1 Sähkölämmityksen ohjaus ja säätö - amk. · PDF fileYhdistetty kontaktori ja päiväkäyttökytkin automaattisella palautuksella (4K1) Termostaattiohjausvaraus

Pirkko Harsia 1.12.2005

1 Sähkölämmityksen ohjaus ja säätö

1.1 Ohjaustarpeet Sähkölämmityksen ohjausta on järjestelmän päälle-pois –ohjaaminen muusta syystä kuin tilan lämpötilan pitämiseksi haluttuna. Ohjaustarpeet syntyvät joko käyttäjän tai sähköyhtiön tarpeista rajoittaa kuormituksen tehohuippuja tai siirtää sähköenergian käyttöä. Sähkölaitteilla tulee myös olla käyttökytkimet ja lämmitys tulee voida kytkeä pois päältä haluttaessa lämmityskauden ulkopuolella. Sähköverkkojen taloudellisen käytön edellytyksenä on mahdollisimman tasainen energiankulutus. Lämmitysjärjestelmien huipputehon ajoittuvat vuoden kylmimpiin aikoihin, jolloin muukin sähkönkulutus on Suomessa suurta. Tämän vuoksi on kokonaistaloudellisesti perusteltua tehdä sähkölämmitystaloihin ohjauksia, joiden avulla voidaan ainakin osittain siirtää lämmitysajankohta niihin vuorokaudenaikoihin, jolloin muu sähkökulutus on vähäisempää. Lisäksi rajoittamalla kohteen huipputehoa vältetään liittymän ylimitoittamista. Käyttäjän näkökulmasta tavanomaisimpia sähkölämmityksen ohjaustarpeita ovat:

• Käyttökustannuksiin vaikuttaminen – Energian hinta

• siirretään lämmitysenergian käyttöä niihin aikoihin, jolloin sähkön hinta on edullisempaa (yö-sähkö) ± lämpöä varaavat ratkaisut

– Liittymismaksut ja perusmaksut • rajoitetaan tarkoituksenmukaisella mitoituksella kohteen huipputehoa

± vuorotteluohjaukset ± lämmitystehon mitoitus

• Lämmitysjärjestelmän käyttökytkimet – Lämmityksen päällekytkeytymisen estäminen kesäaikana – Huolto ja korjaus

Sähköverkkoyhtiöiden ja energiayhtiöiden näkökulmasta ohjaustarpeita voivat aiheuttaa:

• Sähköverkon kapasiteetin optimointi – Huipputehon rajoittaminen

± kiuasvuorottelu lämmitystehon kanssa • Sähköverkon kapasiteetin riittävyys

– Tehohuippujen aikana ohjataan hetkellisesti sähkölämmitystehoja pois päältä ± verkkokäskyohjaus/teho-ohjaus

• Kytkentäpiikin estäminen – Sähkön hinnan mukaan ohjautuvan lämmityskuorman kytkeytymisen

viivästäminen ±lämminvesivaraajan viiverele

1.2 Esimerkkikytkennät Esimerkkikytkennässä on pyritty kehittämään kytkentäsuositusta SLY 7/92 vastaamaan tämänhetkisten sähkölämmitysratkaisujen perustarpeita. Esimerkkiratkaisut ovat laitevalmistaja- tai järjestelmäriippumattomia. Niiden tarkoituksena on esittää ratkaisuja, joita voidaan soveltaa kohdekohtaisesti. Muutostarpeita vanhaa suositukseen aiheuttavat mm. seuraavat seikat:


- osittain varaavan lattialämmityksen yleistyminen - asennusstandardien vaatimukset - riskialttius (ohjaussulake) - lämminvesivaraajan käsiohjaus - tilojen erilaiset ohjaustarpeet - vikavirtasuojakytkintarpeet - sähkökaupan muutokset

