Säädön toiminnan tarkastaminen käyttöolosuhteissa

Transkriptio

1 Säädön toiminnan tarkastaminen käyttöolosuhteissa Suositus K14/1997

2 Suomen Kaukolämpö ry 1997 ISSN Viite: Sky-kansio 1/5

3 SUOMEN KAUKOLÄMPÖ RY SUOSITUS K14/1997 Tämä suositus käsittelee kaukolämmön lämmönjakokeskusten säätöjärjestelmien toiminnan tarkastamista käyttöolosuhteissa. Suosituksessa esitetään kolme erilaajuista tarkastusmenettelyä säätölaitteiden vastaanottoa tai käytönaikaista tarkastusta varten. Menettelyohje perustuu Teknillisessä korkeakoulussa tehtyyn tutkimukseen, jonka ovat tehneet DI Riikka Koskelainen ja DI Marikka Ohvanainen. Suosituksessa on myös esitetty laitteistovaatimukset onnistuneen testauksen suorittamiseksi. Tämä suositus on tarkoitettu kaikkien kaukolämpöalalla toimivien käyttöön ohjeeksi siitä, miten säätöjärjestelmien toimivuus voidaan testata. Tässä esitetty säätöjärjestelmän testaus voidaan myös sisällyttää osana kaukolämmityslaitteiden katselmukseen, joka on esitelty Sky:n suosituksessa K3/95. Suositus on hyväksytty Suomen Kaukolämpö ry:n hallituksessa Lämmönkäyttötoimikunta Veli-Matti Mäkelä Timo Pesonen Henry Virtanen Timo Neira Tuomo Toivanen Oiva Välikangas Mirja Tiitinen Lappeenrannan Energia Tampereen kaupungin sähkölaitos Lahti Energia Oy Helsingin Energia Hyvinkään Lämpövoima Oy Oulun Energia Suomen Kaukolämpö ry

4

5 SUOMEN KAUKOLÄMPÖ RY SUOSITUS K14/1997 SISÄLTÖ 1 YLEISTÄ Taustaa Säädön toimintavaatimukset Testausmenetelmälle asetettavat yleiset tavoitteet Testauksen luotettavuus SÄÄTÖLAITTEIDEN TOIMINNAN TESTAAMINEN Säädön tarkistus Säädön analysointi Yhden säätöpiirin analysointi Lämmönjakokeskuksen säädön analysointi Ilmastointijärjestelmät TESTAUSLAITTEISTO Mittausjärjestelyt Tarvittavat laitteet Tiedonkeruulaitteisto Lämpötila-anturit Painelähettimet Virtausmittarit Lämpöenergian mittauslaitteiden hyödyntäminen Toimintaohjeet Lämpötila-anturien asennus Mittaustietojen tallennus ja käsittely Tietojen kirjaaminen OHJEITA JA ESIMERKKEJÄ Laitteistoratkaisuja Esimerkkejä tuloksista KEHITYSMAHDOLLISUUKSIA Säätökeskusten informaation hyödyntäminen Säätökeskusten kehittäminen testausta palveleviksi DDC-säätöjärjestelmät KIRJALLISUUTTA... 18

6

7 1 1. YLEISTÄ Lämmönjakokeskusten säätölaitteiden testauksen tarkoituksena on ennalta määritellyn menettelyn mukaisesti varmistaa säätöjärjestelmän toiminta. Testaustoiminnalla selvitetään järjestelmissä mahdollisesti olevat virheet. Syyn selvittämisen ja poistamisen jälkeen laitteiston toiminta tarkoituksenmukaistuu ja tehostuu. Edellä mainittuja tavoitteita voidaan edistää esimerkiksi seuraavin toimenpitein: - Yritykset tarjoavat testauspalvelua puolueettomina eliminä järjestelmän luovutuksen ja vastaanoton yhteydessä. - Testaaja tarkastaa, onko laitteisto toteutettu ja vastaanotettu asianmukaisesti (erityisesti säätö- ja automaatiojärjestelmien virittäminen). - Testausta käytetään rakennusten kunnossapito- ja saneerauskohteiden selvittämisessä ja toimenpiteiden jälkeisen toimivuuden toteamisessa. - Tuotetaan tietoa suunnittelijoille sekä opetus- ja tutkimuslaitoksille. - Testataan laitoksia ja järjestelmiä jo tuotekehitysvaiheessa. 1.1 Taustaa Säätötulokseen vaikuttaa monia eri tekijöitä; lämmönsiirtimien, venttiilien, säätölaitteiden, pumppujen ja putkistojen yhdistäminen yhdeksi kokonaisuudeksi ei ole yksinkertaista. Jo pienetkin eroavaisuudet esim. komponenttien toleransseissa saattavat näkyä säätötuloksessa. Säätötulokseen vaikuttaa myös, kuinka säätimet on viritetty ja lämmönjakokeskusten laitteet mitoitettu. Ihmisen fysiologia asettaa omat vaatimuksensa sekä käyttöveden että sisäilman lämpötilalle. Vaatimukset ovat yleensä hyvin yksilökohtaisia. Psykologiset tekijät vaikuttavat siihen, miltä lämpötilaärsyke tuntuu. Lämpötilaärsykkeiden aiheuttamia tuntemuksia on selvitetty mm. teoksessa Indoor Climate /4/. Ihon ollessa kosketuksissa huomattavasti lämpimämmän aineen kanssa ihmisen kipukynnys ylittyy. Kipukynnyksen rajana pidetään C. Lämpötilaärsykkeen muutosnopeus voi aiheuttaa myös epämiellyttäviä tuntemuksia. Suuretkin lämpötilan muutokset voivat jäädä tuntematta, jos ne tapahtuvat riittävän hitaasti. Muutosnopeuden kasvaessa ihminen aistii yhä pienempiä lämpötilan vaihteluja. Lämpötilaärsykkeen muuttuessa 0,1 C/s, ihminen aistii alle 0,5 C muutoksen. Jos lämpötilaärsykkeen muutosnopeus on 0,01 C/s, muutoksen aistii vasta lämpötilan muuttuessa n. 3 C /4/.

