HVAC a KNX

KNX a regulace topení jdou ruku v ruce, i když topení vyžaduje zcela nové znalosti ve srovnání s ovládáním osvětlení a AV, které často (zatím) elektroinstalatér nemá. 

Kurz KNX – HVAC specialista

Abyste se připravili na komplexní KNX - HVAC projekty, nabízíme Vám kurz KNX - HVAC Specialist. Tento kurz je k dispozici online v holandštině a obsahuje anglické PDF jako referenci.

Kurz se skládá z 9 kapitol s celkem 45 lekcemi.

Během kurzu můžete klást konkrétní otázky týkající se materiálu našemu zkušenému lektorovi KNX.

Zjistěte vše o proporcionálním – integrálním (PI) ovládání, přenosu tepla, senzorech a rozdílu mezi „řízením“ a „řízením“.

Přečtěte si více o struktuře a obsahu kurzu: https://www.knxcontrol.nl/course/knx-hvac-specialist

KNX a HVAC, pozadí:

Měření teploty

Existuje řada způsobů, jak získat pokojovou teplotu v KNX, aniž byste museli instalovat speciální teplotní čidlo do každé místnosti. Například většina přepínačů KNX má vestavěný teplotní senzor.

Gira spínač s ovládáním teploty a displejem.

Ačkoli ne všechny tyto spínače indikují teplotu v místnosti, ve skutečnosti to není problém, protože vidíme trend, zejména u podlahového vytápění (UFH), kde se teplota zobrazuje pouze na centrálním místě. Je to proto, že je nutné jej měnit velmi zřídka a jakákoli změna se projeví nejméně po několika hodinách.

Jiná zařízení, jako jsou PIR a CO2 senzory, mají také často zabudovaná teplotní senzory, ale ty jsou obvykle umístěny na místech, která nejsou ideální pro čtení zobrazení teploty, jako jsou chodby a chodby, šatny a další prostory, kde není tam žádný vypínač. Taková místa se obvykle nepoužívají jako primární obytné prostory, ale teplota těchto čidel je pro regulaci dostatečná.

Použití teplotních senzorů KNX nabízí možnost kompenzovat hodnotu, kterou poskytují, aby bylo možné lépe odečítat střed místnosti. Je zde také možnost zaznamenat průměrnou teplotu, pokud je místnost velká.

Detektor pohybu Basalte Auro s vestavěným teplotním senzorem.

Teplotní regulace

Stejně jako u měření teploty existuje řada zařízení, která dokážou teplotu řídit. Některé spínače to umí a termostaty, speciální regulátory vytápění nebo dokonce některé akční členy mohou vyslat požadavek na vytápění.

KNX nabízí tři standardní formy řízení vytápění:

• PI (Proporcionální integrál). 
• PWM (Pulse-Width Modulation). 
• Zapnuto / vypnuto s hysterezí.

6cestný topný pohon Theben HMG 6 T má vestavěné ovládání.

Proporcionální integrál

Proporcionální integrál (PI) je řídicí algoritmus, který vypočítává velikost chyby mezi nastavenou hodnotou a aktuální teplotou a porovnává ji s funkcí průměrného času, aby poskytl 1bajtový výstup vhodný pro motorizovaný pohon nebo ventilátor s proměnnými otáčkami.

Jednoduše řečeno, čím větší je rozdíl mezi pokojovou teplotou a nastavenou hodnotou, tím větší je výkon. To se pak snižuje, jak se místnost zahřívá. Jakmile je dosaženo cílové teploty, výstup se resetuje, aby se zabránilo nadměrné modulaci v důsledku doby, kterou trvá dosažení ustáleného stavu.

Pokud se chyba vrátí, výstup odpoví malými přírůstky, aby se udržela nastavená hodnota. Při parametrizaci termostatu se nastavuje typ ohřevu, protože regulace musí zohledňovat reakční výkon a tepelný výkon.

Při použití PI potřebuje řízení znát výkon topného tělesa, aby vypočítalo správné doby odezvy. Ve většině případů jsou předdefinovaná výchozí nastavení více než dostačující, lze však provést ruční nastavení.

Theben Cheops podporuje PI regulaci radiátorů.

Pulzní šířková modulace

Pulse Width Modulation (z Pulse Width Modulation nebo PWM) používá on/off signál na základě výše uvedené hodnoty PI. PWM převádí 1bajtový PI výstup na 1bitový PWM výstup, což umožňuje jeho použití v systémech s on/off ventilem. To je nejběžnější u systémů UFH, které používají ventily.

