Pentti Harju Talotekniikan automaatio, mittaus ja säätö
Sisällysluettelo 1. Säätöautomatiikka 1.1. Kiinteistöautomaation lyhyt historia 11 1.2. Instrumentoinnin kirjainkoodi 11 1.3. Säätöautomatiikka 13 1.4. Säätöautomaation lähitulevaisuutta 14 2. Lämmitysverkoston säätöpiiri 2.1. Yksinkertaistettu lämmönsäätöjärjestelmä 19 2.2. Säädön nimikkeitä 20 3. Säätöautomatiikan osia 3.1. Anturit ja lähettimet 24 3.2. Toimilaite, toimimoottori 28 3.3. Toimielin, venttiili tai säätöpelti 30 3.4. Toimiyksiköt 32 4. Säätö 4.1. Yleistä säädöstä 35 4.2. Säätötavat 36 4.3. Säätömuodot 37 4.4. Säädin 40 4.5. LVI-prosessin säädettävyys 41 4.6. Säätimen viritys 42 4.7. Säädön valvonta ja erikoistapauksia 45 4.8. Kiinteistön lämmitys 46 4.9. Säätölaitteiden huolto 47 5. Lämmin käyttövesi 5.1. Yleistä 52 5.2. Säädön ongelmia 53 5.3. Säätötapoja 53 6. IV-säätöjä 6.1. Yleistä säädöstä 58 6.2. Tuloilman lämmitys 58 6.3. Jäätymissuojatermostaatin kokeilu, huoltoa 60 6.4. Jäähdytys 62 6.5. Kostutus 62 6.6. IV-säätökaavio 63 6.7. Lämmön talteenotto, LTO 65 6.8. Nestekiertoinen LTO 67 6.9. Pyörivä LTO 67 6.10. Erilaisia rajoitus- ja säätötoimintoja 71 6.11. Säätölaitteiden huolto- ja tarkastustoimenpiteet 75
7. Talotekniikan automaatioverkot 7.1. Talotekniikan automaation toimintoja 79 7.2. Kiinteistöautomaatio ja energiansäästö 79 7.3. Keskitetty valvonta- ja säätöjärjestelmä 80 7.4. Hajautettu valvonta- ja säätöjärjestelmä 85 7.5. Kaapelitelevisio, tiedonsiirtoväylä 86 7.6. OuNet pc-valvomoyhteys 86 7.7. Datasähköverkkokokeilu 87 7.8. Mittareiden kaukoluentajärjestelmä 87 8. Kaikenlaista talotekniikan valvontaa 8.1. Valvonta ja hälytykset 90 8.2. Automaattinen paloilmoitinjärjestelmä 91 8.3. Kulunvalvontajärjestelmä 94 8.4. Rikosilmoitinjärjestelmät 95 9. Talotekniikan mittareita ja mittauksia 9.1. Miksi ja miten mitataan? 101 9.2. Mit tausvirheet ja niiden eliminointi 102 9.3. Lämpötilan mittaus 102 9.4. Ilman lämpötilan mittaaminen 106 9.5. Huoneilman kosteus 106 9.6. Ilman paine ja paine-ero 108 9.7. Ilmamäärän virtausmittaukset 108 9.8. Ilman laadun mittauksia 112 9.9. Ääni ja melu 112 9.10. Vesimäärien mittaus 113 9.11. Lämpöenergian mittaus 114 9.12. Palamisen tarkkailu 114 10. Ilmastoinnin säätö 10.1. Laitteiston toimintaa ja kanavisto 119 10.2. Ilman lämpötilan mittaaminen 122 10.3. Huoneilman kosteus 124 10.4. Kanavan tiiviys ja sen mittaaminen 124 10.5. Ilmamäärän mittaus kanavasta 126 10.6. Ilmavirran mittaaminen päätelaitteista 131 10.7. Kanaviston perussäätö suhteellisesti säätäen 136 10.8. Ääni ja melu 141 10.9. Äänitason mittaus 142
11. Patteriverkoston perussäätö 11.1. Radiaattoreita 146 11.2. Patteriventtiilit 147 11.3. Patteriverkoston perussäädön suoritus 149 11.4. Työn suoritus 153 12. Sähkö ja talotekniikka 12.1. Sähkövirta ja atomit 163 12.2. Sähkövirta 163 12.3. Jännite 163 12.4. Teho 163 12.5. Työ 164 12.6. Resistanssi ja ohmin laki 164 12.7. Sähkön vaikutus 164 12.8. Sähköenergian tuotto ja jakelu 165 12.9. Maadoituksen tarkoitus 169 12.10. Kiinteistön sähköjärjestelmät 170 12.11. Sulakkeet 171 12.12. Sähkölaitteiden käyttöolot, tilaluokat 173 12.13. Suojaus sähköiskulta 173 12.14. Kiinteistön sähköpiirustukset 180 12.15. Kiinteistön sähköjohdot 181 12.16. Kodin sähkölaitteet 185 12.17. Maallikon ja opastetun henkilön sähkötyöt kiinteistössä 189
Talotekniikan lämmönsäätö eilen, tänään ja huomenna 13 1.3. Säätöautomatiikka Säädön tarve ja sen rajoja Lämmityksen säädön tavoitteena on huonelämpötilan pitäminen halutussa arvossa ulkolämpötilan tai sisälämpötilakuormituksen vaihteluista huolimatta. Ulkolämpötilaan vaikuttaa vuodenaika, vuorokaudenaika ja sään vaihtelu. Sisälämpötilaan vaikuttaa ilmaislämmön vaihtelu eri vuorokauden aikoina. Ilmaislämpö koostuu rakennuksen käyttäjien omasta toiminnasta, auringon lämmöstä sekä ihmisten määrästä. Omaan toimintaan sisältyy kaikenlainen fyysinen aktiivisuus, valaistus, saunominen, kodinkoneiden käyttö jne. Rakennuksen lämpökuormat saattavat päivän mittaan aiheuttaa rakennuksen sisälämpötilan kasvua. Tämä lämpö pitäisi hyödyntää varastoimalla se päivän aikana rakenteisiin ja tätä varastoitua lämpöä käytettäisiin yöaikaiseen lämmitykseen. Osa-aikakäyttö Koulu- tai teollisuusrakennusten käyttö on osa-aikaista. Niiden lämpötilaa voidaankin pudottaa säätöautomatiikan ajastuksen avulla energiansäästön takia yön ajaksi ja viikonlopuksi. Rakennuksen massiivisuus on huomioitava viikonloppu lämpötilanpudotuksissa, koska massiivinen rakennus jäähtyy ja lämpenee hitaasti. Maanantaiaamun lämmityksessä massiivisen rakennuksen huoneilma voi olla lämmin, mutta seinäpinnat ovat viileitä ja tämän takia valitetaan kylmyyttä. Kun lämpötehoa ja aikaa on riittävästi, säätöautomatiikka oikein viritettynä sekä lämmitysjärjestelmä oikein mitoitettuna, selvitään tällaisen kiinteistön ylöslämmityksestä kunnialla. Säädön rajat = ihmisen rajat Sallitulle lämpötilavaihtelulle on tiedossa fysiologiselta kannalta rajat. Operatiivisen lämpötilan vaihdellessa jaksollisesti ja amplitudin ylittäessä 1,1 0 C:n vaihtelunopeus ei saa olla yli 2,2 o C tunnissa. Ilman lämpötilan vaihtelulle tämä merkitsee käytännössä tätä suurempia arvoja. Operatiiviseen lämpötilaan vaikuttaa säteilylämpötila, jonka vaihtelu raskasrakenteisessa huoneessa on hitaampi kuin ilman lämpötilan. Pienempää kuin 1,1 0 C:n vaihteluja ei havaita, jolloin myös vaihtelunopeus saa olla edellä mainittua suurempi. Operatiivisen lämpötilan