Nämä tarpeet voidaan toteuttaa usealla erilaisella laite- ja järjestelmäratkaisulla. Esimerkkeinä olevat kytkennät soveltuvat tavanomaisiin sähkölämmityksen asennuskohteisiin (pientalot, loma-asunnot, rivitalot). Niitä voidaan soveltaa myös muihin kohteisiin. Merkinnöissä ja perusrakenteessa on pyritty noudattamaan kytkentäsuosituksen periaatteita. Osassa esimerkkikytkennöistä on korvattu kaksoistariffimittaus ja verkkokäskyohjaus automaattisella etämittauksella. Esimerkeissä on oletettu, että mittauslaite antaa yökuorman ohjaustiedon sekä mahdollisen tehorajoitustiedon. Laite kytkee viiveellä yökuorman päälle, jolloin erillisiä viivästysreleitä ei tarvita. Esimerkkiratkaisuissa on kaksi vaihtoehtoista ratkaisua tehonvuorottelulle ja tehorajoitukselle (”verkkokäskyohjaus”). Ensimmäisessä vaihtoehdossa vuorottelu ohjaa lämpötilan pudotusta. Tällöin ohjaus kohdistuu koko lämmitystehoon, mutta yksittäisen tilan lämpötila ei laske epämiellyttävälle tasolle. Toisessa vaihtoehdossa tehovuorottelu ja tehorajoitus ohjaavat osan lämmitystehosta kokonaan pois päältä. Se soveltuu kohteisiin, joissa termostaateissa ei ole lämpötilan pudotustoimintoa tai sähköyhtiö edellyttää tehon poiskytkemistä.

1.2.1 Verkkokäskyohjaus ja tehovuorottelu lämpötilan pudotuksella Kohde Mittauksen

johdotuskaavioPääkaavio Piirikaavio Johdotuskaavio.

lämmitysryhmät Pientalo, mittaus rakennuksessa (yksi keskus) , etämittaus

1.1 1.11 2.1 3.1

Pientalo, erillinen mittauskeskus, etämittaus

1.2 1.12 2.1 3.1

Rivitalo, pääkeskus, kWh+VKO mittaus

1.3 1.13

Rivitalo, huoneistokeskus

1.12 2.1 3.1

Mittauksen johdotuskaavio Johdotuskaaviossa on esitetty mittauksen johdotuksen periaatteita. Kaaviossa 1.1 (yksi keskus) ja 1.2 (erillinen pääkeskus ja ryhmäkeskus) on esimerkki yhden kuluttajan keskuksista (pientalo), joissa on automaattisen etäluentamittaus. Laitteiston apukoskettimien K2 ja K3 avulla sähköyhtiö antaa vastaavat ohjaustiedot kuin tariffikellon tai VKO-laitteiston kautta on annettu. Ennen pääkytkintä oleva ohjaussulake on varaus mahdollisten toimilaitteiden tarvitsemalle jännitteelle. Lähtö päätetään mittaritilan alla olevaan riviliittimeen. Myös johtimet, joiden avulla mittauslaite antaa ohjauksia lämmitykselle, päättään mittaritilassa liittimille (22-33). Mittauslaitteen releiden virtakestoisuus on pieni, joten niillä ohjataan vain välirelettä.


Kaaviossa 1.3 on esitetty useamman kuluttajan kohteen mittauksen johdotus kWh-mittareita ja erillistä tariffikelloa käytettäessä.


Kuva 1.1 Johdotuskaavio 1.1 Mittauslaitteen johdotus. Pientalo, yksi keskus. Automaattinen etäluenta.


Kuva 1.2 Johdotuskaavio 1.2 Mittauslaitteen johdotus. Pientalo, MK+RK. Automaattinen etäluenta.


Kuva 1.3 Johdotuskaavio 1.3 Mittauslaitteen johdotus. Rivitalo. kWh-mittaus+VKO


Pääkaavio Lämmitysryhmiä varten on viisi kolmivaiheista lähtöä:

- lähtö 2 on tarkoitettu sähkölämmitinryhmäksi (patterilämmitys) tai lattialämmitystilojen varalämmityksen ryhmäksi

- lähtö 3 on tarkoitettu jatkuvatoimisen lattialämmityksen tai kattolämmityksen ryhmäksi - lähtö 5 on tarkoitettu osittain varaavan tai jatkuvatoimisen lattialämmityksen ryhmiksi - lähtö 4 on lämminvesivaraajan ryhmä - lähtö 6 on varalähtönä lisälämmitysryhmäksi