Přesně stejným způsobem jako PI vede malá chyba k malé změně, která se projeví po určitou dobu. Pokud je tedy výstup PI 10 % a cyklus PWM je 10 minut, pak bude výstup zapnutý po dobu 1 minuty a vypnutý po dobu 9 minut.

Theben HMT 6 lze použít pro vícenásobné ovládání podlahového vytápění.

Na /Uit

On/off je nejjednodušší způsob ovládání, a proto je vhodný pouze pro velmi jednoduché systémy. 
Zapnutí/vypnutí funguje podle očekávání; pokud je teplota nad nastavenou hodnotou, výstup se vypne, a pokud je teplota pod nastavenou hodnotou, zapne se.

Spínací akční člen ABB s 20A C-Load pro zapínání/vypínání ovládání topných zátěží.

Aby se zabránilo kolísání výstupu mezi zapnutím a vypnutím v nastavené hodnotě, má většina regulátorů parametr hystereze. Funguje to tak, že se nastaví horní a dolní ofset, obvykle 1 stupeň, od nastavené hodnoty. Po překročení horní meze se výstup nezapne, dokud teplota neklesne pod spodní mez. Je-li to nutné, povede to k vyšší a nižší teplotě, takže tento typ ovládání by měl být používán opatrně.

Nový Zennio Square TMD Display podporuje všechny tři typy ovládání

Režimy vytápění KNX

V KNX se pro řízení vytápění a chlazení používají čtyři režimy: 
• Komfort 
• Pohotovostní režim 
• Noc 
• Mráz

Tyto režimy mění nastavenou teplotu o hodnotu jednoho bajtu (často nazývané objekt RTR). U některých starších zařízení zjistíte, že každý režim se aktivuje pomocí jednobitové spouště a zařízení zůstane v posledním aktivovaném režimu.

U některých ovladačů existuje další objekt pro nastavení režimu s vyšší prioritou, který má přednost před normálním provozem. Nastavení režimu na Auto (0) deaktivuje toto potlačení a vrátí řízení na výchozí objekt RTR, což může být zvláště užitečné, když přepnete dům do pohotovostního režimu.

Basalte Deseo je příkladem dotykového panelu, který zobrazuje aktuální teplotu a umožňuje také výběr režimu.

Tyto režimy jsou samozřejmé: komfort se používá při běžném obývání domu, zatímco noc se používá, když obyvatelé budovy spí. V nočním režimu lze teplotu mírně snížit, což domu umožňuje efektivní návrat do komfortního režimu. Pohotovostní (nebo pryč) režim se používá, když je budova neobydlená; teplota se sníží, ale stále se může relativně rychle vrátit do režimu Comfort, když se obyvatelé vrátí. Režim mrazu slouží k ochraně budovy, když je delší dobu prázdná. Udržuje dům na nižší, ale rovnoměrné teplotě, aby se zabránilo zamrznutí potrubí.

Relativní a absolutní kontrola

Teplotu pro výše uvedené režimy lze nastavit dvěma způsoby. Ty jsou relativní a absolutní.

Relative používá komfortní teplotu jako hlavní a používá nouzovou hodnotu k výpočtu a nastavení hodnot pro Noc a Pohotovostní režim. To umožňuje uživateli nastavit všechny výše uvedené režimy z jedné teploty. Režim Frost má však nastavenou teplotu, která se při změně komfortní teploty neupravuje.

Tabulka typických relativních hodnot vytápění a chlazení pro různé režimy
(hodnoty chlazení jsou dále vysvětleny níže)

Absolute umožňuje uživateli nastavit konkrétní teplotu pro každý režim. To poskytuje snazší srozumitelný scénář, ale ve skutečnosti vede ke složitějšímu uživatelskému rozhraní, protože každou teplotu je třeba změnit, někdy až osmkrát – jednou pro všechny čtyři režimy, pro vytápění a pro chlazení.

Tabulka typických absolutních hodnot vytápění a chlazení pro různé režimy.

mrtvá kapela

Ať je zvolena kterákoli možnost, je třeba zvážit mrtvé pásmo. Bez mrtvého pásma by mezi topením a chlazením probíhal neustálý boj o jakýkoli mírný překmit. Pokud je například teplota nastavena na XNUMX stupňů bez mrtvého pásma, ohřev se zvýší na teplotu a chlazení se aktivuje, jakmile teplota v místnosti stoupne nad tuto nastavenou hodnotu.