muutosnopeus 0,6 C/h on hyväksyttävissä oleskelu- tai työskentelyjakson aikana edellyttäen, ettei viihtyvyyslämpötila-alueesta poiketa yli 0,6 astetta pidemmäksi kuin tunnin ajaksi. Säätö on myös säästämistä sillä esimerkiksi polkupyörävaraston lämpötila on olohuoneen lämpötilaa matalampi. Asukasta ympäröivä miellyttävä huoneilma on viimekädessä säädön lopputuote. Säätöautomaatio nykyisin Vesikeskuslämmitteinen pien-, rivi- tai kerrostalo sisältää ulkolämpötilan huomioonottavan säätöautomatiikan. Lisänä voi jo olla tuuli- ja aurinkoantureita, joilla huomioidaan pattereille menevän veden lämpötilassa tuulen rakennusta jäähdyttävä ja auringon lämmittävä vaikutus. Yö- ja viikonloppulämpötilojen pudotukset ovat mahdollisia, mutta asia on sovittava asukkaiden kesken. Huonekohtaiseen lämpötilan säätöön ja säästöön päästään termostaattisilla patteriventtiileillä. Toimivaa säätöjärjestelmää on myös ajoittain testattava. Miten eroavat toisistaan venttiilin mustattu ja valkoinen haara? 6 + 6-6 8 13
Talotekniikan lämmönsäätö eilen, tänään ja huomenna Oppivuutta lämmitykseen ja ilmanvaihtoon Energiataloudellisesti ei ole järkevää lämmittää tyhjillään olevaa rakennusta. Viihtyisyyden kannalta on kuitenkin olennaista, että rakennukseen saavuttaessa huoneilman arvot ovat normaalilla tasolla. 15 Tietotekniikka ja rakennusautomaatio tarjoavat käyttöön itseoppivia säätöjärjestelmiä. Huonelämpötila voidaan alentaa ja ilmavirta pienentää, kun rakennuksessa tai huoneistossa ei oleskella. Lämpötila nostetaan normaalitasolle ja rakennus tuuletetaan ennen asukkaiden saapumista rakennukseen. Menetelmä oppii rakennuksen käyttöhistorian ja hyödyntää sitä laitteiden ohjaamisessa. Epäviihtyvyyttä ilmenee saavuttaessa rakennukseen normaalista poikkeavaan aikaan, kun rakennus on seisontatilassa, eikä siitä ole kerrottu esimerkiksi tekstiviestillä automatiikalle. Jos painotetaan 100 % viihtyvyyteen, ei huonelämpötilaa alenneta ollenkaan. Edellistä ajatusta voidaan ehkä lievittää ilmalämmityksellä ja seinärakenteilla, joiden pintalämpötila pysyy korkeana. Energiankulutus pienenee Edellämainittua menetelmää on testattu simuloinnein ja koekohteessa. Simulointilaskelmien mukaan tällaisella oppivalla menetelmällä voidaan asunnossa säästää jopa viidennes energiasta, joka muuten kuluisi vastaavassa rakennuksessa. Energiankulutus pienenee, koska menetelmän avulla voidaan alentaa huonelämpötilaa sekä vähentää ilmanvaihtoa tyhjässä asunnossa. Huonelämpötila pystytään nostamaan takaisin normaaliarvoonsa ja huoneisto tuulettamaan ennen kuin asukkaat palaavat kotiin. Säästöt energiankulutuksessa ovat suurimmillaan, jos asukkailla on säännöllinen rytmi, ts. he ovat pois kotoaan jatkuvasti samaan aikaan viikosta. 7 E = JA E = 2 = = K JK I E = 1 = A A E A I EI F K D = K I EA HH JO I E = = I A I K @ = JK I 1 = A A E A F EI J Tulevaisuuden talon itseoppiva säätöjärjestelmä. 6 K E = EA HH JO I E = EA HH JO I E = D = K I A J 2 EI J E = I JK EI JK I EJO I A = E = I J E E I J EJJ= K I A J 8 EJ F = = K JA O JJ J F F E E A = = I A JK I = HL A = I A J= 6 = K @ A 8 EED JO EI O O I EI K K I O JJ F = E JK I ) I A JK I = HL J 15
24 Talotekniikan säätöautomatiikan osia 3. Säätöautomatiikan osia 3.1. Anturit ja lähettimet Mittauselimet Mittauselimillä saadaan prosessista tietoa, jota käytetään säädön perusteena. Mittauselimet ovat aktiivisia lähettimiä tai passiivisia antureita. Anturi Anturi on mittalaite, joka tunnistaa prosessimuuttujan arvoa ja välittää sen mittaustiedon vaikkapa säätimelle. Se mittaa esimerkiksi patteriverkostoon menevän veden lämpötilaa. Lämpötila-anturin toiminta perustuu sen mittauselementin vastuksen muutokseen lämpötilan muuttuessa. Erilaiset lämpötila-anturit ovat kiinteistöautomatiikan yleisempiä antureita. Ne asennetaan mahdollisimman lähelle toimiyksikköä kuolleen ajan minimoimiseksi. Anturiksi valitaan parhaiten kyseessä olevaan mittaustilanteeseen soveltuva anturi. Anturin mittauselementit ovat nikkeli, platina tai puolijohdemateriaali. Anturin vastuksesta selviää ympäröivä lämpötila. Miten siis voidaan mitata anturin eheys? 2 6 2 6 + A A A JJE 5 EA A I * K E@ E C 6 + A A A JJE 5 EA A I * K E@ E C Viereisessä graafissa on neljän anturin lämpötilavastusarvot. PTC = Positive Temperature Goeffi cient, anturin vastus kasvaa lämpötilan kasvaessa. NTC = Negative Temperature Goeffi cient, anturin vastus pienenee lämpötilan kasvaessa. + + + + Pt100-anturin resistanssi on 100 ohmia, kun lämpötila on 0 C. Ni 1000-anturin resistanssi on 1000 ohmia, kun lämpötila on 0 C. Anturin toiminopeus ja suojatasku Aikaa, jolla anturi tuntee lämpötilan muutoksen, sanotaan anturin toimintanopeudeksi. Tähän vaikuttavat anturin massa, materiaalin lämmönjohtavuus ja anturin mahdollinen sijoitus suojataskuuun. Viereinen kaavio esittää suojataskun lämmönsiirtymistä hidastavan vaikutuksen. Suojataskuun asennettu anturi voidaan tarvittaessa vaihtaa putkistoa tyhjentämättä ja suojataskuun laitettu kontaktitahna tai öljy nopeuttaa lämmön siirtymistä. Kun anturi sijaitsee virtaavassa vedessä tai ilmassa, lämmön siirtyminen paranee ja lämpötilan muutoksen tunnistusnopeus kasvaa. F JE= ) JK HE ) * ) JK HE I K = J= I K ) JK HE I K = J= I K D E@ = I J= = I EEHJO EI J L D A ) J= EA A * ) E = Prosessin aikavakio ja kuollut aika Prosessin tärkeimpiä ominaisuuksia ovat prosessin kuollut aika T k ja aikavakio T n. Kuolleen ajan aikana ei tapahdu mitään näkyvää muutosta. Säätöpiiri ei tiedä muutoksen suuntaa eikä suuruutta. Kuollutta aikaa ei voida korjata säätölaitteilla, vaan se on minimoitava tai poistettava jo suunnittelu- ja asennusvaiheessa. EJO I JA D Nousuaika, aikavakio, on aika, jossa säätösuure saavuttaa uuden jatkuvuustilan arvon. LVI-prosesseissa nousuaika on käytännössä 63,2 % kokonaismuutoksesta. 0 K A F JE= ) E = Huonelämpötilasäädössä prosessin kuollut aika ja nousuaika määritetään lisäämällä huoneen lämmityspatterin virtaamaa ja mittaamalla huonelämpötilan muutos. Prosessin säädettävyyden tunnuslukuna käytetään säädön vaikeusastetta T k /T n, joka on kuolleen ajan ja aikavakion suhde. LVI-järjestelmien säädön vaikeusaste on yleensä 0,1...0,8. $ 6 6 6 F H I A I I E K K J= E = 6 = E = L = E ) E = 24