Kaikissa lämmitysryhmissä on 3-asentoinen käyttökytkin (yö- 0 – jatkuva), jolloin varaavia ryhmiä voidaan tarpeen mukaan lisätä tai vähentää. Lämmitystapaa voidaan myös muuttaa eri vuodenaikoina. Vikavirtasuojakytkimiä on useita, jotta yhden toiminta ei aiheuta koko rakennuksen lämmityksen poiskytkeytymistä. Ryhmässä 3 on vaihekohtaiset vikavirtasuojat ja ryhmässä 5 on kolmivaiheinen suoja. Vikavirtasuojat varustetaan apukoskettimilla. Niiden toiminnasta saadaan käyttäjälle hälytys merkkivalolla tai ilmoitus mahdolliseen hälytysjärjestelmään. Lämpötilan pudotusta varten on ohjauskontaktori (1K13). Lämpötilan pudotuskäsky voidaan antaa keskuksen ulkopuolisella kytkimellä, kellolla tai muulla kosketintiedolla. Lämpötilan pudotukseen mukaan otettavat ryhmät voidaan päättää kytkentävaiheessa esim. ryhmä- tai lämmitinkohtaisesti. Keskukseen tehdään tilavaraus lisäkojeille (20 moduulia) ja ylijännitesuojille.


Kuva 1.4 Pääkaavio 1.11. Pientalon pääkeskus.


Kuva 1.5 Pääkaavio 1.12. Ryhmäkeskus. Erillinen mittauskeskus.


Kuva 1.6 Pääkaavio 1.13. Rivitalot. 2-tariffimitarit ja vko-ohjauslaite.


Piirikaavio Lämmityksen ohjausjohdonsuojakatkaisija (1F1) varustetaan apukoskettimella. Tällöin on mahdollisuus hälytyksen antamiseen merkkivalolla tms., mikäli suojalaite katkaisee ohjausjännitteen. Lämpötilan pudotusta (13K1) hyödynnetään käyttäjän tekemän ohjauksen lisäksi sähköyhtiön tehorajoituksessa sekä kiuasristeilyssä. Lämminvesivaraajan päiväkäyttöä ohjataan kontaktorissa 4K1 olevalla päiväkäyttöpainikkeella, joka automaattisesti sähkön hintatietomuutoksen tultua palauttaa veden lämmityksen varaavaksi edullisemman sähkönhinnan ajalle. Varaajan päällekytkeytymisen viivästys voidaan lisätä ohjauspiiriin. Varaajan päällekytkeytymistä on mahdollista ohjata myös varaajan lämpötilaa mittaavan termostaatin potentiaalivapaalla kosketintiedolla.


Kuva 1.7 Piirikaavio 2.1. Lämmityksen ohjaus. Tehonrajoitus lämpötilan pudotuksella. Johdotuskaaviossa 3.1 on piirikaaviota 2.1 vastaava päävirtapiirien johdotus sekä vikavirtasuojakytkimien toiminnan hälytyksen johdotus.


Kuva 1.8 Lämmitysryhmien johdotuskaavio 3.1.


1.2.2 Verkkokäskyohjaus ja tehovuorottelu kuormituksen poiskytkennällä Pääkaavio Kohde Mittauksen

johdotuskaavio Pääkaavio Piirikaavio Johdotuskaavio.

lämmitysryhmät Pientalo, mittaus rakennuksessa (yksi keskus) , etämittaus

1.1 1.11 2.2 3.1

Pientalo, erillinen mittauskeskus, etämittaus

1.2 1.12 2.2 3.1

Rivitalo, pääkeskus, kWh+VKO mittaus

1.3 1.13

Rivitalo, huoneistokeskus

1.12 2.2 3.1

Pääkaavio ja mittauskytkennät ovat perusrakenteeltaan samanlaisia kuin vaihtoehdossa 1. Piirikaavio Lämmityksen ohjausjohdonsuojakatkaisija (1F1) varustetaan apukoskettimella. Tällöin on mahdollisuus hälytyksen antamiseen merkkivalolla tms., mikäli suojalaite katkaisee ohjausjännitteen. Lämpötilan pudotusta (13K1) ohjataan keskuksen ulkopuolisella kytkimellä tai muulla kosketintiedolla. Verkkokäskyohjaus ja kiuasristeily ohjaavat tarvittaessa pois päältä osittain varaavan lämmitystehon (ryhmä 5). Mikäli tämä teho ei ole riittävä, voidaan muutetaan kytkentää niin, että ohjauksessa on myös muu lattialämmitys (ryhmä 3). Lämminvesivaraajan päiväkäyttöä ohjataan kontaktorissa 4K1 olevalla päiväkäyttöpainikkeella, joka automaattisesti sähkön hintatietomuutoksen tultua palauttaa veden lämmityksen varaavaksi edullisemman sähkönhinnan ajalle. Varaajan päällekytkeytymistä on mahdollista ohjata myös varaajan lämpötilaa mittaavan termostaatin potentiaalivapaalla kosketintiedolla.