8 2 1.2 Säädön toimintavaatimukset Rakennusten kaukolämmitys, määräykset ja ohjeet -julkaisussa /3/ on asiakkaalle asennetuille säätöjärjestelmille asetettu vaatimuksia lämpölaitoksen ilmoittamissa käyttöolosuhteissa lämmönjakohuoneesta mitattuna. Taulukko 1. Säädölle asetetut toimintavaatimukset eri säätöjärjestelmissä käyttövesi lämmitys ilmanvaihto Suurin pysyvä poikkeama 2 C. 2 C. 2 C. asetusarvosta Suurin hetkellinen poik- 10 C 5 C 10 C keama asetusarvosta Sallittu jatkuvan huojunnan 2 C 0,5 C 0,5 C amplitudi Sallittu palautumisaika 2 minuut- 2 minuut- 2 minuutmuutoksen alkuhetkestä tia tia tia siihen hetkeen, kun 1. kohdassa esitetty vaatimus täyttyy Ohjearvojen mukaisesti toimiva säätöjärjestelmä mahdollistaa hyvän asumisviihtyvyyden ja -turvallisuuden sekä säästää energiaa. 1.3 Testausmenetelmälle asetettavat yleiset tavoitteet Testausmenetelmän tulee olla yleisesti hyväksyttävissä sekä käytettävissä nykyisillä laite- ja henkilöresursseilla. Menetelmän käytöstä aiheutuvien kustannusten tulee olla kohtuullisia. Mittaustulosten tulee olla riittävän tarkkoja, jotta niiden perusteella voidaan tutkia säätöjärjestelmän ominaisuuksia. Testausmenetelmä on kehitetty urakoitsijoiden, suunnittelijoiden ja kaukolämpöyritysten käyttöön. Mittauslaitteisto- ja menetelmäsuositus on pyritty kehittämään sellaisiksi, että kynnys menetelmän käyttöönottoon on mahdollisimman matala. Mittauslaitteiston on kuljettava helposti mukana, laitteiston asentaminen on oltava nopeaa ja mittausten tekeminen helppoa.

9 3 1.4 Testauksen luotettavuus Testausmenettelyn tulee olla sellainen, että sillä saavutetaan sama tulos testaajasta riippumatta. Mittausmenetelmät on vakioitava ja niiden tulee olla hyvin toistettavissa. Mittaukset tulee tehdä aina samalla tarkkuudella ja virhelähteet tulee ottaa jokaisella mittauskerralla samalla tavalla huomioon. Tietojen keruu ja tulostus tulee olla ennalta suunniteltu ja ryhmitelty. Testaustulosten käsittely ja tulkinta kuuluu osana testaukseen, joten asiakkaan tulee saada testauksesta asiantuntijan laatima kirjallinen raportti, joka sisältää toimenpide-ehdotukset. Tulokset tulee esittää käyttäjän kannalta havainnollisessa muodossa. 2 SÄÄTÖLAITTEIDEN TOIMINNAN TESTAAMINEN 2.1 Säädön tarkistus Säätötuloksen testaamiselle on tarkoituksenmukaista määritellä useampia, eri laajuisia testausmenetelmiä. TKK:lla tehdyn tutkimuksen /5/ perusteella on päädytty suosittelemaan kahta erilaista testausmenetelmää. Säädön tarkistuksessa tarkastellaan yhden säätöpiirin säätötulosta ja verrataan sitä asetettuhin vaatimuksiin. Säädön analysoinnissa mitataan useampia lämpötiloja ja virtauksia sekä paineita, jotta säätötulosta ja siinä esiintyvien poikkeamien syitä voidaan analysoida. Säädön analysoinnissa voidaan tarkastella joko yksittäistä säätöpiiriä tai laajimmillaan lämmönjakokeskuksen koko säätöjärjestelmää. Säädön analyoinnissa selvitetään säätötulokseen vaikuttavia tekijöitä ja etsitään korjausmahdollisuuksia. Säätöongelmat voivat johtua väärin mitoitetusta tai valitusta säätöventtiilistä, joten säätöventtiilin mitoitus on syytä tarkistaa jo ennen mittauksia. Yhden säätöpiirin tarkistusmenettely vaatii noin 2-3 tunnin työn, säätöpiirin analysointi sen sijaan vie raportointeineen vähintään 5-6 tuntia. Suppeimmassa mittauksessa keskitytään tarkastelemaan säätöpiirin säätötulosta. Säätötulosta verrataan säädölle annettuihin toimintavaatimuksiin. Mittausten perusteella selvitetään, ilmeneekö lämpötilassa huojuntaa, pysyviä tai hetkellisiä poikkeamia tai ajelehtimista. Menetelmällä ei pyritä selvittämään mahdollisten ongelmien syitä. Yleisimmin tarkastellaan lämpimän käyttöveden säätöä. Mitattavat suureet ovat tällöin lämpimän käyttöveden ja kaukolämmön paluuveden lämpötilat. Kaukolämmön paluuveden lämpötilan muutokset ilmentävät käyttöveden kulutuksen muutoksia. Muista säätöjärjestelmän mittaus- ja säätösuureista kirjataan vain hetkellistiedot mittausolosuhteiden selvittämiseksi.