32 8 Talotekniikan säätöautomatiikan osia 6 + 6-6 8 8 8 Säätöventtiilin mitoitus Johtojen 4-3 ja 4-2 painehäviöiden pitää olla yhtä suuret. Säätöventtiilille valitaan lineaarinen ominaiskäyrä, jos vedenlämmittimen painehäviö on pieni. Venttiilin vaikutusaste a v = 0,5...0,95. 6-8 " 8 2 6 + 6 8 3.4. Toimiyksiköt Toimiyksikkö muodostuu viereisen kuvan osittamalla tavalla toimilaitteesta ja toimielimestä. Toimilaite on tavallisesti säätömoottori, jota kuvaa piirrosmerkin ympyrä. Toimielin on useimmiten venttiili tai ilmapelti. Säädöllä vaikutetaan LVI-prosessiin toimiyksikön avulla muuttamalla veden lämpötilaa tai ilman määrää. Toimiyksikön piirrosmerkin vieressä on sen tunnus, jonka ensimmäinen kirjain osoittaa, mitä säädetään, esimerkiksi T = Temperature, lämpötila. Toinen kirjain on toimiyksikön tunnus, esimerkiksi C = control, säätö. Piirrosmerkkiin voidaan lisämerkkien avulla selventää esimerkiksi venttiilin sulkeutuminen apuenergian hävitessä. Säätöventtiili on ominaiskäyrältään tasaprosenttinen ja sen vaikutusaste on alle 0,5. 6-7 E = = JK HE 15 6 + 6 - A 6 E E JJ HE 6 E EA E 6 8 5 @ E 6 1 A L A I E= JK HE 2 1 2 2 1 Mitkä kolme viereisen kuvan laitetta on ylläolevassa kuvassa? Kirjoita laitteiden nimet ja instrumentointitunnus. 6 1 2 6 1-5 2-5 2 1 2 5 32
4. Säätö Talotekniikan LJ-lämmönsäätö 35 4.1. Yleistä säädöstä Pelkistetysti kiinteistön lämmityksen säätö pitää huonelämpötilan tai ilman virtauksen jossakin halutussa vakioarvossa. Arvoa voidaan muuttaa ohjelmallisesti tai myös käsin. Säätöön vaikuttavia häiriötekijöitä ovat ulkolämpötilan vaihtelut, tuuli, kiinteistön ilmaislämpö ja jossakin määrin myös lämmön tuoton häiriöt. Säätimet jaetaan toimintaperiaatteen mukaan analogisiin tai digitaalisiin säätimiin. Analogiset säätimet ovat toiminnaltaan sähköisiä tai pneumaattisia. Analogisäätimet Sähköisen säätimen toiminta perustuu sähköiseen mittasiltaan, johon tuodaan vertailusuureiksi ohjesuure ja mittaussuure. Säädin muodostaa näiden erosta ohjaussuureen, joka vahvistetaan säätimen vahvistinosassa ja lähetetään toimiyksikölle. Analogiasäätimen tieto pysyy koko ajan tasavirta- tai tasajännitemuodossa. F JE= = JK HE ) JK HEA A A JJE F A I E JEL = I JK I EJJ= = EJA Digitaalisäätimet Digitaalinen säädin eroaa analogisäätimistä ohjelmoitavuutensa puolesta. Säädin laskee siihen ohjelmoidun säätöalgoritmin perusteella määrävälein uuden ohjaussuureen. 8 EHJ= D @ A Kenttälaitteet Digitaalisten säätimien lvi-sovellusten kenttälaitteina käytetään analogisia kenttälaitteita. Näitä ovat anturit ja toimilaitteet. Analogisen anturin mittaustulos muunnetaan digitaaliseen muotoon ennen sen käsittelyä säätöohjelmassa. Säätimestä lähtevä ohjaussuure muunnetaan analogiseksi. Yksikkösäätimet ja kellokytkimet Yksikkösäädin voi olla analoginen tai digitaalinen. Kompaktisäädin suorittaa pelkästään tietyn säätötoiminnan, säätää esimerkiksi patteriverkoston menoveden lämpötilaa. Säädin ei ehkä ole laajennettavissa. Modulirakenteisissa säätimissä l. lohkosäätimissä. Säätötoimintoja voidaan laajentaa apuyksiköillä. Digitaalisen yksikkösäätimen avulla voidaan ohjata useiden säätöpiirien toimintoja. Digitaaliseen yksikkösäätimeen voidaan liittää esimerkiksi kiertopumpun päivittäinen käynnistys kesäaikana tai menoveden lämpötilan rajoituksia. Yksikkösäädin voi olla viereisen kuvan kaltainen erillinen säätölaite. Se säätää esimerkiksi lämmitys verkostoa. Yleensä siihen liittyy ulkoanturi, huoneanturi ja menovesianturi. Toimilaitteina on säätöventtiilejä ja säätöpeltejä. Säätimen näppäimillä muutetaan säädön asetusarvoja ja näytöltä nähdään mittaus ja tilatietoja. DDC-säädin, direct digital control, suora digitaalisäätö Säätö tarkoittaa tietokoneella toteutettua säätöä. Kiinteistöjen valvontaja säätötehtävissä voidaan käyttää keskitettyä säätö- ja valvontajärjestelmää, joka saattaa kattaa esimerkiksi kaupungin omistamat koulut ja päiväkodit. Säädettävässä rakennuksessa on yksi tai useampia talokeskuksia. Näissä keskuksissa on mikroprosessorilla varustettuja piirikortteja, joihin on liitetty kaikki kiinteistön valvonnassa ja säädössä tarvittavat toiminnat. Toimintoja ovat esimerkiksi ohjaus, mittaus, hälytys ja säätö. Talokeskukset on yhdistetty valvomoon, josta hoitaja seuraa ja tarvittaessa muuttaa rakennusten laitteiden toimintoja näyttöpäätteen, hiiren ja näppäimistön avulla. Menovesianturi voi olla myös pinta-anturi. Käytä kontaktitahnaa. Sijoita anturi lähelle sekoitusventtiiliä, kuolleen ajan minimoimiseksi. 35
