Alle aktører i byggenæringen har gode hensikter å oppnå godt inneklima, rasjonell bruk av energi og rimelig økonomi i bygningene de produserer.
Dessverre, har dagliglivet lært oss at dette alt for sjeldent blir realisert. De siste teknologiske fremskritt gir nå en ny mulighet til å sikre kvaliteten for funksjonen gjennom hele livsløpet for bygget og de tekniske installasjoner.
Dette kommer til å frembringe nye muligheter i bruken av anlegg for sentraldriftskontroll.
Byggeprosess - fra krav på papiret til realisering i praksis
Alle seriøse aktører involvert i bestillingen, planleggingen, fremstillingen og driften av bygninger har gode hensikter om å oppfylle de anerkjente krav om godt inneklima, rasjonell bruk av energi og rimelig økonomi. Produktet fra denne prosessen, det ferdige bygget med tekniske installasjoner, viser i alt for mange tilfeller uoverensstemmelse mellom de fremsatte krav og oppnådde tilstander i virkeligheten. Årsakene for dette kan ligge enten i prosjekteringen eller i utførelsen, sågar i begge av delene. Avvik og problemer kan komme til syne under i gangkjøringen, ved overtagelsen eller i garantiperioden for bygget og installasjoner. Eller, kan vises etter at anlegget har vært en tid i bruk. Noen av problemene slipper gjennom manglende rutiner ved i gangkjøring og overtagelse, mens nye kan oppstå på grunn av endringer etter langvarig drift og manglende vedlikehold. I gjentatte tilfeller er årsaken til problemene endring av bruksmønsteret og driftsbetingelser for enkelte rom, soner eller for hele bygget.
Årsakene og kildene til problemene kan være så mange, mens resultatet blir det samme:
-Bygninger med ukomfortabelt, eller sågar helsefarlig inneklima.
-Bygninger med stort energibruk, effektbehov og miljøbelastning.
-Bygninger med høye driftskostnader og lav produktivitet.
Bedre kvalitetssikring av arbeidet både under prosjektering, utførelse og drift er en påkrevd del av løsningen for disse problemene. I tillegg får vi snart krav om energisertifisering av bygninger som ytterlig aktualiserer arbeidet med kvalitetssikring.
Kvalitetssikring av forutsatt funksjon
Bygget og de tekniske installasjonene planlegges for å tilfredsstille dimensjonerende forhold, mens de i praksis vil fungere under moderate og lave belastninger i den største delen av tiden. Det er derfor viktig å planlegge anleggene med hensyn til alle arbeidsbetingelsene de skal operere under.
Nedsmussing, slitasje, aldring og annen degradering som vil bygge seg sakte opp over lang tid vil føre til at enkelte komponenter eller anlegg ikke har forutsatt ytelse gjennom hele livsløpet.
Både prosjektering og utførelse av bygget og tekniske installasjoner er utsatt for et stort tidsmessig og økonomisk press. I gangkjøring og overtagelse, som er de siste fasene i prosessen, kommer dårligst ut i denne sammenheng. Når den avsluttende delen av prosjektet skal utføres, er de aller fleste tidsfrister og økonomiske rammer allerede nådd eller sågar overskredet.
Når bygget og tekniske installasjoner endelig blir ferdige, overlates driften av disse til en driftsorganisasjon som ofte ikke er fullstendig på plass og ikke har fått opplæring i anleggenes funksjon og drift/vedlikehold. Manglende tid, økonomiske ressurser og kompetanse til å holde anleggene i en forsvarlig stand gjennom et langt og turbulent liv er også vanlig.
Dette er bare noen av de sentrale tema som tydelig viser hvor vanskelig og sammensatt det er å kvalitetssikre riktig funksjon av bygget og de tekniske installasjoner.
I dagens praksis benytter vi flere tiltak eller prosesser for å avdekke feil på anlegg med formål å kvalitetssikre funksjonen:
-Prosedyrer for igangsetting, utbalansering og innregulering
-Overtagelsesforretninger for tekniske anlegg
-Energioppfølging
-Enøk-analyse
Gjennom prosedyrer for i gangkjøring sørger de involverte entreprenørene som har montert alle komponenter, anlegg og systemer at de utfører den tiltenkte funksjon. Ved siden av funksjonstesting inngår også utbalansering og innregulering. Overtagelsesforretningen er den juridiske rammen som regulerer overgang mellom produksjonsfasen og bruksfasen for bygget og de tekniske anlegg. I denne fasen sammenlignes virkelige tilstander med de planlagte. Ved energioppfølging sammenlignes virkelig energibruk med en budsjetterte energibruk over bestemte tidsperioder. Den budsjetterte energibruken trenger nødvendigvis ikke å stå i et direkte forhold til de prosjekterte tilstander, den tilpasses ofte de praktiske forhold som råder i bygningen. Enøk-analyse er en kartlegging av tilstander i en bygning som har vært i bruk en tid og hvor ytelsen gjerne har kommet langt på siden av de opprinnelige forutsetninger.