10 4 Säätötuloksen tarkistusmenetelmä ei aseta mittauslaitteistolle suuria vaatimuksia. Laitteistolla rekisteröidään kahta lämpötilaa, muut lämpötilat ja paineet kirjataan kalibroiduista lämpötila- ja painemittareista. Taulukko 2. Säädön tarkistusmenetelmä Mitattavat suureet - tutkittavan säätösuureen lämpötila (- kaukolämmön paluuveden lämpötila) Hetkellisesti rekisteröitävät suureet - käyttöveden kierron lämpötila - kaukolämmön tulo- ja paluulämpötila - kaukolämmön tulo- ja paluupaine - muiden säätöpiirien toimintalämpötilat - kylmän käyttöveden paine Tarvittava laitteisto - piirturi tai - tiedonkeruulaitteisto, 2 kanavaa lämpötilamittaukseen Mittaus - rekisteröidään 1 (tai 2) lämpötilaa 2-5 sekunnin välein vuorokauden ajan - kirjataan hetkelliset lämpötilat ja paineet 2.2 Säädön analysointi Analysointijärjestelmässä pyritään säätötuloksen arvioinnin lisäksi selvittämään ongelmien syyt. Tässä menetelmässä mitataan tutkittavien suureiden lämpötilat ja virtaukset, kaukolämmön tulo- ja paluuveden lämpötilat sekä kaukolämpöveden virtaus. Kaukolämpöveden virtauksen mittauksessa voidaan hyödyntää lämpöenergian laskutusmittaria Yhden säätöpiirin analysointi Yhden säätöpiirin toimintaa voidaan selvittää melko suppealla laitteistolla. Tällöin mitataan vain ko. suureen lämpötila ja virtaus, kaukolämmön tulo- ja paluuveden lämpötilat sekä kaukolämpöveden virtaus. Muista säätöjärjestelmistä kirjataan hetkelliset lämpötilat ja paineet. Käyttöveden säätöä tarkasteltaessa mitataan myös käyttöveden kierron lämpötila.

11 5 Taulukko 3. Yhden säätöpiirin analysointi Mitattavat suureet - tutkittavan säätösuureen lämpötila - tutkittavan säätösuureen virtaus (- käyttöveden kierron lämpötila) - kaukolämmön tulo- ja paluulämpötila - kaukolämpöveden virtaus Hetkellisesti rekisteröitävät suureet - muiden säätöpiirien toimintalämpötilat - kaukolämmön tulo- ja paluupaine - kylmän käyttöveden paine Tarvittava laitteisto - tiedonkeruulaitteisto: 4 kanavaa lämpötilamittaukseen, 2 kanavaa virtausmittaukseen Mittaus - lämpötilat ja virtaukset rekisteröidään 2-5 sekunnin välein vuorokauden ajan - kirjataan hetkelliset lämpötilat ja paineet Lämmönjakokeskuksen säädön analysointi Lämmönjakokeskuksen säädön analysoinnissa kartoitetaan koko lämmönjakokeskuksen säätötilannetta ja -olosuhteita sekä säätöongelmien syitä. Testaus tehdään kaikille säätöpiireille samalla tavalla kuin edellisessä kohdassa esitetty yhden säätöpiirin testaus, tässä menetelmässä tarvittava laitteisto on kuitenkin edellistä laajempi. Taulukko 4. Lämmönjakokeskuksen säätöjärjestelmän analysointi Mitattavat suureet - lämpimän käyttöveden lämpötila - käyttöveden kierron lämpötila - lämmitysverkoston meno- ja paluuveden lämpötilat - ilmastointiverkoston meno- ja paluuveden lämpötilat - kaukolämmön tulo- ja paluuveden lämpötilat - lämpimän käyttöveden virtaus - kaukolämpöveden virtaus - kaukolämmön tulo- ja paluuveden paineet - kylmän käyttöveden paine Tarvittava laitteisto - tiedonkeruulaitteisto: 8 kanavaa lämpötilamittaukseen, 2 kanavaa virtausmittaukseen ja 3 kanavaa painemittaukseen Mittaus - lämpötilat ja virtaukset rekisteröidään 2-5 sekunnin välein vuorokauden ajan