38 EJJ= K I = HL = I = E = Talotekniikan LJ-lämmönsäätö = I E= I A J I J ) I A JK I = HL F JE= K K J I EJO I JA D 8 O I A E A = I E= I A J I J ; = I A JK I = HL 8 O I ) = = I A JK I = HL Kaksiasentosäätö on jatkuvaa huojuntaa asetusarvon molemmin puolin. Kaksiasentosäätö soveltuu käytettäväksi silloin, kun säädön kohteella on suuri kapasiteetti tai esimerkiksi sähkövastuksilla lämmittäminen yksinkertaisemmin vie katkovaan säätöön. BB EJO I JA D - E Värjä, Mikkola, Siemens Building Jatkuva säätö P-säädin P-säädin, Proportional controller tai vertosäädin. P-säätö on eräs LVIjärjestelmien perussäätömuoto. P-säädin korjaa nopeasti säätöhäiriön, mutta mittaus- ja asetus arvon väliin jää yleensä pysyvä säätöpoikkeama. Toimilaitteen asento on verrannollinen poikkeamaan, joten se on kiinteästi sidottu mittausarvoon. Tästä syystä P-säädössä tarvitaan takaisinkytkentä toimilaitteen asennosta. Säätö tuntee erosuureen suunnan ja suuruuden ja sitä käytetään, kun halutaan rauhallinen säätö ja sallitaan pysyvä säätöpoikkeama. Suhdealue P ilmoittaa, kuinka paljon säädettävän suureen on muututtava, jotta toimielin siirtyisi ääriasennosta toiseen. Säätimen vahvistusta suurentamalla säätöpoikkeamaa voidaan pienentää, mutta säätöpiirin värähtelyherkkyys kasvaa. Kuva on vieressä. 2 I J 5 EA A I * K E@ E C Esimerkkinä tarkastelemme säädintä, jonka asetusarvo on 22 C ja suhdealue on säädetty arvoon 4 C. Suhdealue 4 C ja asetuasarvo 22 C saavat aikaan raja-arvot: 20...24 C. Kun säädettävä suure on 20 C tai sen alle, venttiili on täysin auki, ääriasennossa. Kun säädettävä suure on 24 C tai sen yli, venttiili on täysin kiinni, ääriasennossa. Lämpötilan ollessa arvojen 20 C ja 24 C välissä, säädin ohjaa toimilaitteen asentoon, joka on riippuvainen säädettävän suureen arvosta. ) A L A I K D @ A = K A * = F A = I K D @ A = K A 7 E K HEL A JJEEE ) * 5 K D @ A = K A P-säätö, mekaaninen uimurisäädin Viereisen kuvan avulla esitetään P-säädön toimintaa. Suureneva veden poistuma säiliöstä alentaa nestepintaa ja aiheuttaa säätöventtiilin aukeamisen. Nestepinnan l. mittausarvon asennot, jotka vastaavat venttiiliasentoja auki ja kiinni, rajaavat suhdealueen, P-alueen, jolle nestepinta asettuu kuormitusvaihteluiden mukaan. Vain yhdellä kuormitusarvolla muodollinen asetusarvo ja mittausarvo ovat yhtä suuret, muulloin syntyy ns. pysyvä poikkeama. Suhdealueen leveys ilmaistaan säädettävän suureen yksikköinä, esim. 4 C tai 20 cm, yleensä kuitenkin prosentteina koko mittausalueesta. Suhdealueen leveyttä havainnollistetaan muuttamalla kuvan vipuvälityksen suhdetta. Suhdealuetta kaventamalla säädön asettumistarkkuus paranee ja pysyvän poikkeaman suuruus pienenee. Liian kapea suhdealue johtaa säädön värähtelyyn. P-aluetta kavennettaessa joudutaan lopulta 2-asentosäätöön. I-säädin I= Integral controller, integroiva säädin. I-säädin on hitaampi kuin P- säädin, mutta se poistaa säätöpoikkeaman. Säädin integroi asetus- ja mittausarvon välistä eroarvoa muuttamalla lähtöään niin kauan, että säätöpoikkeama poistuu, mittausarvo asettuu asetusarvon suuruiseksi, eikä pysyvää säätöpoikkeamaa jää. Asetusarvon lisääminen kasvattaa säätimen lähtöä ja toimilaite ohjaa prosessia ja mittausarvo, esimerkiksi lämpötila, kasvaa. Eli säädin tuntee poikkeaman suunnan, suuruuden ja kestoajan. Se antaa säätöventtiilin vaeltaa jatkuvasti poikkeamaa pienentävään suuntaan poikkeamaan verrannollisella nopeudella. Säätöä käytetään verrattain vähän yksinään, mutta yleisesti yhdessä suhdesäädön kanssa. Venttiilin asento ei ole mittausarvoon sidottu, joten välitöntä takaisinkytkentää venttiilin asennosta säätimelle ei tarvita. EJJ= K I = K A & $ " 8 A @ A F E J= ) I A JK I = HL 8 A @ A F E J= 7 E K HE 5 EE EE E P-säädöllä saavutetaan hyvä lopputulos, kun säädettävän prosessin kapasiteetti on suuri, säädettävän suureen muuttumisnopeus on pieni ja prosessissa ei ole suuria viiveitä. Näillä edellytyksillä suhdesäätimen suhdealue asetellaan kapeaksi ja näin saavutetaan tarkka säätötulos. Vaikeasti säädettävän prosessin suhdealue asetellaan verrattain suureksi säädön vakauttamisen takia. 38
44 Talotekniikan LJ-lämmönsäätö Säätökäyrän etsiminen Kiinteistönhoitajan tärkeimpiä lämmitykseen liittyviä tehtäviä on oikean säätökäyrän etsiminen. Säätökäyrää vaihdettaessa muutokset näkyvät noin 1-3 vuorokauden kuluttua, koska rakennuksen massa hidastaa muutoksien vaikutusta huonelämpötiloihin. Säätökäyrän etsinnässä seurantatiedot kannattaa kirjata muistiin. Tietoja kerätään ajasta, patteriverkoston meno- ja paluulämpötilasta, huone- ja ulkolämpötilasta sekä tuulisuudesta, aurinkoisuudesta ja kosteudesta. Tuulisella tai kostealla säällä korjaus tehdään suuntaissiirron avulla. Säätimissä, joissa voidaan toisistaan riippumattomasti siirtää käyrän yläja alapäätä, tehdään korjaus käyrän alapäähän, kun t u >0 C, ja käyrän yläpäähän, kun t u,<0 C. Pyrkimyksenä on löytää sellainen säätökäyrä, että ulkolämpötilan muuttuessa huonelämpötilat pysyvät muuttumattomina tuulettomalla ja pilvisellä säällä. Kun säätökäyrä on löydetty, sen muuttaminen on harvoin tarpeen. Menoveden lämpötilan nosto tai lasku 3 C muuttaa huoneen lämpötilaa noin 1 C. Pakkasjakson loputtua ja sään lauhduttua massiiviset ulkoseinät saattavat aiheuttaa ongelmia. Ulkolämpötila-anturi säätää menoveden lämpötilan vastaamaan senhetkistä ulkolämpötilaa. Massiiviset ulkoseinät saattavat kuitenkin pysyä 1 3 vuorokautta senhetkistä säätä kylmempänä ja tätä kylmyyttä voidaan kokea huoneissa. Suuntaissiirtonupista voidaan lämpötilaa nostaa väliaikaisesti ja näin kompensoidaan ulkoseinään varastoitunut kylmyys. Hyvän lämmitysautomatiikan säätötarkkuus on