En felles karakteristikk for disse prosessene er at de er fokusert på innsamling av informasjon som gjør det mulig å avdekke feil. Vi ser, for eksempel, avvik fra ønsket temperatur i løpet av en ettermiddag eller registrerer større energibruk enn forutsatt i løpet av en bestemt uke. Ingen av disse prosessene gir en indikasjon om årsaken til feilen eller hvor årsaken ligger. Diagnostisering er overlatt til det involverte driftspersonalet og deres kompetanse.
Kontinuerlig kontroll av tilstander
En mulig måte å kvalitetssikre at riktig funksjon oppnås i praksis, er å benytte kontinuerlig kontroll av byggets energi- og inneklima tilstander. Denne prosessen sammenligner de reelle tilstandene med de forutsatte som ble definert i planleggingsprosessen.
Dette vil, som første trinn, gi en indikasjon på om det finnes noen feil i anlegget. Feilen vil bli avviket fra den forutsatte tilstanden slik den ble bestemt under prosjektering, og den målte tilstanden i bygget. Videre kan denne informasjon kombineres med lagrede data om tidligere tilstander og de beregnede forventede utviklinger, for å finne ut hvilken komponent forårsaker feilen.
Utvikling innenfor måleteknikk, matematisk modellering og simulering og ikke minst datateknikk gir oss mulighet til å utvikle et nytt system for kvalitetssikring av funksjonsleveransen ved hjelp av kontinuerlig kontroll av energi- og inneklima-tilstander i bygninger. Dette systemet vil på en avansert måte forene flere av de metodene for kvalitetssikring som ble nevnt tidligere.
Det foreslåtte systemet for kontinuerlig kontroll av energi- og inneklima-tilstander i bygninger vil kombinere all relevant informasjon:
-utviklet gjennom prosjekteringen
-innsamlet ved igangsetting, utbalansering, innregulering og overtagelse
-innsamlet fra daglig drift over tid
-øyeblikksverdier for forskjellige tilstander
-prognoser for utvikling av viktige parametrer som værforhold, energipriser, renter ol.
En avansert behandling av all denne informasjon vil gjøre det mulig å foreta både deteksjon og diagnostisering av feil på en automatisert måte. Dette vil effektivisere driften av de tekniske anleggene ved redusert behov for fysiske kontroller, samtidig som at det vil bli endret krav til kompetanse hos driftspersonalet.
Internasjonalt prosjekt med norsk deltakelse
Innenfor Det Internasjonale Energi Byrået (IEA) og det spesifikke programmet "Energiøkonomisering i bygninger og de regionale systemer" (ECBCS), ble i løpet av 1999/2000 tatt initiativ til opprettelse at et nytt prosjekt: Annex 40 - "Tilstandskontroll av klimasystemer i bygninger for bedre energiytelse". Prosjektet ble startet som et forberedende Annex i 2001, med full aktivitet fra januar 2002 og med planlagt varighet til 2004. Annex'ets hjemmeside er: http://www.ecbcs.org/Annexes/annex40.htm
Mål for prosjektet er å utvikle, verifisere og dokumentere egnede verktøy for kontroll av energi- og inneklimatilstander i bygninger, slik at det vil bli mulig å oppfylle de krav for inneklima og energibruk som ble satt opp, under designfasen av byggeprosjektet. Prosjektet vil utvikle retningslinjer for hvordan informasjon fra prosjekterings- og produksjonsfasen og målinger fra driften bør formuleres og håndteres for at de skal kunne benyttes til kontinuerlig tilstandskontroll. Noen av delproduktene for prosjektet vil være en ordliste med klare definisjoner av ord og uttrykk som brukes på området, og et sett av prosedyrer for gjennomføring av kontinuerlig tilstandskontroll. I tillegg vil det bli utviklet en prototype for et automatisert verktøy som kan installeres i en uavhengig PC eller i et SD-anlegg.
Målgruppen for resultatene for prosjektet er:
-Byggherren som ønsker å kontrollere om byggets energi- og klimatilstand under kontinuerlig drift er i henhold til intensjoner satt under prosjektering
-Den prosjekterende og entreprenøren som ønsker å kontrollere om byggets energi- og klimatilstand både ved overlevering og i drift er i henhold til intensjoner
-Ansvarlig for drift av bygningen (egen driftsavdeling eller innleid selskap) som ønsker å kontrollere og forbedre byggets energi- og klimatilstand under kontinuerlig drift
-Automatikkleverandørene som ønsker å forbedre sine systemer for sentral driftskontroll.
