HVAC og KNX

KNX og varmestyring går hånd i hånd, selvom opvarmning kræver en helt ny viden sammenlignet med lys og AV-styring, der ofte (endnu) ikke er tilgængelig hos el-installatøren. 

Kursus KNX – VVS Specialist

For at forberede dig på komplekse KNX - HVAC-projekter tilbyder vi dig KNX - HVAC Specialist-kurset. Dette kursus er tilgængeligt online på hollandsk og inkluderer en engelsk PDF til reference.

Kurset består af 9 kapitler med i alt 45 lektioner.

I løbet af kurset kan du stille specifikke spørgsmål om materialet til vores erfarne KNX Tutor.

Lær alt om Proportional – Integral (PI) kontroller, varmeoverførsel, sensorer og forskellen mellem 'styring' og 'kontrol'.

Læs mere om kursets opbygning og indhold: https://www.knxcontrol.nl/course/knx-hvac-specialist

KNX og HVAC, baggrunden:

Temperaturmåling

Der er en række måder at få rumtemperaturen i KNX på uden at skulle installere en speciel temperaturføler i hvert rum. For eksempel har de fleste KNX-kontakter en indbygget temperaturføler.

Gira kontakt med temperaturstyring og display.

Selvom ikke alle disse kontakter angiver temperaturen i rummet, er dette egentlig ikke et problem, da vi ser en tendens, især med gulvvarme (UFH), hvor temperaturen kun vises et centralt sted. Dette skyldes, at det meget sjældent skal ændres, og enhver ændring vil tage mindst flere timer at træde i kraft.

Andre enheder såsom PIR'er og CO2-sensorer har også ofte indbyggede temperatursensorer, men disse er normalt placeret på steder, der ikke er ideelle til at aflæse en temperaturvisning, såsom i gange og gange, walk-in closets og andre områder, hvor der er ingen kontakt. Sådanne steder bruges normalt ikke som primære opholdsområder, men temperaturen på disse sensorer er tilstrækkelig til regulering.

Brugen af ​​KNX temperatursensorer giver mulighed for at kompensere for den værdi, de giver, for bedre at kunne aflæse rummets midte. Der er også mulighed for at registrere en gennemsnitstemperatur, hvis rummet er stort.

Basalte Auro bevægelsesdetektor med indbygget temperatursensor.

Temperatuurordning

Ligesom ved temperaturmåling findes der en række enheder, der kan styre temperaturen. Nogle kontakter kan gøre dette, og termostater, specielle varmeregulatorer eller endda nogle aktuatorer kan sende varmebehovet ud.

KNX tilbyder tre standardformer for varmestyring:

• PI (Proportional Integral). 
• PWM (Pulse-Width Modulation). 
• Tænd/sluk med hysterese.

6-vejs varmeaktuatoren Theben HMG 6 T har en indbygget styring.

Proportionalt integral

Proportional Integral (PI) er en kontrolalgoritme, der beregner størrelsen af ​​fejlen mellem sætpunktet og den aktuelle temperatur og sammenligner den med en gennemsnitstidsfunktion for at give et 1-byte output, der er egnet til et motoriseret drev eller en ventilator med variabel hastighed.

Kort sagt, jo større forskellen er mellem rumtemperaturen og indstillingspunktet, jo større er output. Dette reduceres så efterhånden som rummet varmes op. Når måltemperaturen er nået, nulstilles udgangen for at forhindre overmodulation på grund af den tid, det tager at nå en stabil tilstand.

Hvis fejlen vender tilbage, reagerer udgangen med små trin for at opretholde sætpunktet. Ved parametrering af termostaten indstilles opvarmningstypen, da styringen skal tage hensyn til reaktivitet og varmeydelse.

Ved brug af PI skal styringen kende varmeelementets effekt for at beregne de korrekte responstider. I de fleste tilfælde er de foruddefinerede standardindstillinger mere end tilstrækkelige, men manuelle indstillinger kan udføres.

Theben Cheops understøtter PI-styring af radiatorer.

Pulsbreddemodulation

Pulse Width Modulation (fra Pulse Width Modulation eller PWM) bruger et on/off-signal baseret på PI-værdien ovenfor. PWM konverterer 1-byte PI-udgangen til en 1-bit PWM-udgang, så den kan bruges på systemer med en on/off-ventil. Dette er mest almindeligt med UFH-systemer, der bruger ventiler.