12 6 2.3 Ilmastointijärjestelmät 3 TESTAUSLAITTEISTO 3.1 Mittausjärjestelyt Ilmastointijärjestelmien säädön toiminnalle on asetettu vaatimukset standardissa SFS 5768 ja mittaukset on määritelty standardissa SFS Mittauslaitteiston tulee olla kevyt, pieneen tilaan mahtuva ja helposti mukana kuljetettava. Mittauslaitteiden asentaminen mittauskohteeseen tulee olla myös helppoa ja nopeaa. Siirrettävyyden ja kenttäolosuhteissa mittaamisen vuoksi anturien kiinnityksen ja liitäntöjen tulee olla mahdollisimman yksinkertaisia ja kestäviä. Mittalaitteiden epätarkkuus saa olla säädön arviointimenetelmässä korkeintaan ± 1 C ja muissa testausmenetelmissä korkeintaan ± 0,3 C /2/. Testausten yhteydessä tarkastetaan automaatiojärjestelmien mittausepätarkkuus (esim. DDC-järjestelmä), mikä ei saisi olla suurempi kuin ± 0,5 C. Mittausjakso tulee valita tarpeeksi pitkäksi. Mittaus suoritetaan aikana, jolloin kulutus vaihtelee normaaleissa rajoissa. Siihen tulee sisällyttää jaksoja, jolloin kulutus on minimissään, ja toisaalta jaksoja, jolloin saavutetaan vuorokautinen huippu. Suositeltava mittausaika on vuorokausi. Vuorokautinen mittaus vaatii tiedonkeruulaitteistolta paljon kapasiteettia, mikä täytyy ottaa huomioon laitteistoa ja mittaussuureiden määrää, mittausaikoja ja - välejä suunniteltaessa. Taulukkoon 5 on koottu tekijöitä, jotka täytyy testausmenetelmää suunniteltaessa ottaa huomioon. Taulukko 5. Testausmenetelmissä huomioitavia seikkoja. Testauksessa huomioitavat tekijät Mittausaika Mittausväli Valittava tarpeeksi pitkäksi. Mittausjaksoon sisällytetään käyttöveden huippu- ja minimikuormituksia. Pitkän mittauksen aiheuttamat kapasiteettivaatimukset tulee ottaa huomioon laitteistoa suunniteltaessa. Valitaan siten, että muutokset mitattavissa suureissa saadaan rekisteröityä. Suositeltava mittausväli on 2-5 s.

13 7 Mittausanturit Mittausanturien sijoittaminen Mittauslaitteisto Mittaukset Mittausantureiden tulee olla nopeita ja kestäviä sekä helposti asennettavia pinta-antureita. Mittauskohdan tulee olla sileä, siinä ei saa olla hitsaussaumaa, paksua maalikerrosta tms. Anturi on kiinnitettävä tukevasti ja eristettävä muusta ympäristöstä hyvin. Laajimmassa testausmenettelyssä mittauslaitteiston tulee pystyä mittaamaan yli kymmentä mittaussuuretta vuorokauden ajan 2-5 sekunnin mittausvälillä. Suppeimmassa testausmenettelyssä riittää kahden suureen mittaaminen 2 sekunnin välein. Mitataan kaukolämmön normaalia käyttökuormitusta. Mittaukset tehdään lämmityskaudella. Käyttöveden säätölaitteiden toiminta voidaan mitata myös kesällä. Lämpötilan mittaus Painemittaus Virtausmittaus Mitattavia suureita ovat lämmin käyttövesi, lämpimän käyttöveden kierto, lämmityksen meno- ja paluuvesi, ilmastoinnin meno- ja paluuvesi sekä kaukolämmön tulo- ja paluuvesi. Tilanteesta riippuen valitaan tarkasteltavat suureet. Meno- ja tulopaineiden jatkuva mittaus ei ole välttämätöntä. Hetkelliset arvot kirjataan kalibroiduista painemittareista. Virtausmittaus ei ole välttämätön säädön tarkistusmenetelmässä. Käyttöveden kulutuksen vaihtelu voidaan tällöin päätellä kaukolämmön paluuveden lämpötilan muutoksista. 3.2 Tarvittavat laitteet Testauslaitteisto koostuu tiedonkeruulaitteistosta, jonka muodostavat dataloggeri ja kannettava mikrotietokone, sekä mittausantureista. Tarpeen mukaan mitataan eri lämpötiloja, paineita ja virtausmääriä.