Pokud neexistuje mrtvé pásmo, bude mezi topným a chladicím systémem probíhat neustálý boj.

V režimu chlazení s použitím relativní regulace je dána jedna hodnota pro mrtvou zónu a jedna pro kompenzaci pro Standby a Noc. Při použití absolutní regulace je však pásmo necitlivosti specifickou hodnotou pro žádanou hodnotu komfortního režimu.

ABB Busch priOn má vestavěný termostat a může měnit režim.

Časovače

Nejjednodušším způsobem, jak může koncový uživatel ovládat nastavenou teplotu, jsou časovače. Ty jsou často zabudovány do termostatů, ale existuje řada způsobů, jak snadno upravit různé časy režimu. V závislosti na instalaci může být vyžadován vyhrazený časovač vytápění a k dispozici jsou časovače na lištu DIN, které umožňují nastavení časů prostřednictvím malé obrazovky, sběrnice nebo obojího.

Theben TR 648 Top2 RC KNX je příkladem digitálního časového spínače montovatelného na DIN lištu.

Existuje také řada malých dotykových obrazovek, které budou fungovat jako vyhrazený časovač vytápění/chlazení, který poskytne koncovému uživateli centrální místo ovládání. V mnoha případech již bude v instalaci zařízení, které poskytuje vysokou úroveň logiky a vizualizace, ke kterému lze přidat časovače vytápění/chlazení.

Kromě toho můžete také umístit časovače do různých vizualizačních balíčků.

Zennio Z41 je příkladem dotykové obrazovky, která nabízí několik časovačů pro aktivaci režimů.

Dvoustupňové vytápění a chlazení 

Většina termostatů umožňuje přidat další stupeň vytápění a chlazení nebo obojí. Dvoustupňové vytápění poskytuje druhý zdroj tepla, když primárnímu zdroji tepla chvíli trvá, než naplní místnost. To může být užitečné zejména tehdy, když se obyvatelé budovy po své nepřítomnosti vrátí do režimu Komfort. Ačkoli se ve Spojeném království používá jen zřídka, existuje další možnost pro druhý režim chlazení pro podobné situace v teplejším klimatu.

Pokud primární zdroj vytápění, jako je podlahové vytápění, potřebuje chvilku k dosažení komfortního tepla, lze jako sekundární zdroj použít radiátory.

Stejně jako u přepínání mezi vytápěním a chlazením musí být před aktivací dodatečného stupně vytápění nebo chlazení provedena kompenzace. Tento respekt lze nastavit v parametrech, jakmile je aktivován extra stupeň. Rozdíl se většinou nastavuje kolem dvou stupňů, takže při rozdílu dvou stupňů se aktivuje zdroj přitápění nebo chlazení.

Podlahové vytápění / chlazení

UFH (Under Floor Heating) se stává nejoblíbenějším zdrojem vytápění v novostavbách, protože se osvědčilo jako jeden z nejkomfortnějších a nejefektivnějších systémů vytápění. Pro dosažení maximálního pohodlí a maximálního využití vašeho systému musí být namontovány správné ovládací prvky a toho lze jednoduchým způsobem dosáhnout pomocí KNX.

Jak již bylo uvedeno výše, je k dispozici řada termostatů KNX. Poté, co zvolíte termostat a nastavíte parametry pro požadovaný typ regulace a jak mají režimy fungovat, termostat odešle požadavek na zdroj vytápění. V tomto článku se budu zabývat procesem použití UFH jako zdroje.

Pokud se jako KNX profesionál staráte pouze o ovládací stránku aplikace, musí být jasné, kde leží hranice mezi vašimi povinnostmi a povinnostmi topenáře. V ideálním světě by měl být systém UFH plně zprovozněn a ověřen, než se integrátor KNX zapojí do jakéhokoli druhu řízení. Ale jak všichni víme, často tomu tak není a znalost základů fungování systému UFH může pomoci při řešení problémů s uvedením systému do provozu.

Existují dva hlavní typy UFH, a to elektrické a hydraulické. 

Hydraulické UFH

U hydrauliky proudí horká (nebo studená) voda potrubím a předává teplo do místnosti, přičemž tepelný obsah závisí na hloubce potrubí. Pro udržení rovnoměrného rozvodu tepla musí být trubky stočeny do spirály, jak je znázorněno níže.