På nøjagtig samme måde som PI resulterer en lille fejl i en lille ændring, der afspejles over en periode. Så hvis PI-udgangen er 10% og PWM-cyklussen er 10 minutter, så vil udgangen være tændt i 1 minut og slukket i 9 minutter.

Theben HMT 6 kan bruges til multistyring af gulvvarme.

aan /Uit

On/off er den enkleste betjeningsform og egner sig derfor kun til meget simple anlæg. 
Tænd/sluk fungerer som forventet; hvis temperaturen er over setpunktet, slukkes udgangen, og hvis temperaturen er under setpunktet, tændes den.

ABB kontaktaktuator med 20A C-Load til on/off styring af varmebelastninger.

For at forhindre udgangen i at svinge mellem on og off ved sætpunktet, har de fleste regulatorer en hystereseparameter. Dette virker ved at indstille en øvre og nedre offset, normalt 1 grad, fra indstillingspunktet. Når den øvre grænse er overskredet, tændes udgangen ikke, før temperaturen er faldet til under den nedre grænse. Selvom det er nødvendigt, vil det føre til mere temperatur over og under skydning, så denne kontroltype bør bruges med forsigtighed.

Den nye Zennio Square TMD Display understøtter alle tre kontroltyper

KNX varmetilstande

Der er fire tilstande, der bruges i KNX til varme- og kølestyring: 
• Komfort 
• Stå ved 
• Nat 
• Frost

Disse tilstande ændrer den indstillede temperatur med en værdi på én byte (ofte kaldet RTR-objektet). Med nogle ældre enheder vil du opdage, at hver tilstand aktiveres via en one-bit trigger, og enheden forbliver i den sidst aktiverede tilstand.

På nogle controllere er der et ekstra objekt for en højere prioritet tilstandsindstilling, som tilsidesætter normal drift. Indstilling af tilstanden til Auto (0) deaktiverer denne tilsidesættelse og returnerer kontrollen til standard RTR-objektet, hvilket kan være særligt nyttigt, når du sætter huset i standbytilstand.

Basalte Deseo er et eksempel på et berøringspanel, der viser den aktuelle temperatur og også tillader valg af tilstand.

Disse tilstande er selvforklarende: komfort bruges under normal beboelse af huset, mens natten bruges, når bygningens beboere sover. I nattilstand kan temperaturen sænkes lidt, så huset effektivt kan vende tilbage til komforttilstand. Standby-tilstand (eller væk) bruges, når bygningen er tom. temperaturen reduceres, men kan stadig relativt hurtigt vende tilbage til Comfort-tilstand, når beboerne vender tilbage. Frosttilstand bruges til at beskytte bygningen, når den er tom i længere tid. Det holder huset på en lavere, men jævn temperatur for at forhindre, at rørene fryser.

Relativ og absolut kontrol

Der er to måder at indstille temperaturen på for ovenstående tilstande. Disse er relative og absolutte.

Relative bruger komforttemperaturen som master og bruger et fallback-tal til at beregne og indstille værdierne for Nat og Standby. Dette giver brugeren mulighed for at indstille alle ovennævnte tilstande fra én temperatur. Frost-tilstanden har dog en indstillet temperatur, der ikke justeres, når komforttemperaturen ændres.

Tabel over typiske relative varme- og afkølingsværdier for de forskellige tilstande
(køleværdierne er yderligere forklaret nedenfor)

Absolut giver brugeren mulighed for at indstille en specifik temperatur for hver tilstand. Dette giver et lettere at forstå scenarie, men resulterer i virkeligheden i en mere kompliceret brugergrænseflade, da hver temperatur skal ændres, nogle gange så mange som otte gange – én gang hver for de fire tilstande, til opvarmning og til køling.

Tabel over typiske absolutte varme- og køleværdier for de forskellige tilstande.

dødt band

Uanset hvilken mulighed der vælges, bør et dødt bånd overvejes. Uden et dødt bånd ville der være en konstant kamp mellem opvarmning og afkøling for ethvert lille overskridelse af enten. Hvis temperaturen f.eks. sættes til toogtyve grader uden dødbånd, vil opvarmningen komme op på temperaturen, og kølingen aktiveres, så snart rumtemperaturen stiger over dette sætpunkt.

