Styringstrategi
- Hvert rom utgjør som hovedregel egen sone. Alle soner skal kunne reguleres uavhengig av andre soner.
- I hybridventilerte soner behovsstyres ventilasjonen av signaler fra romføler for temperatur og CO2, samt værstasjon som måler utetemperatur, nedbør, vindstyrke og vindretning.
- Styringen skal være integrert med styring av panelovner i soner, for å få en optimal energiløsning. Der anlegget er i puls - pulsutlufting – skal varmepådraget på panelovner fastholdes for å redusere trekk.
- Vindu med motorstyring skal også kunne overstyres fra trykknapp i klasserommet, åpne / lukket signal.
For å oppnå de ovennevnte punktene må det utarbeides en styringsstrategi (Fig. 2). En styringsstrategi blir benyttet for å gi et visualisert bilde av funksjonsbeskrivelsen. Styringsstrategi utarbeides for å avklare type komponenter, funksjoner og grensesnitt som må benyttes for å oppnå ønsket regulering. En topologiskisse (Fig. 1) viser dette ved å fremstille hvilke typer teknologier som er benyttet, og hvordan forskjellige teknologier er knyttet sammen. Styrestrategi og topologiskisse skaper et godt oversiktsbilde over automatikksammensettingen.
Fagskolen i Telemark har opplyst at lab-klasserommet er utstyrt med KNX, PLS (LOXONE), givere, aktuatorer og en værstasjon. På bakgrunn av opplyst informasjon er det utarbeidet følgende topologiskisse:
Figur 1. Topologiskisse |
Resultatet av vårt teoretiske arbeid har resultert til følgende styringsstrategi. (Fig. 2). Se funksjonsbeskrivelse i Praktisk del for forklaring av styringsstrategi.
For å utarbeide styringsstrategi i dette prosjektet vurderte gruppen det som nødvendig å tilegne seg mer teoretisk kunnskap om følgende punkter:
- ITB
- Ventilasjonsprinsipper
- Regulering
- Bus-systemer
- Programmering
- Luftkvalitet
- Myndighetskrav
- Installasjonsomfang
Etterfølgende tekst oppsummerer opparbeidet teoretisk kompetanse.
ITB
ITB står for integrerte tekniske bygningsinstallasjoner. Dette begrepet omhandler å knytte de forskjellige tekniske systemene i et eller flere bygg sammen på en effektiv måte. Ved installasjon av et omforent teknisk anlegg oppnås både de beste tekniske, økonomiske og optimale inneklima løsningene. I byggeprosessen er det i dag mange utfordringer relatert til denne integrasjonen av tekniske anlegg. Det er mange aktører som er involvert med ansvar for ulike systemer som skal inn i ett og samme bygg. Erfaringer viser at det oppstår mange problemer relatert til styring, regulering og overvåking av disse systemene. Siden de tekniske systemene ikke blir omforent i begynnelsen av prosjektet ender det ofte opp med at de tekniske anleggene ikke fungerer iht. funksjon og at det blir kostnadskrevende å endre på funksjoner i etterkant. Ingen av de involverte i prosjektet har et overordnet ansvar for tekniske grensesnitt. For å integrere tekniske anlegg på en god måte som både ivaretar teknikken og økonomien er det utarbeidet en ITB standart NS3935. For implementeringen av denne standarden i et byggeprosjekt er det nødvendig å engasjere en ITB ansvarlig. En ITB ansvarlig blir dermed en dedikert person i prosjektet for å etablere en felles plattform for kommunikasjon
og grensesnitts- avklaringer mellom alle involverte.
En ITB ansvarlig må være en kompetent person. Men det betyr ikke at han skal være allvitende ekspert innen teknologi. De øvrige planleggere og utførerne skal fortsatt ha det samme ansvaret for sine leveranser, men i tillegg etterkomme krav som stilles til teknisk integrasjon og grensesnitt av ITB. Det er dermed viktig at ITB ansvarlige får nødvendig myndighet i prosjektet og at alle andre involverte blir informert om dette. Hovedoppgaven til ITB-ansvarlig blir å stille spørsmål, sette krav, utveksle informasjon, koordinere, kontrollere dokumentasjon og løsninger. På denne måten vil en ITB ansvarlig kunne identifisere og unngå fallgruver i prosjektet. En ITB
ansvarlig skal ikke overta prosjekterings ansvar fra de andre i prosjektet.