Špatný (vlevo) a správný (správný) způsob pokládky trubek podlahového topení.

V závislosti na velikosti podlahy není neobvyklé, že místnost má více než jednu cívku. Například velký otevřený obývací pokoj a jídelna vyžaduje dvě cívky. Stejně tak dvě malé místnosti dohromady, jako je koupelna se sprchou a šatna, mohou být vytápěny pouze jednou spirálou.

Každá cívka je připojena k rozdělovači a každá zóna na rozdělovači je řízena elektrotepelným pohonem. Ten je poté připojen k ovladači distributoru KNX.

Theben HM 12 T je 12cestný topný pohon, který dokáže ovládat dvanáct termopohonů 24V-240V AC ve 4 skupinách, každý se 3 výstupy a 450mA.

V závislosti na zvoleném ovladači je často možnost připojení dvou zón k jednomu kanálu. To je zvláště užitečné, pokud jsou pro větší místnost potřeba dvě cívky. Při použití hydraulického podlahového vytápění je třeba počítat i s ovládáním kotle.

6cestný servopohon topení Theben HMT6 v levém horním rohu ovládá hydraulický rozdělovač podlahového vytápění.

Elektrické UFH

Existují dva typy elektrického podlahového vytápění. Nejběžnější je, když je elektrické topné těleso integrováno do rohože a instalováno pod podlahu. To se obvykle vyskytuje v koupelnách a aplikacích pro dodatečné vybavení. Druhým méně obvyklým typem je kabel s velkým prvkem, který se před zalitím betonem připevní k výztužné mřížce podlahy. Všechny koncové části prvků jsou vráceny do centrálního bodu a ovládány pomocí vhodně dimenzovaného relé, i když je třeba mít na paměti, že budou mít velké zatížení. Zatímco elektrický UFH je velmi citlivý, jeho provoz může být drahý.

Elektrická podlahová topná rohož (vlevo) a armovací mřížka před připevněním kabelu prvku (vpravo).

Úvahy při ovládání UFH

Při zařizování podlahového vytápění je třeba vzít v úvahu tři úvahy: 

1) Udržování teploty vzduchu Nejběžnější způsob regulace podlahového vytápění, udržovaná teplota vzduchu, přebírá požadavek pro každou místnost z termostatu KNX.

2) Udržovaná teplota podlahy, která se často používá v koupelnách a jiných dlážděných prostorách, zajišťuje vždy minimální komfortní teplotu. K tomu je zapotřebí podlahová sonda, která se používá buď jako vstup na pokojovém regulátoru se závažím ve prospěch podlahy, nebo jako samostatná smyčka.

3) Vypnutí při přehřátí Používá se s elektrickým UFH nebo jako bezpečnostní zařízení pro určité typy podlah, jako jsou jemné povrchy dřeva. Nejjednodušším způsobem, jak toho dosáhnout, je instalace podlahové sondy se samostatným termostatem. To poskytuje jasnou definici mezi výchozím termostatem a přepsáním „přehřátí“.

Ve všech případech se doporučuje použít příkaz PI, který bude ve většině regulátorů rozdělovače převeden na PWM. Tím se zabrání pod- a překročení nastavené pokojové teploty. 

Výstupy topného servopohonu Gira 6-gang lze ovládat buď spínáním nebo pulzně šířkovou modulací (PWM).

Další úvahy

Při jednání s regulací UFH je třeba zvážit několik dalších věcí. 

• Monitorování teploty vody 
U hydraulického vytápění je důležité hlídat teplotu vody používané k ohřevu podlahy. To lze spravovat na rozdělovači nebo na samotném potrubí. V závislosti na specifikaci může existovat ventil s proměnnou teplotou, který je třeba ovládat.

• Zkontrolujte průtok vody 
Pokud máte problémy s ovládáním topení, ale jste si jisti, že KNX aspekt instalace běží hladce, můžete provést několik obecných kontrol. Například je důležité zajistit, aby voda nebyla příliš silně pumpována přes hlavy ventilů. Pokud je to příliš rychlé, voda způsobí, že systém nebude fungovat efektivně. Příliš pomalé a podlaha se málokdy plně zahřeje. V závislosti na délce potrubí je třeba nastavit průtok, aby byl zajištěn optimální přenos tepla do podlahy.