14 Tiedonkeruulaitteisto Säädön arviointimenetelmässä piirturi on riittävä mittausväline ellei tuloksia tarvita tiedostomuodossa jatkokäsittelyä varten. Tiedonkeruulaitteiston tulee olla kannettava ja helposti siirrettävä, joten sen kokoon ja rakenteeseen tulee kiinnittää huomiota. Laitteiston koko on jossain määrin verrannollinen sen mahdollisuuksiin rekisteröidä mittaussuureita. Pienimmissä tiedonkeruulaitteissa on yleensä vain muutama mittauskanava. Suppeimmassa testausmenettelyssä riittää, kun tärkeimmät lämpötilat saadaan mitattua. Testattaessa koko lämmönjakokeskuksen säätöjärjestelmän toimintaa liitynnät paine- ja virtausmittauslaitteita varten ovat tarpeellisia. Tiedonkeruulaitetta valittaessa on tiedettävä, minkä tyyppisiä lämpötilaantureita tullaan käyttämään. Laite voi rajoittaa lämpötila-anturin tyyppiä tai mahdollisuutta liittää siihen painelähettimiä tai virtausmittauslaitteita. Taulukkoon 6 on koottu seikkoja, jotka tulee ottaa huomioon tiedonkeruulaitetta valittaessa. Taulukko 6. Huomioon otettavia seikkoja tiedonkeruulaitteistoa valittaessa. Laitteiston koko Liitännät Kanavien määrä - säädön arviointimenetelmä - säädön tarkistusmenetelmä - säätöjärjestelmän analysointimenetelmä Anturit Laitteiston tulee olla kannettava. Liitäntöjen tulee olla mahdollisimman yksinkertaisia ja kestäviä, koska toimitaan kenttäolosuhteissa. 2 kanavaa lämpötilamittaukseen 4 kanavaa lämpötilamittaukseen 2 kanavaa virtausmittaukseen 8 kanavaa lämpötilamittaukseen 2 kanavaa virtausmittaukseen 3 kanavaa painemittaukseen Otettava huomioon minkälaiset anturit valittuun tiedonkeruulaitteistoon soveltuvat. Anturien on oltava riittävän nopeita.

15 9 Muisti Tiedonkeruuohjelma Tiedostomuoto Mittaustiedot kerätään joko loggerin tai kannettavan tietokoneen muistiin. Jos mittaukset ovat pitkiä, loggerin muistikapasiteetti on usein riittämätön. Loggerin ja tiedonkeruuohjelman on tuettava toisiaan. Jos mittaukset ovat pitkäkestoisia, tulisi tiedoston olla esim. ASCII-muodossa, jolloin se vie suhteellisen vähän tilaa. Tiedoston jatkokäsittely on myös otettava huomioon Lämpötila-anturit Testausmenetelmää tullaan käyttämään lämmönjakokeskuksissa, joiden käyttöä ei voida keskeyttää anturien asennuksen ajaksi. Tästä syystä lämpötila-anturit voidaan asentaa joko putken pinnalle tai suojataskuun. Yksi tärkeimpiä lämpötilamittaukselta vaadittavia ominaisuuksia on nopeus. Lämpötilapiikkien tai nopean huojunnan havaitsemiseksi lämpötila-antureiden on pystyttävä seuraamaan nopeita muutoksia. Suojataskuun asennettavat anturit todettiin TKK:n tutkimuksessa liian hitaiksi /5/. Putken pinnalta tai suojataskusta tehtävän lämpötilamittauksen ongelmana on virtauksen todellisen lämpötilan ja pintalämpötilan välinen ero, jonka on joissakin mittauksissa todettu olevan 1-3 C /2/. Lämpötilaa mitataan putken päältä joko Pt100-vastusanturilla tai K-tyypin termoelementillä. Käyttöveden kulutuspisteissä lämpötilaa mitataan suoraan vesisuihkusta termoelementillä. Pt100-vastusantureista tulee valita massaltaan mahdollisimman pieni anturi. Suurin osa markkinoilla olevista antureista on liian suuria ja siten aivan liian hitaita pintamittaukseen. On myös mahdollista käyttää päällystämättömiä Pt100-elementtejä, mutta ne eivät ole mekaanisesti riittävän kestäviä. Pt100-vastusanturin yleisimmssä tyypissä on neliöprofiilinen päällystetty anturi, jossa usein on reikä kiinnitystä varten. TKK:n tutkimuksessa testattiin kolmea eri kokoa, joista pienin (4 x 4 x 25 mm) osoittautui riittävän nopeaksi. Termoelementeistä voidaan valita joko suojaamaton termoelementtilanka tai päällystetty elementti. Termoelementtilanka on päällystettyä elementtiä huomattavasti edullisempi vaihtoehto, mutta päällystetty elementti on me-

