VVS og KNX

KNX og varmestyring går hånd i hånd, selv om oppvarming krever en helt ny kunnskap sammenlignet med lys og AV-styring som ofte (ennå) ikke er tilgjengelig hos elektroinstallatøren. 

Kurs KNX – VVS-spesialist

For å forberede deg på komplekse KNX - HVAC-prosjekter tilbyr vi deg KNX - HVAC Specialist-kurset. Dette kurset er tilgjengelig online på nederlandsk og inkluderer en engelsk PDF som referanse.

Kurset består av 9 kapitler med totalt 45 leksjoner.

I løpet av kurset kan du stille spesifikke spørsmål om materialet til vår erfarne KNX-veileder.

Lær alt om proporsjonal – integrert (PI) kontroller, varmeoverføring, sensorer og forskjellen mellom "styring" og "kontroll".

Les mer om oppbygging og innhold i kurset: https://www.knxcontrol.nl/course/knx-hvac-specialist

KNX og HVAC, bakgrunnen:

Temperaturmåling

Det finnes en rekke måter å få romtemperaturen i KNX uten å måtte installere en spesiell temperaturføler i hvert rom. For eksempel har de fleste KNX-brytere en innebygd temperatursensor.

Gira bryter med temperaturkontroll og display.

Selv om ikke alle disse bryterne indikerer temperaturen i rommet, er dette egentlig ikke et problem da vi ser en trend, spesielt med gulvvarme (UFH), hvor temperaturen kun vises på et sentralt sted. Dette er fordi den svært sjelden må endres, og enhver endring vil ta minst flere timer før den trer i kraft.

Andre enheter som PIR-er og CO2-sensorer har også ofte innebygde temperatursensorer, men disse er vanligvis plassert på steder som ikke er ideelle for avlesning av en temperaturvisning, som i ganger og ganger, walk-in-garderober og andre områder der det er ingen bryter. Slike steder brukes vanligvis ikke som primære oppholdsrom, men temperaturen på disse sensorene er tilstrekkelig for regulering.

Bruken av KNX temperatursensorer gir muligheten til å kompensere for verdien de gir for bedre å kunne lese midten av rommet. Det er også mulighet for å registrere en gjennomsnittstemperatur hvis rommet er stort.

Basalte Auro bevegelsesdetektor med innebygd temperatursensor.

Temperaturregulering

Som med temperaturmåling finnes det en rekke enheter som kan kontrollere temperaturen. Noen brytere kan gjøre dette, og termostater, spesielle varmeregulatorer eller til og med noen aktuatorer kan sende ut varmebehovet.

KNX tilbyr tre standardformer for varmestyring:

• PI (proporsjonal integral). 
• PWM (Pulse-Width Modulation). 
• På/av med hysterese.

6-veis varmeaktuatoren Theben HMG 6 T har en innebygget styring.

Proporsjonal integral

Proporsjonal integral (PI) er en kontrollalgoritme som beregner størrelsen på feilen mellom settpunktet og gjeldende temperatur, og sammenligner den med en gjennomsnittlig tidsfunksjon for å gi en 1-byte utgang egnet for en motorisert stasjon eller vifte med variabel hastighet.

Enkelt sagt, jo større forskjellen er mellom romtemperatur og innstillingspunktet, desto større effekt. Dette reduseres deretter etter hvert som rommet varmes opp. Når måltemperaturen er nådd, tilbakestilles utgangen for å forhindre overmodulering på grunn av tiden det tar å nå en stabil tilstand.

Hvis feilen kommer tilbake, reagerer utgangen med små trinn for å opprettholde settpunktet. Ved parametrisering av termostaten settes type oppvarming, da styringen må ta hensyn til reaktivitet og varmeeffekt.

Ved bruk av PI må styringen kjenne kraften til varmeelementet for å beregne riktige responstider. I de fleste tilfeller er de forhåndsdefinerte standardinnstillingene mer enn tilstrekkelige, men manuelle innstillinger kan utføres.

Theben Cheops støtter PI-kontroll av radiatorer.