Kuva 1.9 Lämmityksen ohjauksen piirikaavio 2.2. Tehorajoitus ja kiuasristeily ohjaa lämmitysryhmää.


1.2.3 Yhteenveto Taulukossa (Virhe. Kirjanmerkin viittaus itseensä ei kelpaa.) on vertailtu esimerkkikytkennän ominaisuuksia SLY-kytkentäsuositukseen. Taulukko 1.1 Kytkentäesimerkkien ominaisuusvertailu. Ohjausominaisuus SLY 7/92 Esimerkkikytkentä 1 Esimerkkikytkentä 2 Sähkön hintatieto (yö/pvä) Hyödynnetään lämmityksen

ohjauksessa (PK1K, 1K11)

Hyödynnetään lämmityksen ohjauksessa (K2, 1K11)

Ohjataan lämpötilan pudotusta (PK2K, 1K13)

Ohjaa osittain varaavaa lämmitystä (PK2K, 5K1)

Tehonrajoitus

Ohjaa jatkuvatoimista lämmitystä (PK2K, 2K1) Avautuva kosketin K3

Sulkeutuva kosketin K3 Voidaan hyödyntää mm. jatkossa tuntitasoisen, sähkömarkkinoiden mukaisen ohjauksen kanssa.

Kytkentäpiikin estäminen (LVV viiverele)

Viiverele (1K12) Ei erillistä viiverelettä. Yöohjaus annetaan viiveelle mittalaitteesta

Lisäpalvelurele Käyttö sähköyhtiökohtaista Ei ole Riviliitintunnukset 21,22, 32,33 jne

Mittarin ja vko:n liittimet Ohjauksen riviliitintunnukset säilyy ennallaan. Mittauskytkentä automaattisen etämittauksen mukainen

Huipputehon rajoitus (kiuasristeily)

Ohjaa jatkuvatoimista lämmitystä (10K1, 2K1)

Ohjataan lämpötilan pudotusta (PK2K, 1K13)

Ohjaa osittain varaavaa lämmitystä (10K1, 5K1)

Jatkuvatoiminen lämmitys 2K1 (+ 5K1varalla), kytkin 2S1 Varaava lämmitys 3K1, kytkin 3S1

3+1 ryhmää • jokaisessa omakytkin jatkuva – 0 yö (2K1, 3K1, 5K1)

LVV Käyttökytkin 4S1, kontaktori 4K1, päiväkäyttöpainike (4S2, 4K2)

Yhdistetty kontaktori ja päiväkäyttökytkin automaattisella palautuksella (4K1) Termostaattiohjausvaraus

Varaava lämmitys 6K1 Ei pelkkää varaavaa ryhmää Ohjaussulake/ johdonsuojakatkaisija

1F1 Varustetaan hälytysapukoskettimella

Vikavirtasuojat Ei ole 3 kpl 1 vaiheinen + 1 kpl 3 vaiheinen lämmitysryhmissä 3 ja 5 Varustetaan hälytyskoskettimilla

Mittari- ja ohjausjohdotus Johtimien päät suojaamattomia

Päätetään riviliittimiin mittaustilassa


1.3 Säätö eri sähkölämmitysratkaisuissa Lämmitysjärjestelmän säädöllä pyritään pitämään lämmitetyn tilan lämpötila halutulla tasolla. Käytön aikana tasainen ja toimintaan sopiva lämpötila ovat käyttäjän kannalta keskeisiä vaatimuksia. Liian korkea lämpötila aiheuttaa myös turhaa energiakulutusta. Lämpötilan säätötarvetta voi lisäksi aiheuttaa:

• Käyttötarpeen mukainen lämpötila – Poissa-ajan lämpötilan pudotus – Käyttötilanteen mukainen lämpötila

• Erilaisten tilojen tarpeet – Lämpötilojen asettelu tehdään tilan käytön mukaan

• Etäsäätö – Lämpötiloja voidaan nostaa tai laskea etäohjauksena

Lämmityksen säätölaitteiden, termostaattien tai keskitettyjen säätöjärjestelmien, tulee pystyä reagoimaan tiloissa tapahtuviin lämpötilan muutoksiin mahdollisimman nopeasti, jolloin mm. muiden sähkölaitteiden, ihmisten tai auringon lämpövaikutus ei nosta tarpeettomasti huonelämpötiloja.

