Styrning av värmetillförseln i bostäder med vattenburen värme

Transkript

1 Styrning av värmetillförseln i bostäder med vattenburen värme Idag finns 3 principiellt olika metoder att styra ut värmen till en bostadsfastighet. Man kan särskilja metoderna dels med hjälp av en tidslinje som säger när i tiden styråtgärden påverkar värmetillförseln dels med hjälp av metodens värmetekniska ursprung. Problemet med tillförsel av värme till bostadshus är komplext och kan delas upp i två delar. Den ena delen utgörs av hur mycket värme som skall tillföras och när i tiden. Den andra delen består av att se till att värmen fördelar sig på rätt sätt i fastigheten. Att bestämma hur mycket värmeeffekt som skall tillföras går ut på att skatta förlusterna från huset samt egenuppvärmningen. Det enklaste sättet att beräkna den balansen är att hålla sig till effektbegreppet. Den konventionella kurvstyrningen använder sig av temperaturbegreppet som ligger ganska långt ifrån värmeeffekten. Det är svårt att hitta värmebalansen genom att lägga ihop och dra ifrån temperaturer! Hur mycket värme och när? Metod 1 (dynamisk effektbalans) Metoden bygger på att skatta fastighetens värmebehov (effektbehov) som behövs för att hålla lägenheterna vid önskad temperatur. Värmeeffekt som bortförs eller tillförs i fastigheten uppskattas. I det fall att effekt som bortförs är större än det som tillförs måste effekt från en extern värmekälla tillföras värmesystemet (panna, värmepump, fjärrvärmecentral). Värme bortförs via transmission genom väggar (detta är i regel den största posten). Drivkraften för transmissionsförlusten är ytterväggens medeltemperatur. Värme bortförs även via ventilation. Beroende på vilken typ av ventilation (självdrag, mekanisk frånluft eller FTX) som är installerad kommer storleken på förlusten att variera. Värme tillförs även fastigheten via el (internt genererat värme) som används i tv, datorer, belysning och kyl/frys. Om man kan mäta eleffekt kan denna direkt kompensera för i styrningen, annars får man uppskatta dess storlek (pumpstoppstemperatur). Det är denna effekt som anger balanstemperaturen, eldningsgränsen. För självdrag och FTX system ligger den vid ca C och vid mekanisk frånluft C. Alltså, när utetemperaturen är över denna temperatur, behöver man inte tillföra värme från värmesystemet. Cirkulationspumpen kan därmed stoppas.

2 Utetemperatur Tillförd värme Fastighetens värmebehov Innetemperatur Inställningen av Metod 1 baseras på fastighetens effektsignatur, tidskonstant och balanstemperatur. Effektsignaturen ger en mycket bra uppfattning om fastighetens energiprestanda och kan användas som ett verktyg för energieffektivisering. Effektsignaturen kan enkelt beräknas från fastighetens historiska energianvändning (med tappvarmvattenandelen borttagen) och sammanhängande graddagar. Vanligtvis kan man minska den historiska effektsignaturen med 10 20%, vilket motsvarar en minskning av energianvändningen med 10 20%, i värmesystemet. Eftersom det är effekten som styrs ut är metoden okänslig för förändringar i cirkulationsflöde eller returtemperatur. Figur 1: Effektsignaturen: Vid 1 C minskning av utetemperaturen ökas tillförd värme med 6kW. Metod 2 (värmekurva) Denna metod har förekommit sedan automatisk klimatkompensering infördes. Metoden bygger på att temperaturen till elementen i värmesystemet ändras proportionellt mot utetemperaturen. Temperaturen till elementen ändras alltså när utetemperaturen ändras enligt en inställd kurva.