alle ±0,5 C. Jos pattereille menevän veden lämpötilan tulisi olla 50 C, se voi olla 49,5 C tai 50,5 C. A L A I E + % $ " 7 E = + ) K HE E A I H = = EI 6 K K E A I Ylläolevankaltaisella seurannalla saadaan varmuus siitä, että menoveden ohjauskäyrä, säätökäyrä, on oikea. Ongelmatilanteet Perinteisesti ja normaalisti yksittäisen huoneen kylmyyttä pidetään LVIalan vikana. Se on korjattu lisäämällä huoneen pattereiden lämpöä. Koska sisälämmön säädöllä/säästöllä on keskeinen asema energiankulutuksen kurissapitämiseksi, on edelläoleva menettely virheellinen. Ongelmaa selvitetään alentamalla menoveden lämpötilan ohjauskäyrän tasoa vähän kerrassaan. Pian löytyy kylmä huoneisto/huoneistot ja seuraavaksi selvitetään kylmyyden syyt. Vertailumittauksien avulla todetaan, onko huone muita huoneita kylmempi. Patterin meno/paluulämpötilat mitataan ja verrataan niitä muiden pattereiden arvoihin. Näin voidaan päätellä, luovuttaako patteri suunnitellun lämpötehon. Jos patterin paluulämpötila on muita alhaisempi, ei patterissa kierrä vettä riittävästi. Jos patterin lämpötilataso vastaa muita pattereita, on patteri liian pieni, joko suunnitteluvirheen tai rakennevirheen vuoksi. Jos patterin lämpötilataso on muita suurempi, patteri on liian pieni. Rakennevirheitä ovat ilmavuodot ja eristevirheet. Toisaalta tupakoitsijoilla on muita suurempi tarve ikkunatuuletukseen. A L A I E + % $ Yöpudotusta pienennetään sään kylmetessä. " 2 EL O H ; O H 7 E = + 44
58 6. IV-säätöjä Talotekniikan IV-lämmönsäätö 6.1. Yleistä säädöstä Käyttökohteisiin johdettavaa ilmaa voidaan käsitellä monella eri tavalla. Ilmaa suodatetaan, lämmitetään jäähdytetään, kostutetaan, sitä voidaan sekoittaa joihinkin huonetilan ilmoihin ja lopuksi poistoilmasta otetaan lämpö talteen. Huonetilan käyttötarkoituksesta riippuen kaikkia edellä lueteltuja ilman käsittelytapoja voidaan käyttää tai sitten valitaan vain joitakin perustapoja. Minimivalinta on ehkä suodatus, lämmitys ja poistoilman lämmöntalteenotto. 6.2. Tuloilman lämmitys Alakuvassa tuloilma lämmitetään vesipatterin avulla. Lämpötilan säädön suorittaa säätökeskus TC1 lämpötila-anturin TE1 mittausten perusteella. Patterille tuleva ilma on jo jonkin verran lämmintä kuljettuaan kuvassa olevan LTO:n läpi. Säädön toiminta on samanlainen, kuin patteriverkoston menoveden lämpötilan säätö. Esimerkissä säätökeskuksen asetusarvo on +20 C. Jos huoneistossa muodostuu huomattava määrä ilmaisenergiaa, on energiatalouden kannalta järkevää sijoittaa ohjaava anturi esimerkiksi poistokanavaan. Anturi TE3 mittaa poistoilman lämpötilaa. Tuloilmakanavaan kannattaa asentaa rajoitustermostaatti, joka estää liian kylmän ilman tulon huoneeseen. Säätökeskuksessa on säätönupit termostaatteja TE1 ja TE3 varten. 2 EI J E = 4 = A K I + 6 K E = 6-2. A L = E A E 6-6 ) 6-2 @ ) J= JA A JJ 2 @ ). 8 2 @ ) 7 E =. 8 Tuloilman lämpötilan ohjausesimerkki TE 1 = kanavatermostaatti TC 1 = säätökeskus TV 1 = kolmitieventtiili P 1 = kiertopumppu Säätöpiirin toimivuus todetaan kääntämällä lämpötilan säätönuppia normaalista lämpötilasta korkeampaan lämpötilaan. Nyt voidaan todeta säätöventtiilin toimimoottorin toiminta, patteriputkien lämpeneminen ja viimekädessä ilman lämpötilan nousu. On muistettava kääntää säätönuppi takaisin normaaliin asentoon. 2 6. JA E = 6 + 6 8 Alla vasemmalla on lämmityspatteri ja suoraan alla on patterin putkia, pumppu ja säätöä. 58
Talotekniikan IV-lämmönsäätö 61 " 1 = I K D JA A E A I JA K I 1 = I K D JA A E A I JA K I N E = L A I EI EI J 1 = I K D JA A E A I JA K I 1 = I K D JA A E A I JA K I " C L A JJ C K EL = = E = = 1 = I K D JA A E A I JA K I K EL = E = F JE= + * +, EN @ E= C H= E F A EI JA JJO F A JK I O JJ L = HJA 1 = I K D JA A E A I JA K I ) Ilman lämmitys Kaaviossa esitetään leutona talvipäivänä IV-koneelle tulevan ulkoilman esilämmitys. (A) ilman lämpötila on -5 C ja sen suhteellinen kosteus on 40 %. Ilma lämmitetään arvoon (B) 13 C, jolloin sen suhteellinen kosteus on 10 %. Ylimmältä vaakariviltä näkyy ilman sisältämä vesimäärä kg vettä/kg ilmaa. 1 kilogrammassa ilmaa on nyt 1g vettä. Ilman vesimäärä ei muutu lämmityksen aikana. Miltä tapahtuma näyttää, jos lämmitetään ilmaa, 0 C, 70 %, lämpötilaan 20 C? Mikä on ilman suhteellinen kosteus ja sen sisältämä vesimäärä? Ilman jäähdytys Myös jäähdytyksessä liikutaan pystysuoralla akselilla. Ilma jäähdytetään pisteestä C pisteeseen D. Mitkä ovat jäähdytystapahtumassa ilman alkuja loppuarvot? 61
Talotekniikan IV-lämmönsäätö 6.8. Nestekiertoinen LTO Seuraavassa kaaviossa poistoilman lämpö otetaan talteen jäätymättömään vesi-glykoliseokseen. Poistoilma kulkee lämmöntalteenottopatterin läpi luovuttaen lämpöä. Lämmennyt vesi-glykoliseos kiertää säätöventtiilin TV50 kautta LTO-lämmityspatteriin lämmittäen tuloilmaa. Kiertopiiri on suljettu ja ajoittain on seurattava mahdollisia vuotoja sekä seoksen lisäystarvetta. 67 Jos puhallin ei käy, LTO:n säätöventtiili TV50 ja ulkopellit ovat kiinni. Lämmityspatterin LP01 paluuveden lämpötila pidetään 25 C:ssa. Näin varmistetaan puhaltimien käynnistyshetkellä riittävä lämmön saanti, eikä säätö rupea huojumaan. Kun puhallin käy, pellit FZ021 ja FZ30 ovat auki. Tuloilman lämpötilaa säädetään kanava-anturin TE02 mukaan. Jos se ilmoittaa kanavassa virtaavan ilman lämpötilan laskeneen säädetyn asetusarvon alapuolelle, lämpöä tarvitaan lisää. Ensin lämmöntalteenoton säätöventtiili TV50 avataan auki. Jos se ei vielä riitä, lämmityspatterin säätöventtiili TV45 alkaa avautua. Nyt käyttöön saadaan lämmitysenergiaa lämpökeskuksesta ja kun laitoksen mitoitus on oikein tehty, lämpöenergia on riittävästi. 