Pulsbreddemodulasjon

Pulse Width Modulation (fra Pulse Width Modulation eller PWM) bruker et på/av-signal basert på PI-verdien ovenfor. PWM konverterer 1-byte PI-utgangen til en 1-bits PWM-utgang, slik at den kan brukes på systemer med på/av-ventil. Dette er mest vanlig med UFH-systemer som bruker ventiler.

På nøyaktig samme måte som PI, resulterer en liten feil i en liten endring som reflekteres over en periode. Så hvis PI-utgangen er 10 % og PWM-syklusen er 10 minutter, vil utgangen være på i 1 minutt og av i 9 minutter.

Theben HMT 6 kan brukes til multikontroll av gulvvarme.

aan /Uit

På/av er den enkleste driftsformen og egner seg derfor kun til svært enkle systemer. 
På/av fungerer som forventet; hvis temperaturen er over settpunktet, slås utgangen av, og hvis temperaturen er under settpunktet, slås den på.

ABB bryteraktuator med 20A C-Load for av/på styring av varmelaster.

For å forhindre at utgangen fluktuerer mellom på og av ved settpunktet, har de fleste kontrollere en hystereseparameter. Dette fungerer ved å sette en øvre og nedre forskyvning, normalt 1 grad, fra settpunktet. Når den øvre grensen er overskredet, slås ikke utgangen på før temperaturen har falt under den nedre grensen. Selv om det er nødvendig, vil det føre til mer temperatur over og under skyting, så denne kontrolltypen bør brukes med forsiktighet.

Den nye Zennio Square TMD Display støtter alle tre kontrolltypene

KNX varmemoduser

Det er fire moduser som brukes i KNX for varme- og kjølekontroll: 
• Komfort 
• Vent litt 
• Natt 
• Frost

Disse modusene endrer den innstilte temperaturen med en verdi på én byte (ofte kalt RTR-objektet). Med noen eldre enheter vil du oppdage at hver modus aktiveres via en en-bits trigger og enheten forblir i den sist aktiverte modusen.

På noen kontrollere er det et ekstra objekt for en høyere prioritet modusinnstilling, som overstyrer normal drift. Å sette modusen til Auto (0) deaktiverer denne overstyringen og returnerer kontrollen til standard RTR-objekt, som kan være spesielt nyttig når du setter huset i standby-modus.

Basalte Deseo er et eksempel på et berøringspanel som viser gjeldende temperatur og også tillater valg av modus.

Disse modusene er selvforklarende: komfort brukes under normalt opphold i huset, mens natt brukes når beboerne i bygningen sover. I nattmodus kan temperaturen senkes noe, slik at huset effektivt kan gå tilbake til komfortmodus. Standby-modus (eller Borte) brukes når bygningen er ledig; temperaturen reduseres, men kan likevel relativt raskt gå tilbake til Comfort-modus når beboerne kommer tilbake. Frostmodus brukes for å beskytte bygningen når den står tom over lengre tid. Det holder huset på en lavere, men jevn temperatur for å forhindre at rørene fryser.

Relativ og absolutt kontroll

Det er to måter å stille inn temperaturen for modusene ovenfor. Disse er relative og absolutte.

Relative bruker komforttemperaturen som master og bruker et fallback-tall for å beregne og stille inn verdiene for Natt og Standby. Dette lar brukeren stille inn alle de ovennevnte modusene fra én temperatur. Frost-modusen har imidlertid en innstilt temperatur som ikke justeres når komforttemperaturen endres.

Tabell over typiske relative oppvarmings- og kjøleverdier for de forskjellige modusene
(kjøleverdiene er nærmere forklart nedenfor)

Absolutt lar brukeren stille inn en spesifikk temperatur for hver modus. Dette gir et lettere å forstå scenario, men resulterer i realiteten i et mer komplisert brukergrensesnitt, ettersom hver temperatur må endres, noen ganger så mange som åtte ganger – én gang hver for de fire modusene, for oppvarming og for kjøling.

Tabell over typiske absolutte varme- og kjøleverdier for de forskjellige modusene.

dødt band

Uansett hvilket alternativ som velges, bør et dødt bånd vurderes. Uten et dødt bånd ville det vært en konstant kamp mellom oppvarming og kjøling for en liten oversving fra noen av dem. Hvis temperaturen for eksempel settes til tjueto grader uten dødbånd, vil oppvarmingen komme opp i temperatur og kjølingen aktiveres så snart romtemperaturen stiger over dette settpunktet.