Hvis der ikke er et dødt bånd, vil der være en konstant kamp mellem varme- og kølesystemet.

I køletilstand, ved hjælp af relativ styring, gives én værdi for dødzonen og én for kompensation for Standby og Nat. Men når du bruger absolut kontrol, er dødbåndet en specifik værdi for komforttilstandens sætpunkt.

ABB Busch priOn har en indbygget termostat og kan ændre tilstanden.

Timere

Den nemmeste måde for en slutbruger at kontrollere den indstillede temperatur på er gennem timere. Ofte er disse indbygget i termostater, men der er en række måder, hvorpå man nemt kan justere de varierende tilstandstider. Afhængigt af installationen kan en dedikeret opvarmningstimer være påkrævet, og DIN-skinne-timere er tilgængelige, der tillader indstilling af tider via en lille skærm, bussen eller begge dele.

Theben TR 648 Top2 RC KNX er et eksempel på en DIN-skinnemonterbar digital timer.

Der er også en række små touchskærme, der vil fungere som en dedikeret opvarmnings-/afkølingstimer for at give slutbrugeren et centralt kontrolsted. Faktisk vil der i mange tilfælde allerede være en enhed i installationen, som giver et højt niveau af logik og visualisering, hvortil opvarmnings-/afkølingstimerne kan tilføjes.

Derudover kan du også placere timere i forskellige visualiseringspakker.

Zennio Z41 er et eksempel på en berøringsskærm, der tilbyder flere timere til at aktivere tilstande.

To-trins opvarmning og køling 

De fleste termostater giver dig mulighed for at tilføje et ekstra trin af opvarmning og afkøling eller begge dele. To-trins opvarmning giver en anden varmekilde, når det tager tid for den primære varmekilde at fylde rummet. Dette kan især være nyttigt, når beboerne i bygningen vender tilbage til komforttilstand efter deres fravær. Selvom det sjældent bruges i Storbritannien, er der en ekstra mulighed for en anden køletilstand til lignende situationer i varmere klimaer.

Hvis den primære varmekilde, såsom gulvvarme, har brug for et øjeblik for at nå komfortvarme, kan radiatorer bruges som sekundær kilde.

Ligesom ved skiftet mellem opvarmning og køling skal der kompenseres, før det ekstra varme- eller køletrin kan aktiveres. Denne respekt kan indstilles i parametrene, så snart det ekstra trin er aktiveret. Forskellen er normalt indstillet omkring to grader, så hvis der er en forskel på to grader, aktiveres kilden til yderligere opvarmning eller køling.

Gulvvarme/køling

UFH (Under Floor Heating) er ved at blive den mest populære varmekilde i nybyggeri, da det har vist sig at være et af de mest komfortable og effektive varmesystemer. For at opnå maksimal komfort og få mest muligt ud af dit system, skal de korrekte styringer monteres, og dette kan opnås på en enkel måde med KNX.

Som nævnt tidligere er der en række KNX-termostater tilgængelige. Efter du har valgt termostaten og indstillet parametrene for den type styring du ønsker, og hvordan tilstandene skal fungere, sender termostaten en anmodning til varmekilden. I denne artikel vil jeg diskutere processen med at bruge UFH som den ressource.

Hvis du som KNX-professionel kun tager dig af styringssiden af ​​applikationen, skal der være en klar forståelse af, hvor grænsen går mellem dit ansvar og varmeingeniørens ansvar. I en ideel verden bør UFH-systemet være fuldt idriftsat og afprøvet, før KNX-integratoren bliver involveret i nogen form for kontrol. Men som vi alle ved, er dette ofte ikke tilfældet, og at kende det grundlæggende i, hvordan UFH-systemet fungerer, kan hjælpe med at fejlfinde problemer med system idriftsættelse.

Der er to hovedtyper af UFH, nemlig elektrisk og hydraulisk. 

Hydraulisk UFH

Ved hydraulik strømmer varmt (eller koldt) vand gennem rør og afgiver varme til rummet, hvor varmeindholdet er afhængigt af rørenes dybde. For at opretholde en jævn varmefordeling skal rørene spiralformes som vist nedenfor.

Den forkerte (venstre) og korrekte (korrekte) måde at lægge gulvvarmerør på.