16 Painelähettimet Virtausmittarit kaanisesti kestävämpi. Termoelementtilankaa ei esimerkiksi voi laittaa veteen. Painemittauksessa käytetään mittausyhteisiin asennettavia painelähettimiä, jotka muuttavat syötetyn virran jännitteeksi. Jos jatkuvaa painemittausta ei tarvita, voidaan paineet lukea mittausyhteisiin asennettavista erillisistä kalibroiduista painemittareista. Kylmän veden painemittaus on tarpeen, mikäli käyttöveden säätötuloksessa on ongelmia, joita ei muutoin saada selvitettyä. Virtausmittauksessa voidaan käyttää kannettavaa, putken päältä mittaavaa ultraäänivirtausmittaria. Se soveltuu kaikkien homogeenisten, ääntä johtavien ja puhtaiden nesteiden mittaamiseen. Neste voi sisältää myös hieman kaasukuplia tai kiintoaineita. Mittarissa voi olla oma dataloggeri tai se voidaan kytkeä suoraan ulkoiseen tiedonkeruulaitteeseen. Mittaria valitessa tulee kiinnittää huomiota sen helppokäyttöisyyteen. Virtausmittaria voidaan käyttää eri verkostojen virtausmittauksiin, vaikkakin käyttöveden virtaus tullee olemaan pääasiallinen mittauskohde Lämpöenergian mittauslaitteiden hyödyntäminen 3.3 Toimintaohjeet Nykyaikaisissa lämpöenergiamittareissa on viestiliitäntöjä, joista voidaan saada tietoja mm. tehosta ja vesivirrasta. Viesti on joko suoraan tehoon ja/tai virtaukseen verrannollinen virta- tai jänniteviesti tai pulssiviesti. Pulssimuotoinen viesti on parhaimmillaan nopea testipulssi, joka on lähes yhtä hyvä kuin jatkuva virta- / jänniteviesti. Tiedonsiirtoon käytetty lähtöliitäntä on mittarista riippuen RS232, RS 485, M- Bus tai optinen lähtö. Tarvittavat mittauspisteet on esitetty liitteen 1 kaaviossa.

17 Lämpötila-anturien asennus Mittausjärjestelyissä tulee kiinnittää erityistä huomiota anturien sijoittamiseen ja kiinnittämiseen. Mittauskohta puhdistetaan esim. hiekkapaperilla, jotta putken pinta mittauskohdasta olisi mahdollisimman sileä ja puhdas. Mittauskohdassa ei saa olla putkien liitoskohtia, jottei virtaus ole tavallista turbulenttisempaa tai putken paksunnoksia, jolloin lämmönsiirtyminen putken pinnalle heikentyy. Anturi kiinnitetään mahdollisimman tukevasti putkeen. Putken pintalämpötila voi olla lähes 100 C, joten on varmistettava, että anturin kiinnitys pitää koko mittausjakson ajan. Anturi on eristettävä mahdollisimman hyvin muusta ympäristöstä. Kun mitataan lämpötilaa virtauksesta, anturin on oltava koko ajan kosketuksissa mitattavan aineen kanssa Mittaustietojen tallennus ja käsittely Tietojen kirjaaminen Pitkissä mittauksissa tulee tarkistaa mittaustiedoston maksimikoko ja mitä tapahtuu, kun tiedosto täyttyy. Joissakin ohjelmissa saattaa oletusarvona olla, että tiedoston täytyttyä uusi mittausdata tallentuu samaan tiedostoon aikaisempien tietojen päälle. Yleensä mittausohjelmissa on asetukset, joilla tiedoston täytyttyä mittaukset ohjautuvat uuteen tiedostoon. Vuorokautinen laajempi mittaus ASCII-muodossa mahtuu yhdelle levykkeelle. Jos mittaukset talletetaan esim. suoraan Excel-taulukkomuotoon, vie tiedosto jo huomattavasti enemmän tilaa. Pakkaamalla saadaan suuretkin tiedostot mahtumaan levykkeelle. Mittaustuloksia on helppo käsitellä taulukkolaskentaohjelmissa esim. Excelissä. Kuvien piirtäminen on helppoa ja niitä pystyy jälkeenkin päin käsittelemään tarpeen mukaan. Perustietojen kirjaamisessa voidaan hyödyntää esim. suosituksessa K3/95 olevia katselmuspöytäkirjoja.

18 12 4 OHJEITA JA ESIMERKKEJÄ 4.1 Laitteistoratkaisuja Tässä kappaleessa on esitelty joitakin laitteistoesimerkkejä ja mittalaitteita, joita käytettiin TKK:n tekemässä tutkimuksessa /5/. Vemit Kalibro 50i Vemit Kalibro 50i on valmis tiedonkeruulaitteisto, joka sisältää mikrotietokoneen, prosessoripohjaisen tiedonkeruuyksikön sekä Pt100-lämpötila-anturit. Laitteistossa on 16 digitaalista, 16 analogista ja 12 laskurikanavaa. Lisäksi siinä on omaa muistia. Mittaustulokset voidaan lukea muistista Excel-taulukkoon. Mikrotietokoneen kanssa mittaustulokset voidaan lukea suoraan Exceltaulukkoon. Laitteisto on helppokäyttöinen ja kanavien runsaudesta johtuen sillä voidaan tehdä laajojakin testauksia. Siihen voidaan myös joustavasti liittää muita mittausvälineitä, esimerkiksi virtausmittari. Monipuolisempi lämpötila-anturivalikoima olisi tosin toivottava: laitteisto on suunniteltu vain Pt100-vastusantureille. Fluke Hydra Fluke Hydra-dataloggereita on saatavana kolmea eri mallia: loggeri ilman omaa muistia, pienellä omalla muistilla tai muistikortilla varustettu malli. Loggeria voi siis käyttää itsenäisenä tai ohjata sitä mikrotietokoneella HydraLogger- tai ScanScape-ohjelmalla. Mittaustulokset ovat ASCII-tiedostoa, joka on helposti luettavissa Exceliin. Loggerissa on 21 analogista kanavaa ja 1 pulssilaskuri. Mittaustuloksia voidaan seurata reaaliaikaisesti trendimuodossa. Loggeri on helppokäyttöinen niin itsenäisesti käytettynä kuin mikrotietokoneella ohjattunakin. Hyvinä puolina voidaan pitää suhteellisen pientä kokoa ja mahdollisuutta käyttää sekä termoelementtejä että Pt100-vastusantureita. Intab 2100 Intab 2100-dataloggerissa on 8 analogista kanavaa ja 3 laskurikanavaa. Siinä on hieman omaa muistia, joten lyhytaikaisissa mittauksissa sitä voidaan käyttää itsenäisesti. Mikrotietokoneen kanssa loggeria ohjataan EasyView-ohjelmalla. Mittaukset tallennetaan EasyView-ohjelman omaan