Det er nå mer og mer fokus på ITB i byggebransjen. Flere bransjeforeninger har sammen nedsatt en egen gruppe som jobber med ITB. Flere av de store utbyggerne krever en ITB-ansvarlig i sine prosjekter. Bevisstgjøring av denne rollen er meget viktig for å kunne benytte seg av fordelene med ITB-funksjonen. Derfor er det viktig at ITB-ansvarlig blir engasjert så tidlig som mulig sammen med de øvrige prosjekterende. ITB rollen kan ivaretas av en av de andre rådgiverne i prosjektet eller av en i byggherre organisasjonen. Men det er viktig at standarden blir lagt til grunn og at alle i prosjektet kjenner til rollen. Standarden danner rammeverket. Det beste er at den samme ITB-ansvarlige følger prosjektet fra start til slutt. Men dersom dette ikke lar seg gjøre kan denne rollen videreføres til entreprenør. Det er fornuftig å medta egne prisposter for ITB arbeidet og god orientering om dette i anbudsforespørselen, siden ITB arbeidet innbefatter mer møtevirksomhet og planlegging enn det mange er vant med fra tidligere. Iht. standarden er ITB ansvarlig økonomisk ansvarlig for at systemene fungerer sammen. [7] [8] [9]
Ventilasjonsprinsipper
Grunnprinsippet til et ventilasjonsanlegg er å opprettholde luftkvalitet og temperatur i en bygningsmasse. Tilføring og fjerning av luft kan utføres ved å benytte mekaniske eller naturlige krefter, eventuelt en kombinasjon av begge. Det er fokus på et godt inneklima, dette medfører krav til luftkvalitet i lokalene som blir disponert. Byggeforskriftene angir minimum frisklufttilførsel til lokaler ut fra personbelastning, materialbelastning (bygningsmaterialer, inventar og installasjoner), samt forurensning fra prosesser og aktiviteter i lokalene [5]
Mekanisk ventilasjon: (Fig. 3) Er i dag den mest brukte måten å tilføre luft til en bygningsmasse. Prinsippet til en mekanisk ventilasjon er å tilføre bygningsmassen luft ved å benytte kanalsystemer, vifter, filter, varme-/kjøle batterier, varmegjenvinnere og spjeld. Fordelen ved å bruke et slikt system er at det gir en stabil og oversiktlig luftmengde. Ulempene er at mekanisk ventilasjon ofte har dyre installasjons- og driftskostnader. [4]
![]() |
Figur 3. Mekanisk ventilasjon [6]
|
Naturlig ventilasjon: (Fig. 4) Benytter den termiske oppdriften som blir skapt på grunn av temperaturforskjellen ute og inne. Det vil si at tilførsel av luft skjer gjennom ventilasjonsåpninger gjennom yttervegg i form av spalteventiler, ute enheter eller kanaler. Fjerning av luft skjer ved at luften trekkes ut gjennom avtrekkskanaler som føres med utløp over tak. Fordelen med å bruke naturlig ventilasjon er at det ofte har lavere drifts- og vedlikeholdskostnader grunnet korte luftføringsavstander. Dette medfører også ofte lavere installasjonskostnader. Ulempene er at luftmengder er uoversiktlige, som kan medføre dårlig inneklima. [5]
![]() |
Figur 4. Naturlig ventilasjon [6]
|
I hybrid ventilasjon benytter man fordelene til mekanisk ventilasjon og naturlig ventilasjon (Fig. 5).
![]() |
Figur 5. hybrid ventilasjon [6]
|
Regulering
Til-luft skal tilføres gjennom automatisk åpning av vinduer. Avtrekks-luft skal føres ut ved kanaler som blir regulert ved åpning/lukking av spjeld. Luftmengder skal reguleres ved bruk av CO2 og temperatur, samt værstasjon som måler utetemperatur, vindstyrke og vindretning. Automatikken styrer for å oppnå optimal inneklima og lavest mulig energibruk.
Alle soner har mulighet for overstyring av bruker. Det gjør at det er fullt mulig å velge bort vindus-lufting i perioder om det ønskes. Figur 6 viser et eksempel på systemskjema for regulering av enkelt hybrid ventilasjonsanlegg.
