de desbetreffende installatielocatie snel oplopen, waardoor het vrijwel onmogelijk kan worden om het datacenter rendabel te exploiteren. Als de prestatie- en rendementsgegevens van het airconditioningssysteem onjuist zijn, kan dat jarenlang tot te hoge elektriciteitskosten leiden. INDIVIDUELE TESTS BIEDEN BETROUWBARE PRESTATIEGEGEVENS De prestatiewaarden van een airconditioningsoplossing worden in belangrijke mate bepaald door de kwaliteit van de toegepaste airconditioningscomponenten, zoals de compressoren, pompen en ventilatoren. Ook spelen de specifieke omgevingsomstandigheden een grote rol. De temperatuur en vochtigheid van de toevoer- en retourlucht en de hoeveelheden van de te koelen warmtebelasting beïnvloeden zowel het vermogen als het rendement. Deze factoren verschillen echter van het ene datacenter tot het andere. Om direct vanaf de start zeker te zijn van een perfect gedimensioneerde datacenterairconditioning, verwachten IT-klanten steeds vaker een bewijs van het opgegeven koelvermogen en energieverbruik. Sommige fabrikanten spelen in op deze verwachtingen en bieden hun klanten geïndividualiseerde prestatietests. Een van deze fabrikanten is de in Hamburg gevestigde precisie-airconditionerspecialist STULZ. PRESTATIETEST ALS ONMISBAAR PLANNINGSHULPMIDDEL Op een oppervlak van circa 700 m2 exploiteert STULZ een van de meest geavanceerde testfaciliteiten voor de airconditioningstechnologie binnen Europa (Afb. 1). De testinstallatie is uitgerust met in totaal twee afzonderlijke klimaatkamers en vier conditioneringssystemen. Deze levert met behulp van warmtewisselaars een koelvermogen van maximaal 1.000 kW en bereikt een luchtdebiet van 55.000 m3/h. Hier verkrijgen klanten betrouwbare informatie over de prestaties en het energieverbruik van hun STULZ airconditioningsoplossingen. Het is hierbij volstrekt irrelevant of het geplande datacenter in Londen, Hongkong of Dubai komt. In het testcentrum kunnen de retourluchttemperatuur en andere bedrijfsparameters geheel in overeenstemming met de individuele vereisten worden gesimuleerd. Met behulp van de technische tests in het testcentrum kunnen ontwerpers en exploitanten van installaties de airconditioningtechnologie perfect op hun eigen datacenter afstemmen. Daarnaast biedt uitgebreide documentatie het technische bewijs van het koelvermogen en rendement. Om deze reden vormen prestatietests op basis van de individuele specificaties van de klant nu in veel Europese landen de standaardprocedure. Gezien het bindende karakter van de opgegeven prestaties, kunnen bijvoorbeeld ontwerpers en exploitanten van installaties hiermee van tevoren zekerheid verkrijgen over de prestaties en het energieverbruik van hun datacenterkoeling.
advertorial
TM0614_18-19_stulz.indd 18
6-6-2014 15:08:00
Afb. 2: In de standaardtest simuleert de klimaatkamer
Afb. 3: Zijwaarts uitblazende binnenunits zijn vooral
een conventioneel gesloten-circuit airconditionings-
geschikt voor kleine tot middelgrote datacenters. De zorg-
systeem voor een ruimte met verhoogde vloer, variabele
vuldige scheiding van warme en koude lucht met behulp van
warmtebelasting en gedefinieerde luchtvochtigheid.
een koude straat maakt grote energiebesparingen mogelijk.