3 Utetemperatur Tillförd värme Fastighetens värmebehov Innetemperatur Ett hus värmesystem drar en viss mängd energi under ett år. Energi är effekt gånger tid. Effekt i ett vattenburet värmesystem är temperaturskillnaden mellan tillopp och retur i ett element gånger vattenflödet. I ett kurvstyrt system påverkas endast tilloppstemperaturen. Då kan returtemperaturen och flödet ändra sig och således påverka effektuttaget avsevärt. Hur mycket värme som tillförs via styrning med värmekurva är således inte riktigt känt. Kurvstyrningen tar dessutom inte hänsyn till fastighetens värmetröghet. Ändringen av framtemperaturen sker i takt med att utetemperaturen ändrar sig (samtidigt ingen eftersläpning). Eftersom väggarna är tröga innebär kurvstyrningen att regleråtgärden sker för fort. Exempel: Om utetemperaturen är 5 C och ändrar sig på en gång till 5 C så ändrar sig framtemperaturen från exempelvis 55 C till 45 C. Kurvan säger det. Värmetillförseln ändras i ett slag (minskar) och medelväggtemperaturen kommer under ganska lång tid att ligga kvar på den nivån som motsvarade 5 C utetemperatur. Den värme som nu tillförs som motsvarar behovet vid en utetemperatur av 5 C. Det tillförs alltså alldeles för lite värme. Rumstemperaturen sjunker och folk ringer och klagar. Metod 3 (Prognosstyrning) Den tredje metoden kallas för prognosstyrning och innebär att man via en väderprognos från SMHI eller YR ska kunna utnyttja kunskapen om hur utetemperaturen, solen eller vinden förändras i framtiden för att kunna styra värmetillförseln bättre. Om man ska ha användning av prognosen ska man genomföra åtgärden innan ändringen av utetemperaturen har skett. Annars har man ju ingen nytta av prognosen utan att det räcker med att mäta utetemperaturen momentant. Om man i exemplet ovan drog ner framledningstemperaturen innan utetemperaturen ökade från 5 C till 5 C skulle rumstemperaturen hinna sjunka ännu lägre. Bostadsfastigheters värmebehov släpar alltid efter utetemperaturens variationer, värmetröghet. Solen börjar värma fastigheter när dess infallsvinkel är så stor att solstrålarna inte huvudsakligen studsar ut i rymden, mars, april och maj, under dagen. Om man mäter solljuset kan detta kompenseras för när det sker, tillika vind (om fastigheten är otät). Att kompensera för sol och vind innan det lyser eller blåser ger samma effekt som i exemplet ovan. Hur får man värmen dit den ska? Balansering? Instrumentet som gör att man kan få reda på effektbehovet för ett rum har inte börjat säljas på marknaden ännu. Jag har inte sett det ännu. Hur det nu än är så måste man uppskatta värmebehovet för alla rum i en fastighet så att element med rätt storlek kan installeras. Vanligtvis väljs elementstorlekarna schablonmässigt eller lika breda som fönstret det sitter vid! Om man antar att