Figur 6. [2] |
Behovsstyrt regulering:
Behovsstyrt regulering i forbindelse med ventilasjon betyr rett og slett at man ventilerer etter behov. Det er en styringsstrategi av ventilasjonsmengden hvor mengden frisklufttilførsel blir kontrollert av luftkvalitet, fuktighet, bruk eller annen indikator for behov av ventilasjon. Grunntanken med behovsstyrt ventilasjon er at luftmengdebehovet reguleres og at systemet skal tilpasse seg etter dette med så lav energibruk som mulig, samtidig som kravet til et godt inneklima opprettholdes.
Brukerne skal i hovedsak ikke føle noe forskjell. Et korrekt prosjektert/designet, installert og vedlikeholdt VVS anlegg vil ha tilstrekkelig friskluft og temperaturkontroll. Behovsstyrt ventilasjon vil redusere friskluftsinntaket når det ikke er behov for friskluft.
Når forurensningene øker eller når det kommer folk inn i et rom, vil systemet sørge for å øke ventilasjonen og dette skal foregå uten at brukeren merker endring i trekk eller temperatur, men at det hele tiden er godt inneklima. [18]
Pulslufting:
Ved pulslufting benyttes en tidsfunksjon som aktiverer tilførsel av friskluft i lab-klasserommet. Med hybrid ventilasjon kan dette gjøres ved at vinduene åpnes til fastsatt tid for å lufte rommet. Deretter lukkes vinduene etter at tidsintervall for ‘’ åpne’’ - perioden er over. Overordnet kan dette fastsettes slik at pulslufting skal foregå i perioden fra første klassetime om morgenen og til siste time er ferdig om kvelden.
Bus-systemer
Bus-systemer kan deles inn i to forskjellige samtaleformer. Høflige samtaler og styrte samtaler. I bus med høflige samtaler er det ingen master. Alle komponenter kommuniserer sammen, men kun en sender informasjon om gangen og dette blir omtalt som broadcasting. Informasjonen som blir broadcastet blir fanget opp av gjeldende komponent. Alle komponentene i en slik bus må programmeres med rett adresse, for å etablere riktig kommunikasjon.I et bus-system med styrte samtaler er det en master som henter inn informasjon fra slaver. Slave komponentene er enklere og trenger ikke programmering på samme måte som i et bus-system med høflige samtaler. Men til gjengjeld genererer dette mye mer omfattende kabel installasjon. Begge systemene har sine fordeler og ulemper som må overveies og vurderes før valg av løsning i hvert prosjekt.
KNX:
KNX tilhører bus-system av typen høflig samtale og er en åpen internasjonal standard som har vært i bruk i over 20 år i samsvar med EN50090 OG ISO/IIEC. KNX-standarden støttes av meget mange produsenter verden over. Gjennom sertifisering av KNX produkter ivaretas kompatibilitet og derfor kan man benytte alle KNX-sertifiserte produkter om hverandre uavhengig av produsent verden over. Med KNX-teknologien er det mulig å løse store og komplekse oppgaver eller enkle oppgaver innen bygningsautomasjon på en fleksibel måte. KNX løsninger er enkle å installere og programmere. Det er ofte behov for å integrere andre protokoller i forbindelse med bygningsautomasjon i et bygg i tillegg til KNX. Derfor finnes det en rekke konverterere for grensesnitt til andre protokoller som Dali, Ethernet/IP, RF.
KNX-anlegg har begrensning på 14400 deltakere fordelt på 15 områdekoblere og 15 linjer med 1024 adresser. Med dette som begrensning kan man bygge meget omfattende anlegg.
Grunnet internasjonal standardisering anses det som trygt å investere i KNX-teknologi for bygningsautomasjon. Det oppnås god komfort og driftssikkerhet samtidig som anlegget blir energieffektivt. KNX dekker behovet fra automasjonsnivå til feltnivå. Dette er fordelaktig i forhold til mange alternative systemer. KNX er en velprøvd standard som gir garantert kompatibilitet. Det kreves ingen tilleggskostnader i form av lisenser. Som overføringsmedium kan det benyttes KNX TP, KNX RF og KNX IP. EIB er det tidligere navnet på KNX. Nyere KNX-teknologi er bakover kompatibelt med tidligere EIB-produkter.