INVESTERINGSZEKERHEID DOOR RENDEMENTSBEREKENINGEN Hoewel het testcentrum van Stulz oorspronkelijk bedoeld was als een interne faciliteit voor het testen van prototypes vroeg in de ontwerp- en ontwikkelingsfase, stelt Stulz dit centrum tegenwoordig ook beschikbaar voor IT-klanten en exploitanten van datacenters. Het testcentrum is gecertificeerd voor tests conform DIN EN 14511 (prestaties van airconditioners, vloeistofkoelingseenheden en warmtepompen), EN 1216 (warmtewisselaars - luchtkoelings- en luchtverwarmingsspiralen met geforceerde circulatie) en ISO 9614 (geluidsvermogensniveaus). Testruns onder omstandigheden conform klantenspecificatie demonstreren de koelprestaties van airconditioningsoplossingen in het veld, bieden de klanten dus gemoedsrust bij de berekening van de te verwachten energiekosten. Voor het meten van de prestaties is een calorimetrische methode of luchtenthalpiemethode beschikbaar. Beide testmethoden worden toegestaan door de norm. Bij de luchtenthalpiemethode worden de prestaties vastgesteld op basis van het luchtdebiet en de bijbehorende omstandigheden van de binnenkomende en uitgaande lucht. Het calorimetrische proces is vooral geschikt voor het simuleren van deellastomstandigheden. TESTSCENARIO’S OP MAAT Het STULZ testcentrum biedt drie elementaire testscenario’s: standaardtest, simulatie van datacenterkoeling met extra warme- en/of koude straat en bedrijf in een gesimuleerde omgeving voor nabootsing van specifieke buitenluchtomstandigheden. Alle tests kunnen worden uitgevoerd met variabele luchtdebieten, warmtevolumes en individuele vochtigheidswaarden. De gewenste retourluchttemperaturen kunnen ook nauwkeurig worden gesimuleerd. SCENARIO 1: STANDAARDTEST Is de gebruikelijke test waarbij alle belangrijke prestatiegegevens worden gedocumenteerd. Het testscenario simuleert een conventioneel gesloten-circuit airconditioningssysteem met of zonder verhoogde vloer (Afb. 2). De temperatuur kan vrij worden geselecteerd uit een bereik van -20 tot +55 °C , en de testgegevens zijn vervolgens in real-time beschikbaar in de regelkamer, waar zij kunnen worden weergegeven en geanalyseerd. SCENARIO 2: SIMULATIE VAN EEN ZIJWAARDS UITBLAZEND SYSTEEM MET EEN KOUDE STRAAT De afgelopen jaren heeft het warme/koude-straatprincipe erkenning gekregen binnen de datacentersector. Hierbij wordt de warme afvoerlucht van de servers door eenvoudig te installeren scheidingswanden van de koude toevoerlucht gescheiden. Deze zorgvuldige scheiding van de warme en koude lucht voorkomt luchtkortsluiting, d.w.z. vermenging van de warme lucht van de servers met de reeds gekoelde lucht in de ruimte. Deze methode vermindert niet alleen het elektriciteitsverbruik van de airconditioning, maar biedt daarnaast ook een optimale controle over de retourluchttemperaturen (Afb. 3). De retourluchttemperatuur is een belangrijke waarde voor het koelsysteem van een datacenter. Hoe hoger deze temperatuur, hoe efficiënter de compressoren in de binnenunits kunnen werken. Hierbij worden echter grenzen gesteld door de gevoelige IT-apparatuur en de temperatuurvoorschriften uit het ASHRAE handboek, dat als de feitelijke norm voor datacenterairconditionings wordt beschouwd. Tegenwoordig wordt gestreefd naar temperaturen van circa 27 °C. SCENARIO 3: TEST VAN BINNEN- EN BUITENAPPARATEN IN EEN GECOMBINEERD SYSTEEM Dankzij de afzonderlijke klimaatkamers biedt het testcentrum van Stulz de mogelijkheid om complete koelsystemen in combinatie met hun binnen- en buitenapparaten te testen. Hiertoe kunnen de kamers 1 en 2 met elkaar worden verbonden. In de eerste klimaatkamer genereren conditioneringssystemen de warmtebelasting die met de verwachte IT-belasting van het datacenter overeenkomt. De te testen binnenunit koelt deze lucht vervolgens af. Hierbij moet opgemerkt dat de binnenunits in de vorm van compressoren (DX) of chillers (CW) kunnen worden getest. De tweede klimaatkamer daarentegen simuleert de specifieke klimaatomstandigheden van het desbetreffende land teneinde de warmteafvoer via de condensors of chillers te testen. Al met al, raden we de exploitanten en ontwerpers van datacenters aan om gebruik te maken van de mogelijkheid om een witness-test onder klant specifieke omstandigheden uit te voeren.
Telefoon: 020-545 11 11
E-mail: info@stulz.nl
Fax: 020-645 87 64
www.stulz.nl
advertorial
TM0614_18-19_stulz.indd 19
6-6-2014 15:08:01