Afhængigt af gulvets størrelse er det ikke ualmindeligt, at et rum har mere end én spole. For eksempel kræver en stor åben stue og spisestue to spoler. Ligeledes kan to små rum sammen, såsom eget brusebad og walk-in garderobe, opvarmes med kun én spole.

Hver spole er forbundet til en manifold, og hver zone på manifolden styres af en elektrotermisk aktuator. Denne forbindes så til en KNX-fordelerstyring.

Theben HM 12 T er en 12-vejs varmeaktuator, der kan styre tolv 24V-240V AC termiske aktuatorer i 4 grupper, hver med 3 udgange og 450mA.

Afhængigt af den valgte controller er der ofte mulighed for at forbinde to zoner til én kanal. Dette er især nyttigt, hvis der er brug for to spoler til et større rum. Ved brug af hydraulisk gulvvarme skal der også tages hensyn til kedelstyring.

Theben HMT6 6-vejs varmeaktuator i øverste venstre hjørne styrer en hydraulisk gulvvarmefordeler.

Elektrisk UFH

Der findes to typer elektrisk gulvvarme. Det mest almindelige er, når et elektrisk varmeelement integreres i en måtte og installeres under gulvet. Dette sker normalt i badeværelser og eftermonteringsapplikationer. Den anden type, som er mindre almindelig, er et kabel med et stort element, der er fastgjort til gulvets forstærkningsgitter, før der hældes beton. Alle elementhaler returneres til et centralt punkt og styres med et passende størrelse relæ, selvom man skal huske på, at disse vil have store belastninger. Mens elektrisk UFH er meget lydhør, kan den være dyr i drift.

Elektrisk gulvvarmemåtte (venstre) og armeringsrist før elementkablet fastgøres (højre).

Overvejelser ved kontrol med UFH

Der er tre overvejelser at gøre sig, når man arrangerer gulvvarme: 

1) Vedligeholdelse af lufttemperatur Den mest almindelige måde at styre gulvvarme på, fastholdt lufttemperatur, tager behovet for hvert rum fra KNX-termostaten.

2) Opretholdt gulvtemperatur ofte brugt i badeværelser og andre flisebelagte områder, dette sikrer en minimum komforttemperatur til enhver tid. For at opnå dette kræves en gulvsonde, enten brugt som input på rumregulatoren med en vægtning til fordel for gulvet, eller som en separat sløjfe.

3) Overophedningsstop Dette bruges sammen med elektrisk UFH eller som en sikkerhedsanordning til visse gulvtyper, såsom sarte træfinisher. Den nemmeste måde at opnå dette på er at installere en gulvsonde med separat termostat. Dette giver en klar definition mellem standardtermostaten og "overtemperatur"-tilsidesættelsen.

I alle tilfælde anbefales det at bruge en PI-kommando, som vil blive konverteret til en PWM i de fleste manifold-controllere. Dette forhindrer under- og overskridelse af den indstillede rumtemperatur. 

Udgangene på Gira varmeaktuator 6-gang kan styres enten med kobling eller pulsbreddemodulation (PWM).

Andre overvejelser

Der er et par andre ting at overveje, når man beskæftiger sig med UFH-regulering. 

• Overvågning af vandtemperaturen 
Ved hydraulisk opvarmning er det vigtigt at overvåge temperaturen på det vand, der bruges til at varme gulvet op. Dette kan styres på manifolden eller på selve røret. Afhængigt af specifikationen kan der være en variabel temperaturventil, der skal styres.

• Kontroller vandgennemstrømningen 
Hvis du har problemer med varmestyringen, men du er sikker på, at KNX-aspektet af installationen kører problemfrit, er der nogle generelle kontroller, du kan foretage. For eksempel er det vigtigt at sikre, at vandet ikke pumpes for kraftigt gennem ventilhovederne. Hvis det er for hurtigt, vil vandet få systemet til at fungere ineffektivt. For langsomt, og gulvet bliver sjældent helt opvarmet. Afhængig af rørlængden skal flowet indstilles for at sikre optimal varmeoverførsel til gulvet.