• Zkontrolujte štítky a pořizujte fotografie a termosnímky. 
Výstupní obvody rozdělovače by měly být také zkontrolovány, protože jsou často nesprávně označeny. To může vést k tomu, že jedna místnost bude teplejší než druhá, nebo v nejhorším případě místnost nebude vytápěna vůbec. Pokládku je nejlepší nafotit před pokládkou podlahy. K určení, zda systém funguje efektivně, může být také dobré použít technologii tepelného zobrazování.

Ovládání kotle

Měděné trubky, tlak vody a kotle jsou z velké části vyhrazeny pro instalatéra. S průduchy a manometry, vypouštěcími ventily a sekundárními průtoky je to na první pohled záhada a je lepší se jí vyhnout. 

Ne nadarmo jsou na instalaci kotlů nasazováni specialisté. Potřebujeme teplo (nebo ho alespoň kontrolujeme) a většinou poskytujeme bezpotenciálový kontakt na instalatéra a to je náš „poptávkový“ signál. To však zákazníkovi nutně nedává zvláště účinný systém a v určitých případech, jako je podlahové vytápění, systém nedokáže rychle reagovat nebo se přizpůsobit měnícím se ročním obdobím nebo špatnému počasí.

Obecně platí, že pokud můžeme ovlivnit výběr kotle, můžeme zákazníkovi nabídnout energeticky účinnější systém, pokud kotel:

a) Odpovězte na otázku 0-10V. 
b) Mít schopnost namontovat sadu pro kompenzaci počasí. 
c) Nebo ještě lépe, držte se standardu OpenTherm.

signál 0-10V

Pomocí signálu 0-10V může kotel modulovat své hořáky tak, aby měnily výstupní teplotu, což vede k vyšší účinnosti. U kondenzačních kotlů musíme my, respektive instalatér, zajistit dostatečně nízkou teplotu zpátečky, aby kotel mohl v kondenzačním režimu pracovat co nejefektivněji. Toto téma si zaslouží vlastní článek. 0-10V znamená, že kotel nevyrábí přebytečné teplo, když není potřeba.

Regulace řízená poptávkou umožňuje kotli modulovat jeho hořáky, což vede k vyšší účinnosti.

Kompenzace počasí

Další proměnnou, která může být problémem, je náhlý pokles venkovní teploty. Instalací kompenzační sady proti povětrnostním vlivům může kotel upravit teplotu přívodu nahoru v souladu s těmito venkovními poklesy a přivést do systému více tepla, aby se kompenzovaly tepelné ztráty, které budova zaznamená během období chladu.

Pokud se u kotle neudělá ani jedno, můžeme zajistit podobnou funkcionalitu prostřednictvím komponent KNX, ale to vyžaduje trochu logiky a možná nevyužíváme možnosti kotle naplno.

OpenTherm

OpenTherm (OT) je zajímavý a je kompatibilní s KNX. Mezinárodně používaný protokol OpenTherm umožňuje pokojovému termostatu nebo jinému zařízení, jako je akční člen topení KNX, modulovat kotel na základě požadavku místnosti nebo systému jako celku. Kromě toho mohou být kotle dotazovány na chyby, doby hoření, nastavení teploty přívodu a širokou škálu provozních parametrů, které mohou být cenné při použití ve spojení s VPN (Virtual Private Network) v datové síti, protože to může být užitečné. pro údržbu.

Produkty jako Theben KNX-OT-Box přenášejí tyto zprávy zpět do KNX páteře a skutečně nabízejí možnost posílat informace o kompenzaci počasí přímo ze sběrnice do kotle.

Theben KNX-OT-Box slouží jako rozhraní mezi kotli se sběrnicí OT a KNX.

Logické moduly jsou levné, ale křivky PI (proporcionální integrace) a PID (proporcionální integrální derivace) nejsou neodmyslitelně součástí levnějších jednotek. Získání takové funkce je o něco dražší, takže nejjednodušší cestou k účinnosti kotle je normálně nechat kotel modulovat teplotu přívodu. Existují produkty jako Loxone Miniserver, které vám poskytují impozantní programovací prostředí, abyste mohli ovládat technickou místnost, ale vyžaduje to určité programátorské dovednosti a jasné pochopení designu technické místnosti.

Pochopení návrhu technické místnosti pomůže programátoru KNX maximalizovat účinnost topného systému.

Zdroj: KNX Control & knxtoday

Chcete vědět vše o KNX a propojení s HVAC?

Poté postupujte podle online kurzu nebo se zeptejte níže.