6.9. Pyörivä LTO Pyörivän lämmöntalteenoton toiminta perustuu suureen pyörivään reiälliseen kiekkoon, jonka läpi molemmat ilmat virtaavat. Viereisessä kuvassa poistoilma virtaa kiekon yläosan läpi ja tuloilma virtaa alaosan läpi. Kiekon yläpuoli on poistokanavassa, alapuoli tulokanavassa. Poistoilman lämpöä varastoituu kiekon massaan, kiekko lämpenee ja poistoilma jäähtyy. Kiekon pyöriessä lämmennyt kohta tulee tuloilmakanavan kohdalle ja kiekon läpi virtaava kylmempi tuloilma lämpenee. Menetelmän haittana on, se että poistoilmasta siirtyy jonkin verran epäpuhtauksia sekä kosteutta tuloilman joukkoon. Lämmönsiirron tehon säätö hoituu kiekon pyörimisnopeuden muutoksilla nollasta johonkin kiekolle ominaiseen maksimiarvoon. Paikallaan oleva, pyörimätön kiekko ei siirrä lämpöä lainkaan. Lämmön siirtyminen paranee pyörimisnopeutta lisäämällä. Jollakin pyörimisnopeudella saavutetaan raja, jonka jälkeen lämmönsiirtyminen ei lisäänny. Käynnistyksessä puhaltimet ovat puoliteholla ja kiekon lämpötila tasataan pyörittämällä sitä joitakin minuutteja maksimikierrosluvulla. Tämän jälkeen palataan normaaliin säätöön. Laitteiston toimiessa puhaltimet käyvät, ulkopellit ovat auki ja tuloilman lämpötila säätyy kanava-anturin TE02 mukaan. Lämpötilan laskiessa säätimen asetusarvon alapuolelle lämpöä otetaan ensin lisää lämmöntalteenoton avulla, LTO-kiekon pyörimisnopeuden lisäyksellä. Jos lämpöä tarvitaan edelleen lisää, sitä saadaan lämmityspatterista LP01. Jos LTO-kiekko huurtuu, paine-erohälytin PDI50 hälyttää, pyörimisnopeutta vähennetään ja huurre sulaa. Paine-eron normalisoiduttua säätö palaa normaaliin tilaansa. Pyörivä LTO-kiekko 67
+ F K JA? O 0 Talotekniikan IV-lämmönsäätö LON-huonesäädinpaketti IRCom-10 on LONWORKS -tekniikalla toteutettu huoneolosuhteiden säädin, jolla ohjataan lämmitystä, jäähdytystä ja valaistusta. Huonepäätteellä mitataan huonelämpötilaa, muutetaan asetusarvoa ja lähetetään lisäaikapyyntö. Huonesäätimessä on kaksi PI-säädintä, toinen lämmitykselle ja toinen jäähdytykselle. Tarvittaessa kumpaakin säädintä voidaan ohjata myös erikseen. Huonesäätimellä voidaan ohjata kahta valaisinryhmää valokytkimellä, läsnäoloanturilla tai Lon-väylältä tulevalla ohjauksella. Huonepääte sisältää lämpötila-anturin, asetusarvopotentiometrin ja lisäaikapainikkeen. Lisäaikapainikkeen käyttö ilmaistaan merkkivalolla. 73 8 ) + 7-2 6-9 4 5 14 + 8 ) 2 ) 1 1 - - 6 4 5 ) 6 7 4 1 8 ) ) 15 6 7 5 4 ; 0 6 14? K EI A JEEJ J 16 ; 5 0, ; 6 ; 5 Computec Oy IMS, ilmamääräsäätö Allaolevassa kuvassa huoneen peruslämmitys on toteutettu lämpöpattereilla. Lämpötilasäätö ja ilmanvaihto toteutetaan ilmanvaihtokanaviin liitetyillä IMS-kojeilla. Järjestelmään kuuluu sähkötoiminen patteriventtiilin ohjaus, ikkunakytkin, CO 2 -lähetin, läsnäoloilmaisin, huoneanturi ja huonepääte. Huoneeseen puhallettava ilmamäärä vaihtelee ohjelmasovelluksen mukaan. Pienennetyn ilmamäärän nopeus laskee ja heittopituus lyhenee. Muutos saattaa aiheuttaa vedon tunnetta. Ongelma eliminoidaan kojeen säätyvillä erikoissuuttimilla, jotka lisäävät ilman virtausnopeutta. Näin viileä tuloilmasuihku tavoittaa lämpöpatterista nousevan lämpimän ilman. Jos ikkunakytkin tunnistaa avatun ikkunan, tulo- ja poistoilman määrät vähennetään minimiin. 1 K = O J E 8 = = EI E A J I E = EI E 1 5 A A J 5 J F A EJ 6 K E = 2 EI J E = Nemus -huonepääte toimii järjestelmän lämpötila-anturina ja käyttöliittymänä. Huonepäätteen toiminnot: huonelämpötilan mittaus, huonelämpötilan asetusarvon käsiasettelu, ilmavirran tehostus aseteltavaksi ajaksi ja tehostustoiminnan ilmaisu merkkivalolla (LED). + D A JE 8 = D = E 5 J A I K I F F = JJA HE 0 K A = JK HE 0 K A F JA 2 = E E A EI J 5 D J E E A L A JJEEE D = K I 6 E EI J O J L Säätöpelti 73
Talotekniikan automaatioverkot 7.4. Hajautettu valvonta- ja säätöjärjestelmä Hajautettu automaatiojärjestelmä, LonWorks Niissä sovelletaan LonWorks-tekniikkaa. Tekniikan patentit omistaa Echelon Corporation ja lyhenne LON = Local Operating Network, talotekniikan hajautettu tietojärjestelmä. Kyseessä on avoin teknologia, joka on kaikkien osapuolien hyödynnettävissä samoilla ehdoilla. Tässä järjestelmässä ei tarvita lainkaan alakeskuksia, sillä järjestelmän älykkyys on kenttälaitteissa, joita sanotaan solmuiksi (node). Solmut ovat yksinkertaisia laitteita, jotka osaavat hoitaa hyvin yhtä tai kahta tehtävää. Solmussa on oma käyttöjärjestelmä, kolme mikroprosessoria ja RAM-, ROM- ja EEPROM muistit.yhteen LON-järjestelmään voidaan liittää satoja tai tuhansia laitteita. Laitteet pystyvät täysin itsenäisesti vaihtamaan tietoja toisten samaan tietoverkkoon liitettyjen laitteiden kanssa. 85 Suomessa on yleisesti käytössä LONjärjestelmä. Järjestelmän älykkyys on solmun Neuron-mikropiirissä. LonWorks -järjestelmiä käytetään muuallakin kuin talotekniikan automaatiojärjestelmissä. 14 + D K A I @ E F = E E A EJ= 2 E JHA EJEJE 2 H J = K K E 2 H J = K K E : & & = = A I K I Talon kaikki automaatiolaitteet voidaan kytkeä yhteen yhteiseen LON-verkkoon. Saavutettavia hyötyjä ovat vähäisempi kaapelointi, asennuksen ja huollon yksinkertaisuus, yhteen sopivuus ja tiedon jakaminen. 