Prosjektet gjennomføres som en internasjonal dugnad med deling av arbeidsinnsats og resultater. Land som har forpliktet seg til å være med i prosjektet, må delta med en innsats som tilsvarer minst et årsverk per år, samt å dekke nødvendige reiseutgifter for deltakelse av en person på to arbeidsmøter i året. Det er fullt mulig å delta også med større innsats og med flere personer. Det er også mulig og ønskelig å danne nasjonale team og nasjonale prosjekter for å støtte opp under det internasjonale prosjektet.
Følgende land deltar i prosjektet: Frankrike, Sverige, Belgia, Canada, Japan, Sveits, USA, Finland, Tyskland, Kina og Norge. Status som observatører har Nederland og Romania.
Norsk aktivitet og innsats fra næringslivet
Norges deltakelse i det internasjonale prosjektet oppnås gjennom et PhD-studium finansiert av NTNU og en PostDoc stilling fra SIP/SUP Smartbygg finansiert av Norges forskningsråd, begge innenfor NTNUs satsningsområde Energi og miljø. Nå arbeides det for å etablere et norsk nasjonal team for prosjektet med representanter fra bygg- og eiendomsnæringen.
Mål for det nasjonale prosjektet er, på samme måte som for det internasjonale prosjektet, å utvikle, verifisere og dokumentere forskjellige typer verktøy for kontroll av energi- og klimatilstander i bygninger under kontinuerlig drift, slik at det vil bli mulig å oppfylle de krav for inneklima og energi som ble satt opp, under designfasen av byggeprosjektet.
Resultater som er tenkt oppnådd i det nasjonale prosjektet er:
1.Utvikle enhetlige prosedyrer for kontinuerlig kontroll av energi- og inneklima tilstander i bygninger - oppnås gjennom innsats fra PostDoc-stillingen.
2.Etablere et demonstrasjonsprosjekt for kontinuerlig kontroll av energi- og inneklima tilstander i bygninger - oppnås gjennom innsats fra bygge- og eiendomsnæringen
3.Utvikle, kalibrere og verifisere matematisk modell for kontinuerlig kontroll av energi- og inneklima tilstander i bygninger - oppnås gjennom PhD-studium.
4.Etablere gode forskningsmessige forbindelse med internasjonalt ledende fagmiljøer på området- oppnås gjennom deltakelse i IEA-prosjekt ECBCS Annex 40.
5.Etablere gode forbindelser med norsk næringsliv for gjensidig overføring av kompetanse relevant for fagområdet - oppnås gjennom etablering av et norsk nasjonal team for prosjektet.
6.Forbedre tilbudet til undervisning og etterutdanning innen kontinuerlig kontroll av energi- og inneklima tilstander i bygninger - oppnås gjennom studentoppgaver og undervisning.
Gjennom disse aktivitetene ønsker forskningen sammen med den norske bygg- og eiendomsnæringen å oppnå følgende hovedpunkter:
-å være bedre i stand til å sikre riktig inneklima og energibruk i bygninger
-å øke egen kompetanse innenfor intelligente klima- og energiløsninger
-å bidra i den internasjonale utviklingen av teknologien for intelligente klima- og energiløsninger
-å kunne gi støtte til byggherrene og de ansvarlige for drift av bygninger i den daglige kamp for riktig og økonomisk funksjon
-å bidra til utvikling av norske produkter og demonstrasjonsanlegg innenfor intelligente klima- og energiløsninger.
Viktige elementer ved kontinuerlig tilstandskontroll av inneklima- og energitilstander i bygninger samt aktivitetene i prosjektene vil bli videre behandlet gjennom flere artikler.
Referanser
1. Visier, Jean-Christophe: Commissioning of Building HVAC Systems for Improved Energy Performance, Working document on a new IEA Annex, Paris, October, 2000.
2. Novakovic, Vojislav: Intelligente bygninger - hvordan sikre at intensjonene realiseres og holdes gjennom byggets livssyklus, NIF Kursdager ved NTNU 2002: Energibruk i bygninger - status og behov for omstilling, Trondheim, januar 2002.
3. Novakovic, Vojislav: Kontinuerlig tilstandsanalyse av bygning og installasjoner -
Grunnlaget legges i planleggingsfasen, NIF Kursdager ved NTNU 2003: Effektiv energibruk i bygninger - Innsatsfaktor for bedre inneklima, produktivitet og helse, Trondheim, januar 2003.