19 taulukkomuotoon, joka voidaan myöhemmin purkaa Exceliin. Mittausta voidaan seurata reaaliaikaisesti myös trendimuodossa. Loggerin parhaimpia puolia on sen pieni koko. Huonoja puolia on kanavien vähyys; joissakin mittauksissa 8 analogista kanavaa ei riitä. Koska mitattujen tietojen siirtäminen yleiseen jatkokäsiteltävään taulukkomuotoon on tehtävä erikseen, on loggeri piirturinomaisessa käytössä parhaimmillaan. 13 Virtausmittari Kannettavan, putkenpäältä mittaavan Controlotron Uniflow-ultraäänivirtausmittarin toiminta perustuu äänen kulkuaikaan virtauksessa. Se soveltuu kaikkien homogeenisten, ääntä johtavien ja puhtaiden nesteiden mittaamiseen. Nesteet voivat sisältää myös hieman kaasukuplia tai kiintoaineita. Valmistaja lupaa virtausmittarille 1-2 % tarkkuuden virtauksesta, kalibroituna 0,25-1 % tarkkuuden. Kokemusten perusteella mittari on helppokäyttöinen. Mittarissa on oma dataloggeri, mutta se voidaan kytkeä myös suoraan ulkoiseen tiedonkeruulaitteeseen. Tehdyissä mittauksissa virtausmittari asennettiin käyttövesiputken päälle. Mittaustulos kerättiin virtasignaalina suoraan Vemit-tiedonkeruulaitteistoon. Piirturi Piirturi todettiin riittäväksi mittausvälineeksi, jos tuloksia ei tarvita tiedostomuodossa jatkokäsittelyä varten. Tutkimuksessa oli käytössä YEW 3087 piirturi, johon voidaan liittää 12 mittauskanavaa. 4.2 Esimerkkejä tuloksista Tässä kappaleessa on esitelty joitakin esimerkkejä säädössä esiintyvistä ongelmista. Kuvassa 1 on esitetty lämpimän käyttöveden huojuntaa lämmönjakohuoneesta mitattuna ja kuvassa 2 samasta kiinteistöstä kulutuspisteestä mitatut kuuman veden ja sekoitetun suihkuveden lämpötilat. Kulutuspiste sijaitsi 6 metrin päässä lämmönjakohuoneesta.

20 14 C Kuva 1. Lämpimän käyttöveden lämpötila lämmönjakohuoneesta mitattuna. 58 C kuuma vesi suihku Kuva 2. Kuuman ja suihkuveden lämpötilat kulutuspisteessä, joka sijaitsee 6 metrin päässä lämmönjakohuoneesta. Käyttöveden lämpötila vaihtelee lämmönjakokeskuksesta lähtiessään 46 ja 61 C välillä, nopeimmillaan muutos tapahtuu alle minuutissa. Käyttöpisteessä kuuman veden lämpötila vaihtelee noin 10 C ja suihkusta tuleva sekoitetun veden lämpötila muuttuu 4 C puolessa minuutissa.