4 elementen är tillräckligt stora eller större än vad de borde vara, så ska man se till att de släpper ifrån sig den nödvändiga värmeeffekten. För detta ändamål monteras en reglerventil på elementet. Genom att låta ett stort flöde av varmt vatten flöda genom radiator kommer hela ytan att släppa ifrån sig ungefär samma effekt per ytenhet. Hela elementets yta avger värme. Det behövs då inte lika hög framtemperatur som ett motsvarande element med betydligt lägre flöde. I en radiator med mycket litet flöde bildas, om vattnet har en högre temperatur än omgivningen, ett skikt med varmt vatten i överkant. Skiktet med det varma vattnet släpper ifrån sig betydligt mer värme i jämförelse med elementet med det stora flödet. Genom att variera tilloppstemperaturen och flödets storlek kan man få samma radiator att släppa ifrån sig samma värmemängd för olika tilloppstemperaturer och flöden. Vi har då två olika injusteringsmetoder för radiatorsystem: lågflödesmetoden och högflödesmetoden. Lägenheter ligger på olika avstånd från värmekällan och värme transporteras därifrån till elementen via rörledningar. När vatten strömmar i ett rör uppstår tryckförluster. Tryckförlustens storlek är kvadratiskt proportionell mot flödeshastigheten i röret. Om flödet i röret är litet uppstår knappt något tryckfall. Det betyder att element på olika avstånd från värmekällan kommer att erhålla samma differenstryck. Om flödet i röret är stort uppstår större tryckfall. Det betyder att element på olika avstånd från värmekällan kommer att erhålla olika differenstryck. Reglerventiler på element ska ställas in så att de släpper igenom korrekt flöde som tillsammans med den beräknade temperaturskillnaden vid dimensionerande flöde lämnar den nödvändiga effekten. Man ansätter då ett drivtryck för alla dessa ventiler i fastigheten (10 kpa). För att alla element ska få sitt dimensionerande flöde krävs då att drivtrycket över ventilen är det antagna differenstrycket. I fallet med lågflödesmetoden är flödet i rören så litet att rörtryckfallet kan försummas. Alla reglerventiler kommer då att få samma drivtryck. Om man väljer injustering med stora flöden, kommer ett element med långa rör få ett helt annat drivtryck jämfört med ett element med korta rör (mellan värmekälla och element). Denna metod kräver att det sitter utrustning i rörsystemet som gör de korta distributionsrören lika långa som de längre rören, balanseringsventiler eller differenstrycksregulatorer. Vanligtvis sätter man denna utrustning på alla stammarna oavsett korta eller långa. Den hydrauliska balanseringen kräver alltså att man beräknar: 1. Rummets dimensionerande effekt 2. Att erforderlig effekt kan avges från installerat element 3. Radiatorventilens flödeskoefficient som ger korrekt flöde för aktuell radiator under antaget differenstryck. I lågflödesfallet räcker detta men i högflödesfallet måste även inställningsvärden på balanseringsventilerna beräknas så att alla rören blir lika långa. Detta för att lika drivtryck ska erhållas för element på olika avstånd från värmekällan. Man inser att det krävs ganska mycket beräkningstid och korrekta indata för att slutresultatet ska bli bra. Vid en tillämpad injustering med lågflöde eller högflödesinjustering görs en efterkontroll för att försäkra sig om att beräkningarna varit riktiga. Injusteraren ger sig av kanske 2 gånger för att mäta upp att riktigt slutresultat erhållits, och vid behov korrigeras inställningen av radiatorventilen. Hur utetemperaturen förändrats och vilken aktivitet man haft i lägenheten timmarna före kontrollen har stor inverkan på vilket slutresultat som erhålls. Alla radiatorer är kommunicerande kärl. I kombination med kurvstyrning, där endast tilloppstemperaturen till radiatorerna styrs ut kan tillförd effekt till radiatorsystemet variera avsevärt beroende på vilken returtemperatur och vilket flöde som

5 strömmar genom elementen. En förändring av inställningsvärdet på en radiatorventil ger stor skillnad på returtemperatur och flöde och därmed effekt. Om balanseringen avser att fördela värmen på ett korrekt sätt ska inte tillförd effekt förändras vid en justering av värmefördelningen, vilket det gör med en förändring av injustering av radiatorventilerna. Med dynamisk effektbalansering är tillförd effekt bestämd och en förändring av flöde eller returtemperatur förändrar inte tillförd effekt, balansering av värmefördelningen uppnås (jmf. Kaviartub). Dynamisk effektbalansering är det moderna sättet att styra ut värme till bostäder. Föregångaren till metoden är kurvstyrning, som är ett betydligt mer förenklat sätt att tillföra den erforderliga effekten. Termisk balansering av ett radiatorsystem är det moderna sättet att fördela värmen i bostäder. Föregångaren till metoden är hydraulisk balansering, som egentligen syftar till att fördela flöde i radiatorsystemet. Genom att tillföra mer information om energianvändningen i en fastighet (t.ex. fastighetens elanvändning) kan ytterligare en förbättring av komforten åstadkommas och driftskostnaden sänkas.