Hvis det ikke er dødt bånd, vil det være en konstant kamp mellom varme- og kjølesystemet.

I kjølemodus, ved hjelp av relativ kontroll, gis én verdi for dødsonen og én for kompensasjonen for Standby og Natt. Men når du bruker absolutt kontroll, er dødbåndet en spesifikk verdi for innstillingspunktet for komfortmodus.

ABB Busch priOn har innebygget termostat og kan endre modus.

Timere

Den enkleste måten for en sluttbruker å kontrollere den innstilte temperaturen på er gjennom tidtakere. Ofte er disse innebygd i termostater, men det finnes en rekke måter å enkelt justere de varierende modustidene. Avhengig av installasjonen kan det være nødvendig med en dedikert oppvarmingstidtaker, og DIN-skinnetidtakere er tilgjengelige som tillater innstilling av tider via en liten skjerm, bussen eller begge deler.

Theben TR 648 Top2 RC KNX er et eksempel på en digital tidsbryter som kan monteres på DIN-skinne.

Det finnes også en rekke små berøringsskjermer som vil fungere som en dedikert oppvarmings-/kjøletimer for å gi sluttbrukeren et sentralt kontrollsted. Faktisk vil det i mange tilfeller allerede være en enhet i installasjonen som gir et høyt nivå av logikk og visualisering, som oppvarmings-/kjølingstidtakerne kan legges til.

I tillegg kan du også plassere timere i ulike visualiseringspakker.

Zennio Z41 er et eksempel på en berøringsskjerm som tilbyr flere timere for å aktivere moduser.

To-trinns oppvarming og kjøling 

De fleste termostater lar deg legge til et ekstra trinn med oppvarming og kjøling eller begge deler. To-trinns oppvarming gir en andre varmekilde når det tar tid før den primære varmekilden fyller rommet. Dette kan være spesielt nyttig når beboerne i bygningen går tilbake til komfortmodus etter sitt fravær. Selv om det sjelden brukes i Storbritannia, er det et ekstra alternativ for en andre kjølemodus for lignende situasjoner i varmere klima.

Hvis den primære varmekilden, som gulvvarme, trenger et øyeblikk for å nå komfortvarme, kan radiatorer brukes som en sekundær kilde.

Som ved vekslingen mellom varme og kjøling, må det kompenseres før det ekstra trinnet med oppvarming eller kjøling kan aktiveres. Denne respekten kan stilles inn i parametrene så snart det ekstra trinnet er aktivert. Differansen settes vanligvis rundt to grader slik at hvis det er en forskjell på to grader, aktiveres kilden til tilleggsoppvarming eller kjøling.

Gulvvarme/kjøling

UFH (Under Floor Heating) er i ferd med å bli den mest populære varmekilden i nybygg ettersom det har vist seg å være et av de mest komfortable og effektive varmesystemene. For å oppnå maksimal komfort og få mest mulig ut av systemet ditt, må de riktige kontrollene monteres og dette kan oppnås på en enkel måte med KNX.

Som omtalt tidligere er en rekke KNX-termostater tilgjengelige. Etter at du har valgt termostat og stilt inn parametere for hvilken type styring du ønsker og hvordan modiene skal fungere, sender termostaten en forespørsel til varmekilden. I denne artikkelen vil jeg diskutere prosessen med å bruke UFH som den ressursen.

Hvis du som KNX-fagmann kun tar deg av styringssiden av applikasjonen, må det være en klar forståelse av hvor grensen går mellom ditt ansvar og varmeingeniørens ansvar. I en ideell verden bør UFH-systemet være ferdig idriftsatt og utprøvd før KNX-integratoren blir involvert i noen form for kontroll. Men som vi alle vet, er dette ofte ikke tilfellet, og å kjenne til det grunnleggende om hvordan UFH-systemet fungerer kan hjelpe med å feilsøke problemer med igangkjøring av systemet.

Det er to hovedtyper av UFH, nemlig elektrisk og hydraulisk. 

Hydraulisk UFH

Med hydraulikk strømmer varmt (eller kaldt) vann gjennom rør og avgir varme til rommet, varmeinnholdet er avhengig av rørdybden. For å opprettholde en jevn varmefordeling må rørene spiralformes som vist nedenfor.

