RIZ Energiegebouw in Offenburg (D) gebruikt het voorspellende MPC-systeem (afb: Hogeschool Offenburg)

Volgens de Noorse onderzoeks-organisatie SINTEF en het techbedrijf GK zou het mogelijk zijn voor iedereen om zonder al te veel kosten tot eenderde op haarzijn energiekosten te besparen. Dat zouden zogenaamde ‘slimme’ verwarmingsregelaars voor kunnen zorgen.Voorlopig hebben de onderzoekers in dit geval alleen naar commerciële gebouwen gekeken, maar er zijn meer onderzoeken gedaan naar de resultaten van het gebruikte voorspellende MPC-regelsysteem.
“De resultaten van het verwarmingssysteem zien er veelbelovend uit”, zegt SINTEF-onderzoeker Harald Taxt Walnum. “De investeringskosten zijn minimaal en bieden mogelijkheden voor veel besparingen. Soortgelijke regelsystemen worden veel gebruikt in industriële processen, maar het onbenutte potentieel in gebouwen is nog steeds enorm.”
SINTEF en GK gebruikten een voorspellend rekenmodel (MPC) als sturing, dat gevoed wordt met weergegevens en energieprijzen. Een dergelijk maar veel simpeler systeem dat louter stuurde op buitentemperaturen gebruikte SINTEF al in zijn kantoren in de jaren ’60.
MPC gebruikt een wiskundig model voor het regelsysteem om toekomstige toestanden te voorspellen en de optimale sturing te bepalen. Het model wordt al sinds de jaren ’80 gebruikt in de procesindustrie in chemische fabrieken en olieraffinaderijen. De laatste jaren is het ook uitgebreid onderzocht voor de controle van energiesystemen in gebouwen. Al in de loop van anderhalve maand zou die besparing van 33% kunnen worden bereikt, stellen de onderzoekers.

Walnum: “Wat MPC onderscheidt van traditionelere regelmethoden, is het vermogen om vooruit te denken. In plaats van alleen te reageren op veranderingen wanneer deze zich voordoen, plant MPC hoe het systeem zich zal gedragen om in de loop van de tijd de best mogelijke resultaten te behalen.”
Het systeem analyseert verschillende variabelen, zoals de toekomstige elektriciteitsprijzen en weersvoorspellingen, om zo min mogelijk elektriciteit te gebruiken wanneer de prijzen hoog zijn.
De aanpassingen werden efficiënter toen het systeem ook nauwkeuriger gegevens ontving over de temperatuur en het energieverbruik in het gebouw. Dit bespaarde zowel energie als kosten en verbeterde het binnenklimaat in het gebouw.

Niet zo groot

“Het effect zou niet per se zo groot zijn geweest als het onderzoek op een ander moment van het jaar was uitgevoerd, wanneer schommelingen in temperatuur en elektriciteitsprijzen kleiner zijn”, zegt Peder Ward van GK. De testperiode in april en mei omvatte verschillende dagen waarop de temperatuur in de schaduw relatief laag was, terwijl de warmte van de zon een totaal andere werkelijke buitentemperatuur opleverde.
Veel commerciële gebouwen in Noorwegen en Europa hebben oude radiatoren. Aanpassing naar moderne zoneregeling, waarvoor nieuwe thermostaten en sensoren in elke kamer nodig zijn, brengt grote investeringskosten met zich mee. Het MPC-systeem maakt gebruik van bestaande infrastructuur in de gebouwen, tegen een fractie van de kosten.

Ward gelooft daarom dat dit model een belangrijke bijdrage kan leveren aan de collectieve maatschappelijke inspanning om de energie-efficiëntie te verbeteren. “We weten dat gebouwen goed zijn voor ongeveer 30% van het totale energieverbruik ter wereld en bijna evenveel van de energiegerelateerde CO₂-uitstoot. Bovendien zijn de meeste gebouwen die in 2050 nog in gebruik zullen zijn, al gebouwd. Als we verwachten dat de groene transitie slaagt, moeten we kijken hoe we bestaande gebouwen en technologie efficiënter kunnen benutten.”
De GK-ingenieur gelooft ook dat oplossingen zoals MPC niet alleen de energiekosten verlagen, maar gebouwen ook de flexibiliteit geven om zich aan te passen aan toekomstige behoeften. “De technologie kan bijvoorbeeld worden aangesloten op slimme netwerken, waarbij gebouwen het elektriciteitsnet helpen ontlasten door het verbruik te verminderen tijdens periodes met een hoge energiebelasting. Dit kan ook helpen bij het ondersteunen van het gebruik van hernieuwbare energie.”

Maren

Er zitten nog wel wat maren aan deze prachtige oplossing. Zo zou er meer ontwikkeling nodig zijn om het systeem opschaalbaar te maken. Een van de problemen is om stabiele dataverbindingen te waarborgen en om periodes met ontbrekende meetgegevens te kunnen overbruggen. Zoals bekend kan het nog wel eens spoken op het wereldwijde web waar dit soort ‘slimme’ systemen gebruik van maken

Ward: “Het model verwerkte dit verrassend goed, maar er is een opslagoplossing nodig die kan zorgen voor continue werking als de toegang tot gegevens of het MPC-systeem instabiel wordt.” Walnum kijkt nauwkeuriger naar hoe het systeem in de loop van de tijd werkt en hoe het model kan werken in gebouwen met modernere technologie. “We moeten een betere ‘stekker-in-het stopcontact’-oplossing creëren die geen grote lokale aanpassingen vereist.” Toch zijn beide mannen desondanks zeer tevreden over de resultaten van het project.

Bron: Alpha Galileo