2 = K K HE - JD A H A J7, 2 12 1 JA H A J 4 A EJEJE O J E @ A E 2 K D A E L A H 6 K I JE A J + F K JA? O Kiinteistön LON-verkko Sen avulla automatisoidaan kiinteistön energiantuotto, -käyttö ja -mittaukset, hissit, valaistus, kulunvalvonta- ja rikosilmoitustoimintoja. Palohälytyksiin käytetään erillistä palohälytinjärjestelmää. Tietokone, PC Jos LON-verkossa tarvitaan valvontaa, se voidaan liittää keskitettyyn valvontajärjestelmään tai erilliseen PC-valvomoon. Tietokonetta tarvitaan LON-verkon laitteiden alkuohjelmoinnissa ja toimintamuutosten tekemisessä. Solmut Solmuja LON-kenttäväylässä ovat anturit, lähettimet, toimiyksiköt, säätimet, kytkimet ja muut Neuron-mikropiirillä varustetut älykkäät laitteet. Reititin LON-verkko voidaan jakaa reitittimillä eri kanaviin. Reititin välittää halutut sanomat kanavasta toiseen estäen tarpeettoman tietoliikenteen. Tiedonsiirto LonWorks-tiedonsiirtotapoja on esimerkiksi parikaapeli, tiedonsiirto radiotaajuudella ja sähköverkko. Parikaapeli on siirtotavoista yleisin, ja sitä on mahdollista käyttää myös kenttälaitteiden syöttövirran siirtotienä. Radiotaajuutta voidaan käyttää LON-verkkoon, jonka osat ovat kaukana toisistaan. Sähköverkon avulla välitetään tietoa talon sisällä tai talosta toiseen sähkölaitoksen jakeluverkon kautta. Lisäksi voidaan käyttää valokuitua, infrapunaa ja koaksiaalikaapelia, mutta niille on olemassa oma sovitin. LonWorks-tiedonsiirtotapoja ovat parikaapeli, radioverkossa, puhelinverkossa modemilla, valokuituoptiikalla ja sähköverkossa. Yläkuvassa on viemäriveden pumppaamo ja sen tiedonsiirto. 85
90 Talotekniikan valvontaa 8. Kaikenlaista talotekniikan valvontaa 8.1. Valvonta ja hälytykset Edellä on käsitelty erilaisia valvonnassa tarvittavia tiedonsiirtoverkkoja ja niiden kautta lähetettävää informaatiota. Nyt tarkastelemme paloilmoitusja rikosilmoitinjärjestelmien toimintaa sekä kulunvalvontaa. Valvonnan ja hälytysten takia valvottava kohde on liitettävä hälytys- tai ilmoitusjärjestelmään. Näin valvonnasta vastaava henkilö tai kiinteistönhoitaja saa tietoja mahdollisista vaaratilanteista, rikoksista, ihmisten liikkeistä kiinteistössä sekä laitteiden toiminnasta. Hälytykset voidaan jakaa allaolevalla tavalla kahteen erilaiseen kiireellisyysryhmään. Kiireellinen hälytys Kiireellisiä hälytyksiä ovat erilaiset vaaratilanteiden aiheuttamat hälytykset. Ensisijalla ovat ihmisten terveyteen ja turvallisuuteen liittyvät hälytykset. Seuraavina ovat kiinteistön palo-, murto-, ja hissihälytykset. Myös jäätymisvaarasta johtuviin hälytyksiin reagoidaan välittömästi. Ei kiireellinen hälytys Vähemmän kiireellinen hälytys kuitataan ja ongelma korjataan esimerkiksi seuraavana työpäivänä. Tällainen hälytys voi olla esimerkiksi suodatinvahdin hälytys tukkeutuvasta suodattimesta. Hälytyssilmukka Hälytys saadaan aikaan hälytyssilmukan avulla. Viereisessä kuvassa on yksinkertaisin hälytyssilmukka, sulkuvirtapiiri. Siinä hälytysanturina toimii sulkeutuva kosketin. Laitteessa on merkkivalo ja summeri. Kuvan laite ei hälytä. Öljypolttimen mennessä häiriöön, poltinrele sulkee hälytyskoskettimensa, merkkilamppu syttyy ja kiinteistönhoitajan työpisteessä saattaa soida summeri. Hyvä valvontahenkilökunnan työtä helpottava hälytyskokonaisuus yksilöi käyttäjilleen, mikä laite hälyttää, miksi se hälyttää ja missä päin kiinteistöä se sijaitsee. Sulkuvirtapiiri " 8 Hälytyskeskus Alakuvan erillinen hälytyskeskus on tarkoitettu esimerkiksi kerrostalojen LVI-laitteiden valvontaan ja hälytyksiin. Suuremmissa kiinteistöissä keskus sisältyy keskitettyyn valvontajärjestelmään. Etulevyssä olevat merkkilamput ilmaisevat hälytystilaa. Hälytyksen tullessa anturilta sitä vastaava merkkilamppu palaa kuittauspainikkeen painamiseen asti. Jos vika on poistunut, lamppu sammuu. Lampun jäädessä palamaan vika on edelleen olemassa. Merkkilamput testataan ajoittain painamalla ensikoestuspainiketta. Nyt kaikki lamput palavat. Ne saadaan sammumaan kuittauspainikkeesta. - I E A H E I EHEL EJ= D O JO I A I K I K EJJ= K I A I JK I 2 K F F K JO EI L 2 K F F K JO EI L 2 K D = E 2 K F F K O F JE 0 O JO I A Hälytykset ohjataan kiireellisyysluokan mukaan kiinteistönhoitajalle tai robottipuhelimen kautta keskusvalvomoon ja sitä kautta henkilöhakulaitteeseen. Robottipuhelimessa on modeemi, joka saadaan soittamaan ennalta valittuihin numeroihin. 5 K K L EHJ= = JK HEJ 4 > JJEF K D A E " $ % & ' 90
Talotekniikan mittareita Lasersäteeseen perustuva pintalämpömittari Mittari lähettää liipasimen painalluksella mitattavaan kohteeseen lasersäteen. Viereisessä kuvassa on ST60PRO-infrapunalämpömittari. Siinä on rinnakkaisliitetty pinta-anturi tarkkaa emissiokertoimen määritystä varten. Kun emissiokerroin on määritetty, mittarilla voidaan mitata pintalämpötiloja erittäin tarkasti koskematta fyysisesti mitattavaan pintaan. Mittarin mittausalueet voivat olla esimerkiksi seuraavanlaisia. Lämpötila -50...+500 C. Tarkkuus 250...500 C, ilman emissiokorjausta ±0.8 % lukemasta +1 lukema ja emissiokorjauksella ±0.05 % lukemasta +0.2 C. Reaktioaika 1,5 sekuntia. Virtalähde NiCd ladattava paristo 4AA. Käyttöaika väh. 30 tuntia. Sädettä ei saa kohdistaa ihmisten tai eläinten silmiin 105 Lämpökamera Laitteella voidaan selvittää esimerkiksi kiinteistön huonosta eristyksestä johtuvat lämpövuodot. Kuvausmenetelmä on erittäin tarkka, sillä lämpökuvasta voidaan harmaasävyjen perusteella erottaa jo pa 0,5 C:n lämpötilaerot. Lämpökamera toimii infrapuna-alueella ja eri lämpötilat näkyvät erilaisina harmaasävyinä tai väreinä. Allaolevan kameran mittausalue on -20 C...