Feil (venstre) og riktig (riktig) måte å legge gulvvarmerør på.

Avhengig av størrelsen på gulvet er det ikke uvanlig at et rom har mer enn én spole. For eksempel krever en stor åpen stue og spisestue to spoler. Likeledes kan to små rom sammen, for eksempel et eget dusjrom og en walk-in-garderobe, varmes opp med bare en spole.

Hver spole er koblet til en manifold og hver sone på manifolden styres av en elektrotermisk aktuator. Denne kobles så til en KNX-fordelerkontroller.

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

Avhengig av valgt kontroller er det ofte mulighet for å koble to soner til én kanal. Dette er spesielt nyttig hvis to spoler er nødvendig for et større rom. Ved bruk av hydraulisk gulvvarme skal det også tas hensyn til kjelestyring.

Theben HMT6 6-veis varmeaktuator i øvre venstre hjørne styrer en hydraulisk gulvvarmefordeler.

Elektrisk UFH

Det finnes to typer elektrisk gulvvarme. Det vanligste er når et elektrisk varmeelement integreres i en matte og monteres under gulvet. Dette skjer vanligvis i baderom og ettermonteringsapplikasjoner. Den andre typen, som er mindre vanlig, er en kabel med et stort element som festes til gulvets armeringsgitter før betongstøping. Alle elementhaler returneres til et sentralt punkt og styres med et passende størrelse relé, selv om det bør tas i betraktning at disse vil ha store belastninger. Mens elektrisk UFH er veldig responsiv, kan den være dyr i drift.

Elektrisk gulvvarmematte (til venstre) og armeringsrist før elementkabel festes (høyre).

Hensyn ved kontroll av UFH

Det er tre hensyn å ta når du arrangerer gulvvarme: 

1) Vedlikehold av lufttemperatur Den vanligste måten å kontrollere gulvvarme på, opprettholdt lufttemperatur, tar behovet for hvert rom fra KNX-termostaten.

2) Opprettholdt gulvtemperatur ofte brukt i bad og andre flislagte områder, dette sikrer en minimum komforttemperatur til enhver tid. For å oppnå dette kreves det en gulvsonde, enten brukt som inngang på romregulatoren med en vekting i favør av gulvet, eller som en egen sløyfe.

3) Overopphetingsavstengning Dette brukes sammen med elektrisk UFH eller som en sikkerhetsanordning for visse gulvtyper, for eksempel delikat trefinish. Den enkleste måten å oppnå dette på er å installere en gulvsonde med separat termostat. Dette gir en klar definisjon mellom standardtermostaten og "overtemperatur"-overstyringen.

I alle tilfeller anbefales det å bruke en PI-kommando som vil bli konvertert til en PWM i de fleste manifoldkontrollere. Dette forhindrer under- og overskridelse av den innstilte romtemperaturen. 

Utgangene til Gira varmeaktuator 6-gang kan styres enten med kobling eller pulsbreddemodulasjon (PWM).

Andre hensyn

Det er et par andre ting å vurdere når du arbeider med UFH-regulering. 

• Overvåking av vanntemperaturen 
Ved hydraulisk oppvarming er det viktig å overvåke temperaturen på vannet som brukes til å varme opp gulvet. Dette kan styres på manifolden eller på selve røret. Avhengig av spesifikasjonen kan det være en variabel temperaturventil som må kontrolleres.

• Kontroller vannstrømmen 
Hvis du har problemer med varmestyringen, men du er sikker på at KNX-aspektet av installasjonen fungerer problemfritt, er det noen generelle kontroller du kan gjøre. For eksempel er det viktig å sørge for at vannet ikke pumpes for kraftig gjennom ventilhodene. Hvis det er for raskt, vil vannet føre til at systemet fungerer ineffektivt. For sakte, og gulvet vil sjelden varmes helt opp. Avhengig av rørlengden må strømningshastigheten stilles inn for å sikre optimal varmeoverføring til gulvet.