1.3.1 JATKUVATOIMISEN LÄMMITYKSEN SÄÄTÖ Yleisimmät jatkuvatoimiset lämmitysratkaisut ovat: sähkölämmittimet, kattolämmitys, ikkunalämmitys ja puu- tai levylattiarakenteisessa lattiassa oleva lattialämmitys. Jatkuvatoimiset sähkölämmitysratkaisuissa yleensä lämmityslaite tai rakenne, jossa lämmityslaite sijaitsee, ei omaa suurta lämpökapasiteettia. Tällöin lämmitys saadaan nopeasti reagoimaan muuttuviin lämmitystarpeisiin huonetermostaateilla tai huonelämpötilaa mittavilla ohjausjärjestelmillä. Lattialämmitysratkaisuissa huonelämpötilan säädön lisäksi rajoitetaan lattiarakenteen lämpötilaa lattia-anturin avulla. Jatkuvatoiminen betonilattiarakenteinen lattialämmitys säädetään, tilasta riippuen, joko pelkästään lattialämpötilan tai huonelämpötilan mukaan tai näiden yhdistelmällä. Erityisesti tiloissa, joissa lattiapinnoite on hyvin lämpöä johtavaa, kuten klinkkeri, voi lattian pintalämpötila olla ensisijainen käyttömukavuuden vuoksi. Lattialämmityksen säädön tarkkuuteen ja nopeuteen vaikuttaa betonilaatan paksuus ja lattiapinnoite.


Taulukko 1.2. Jatkuvatoimisen lämmityksen säätöperiaatteita Lämmitin säätötapa Erityispiirteitä, ominaisuuksia

laitekohtainen termostaatti o lämpötilan pudotus ohjausjännitteellä

Sähkölämmittimet (-patterit)

huone-/tilakohtainen termostaatti tai ohjausjärjestelmä

o lämmittimen ilman termostaattia (”orjalämmittimet”) o lämmittimet toimii samanaikaisesti

Kattolämmitys tilakohtainen huonetermostaatti/ ohjausjärjestelmä

o tilakohtainen toiminta o lämpötilan pudotus ohjausjännitteellä

lattiatermostaatti o lattian pintalämpötila pidetään säädetyssä arvossa o ilman lämpötila vaihtelee lämmöntarpeen mukaan

huonetermostaatti o huonelämpötila pidetään säädetyssä arvossa o lattian lämpötila vaihtelee lämmöntarpeen mukaan o voidaan käyttää vain, jos lattiapinnoite ei edellytä lämpötilan rajoittamista

Lattialämmitys (jatkuvatoiminen)

yhdistelmätermostaatti o lattian pintalämpötilaa rajoitettaan lattiapinnoitteen ja miellyttävän pintalämpötilan mukaisesti

o lämmitys kytkeytyy päälle huoneilman lämpötilan mukaan o lattian lämpötila vaihtelee lämmöntarpeen mukaan

ikkunalämmitys huonetermostaatti (+läsnäolotunnistin)

o lämmitystä säädetään huoneen lämpötilan mukaan o lämmitys kytkeytyy päälle tilassa oleskeltaessa o huoneen peruslämmitykseen toinen järjestelmä


1.3.2 OSITTAIN VARAAVAN LATTIALÄMMITYKSEN SÄÄTÖ Osittain varaavalla lattialämmityksellä pyritään varastoimaan edullisemman sähkönhinnan aikaista (esim. yö-aika) energiaa yleensä betonisiin lattiarakenteisiin. Lämmitysjärjestelmän varausaste suunnitellaan tapauskohtaisesti, mutta taloudellisena rajana voidaan pitää, että lämmitys pystyy varaamaan tarvittavan lämmitystehon n. – 5 … - 10 ºC:een ulkolämpötilaan asti. Tämä vastaa, tämän hetkisissä normitaloissa ja normaali huonekorkuisissa tiloissa betonilattian paksuutena n. 10 - 12 cm ja asennustehona n. 80 - 100 W/m2. Kylmemmillä ilmoilla lattialämmitys tai muu lämmitys (esim. kattolämmitys tai sähkölämmittimet) kytkeytyvät päälle kalliimman sähkönhinnan aikana (yleensä päivä).