+250 C. Lämpökuvat voidaan tallentaa kameran muistiin jpg-muodossa. Kamera painaa käyttökunnossa vain 0,7 kg. Koska markkinoilla on useita erilaisia mittareita, on mittareiden käyttö paras opiskella aina tapauskohtaisesti mittarin mukana tulevasta ohjekirjasta. Ultraäänimittarit Ultraäänianturi on doppler-ilmiöön perustuva mittaus. Muutaman MHz taajuisen äänen vaihesiirtymän mittauksella saadaan hyvinkin tarkka ilman nopeus. Kolmella anturilla saadaan lisäksi nopeusvektorin kaikki kolme komponenttia. Ultraäänianemometri Airflow UA6:n-anturilla on erittäin pieni suuntariippuvuus ja se on lähes kalibrointi- ja huoltovapaa, sillä se ei ole herkkä likaantumiselle. Mittari mittaa samanaikaisesti ilman nopeutta, turbulenssia ja lämpötilaa sekä laskee ilmamäärän. Arvoja voidaan selata näytöllä tai ne voidaan siirtää pc:lle. Ilman nopeus 0 50 m/s (0.01 m/s), 3600 mittausta/sek. Tarkkuus on parempi kuin ±1% lukemasta ±1 lukema. Ilmamäärä 0 5000 m 3 /s. Lämpötila 0 70 C, erottelukyky 0.1 C. Tarkkuus ±1 C. Laitteen kuva on vieressä, Airflow UA6, Teknocalor Oy. Hehkuvan kappaleen väri Hehkuvat kappaleet säteilevät valoa, jonka intensiteetti tai väri on niiden lämpötilan mitta. Tätä säteilevää valoa mitataan säteilypyrometrillä. Tekniikan alueilla käytetään korkeiden lämpötilojen mittaukseen myös tiettyjen aineiden sulamispistettä tai värin muutoksia. Mittauksessa voidaan käyttää väriliitua, jonka sulamispiste tunnetaan. 105
Talotekniikan mittareita 9.10. Vesimäärien mittaus Käyttövesimittarina käytetään esimerkiksi vesivirrassa pyörivää siipipyörämittaria. Siipipyörän tekemät kierrokset välittyvät hammasrattaiston välityksellä mittarin laskurille ja osoittimille. Vesimittari voidaan varustaa sähköistä määrälaskentaa varten impulssilaitteella. Impulssit kehitetään mittarin pyörivän mekanismin ja magneettisen anturin avulla. Pulssi taajuus on suoraan verrannollinen mittarin läpi kulkevaan virtausnopeuteen. Pulssiviestiä tarvitaan esimerkiksi lämmityslaitoksissa virtaustietona energiamittarille. Käyttöveden huoneistokohtaisella mittauksella on saavutettu huomattavia sääs töjä. Myös huoneistokohtainen, kulutukseen perustuva patteriverkoston lämpömäärän mittaus voidaan toteuttaa. Jos kuluttaja haluaa jostakin syystä ylläpitää hieman korkeampaa huoneiston lämpötilaa, hän maksaa siitä muita käyttäjiä enemmän. Patteriveden likaisuus voi aiheuttaa ongelmia mittareille ja mittaukseen. 113 Rotametrillä voidaan mitata esimerkiksi tutkimus- ja laboratorio-oloissa verkostossa kiertävää vesimäärää. F H = I E A I E 8 A I EL A HJ 8, = J= EEJ J EJJ= = JK HE K @ = A H JE F JE= = JK HE EJJ= = JK HE K @ = A H JE F JE= = JK HE Pyörrevanamittari (Wortex-mittari) perustuu lieriömäisen esteen aiheuttamaan pyörretaajuuteen, joka on verrannollinen virtausnopeuteen. Ultraääniperiaatteessa lähetetään virtaavaan aineeseen myötä- ja vastavirtaan ultraäänipulsseja. Anturin elektroniikka laskee virtausnopeuden ultraäänen etenemisnopeuksien erosta. Ultraäänimittauksissa voidaan käyttää myös ns. Doppler-periaatetta. Induktiivinen virtausmittaus perustuu magneettikentässä liikkuvaan nesteeseen indusoituneen jännitteen mittaukseen. 2 O HHA L = = 8 EHJ= K I - I JA 2 K I I E= JK HE 2 O HHA L = = F A HE= = JA A *, L A L EHJ= K I F A K I 1 @ K JEEL E A L EHJ= K I EJJ= K I *, 8 A @ A EJJ= K I A HK K O I E 2 7 5 D L A H 8 2 7 5 7 5 7 2 7 5 7 0 K A EI J D J= E A D K A EI J O I E 2 7 5 7 8 = HO D D J ) 0 K A EI J D J= E A HO D A I K I 113
10. Ilmastoinnin säätö Talotekniikan IV-mittauksia ja säätöjä 10.1. Laitteiston toimintaa ja kanavisto Ilmanvaihdon automaatio huolehtii ilmamäärien säädöstä, lämmityksestä, jäähdytyksestä, kostutuksesta, suodatuksesta, lämmöntalteenotosta ja jäätymissuojauksesta. TF on tuloilmapuhallin ja PF poistoilmapuhallin. Kirjainlyhenteet ovat suomea ja englantia. T = Tulo, P = Poisto, F = Fan, puhallin. 119 6 2 EI J E = 2. 6. 2 EI J E = 6 K E = 6 2 EI J E = 2 EI J E = 2. 6. 6 K E = EA I EJK K A JJE EJ= D @ A J= = = A HEE A F = A HEI JA JJO F EI J = J A 7 E = JA J= = EL A A A H= A K I A F K D J= = J= F D EI I EL K J= 6 E= O JJ J= H EJK I 7 E = 7 E = L EHJ= L EHJ= @ I D @ I ) I K E JE= J$ ) I K E D K A A J A EJJE 5 O JJ = = JA D I JK I 5 8 = = JA D K A L = H= I J O F O D K A O JJ = = JA D I JK I 9 + O JJ = = JA D I JK I @ E D EJ D K A O JJ = = JA D I JK I 0 K A EI J I = K = 5 5 5 5 5 5 5 5 2 EI J E = L EHJ= @ I & ) * % * & + EJ= I ) A G 6 ) = N @ * & & & & & " & " & & & & & 1 = F A K I J= L E I 0 K + H O I + H O I Viereisessä taulukossa on osa D2:n määrittämistä poisto- ja ulkoilmavirroista. Kyseessä on vähimmäisilmamäärät. A Ohjearvo, kun liesikuvun ilmavirran tehostusta voidaan ohjata tila- tai asuntokohtaisesti, muussa tapauksessa on liesikuvun ohjearvo 20 dm 3 /s. B Ohjearvo, kun ilmavirran tehostusta voidaan ohjata tila- tai asuntokohtaisesti, muussa tapauksessa ilmavirran ohjearvo on käyttöajan tehostuksen mukainen. C Kuitenkin vähintään 6 dm 3 /s. Saunan ilmavirtaa ei oteta huomioon laskettaessa asunnon ilmanvaihtokerrointa, jos saunan ulkoilmavirta on yhtä suuri kuin poistoilmavirta. D Voidaan mitoittaa pienemmäksi kun käytetään ilmankuivainta. E Edellyttää tuuletusmahdollisuutta; muuten 1,5 (dm 3 /s)/m 2. S Ulkoilmavirta korvataan yleensä asuinhuoneista johdettavalla siirtoilmavirralla. " $ % & ' IV-kojeen osat vasemmalta oikealle: 1. ulkosäleikkö 2. sulkupelti 3. suodatin 4. esilämmityspatteri 5. kostutus 6. jälkilämmityspatteri 7. jäähdytyspatteri 8. puhallin 9. äänenvaimennin 119