Komponentene deles inn i tre grupper som heter systemkomponenter, sensorer og aktuatorer.
- Systemkomponenter kreves i alle anlegg. Områdekobler, linjekobler og power supply er eksempler på dette.
- Sensorer mottar informasjon og omformer den til KNX standard og broadcaster deretter denne informasjonen.
- Aktuator fanger opp broadcastingen fra sensoren og utfører den kommandoen som den er programmert til å utføre.
Det finnes gode løsninger for å administrere et bygg med KNX fra et toppsystem. Ved for eksempel å etablere brukerstøtte for visualisering av anlegget. Administreringen kan gjøres lokalt i bygget eller ekstern via WEB grensesnitt. [10]
PLS:
PLS tilhører bus-systemet av typen styrt samtale. PLS er et verktøy benyttet i automasjon av prosesser som er hensiktsmessig å automatisere. En PLS består typisk av en gruppe elektroniske anordninger som f.eks. prosessor, digitale og analoge innganger og utganger, og eventuelle kommunikasjonsmoduler. Dette gir stabilitet, nøyaktighet og eliminerer skadelige overgangstilstander i prosesser. Utgangene vil bli gitt som et resultat av en logisk funksjon som behandler inngangssignalene. Den logiske funksjonen vil variere med hensyn til hvilken styreoppgave som skal løses. Inngangssignalene vil eksempelvis være sensorer av forskjellige slag og/eller brytere. Utgangssignalene benyttes for å styre motorer, ventiler, lamper og releer. Hvert komponent spiller en viktig rolle, uavhengig av sin størrelse. For eksempel, uten en sensor vil ikke PLS-en vite hva som skjer i løpet av en prosess. I et automatisk system er en PLC vanligvis den sentrale delen av et prosesskontrollsystem. Med hjelp av et program som er lagret i program-minne, kan en PLC kontinuerlig overvåke status av systemet gjennom signaler fra inngangsenhet. Basert på logikk implementert i programmet, bestemmer PLC hvilke handlinger som må utføres med utganger. [12]
Den internasjonale standarden IEC 1131-3, Programmable controllers, definerer fem standarder til programmering av PLS-er. De 5 er:
- Strukturert tekst (C++ / Basic eller lignende)
- Instruksjonslister
- Funksjonsblokkdiagram
- Stigediagram
- Sekvensielle funksjonsdiagram
Loxone:
Det finnes i dag mange leverandører av PLS spesielt tilpasset for bygningsautomasjon. I motsetning til PLS for industriell automasjon er PLS for bygningsautomasjon enklere å sette opp, men har til sammenligning begrensede funksjoner. I dette prosjektet er det benyttet en PLS for bygningsautomasjon av type Loxone.
Konseptet bak Loxone forutsetter en miniserver. Minisever er et sentralt komponent som forbinder alle tilkoblede sensorer og aktuatorer, og er det sentrale koblingselementet. Loxone er et åpent system som kan kombineres og integreres med andre systemer.
Miniserveren har en rekke forskjellige digitale og analoge innganger og utganger for å direkte koble til f.eks. mekanikk eller belastninger som belysning. Grensesnittet til KNX gjør det mulig å utvide KNX-installasjoner til å koble til Loxone, og skaper et helt sett av nye funksjoner. KNX grensesnitt brukes som KNX Gateway konfigurasjon for å styre KNX-komponenter.
Loxone kan utvides med ulike moduler for tilknytning av forskjellige bygningsautomasjons-systemer. Grunnet dette anses Loxone som et knutepunkt for integrasjon og kombinasjon av ulike bygnings systemer. Som eksempel kan det nevnes at Loxone har grensesnitts moduler for RS232, RS485, Modbus, 1-Wire og DMX.
Miniserveren har innebygget web grensesnitt. Med web-grensesnittet kan anlegget styres via en nettleser eller mobilapp.