Kuvassa (

Esimerkki lattian pintalämpötiamuutoksesta varausaikana. Pmit =60 W/m2, Tulko=Tmitoitus.

Betonin paksuuden 10 ja 15 cm.

0

2

4

6

8

70 80 90 100

Varausteho [W/m2]

Läm

pötil

an m

uuto

s [ºC

]

Tbet,10 Tbet,15 Tpar,10 Tpar,15

Kuva 1.10) on esimerkki, miten betonilattian paksuus ja varausteho vaikuttavat lattiarakenteen lämpötilamuutokseen varausaikana parkettilattiassa. Lämpötilan muutos on jokseenkin sama laatassa ja lattian pinnalla. Parketissa lattian pintalämpö on kuitenkin useita asteita ( 3- 6 ºC:tta) matalampi kuin betonissa. Laattalattiassa lattiapinnan lämpötila on lähellä betonirakenteen lämpötilaa.


Esimerkki lattian pintalämpötiamuutoksesta varausaikana. Pmit =60 W/m2, Tulko=Tmitoitus.

Betonin paksuuden 10 ja 15 cm.

0

2

4

6

8

70 80 90 100

Varausteho [W/m2]

Läm

pötil

an m

uuto

s [ºC

]

Tbet,10 Tbet,15 Tpar,10 Tpar,15

Kuva 1.10 Esimerkki lattian lämpötilan muutoksesta varausaikana eri varaustehoilla 0,1 m ja 0,15 m paksuisissa lattioissa . Tbet = betonin lämpötila, Tpar=lattiapinnan (parketti) lämpötila. Varaavuus tulee siis suunnitella ottaen huomioon tilan lämpöhäviöt, lattiarakenteet, lattiapinnoite ja ohjaustapa. Lämmityslaitteen antama teho jakaantuu varausaikana varaavan massan, tyypillisesti lattian betonin, lämpötilan nousuun tarvittavaan tehoon ja huoneeseen siirtyvään tehoon. (Virhe. Viitteen lähdettä ei löytynyt.ja Virhe. Viitteen lähdettä ei löytynyt.). Huoneeseen siirtyvää tehoa muuttaa koko lämmitysjakson ajan lattian pinnan ja ilman välinen lämpötilaero. Huonetta lämmittävä teho on siis riippuvainen lattiapinnan ja ilman välisestä lämpötilaerosta :

Plämm= h*A*(Tlattia-Thuone)

Plämm=huonetta lämmittävä teho h=lämmön siirtymiskerroin (n. 8- 10 W/m2K)

Tlattia=lattian pintalämpötila Thuone=huoneen lämpötila


Esimerkki:Varaavan lämmityksen tehon jakautuminenMitoitusteho 60 W/m2, asennusteho 100 W/m2

ulkolämpötila -10 ºC, betonin paksuus 12 cm, parkettilattia

0

20

40

60

80

100

120

0 5 1

aika[h]

teho

[W]

0

20

40

60

80

100

120

Phuone Pbetoni Ptarve

Kuva 1.11 Varausajan tehon jakautuminen lattiaa ja huonetta lämmittäviin osiin. Lattialämmityksen onnistumisen keskeinen asia on saada tarvittavaan tilan lämmitystehoon verrattuna sopiva lattian pintalämpötila. Lämpötilaeroista on esimerkki kuvissa Virhe. Viitteen lähdettä ei löytynyt. ja Kuva 1.13) silloin, kun lattia- tai ilman lämpötilaa ei rajoiteta lämmitysjakson aikana.

Esimerkki lämpötilojen muutoksesta varausaikana Mitoitusteho 60 W/m2, asennusteho 100 W/m2 ulkolämpötila -10 ºC, betonin paksuus 12 cm,

parkettilattia

14

21

28

35

42

0 5 10 15 20

aika [h]

Läm

pötil

a [C

]

Thuoneilma Tlattiapinta Tbetoni

Kuva 1.12 Esimerkki lämpötilojen muutoksesta varausaikana. Parkettilattia hidastaa lämmön siirtymistä.