• Sjekk etiketter og ta bilder og termiske bilder. 
Fordelerens utgangskretser bør også kontrolleres da de ofte er feilmerket. Dette kan føre til at ett rom er varmere enn et annet, eller i verste fall at et rom ikke blir oppvarmet i det hele tatt. Det er best å ta bilder av installasjonen før du legger gulvet. Det kan også være en god idé å bruke termisk bildeteknologi for å finne ut om systemet fungerer effektivt.

Kjelkontroll

Kobberrør, vanntrykk og kjeler er i stor grad forbeholdt rørleggeren. Med ventiler og målere, dreneringsventiler og sekundære strømmer, er det et mysterium ved første øyekast og best unngås. 

Det er ikke for ingenting at spesialister settes inn for å installere kjelene. Vi trenger varme (eller i det minste kontrollere den), og mesteparten av tiden gir vi en potensiell gratis kontakt til rørleggeren, og det er vårt "behovssignal". Dette gir imidlertid ikke nødvendigvis kunden et spesielt effektivt system, og i visse tilfeller, som for eksempel gulvvarme, kan ikke systemet reagere raskt eller tilpasse seg skiftende årstider eller dårlig vær.

Generelt, hvis vi kan påvirke valget av kjelen, kan vi tilby kunden et mer energieffektivt system dersom kjelen:

a) Svar på et 0-10V spørsmål. 
b) Ha muligheten til å montere et værkompensasjonssett. 
c) Eller enda bedre, hold deg til OpenTherm-standarden.

0-10V signal

Ved å bruke et 0-10V-signal kan kjelen modulere sine brennere for å variere tilførselstemperaturen, noe som fører til høyere effektivitet. Med kondenserende kjeler må vi, eller rettere sagt rørleggeren, sørge for at returtemperaturen er lav nok til at kjelen kan gå mest mulig effektivt i kondensmodus. Det emnet fortjener en egen artikkel. 0-10V betyr at kjelen ikke produserer overskuddsvarme når den ikke er nødvendig.

Etterspørselsstyrt kontroll lar kjelen modulere sine brennere, noe som resulterer i høyere effektivitet.

Værkompensasjon

En annen variabel som kan være et problem er et plutselig fall i utetemperaturen. Ved å installere et værkompensasjonssett kan kjelen justere turledningstemperaturen oppover i henhold til disse fallene ute, og bringe mer varme inn i systemet for å kompensere for varmetapet bygningen vil oppleve under en kuldeperiode.

Hvis ingen av dem gjøres ved kjelen, kan vi tilby lignende funksjonalitet via KNX-komponenter, men dette krever litt logikk og det kan hende vi ikke drar full nytte av kjelens muligheter.

OpenTherm

OpenTherm (OT) er interessant og er KNX-kompatibel. OpenTherm-protokollen, som brukes internasjonalt, lar en romtermostat eller annen enhet som en KNX-varmeaktuator modulere kjelen basert på behovet til rommet eller systemet som helhet. I tillegg kan kjeler undersøkes for feil, brenntider, turtemperaturinnstillinger og en lang rekke driftsparametere som kan være av verdi når de brukes sammen med en VPN (Virtual Private Network) på datanettverket, da det kan være nyttig for vedlikehold.

Produkter som Theben KNX-OT-Box bringer disse meldingene tilbake til KNX-ryggraden og gir faktisk muligheten til å sende værkompensasjonsinformasjon direkte fra bussen til kjelen.

Theben KNX-OT-Box fungerer som et grensesnitt mellom kjeler med OT-buss og KNX.

Logikkmoduler er rimelige, men PI (Proportional Integral) og PID (Proportional Integral Derivative) kurver er ikke iboende innebygd i de billigere enhetene. Å få slik funksjonalitet koster litt mer, så den enkleste veien til kjeleeffektivitet er normalt å la kjelen modulere turtemperaturen. Det finnes produkter som Loxone Miniserver som gir deg et formidabelt programmeringsmiljø for å ta kontroll over teknologirommet, men det krever litt programmeringskunnskap og en klar forståelse av teknologirommets design.

Å forstå utformingen av det tekniske rommet vil hjelpe KNX-programmereren til å maksimere effektiviteten til varmesystemet.

Kilde: KNX Control & knxtoday

Vil du vite alt om KNX og sammenhengen med HVAC?

Følg deretter nettkurset, eller still spørsmålet ditt nedenfor.