Programmering
KNX-programmering:Det finnes tre forskjellige metoder innen KNX standarden for konfigurasjons innstillinger:
- A-mode (Auto Mode)
- E-mode (Easy Mode)
- S-mode (System Mode)
Innen hver ‘’ mode’’ er de unike egenskapene basert på:
- Funksjonenes omfang
- Konfigurasjonsmuligheter
- Oppstart
- Brukergrupper
I E-mode skjer parametrering via en sentral kontroller, koderatt eller direkte med knappene på KNX-produktene. Kontroller fjernes etter oppstart. Men dersom anlegget parameteres med forskjellige funksjoner som lysscenarioer, logisk drift osv. kan kontroller bli stående i anlegget. Enheter med E-mode har oftest begrensede funksjoner, men er kompatibelt med S-mode. E-mode benyttes i små og mellomstore installasjoner. Det er ikke behov for PC-basert programvare for å gjennomføre parametreringen, men det er nødvendig med grunnleggende KNX-forståelse for å konfigurere.
S-mode programmering krever sertifisering. Programmeringen gjøres med datamaskin som har ETS-program installert. ETS er produktuavhengig programvare som gir standardiserte prosjektering og idriftsettelses prosedyrer. [13]
PLS programmering:
Innen PLS-verden er det ikke felles standardisert programvare på samme nivå som i KNX. Det er gjerne leverandørene selv som utvikler programvare for programmering av sine PLS-produkter. Derfor er det nødvendig med kunnskap om produkt spesifikk programvare for å utføre programmering av PLS. Men selv om programvarene er leverandøravhengige, er det oftest store likhetstrekk. I moderne programvarer er den prinsipielle oppbygningen som regel basert på en grafisk bildevisning for etablering av logiske kretser som hentes frem fra programmets database. Innen PLS-programmering er man friere stilt til å lage styringer uten å forhåndsdefinere funksjoner for feltkomponentene slik som i KNX. Derfor kan det ved gjennomtenkt bruk av PLS-funksjoner oppnås meget god og nøyaktig samkjøring mellom den elektrotekniske og mekaniske delen av anlegget.
Uavhengig om det benyttes KNX eller PLS for styring, regulering og overvåking av tekniske anlegg i bygg, er det viktig at den utførende setter seg godt inn i teknisk underlag fra den enkelte fabrikat for alle produktene. Dette for å kartlegge muligheter og begrensningen i prosjektet. [12]
Uavhengig om det benyttes KNX eller PLS for styring, regulering og overvåking av tekniske anlegg i bygg, er det viktig at den utførende setter seg godt inn i teknisk underlag fra den enkelte fabrikat for alle produktene. Dette for å kartlegge muligheter og begrensningen i prosjektet. [12]
Loxone:
Loxone har utviklet en egen programvare for å kartlegge styringsoppgaver for miniserver i form av PLS-logikk. Konfigurasjonsprogrammet kan gjøre følgende viktige funksjoner:
- Lage programmer for Loxone miniserver
- Lagre programmer i en fil (ending LoxPLAN)
- Simulere programmer offline
- Skape et brukergrensesnitt som genereres automatisk
- Sett opp logging, statistikk og varslingsfunksjoner
- Teste programmet i online modus med miniserver i en sanntidsvisning
- Overvåke KNX online med en KNX-skjerm
- Alternativer for å skrive ut papirkopier
Luftkvalitet
Karbondioksid (CO2) er en fargeløs og luktløs gass som oppstår ved å forbrenne biologiske materialer, eller ved ut-pust fra mennesker og dyr. Innendørs er mennesker den viktigste årsaken til et høyt CO2 nivå. Et voksent menneske avgir omtrent 12 liter CO2 i timen ved stillesittende arbeid. I et klasserom med 30 elever og en lærer vil derfor store mengder CO2 tilføres inneluften i løpet av en klassetime. Med et stigende CO2 nivå i et klasserom indikerer dette at luftskiftet er dårlig i forhold til bruken.
Mennesker oppfatter et høyt CO2 nivå ved kroppslukt og andre luktende gasser. Økende konsentrasjoner av andre forurensninger avsløres ikke med luktesansen, men kan påvirke oss på andre negative måter. Høye konsentrasjoner av CO2 betyr kort og godt dårlig luft.
Konsentrasjonen av CO2 angis vanligvis som PPM. (parts pr million). CO2 er normalt tilstede i atmosfæren i konsentrasjoner mellom 300 – 500 PPM. CO2 er ikke farlig for mennesker før
konsentrasjoner på over 10 000 PPM. Det er derfor utarbeidet en norm for kvaliteten på inneluften. Normene er satt ut fra målinger og erfaringer. De fleste land operer med en maksimumsverdi på 1000 - 1200 PPM. 1000 PPM. Ref. Anbefalte faglige normer for inneklima. Rapport 2013:7, ISBN: 978-82-8082-578-0 elektronisk utgave.