Esimerkki lämpötilojen muutoksesta varausaikana Mitoitusteho 60 W/m2, asennusteho 100 W/m2 ulkolämpötila -10 ºC, betonin paksuus 12 cm,

Klinkkerilattia

14

21

28

35

42

0 5 10 15 20

aika [h]

Läm

pötil

a [C

]


Kuva 1.13 Esimerkki lämpötilojen muutoksesta varausaikana. Laattalattiassa lämpö siirtyy nopeasti huonetilaan. Esimerkiksi, jos tilan lämpöhäviöt ovat mitoituslämpötilalla (esim. – 29 ºC ulko, 21 ºC sisä) n. 60 W/ m2, tulee lattiapinnan lämpötilan olla n. 27 ºC. Vastaavasti, kun ulkolämpötila on n. - 4ºC, on tarvittava lämmitysteho n. 30 W/m2 ja tarvittava lattian lämpötila n. 24 ºC. Kun ulkolämpötila muuttuu nopeasti, ei lattiaan joko pystytä varaamaan riittävästi lämpöä tai sitä on varattuna betonirakenteeseen liian paljon.

Lämmitystehon tarve esimmerkkitalossa (normieristys) suhteessa mitoitustehoon ja tarvittava lattian lämpötila

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-34 -29 -24 -19 -14 -9 -4 1 6 11 16 21

Ulkolämpötila/C

Ptar

ve/P

mito

itus

20

21

22

23

24

25

26

27

Latti

an p

inta

läm

pötil

a

Ptarve/Pmit Tlattia

Kuva 1.14 Esimerkki ulkolämpötilan vaikutuksesta tarvittavaan lämmitystehoon ja lattialämmityksen pintalämpötilaan. Mitoitusteho esimerkkikohteessa n. 60 W/m2. Varausaikana säätöjärjestelmän tulee sallia lattiapinnoitteen alapuolen (betonin) lämpötila nousun n. 28 – 35 ºC:een ja pinnoitteen yläpinnan lämpötila muuttuu n. 25ºC – 28 ºC:een. Vastaavasti huonelämpötilan tulee sallia nousta 1-2 astetta. Lattiapinnoitteella on suuri vaikutus siihen, millaisiksi lämpötilaerot lattiarakenteessa


ovat. Säätöjärjestelmän tulee huolehtia siitä, että:

o varattaan energiaa lämpöhäviöiden tarpeen verran o lattiarakenteen (ja –pinnoitteen) lämpötila ei nouse liikaa o tarvittaessa lisälämmitys kytkeytyy päälle kalliimman energianhinnan aikana o lattiapinnan lämpötila pysyy miellyttävänä niissä tiloissa, joissa on

klinkkerilattiat, vaikka huonelämpötila muuttuisikin Lämmityksen ohjaus- ja säätö voidaan tehdä mm:

o ohjataan varausaikana lämmitysteho päälle ulkolämpötilariippuvasti (varausohjelmat)

o leudompi ilma => lämmitys kytkeytyy päälle myöhemmin o ohjataan tilojen lämpötilaa yhdistelmätermostaatilla (huone+lattia)

o lattiatermostaatti rajoittaa lattian maksimilämpötilaa niin, ettei pinnoite vaurioidu

o huonetermostaatti rajoittaa tilan lämpötilaa o lämpötilan pudotustoiminnolla voidaan suunnata lämmitystä varausaikaan

(pudotus päällä päivä-aikana) o lämpötilan noston sallivat yhdistelmätermostaatit

o lattiatermostaatti rajoittaa lattian maksimilämpötilaa niin, ettei pinnoite vaurioidu

o huonetermostaatti rajoittaa tilan lämpötilaa o annetaan termostaatille huonelämpötilan ”nostokäsky” varausaikana,

jolloin sallitaan huonelämpötilan nousu asetusarvosta

1.3.3 MUKAVUUSLÄMMITYS Mukavuuslämmitysratkaisuissa yhdistetään osittain varaavaa lattialämmitystä ja jatkuvatoimista, nopeasti reagoivaa lämmitystä. Tällöin lattian pintalämpötila pyritään pitämään, joko osittain varaavalla tai jatkuvatoimisella lattialämmityksellä n. + 23 - 24 ºC:na, joka antaa riittävän lämmitystehon sille osalle lämmityskautta, jolloin ulkolämpötila on. n. -5 … +5 ºC:ta. Muu lämmitystarve hoidetaan jatkuvatoimisella katto- tai sähkölämmitinlämmityksellä. Ohjaus- ja säätöjärjestelmän tulisi tällöin huolehtia lämmitysjärjestelmän osien yhteistoiminnasta. Yleensä joudutaan käyttämään kahta termostaattia jokaisessa tilassa: lattiatermostaatti ohjaa lattian lämpötilaa ja huonetermostaatti tai lämmitinkohtainen termostaatti muuta lämmitystä).