21 15 Lämpötilan huojuminen on käytön epämiellyttävyyden lisäksi ongelma myös säätölaitteen kestävyydelle. Toimimoottori on käynnissä lähes jatkuvasti liikuttaessaan venttiilin karaa. Normaalissa käytössä toimimoottori kestää 20 vuotta, mutta säätöpiirin värähtely voi vähentää sen iän erään säätölaitevalmistajan mukaan 4-5 vuoteen. Kuvassa 3 on esimerkki lämpötilan ajelehtimisesta. Lämpimän käyttöveden asetusarvo oli 50 C. Käyttöveden kuormitus on kasvanut n. klo 16.20, joka ilmenee kaukolämmön paluulämpötilan laskemisena lähes 20 C. Käyttövesikuormituksen aikana lämpimän käyttöveden lämpötila laski pysyvästi 60 C:sta huojumaan välillä C. Käyttöveden lämpötila lähestyi asetusarvoaan pääsemättä kuitenkaan siihen. Kun kulutusta ei ollut tai se oli hyvin vähäistä, oli käyttöveden lämpötila 10 C asetusarvoaan ylempänä. C lkv kl paluu Kuva 3. Lämpimän käyttöveden ja kaukolämmön paluuveden lämpötilat kohteessa, jossa käyttöveden lämpötila ei pysynyt asetusarvossaan. Kuvissa 4 ja 5 on esitetty mittaustuloksia sekä lämmönjakohuoneesta että kulutuspisteestä, joka sijaitsi alle kymmenen metrin päässä lämmönjakohuoneesta. Kulutuspisteessä laskettiin kahdesta sekoittajasta vettä. Toinen sekoittaja oli tavallinen yksiotesekoitin ja toinen termostaatti- ja pressostaattisekoitin. Tässä kohteessa käyttöveden säätö haittaa asukkaiden joka päiväistä elämää. Tehtyjen mittausten mukaan 1 C lämpötilanmuutos tuntui iholla selvästi. 3 C muutos on niin suuri, että veden lämpötilaa on säädettävä hanan termostaatista. Kuvan 5 suihkuveden kaksi syvää piikkiä ovat mittausvirheitä; eli silloin mittausanturi ei ole ollut kosketuksissa mitattavan aineen kanssa.

22 16 56 C lkv kl paluu Kuva 4. Lämpimän käyttöveden ja kaukolämmön paluuveden lämpötilat lämmönjakohuoneessa. 41 C suihku yksiotehana Kuva 5. Suihkuveden ja yksiotehanasta lasketun veden lämpötilat kulutuspisteessä.

23 17 5 KEHITYSMAHDOLLISUUKSIA Kiinteistöjen säätöjärjestelmät sisältävät tällä hetkellä jo runsaasti mittaustietoja, joita tarvitaan/ voitaisiin hyödyntää säätölaitteiden toiminnan selvittämisessä. Tämä koskee sekä yksikkösäätimiä että laajempia kiinteistövalvontajärjestelmiä. Näissä laitteissa on valmiina anturoinnit mitattaville suureille ja kaapeloinnit säätökeskukselle, joten tietojen mittaaminen tai tallentaminen suoraan säätölaitteilta säästäisi sekä aikaa että kustannuksia. 5.1 Säätökeskusten informaation hyödyntäminen Osassa säätöjärjestelmiä on tällä hetkellä mahdollisuus mitata säädössä käytettävien suureiden arvot sekä säädön tilaa kuvaavat suureet joko suoraan tai jonkinlaista mittauskorttia käyttämällä. Säädön tilaa kuvaavat suureet (esim. moottorin ohjausviesti, venttiilin asento tms) ovat tietoja, joiden saaminen säätökeskuksen ulkopuolelta on erittäin hankalaa. 5.2 Säätökeskusten kehittäminen testausta palveleviksi Säätökeskuksiin tulisi varata ulostulot mittaussuureista ja säädön tilaa kuvaavista suureista toiminnan tarkastamista varten. Säätölaitteiden käyttöönoton ja virityksen tulee sisältää tässä suosituksessa esitettyjen tarkastusten tekemisen riittävässä laajuudessa. Kuormituksen tulee vastata normaaleja käyttöolosuhteita. 5.3 DDC-säätöjärjestelmät Kiinteistöautomaatiojärjestelmissä on jo valmiina mittaustietojen siirto tietokoneelle ja niiden käsittelyä käyttäjän tarpeiden mukaisesti. Tällaiseen järjestelmään on suhteellisen helppo lisätä jonkinlainen tiedonkeruujärjestelmä myös toiminnan tutkimista varten. Tiedot voidaan tulostaa esim. ASCII-tiedostoon tai taulukkolaskentaan jatkokäsittelyä varten. Lisäksi DDC-järjestelmiin voidaan laatia ohjelmia, jotka käytön aikana valvovat laitteiden ja järjestelmien toimintaa nykyistä tarkemmin ja tehokkaammin.

24 18 KIRJALLISUUTTA /1/ Katajisto K., 1988, Käyttöveden lämmityksen säätö, Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Tiedotteita 870, Espoo 1988, 62 s. /2/ Kosonen R., Laitila P., Bitter R., Laine T., Lahdenperä R., 1995, LVI-järjestelmien säädön toiminnan tarkastaminen, Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Tiedotteita 1629, 1995, 48 s. /3/ Suomen Kaukolämpö ry, Rakennusten kaukolämmitys, määräykset ja ohjeet, K1/1992, Lämpölaitosyhdistys ry, Espoo 1992, 107 s. /4/ McIntyre, D. A., 1980, Indoor Climate, Applied Sciende Publishers Ltd., London 1980, 443 s. /5/ Koskelainen R., Ohvanainen M., Lämmönjakokeskusten säätölaitteiden testaus käyttöolosuhteissa, Teknillinen korkeakoulu, Espoo 1996, 37 s.