Målinger i konkrete skolesituasjoner har vist at elever trengte mellom 25-35 m3/time pr person med friskluft for at CO2 -konsentrasjonen ikke skulle stige til over 1000 PPM. Nivået av CO2 kan ikke vurderes alene, det er alltid andre faktorer som påvirker luftkvaliteten. I likhet med nivået av CO2 påvirkes luftkvaliteten av både støv, luftfuktighet og temperatur.
Høyt innhold av støv i lufta kan skyldes mangelfull rengjøring av lokalene. Støv kan forekomme av dårlig filtrering av luften som tilføres. Andre forurensningskilder kan være veistøv som kommer via inntrengning.
Kulde reduserer luftfuktighet, derfor er det vanlig å oppleve tørr luft gjennom vinterhalvåret. Høy luftfuktighet kan forårsake fuktskader i byggematerialer. Dette kan føre til mikrobiologisk vekst og avdamping av irriterende kjemikalier. Konsekvensene kan medføre helseskadelige virkninger.
En god innetemperatur vil være avhengig av fysisk aktivitet. Det er velkjent at både for høy og for lav temperatur øker antall feilhandlinger. Det er også vist gjennom forskning at høy temperatur reduserer våkenhet og arbeidsevne betraktelig. For høy eller for lav temperatur vil dermed kunne medføre redusert ytelse og økt sykefravær.
De vanligste problemene som er forbundet med dårlig luftkvalitet er hodepine, såre og tørre øyne, økt sykefravær, overfølsomhet i luftveiene og lavere yteevne. [14] [15] [16] [17]
Myndighetskrav
I arbeidsmiljøloven § 4-4 er det satt krav om at arbeidsplassen er konstruert på en måte at arbeidstakerne er sikret et godt inneklima og god luftkvalitet. Arbeidstilsynets krav og byggteknisk forskrift (TEK 10) er lagt til grunn. [3]
Følgende krav skal minst være oppfylt i prosjektering av hybrid ventilasjon:
- §4-4 i Arbeidsmiljøloven (Klima og luftkvalitet på arbeidsplassen)
- §13-1 i TEK 10- Tekniske forskrifter (Generelle krav til ventilasjon)
- Del 1 og 2
- § 13-3 i TEK 10- Tekniske forskrifter (Ventilasjon i byggverk for publikum og arbeidsbygning)
- Del 1 og 2
- § 13-9 i TEK 10- Tekniske forskrifter (Støy fra bygningstekniske installasjoner)
- Del 1 og 2
Installasjonsomfang
Hybrid ventilasjon i dette prosjektet er ikke en tradisjonell løsning som har til-luft via sjakter og kulverter. Det er montert vinduer med kjedemotorer og mekanisk avtrekkskanal med vifte. Det antas at denne løsningen skal sikre et fullt forsvarlig inneklima med luft fri for helseskadelige, sjenerende eller belastende forurensninger iht. Arbeidsmiljøloven § 4-4. Med dette oppnås det da omrøringsventilasjon som er den vanligste ventilasjonsprinsippet.
Denne løsningen begrenser installasjon av kanaler, spjeld og vifter. Komponenter som gjenvinningsbatteri, varmebatteri og filtre benyttes ikke.
Drifts- og vedlikeholdskostnader:
Drifts- og vedlikeholdskostnader:
Det er ikke opparbeidet kalkyle og beregningstall på energikostnader og vedlikeholdskostnader på grunn av tidsrammen for prosjektgjennomføring.
Potensiale:
Hybrid ventilasjon i lab-klasserommet anses til å ha følgende potensiale:
Fordeler:
- Plassbesparelse som kan utnyttes til andre formål
- Færre installerte komponenter som gir miljøgevinst
- Desentralisert anlegg som gir sikrere drift
- Mindre vedlikehold
Ulemper:
- Energien i avtrekksluften blir ikke gjenvunnet
- Manglende kontroll over luftmengder og hastighet
- Sjenerende støy fra kjedemotorer
- Begrenset bruksområde
Ingen kommentarer:
Legg inn en kommentar