• Tjek etiketter og tag billeder og termiske billeder. 
Fordelerens udgangskredsløb bør også kontrolleres, da de ofte er forkert mærket. Det kan føre til, at et rum er varmere end et andet, eller i værste fald, at et rum slet ikke bliver opvarmet. Det er bedst at tage billeder af installationen, inden du lægger gulvet. Det kan også være en god idé at bruge termisk billedteknologi til at afgøre, om systemet fungerer effektivt.

Kedelstyring

Kobberrør, vandtryk og kedler er stort set forbeholdt blikkenslageren. Med ventilationsåbninger og målere, drænventiler og sekundære strømninger er det et mysterium ved første øjekast og bedst undgås. 

Det er ikke for ingenting, at specialister er indsat til at installere kedlerne. Vi har brug for varme (eller i det mindste styre den), og oftest giver vi en potentiel gratis kontakt til VVS-installatøren, og det er vores 'efterspørgselssignal'. Det giver dog ikke nødvendigvis kunden et særligt effektivt anlæg, og i visse tilfælde, såsom gulvvarme, kan anlægget ikke reagere hurtigt eller tilpasse sig skiftende årstider eller dårligt vejr.

Generelt, hvis vi kan påvirke valget af kedlen, kan vi tilbyde kunden et mere energieffektivt system, hvis kedlen:

a) Svar på et 0-10V spørgsmål. 
b) Har evnen til at montere et vejrkompensationssæt. 
c) Eller endnu bedre, hold dig til OpenTherm-standarden.

0-10V signal

Ved at bruge et 0-10V signal kan kedlen modulere sine brændere for at variere fremløbstemperaturen, hvilket fører til en højere effektivitet. Med kondenserende kedler skal vi, eller rettere VVS-installatøren, sikre, at returtemperaturen er lav nok til, at kedlen kan køre så effektivt som muligt i kondenstilstand. Det emne fortjener sin egen artikel. 0-10V betyder, at kedlen ikke producerer overskudsvarme, når den ikke er nødvendig.

Efterspørgselsstyret styring gør det muligt for kedlen at modulere sine brændere, hvilket resulterer i højere effektivitet.

Vejrkompensation

En anden variabel, der kan være et problem, er et pludseligt fald i udetemperaturen. Ved at installere et vejrkompensationssæt kan kedlen justere fremløbstemperaturen opad i overensstemmelse med disse fald udenfor, hvilket bringer mere varme ind i systemet for at kompensere for det varmetab, bygningen vil opleve under en kuldeperiode.

Hvis ingen af ​​dem gøres ved kedlen, kan vi levere lignende funktionalitet via KNX-komponenter, men det kræver en smule logik, og vi udnytter muligvis ikke kedlens muligheder fuldt ud.

OpenTherm

OpenTherm (OT) er interessant og er KNX-kompatibel. OpenTherm-protokollen, som anvendes internationalt, tillader en rumtermostat eller anden enhed, såsom en KNX-varmeaktuator, at modulere kedlen baseret på behovet i rummet eller systemet som helhed. Derudover kan kedler undersøges for fejl, brændetider, fremløbstemperaturindstillinger og en lang række driftsparametre, der kan være værdifulde ved brug sammen med en VPN (Virtual Private Network) på datanetværket, da det kan være nyttigt til vedligeholdelse.

Produkter som Theben KNX-OT-Box bringer disse beskeder tilbage til KNX-rygraden og giver faktisk mulighed for at sende vejrkompensationsinformation direkte fra bussen til kedlen.

Theben KNX-OT-Box fungerer som grænseflade mellem kedler med OT-bus og KNX.

Logikmoduler er ikke dyre, men PI (Proportional Integral) og PID (Proportional Integral Derivative) kurver er ikke i sagens natur indlejret i de billigere enheder. At opnå en sådan funktionalitet koster lidt mere, så den nemmeste vej til kedeleffektivitet er normalt at lade kedlen modulere fremløbstemperaturen. Der er produkter som Loxone Miniserver, der giver dig et formidabelt programmeringsmiljø til at tage kontrol over teknologirummet, men det kræver nogle programmeringsfærdigheder og en klar forståelse af teknologirummets design.

Forståelse af designet af det tekniske rum vil hjælpe KNX-programmøren til at maksimere effektiviteten af ​​varmesystemet.

Kilde: KNX Control & knxtoday

Vil du vide alt om KNX og sammenhængen med HVAC?

Så følg onlinekurset, eller stil dit spørgsmål nedenfor.