Ulkolämpötilan pysyvyyskäyrä (Jyväskylä)

-35

-25

-15

-5

5

15

25

0 40 80 120

160

200

240

280

320

360

päiviä vuodessa

ulko

läm

pötil

a [º

C]

Kuva 1.15 Ulkolämpätilan pysyvyyskäyrä Lattialämmityksen antama lämmitysteho (n. 20 – 30 W/m2) riittää kattamaan suurimman osan lämmitystarpeesta. Varsinkin Etelä-Suomessa alle -5 ºC:een lämpötiloja on n. 30 – 60 päivää vuodessa (Kuva 1.15), jolloin lisälämmitystä lattialämmityksen lisäksi tarvitaan. .

Mukavuuslämmitys ja lisälämmityksen tarpeen pysyvyyskäyräJyväskylän säätiedot

Esimerkkikohde, normieristys

0

2000

4000

6000

8000

10000

-30 -18 -11 -7 -4 -2 -1 0 1 3 4 6 8 10 13 15 16 18 18

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360

Ulkolämpötila/ ºCPäivien lukumäärä vuodessa

Tarv

ittav

a lä

mm

ityst

eho

19

20

21

22

23

24

Latti

an p

inta

läm

pötil

a

Wmukavuus Wlisälämm Tlattia

Kuva 1.16 Esimerkki mukavuuslämmityksen osuudesta lämmityksentarpeesta. Lattian lämpötilaa tulee laskea, kun ulkolämpötila nousee yli +5 ºC:een tai vain osa mukavuuslattialämmityksestä jätetään päälle, kuten tilat, joissa on klinkkerilattia.


1.3.4 Varaava lattialämmitys Täysin varaavassa lattialämmityksessä kaikki tarvittava vuorokautinen lämmitysenergia varataan lattiarakenteeseen edullisemman sähkönhinnan aikana. Tällöin asennettava lämmitysteho tulee olla n. 2,5xmitoitusteho. Järjestelmä vaatii yleensä suuremman sähköliittymän ja on epätaloudellinen, koska lämmityskauden aikana on hyvin vähän mitoitusulkolämpötilapäiviä.

Esimerkki kahden verkkoyhtiön liittymismaksuista

0

1000

2000

3000

4000

5000

25 35 63

pääsulake (3xn A)

Liitt

ymis

mak

su [€

]

Kuva 1.17 Esimerkki liittymismaksuista. Lämmitystehon mitoituksella vaikutettaan liittymistehoon. Osassa verkkoyhtiöistä ja energiayhtiöistä perusmaksu määräytyy pääsulakkeen mukaan. Varaustehoa ei tällöin ole taloudellista nostaa niin suureksi, että tämän vuoksi joudutaan suurentamaan liittymän kokoa.

Pääsulakkeen vaikutus käyttäkustannuksiinKokonaiskulutus 24000 kWh/a, taloussähkö 7000 kWh/a, lv 4000 kWh/a

Perusmaksu 256 €/a (3x25 A), 396 €/a (3x35A)Energia- ja siirtohinnat: 7,46 snt/kWh / 5,46 snt/kWh

1500

1600

1700

1800

1900

2000

35 % 45 % 55 % 65 % 75 % 85 % 95 %

Varaavan lämmityksen osuus

Kust

annu

s/a

25A 35A

Kuva 1.18 Esimerkki perusmaksun vaikutuksesta vuosikustannuksiin 3x25 A:n ja 3x35 A:n pääsulakkeilla. Varaavalla lämmityksellä ei pienennetä kustannuksia, jos liittymä

Pirkko Harsia 1.12.2005 joudutaan suurentamaan.

Esimerkki käyttökustannuksista/aKokonaiskulutus 24000 kWh/a, taloussähkö 7000

kWh/a, lv 4000 kWh/aPerusmaksu 256 €/a (3x25 A), 396 €/a (3x35A), 864

€/a (3x63A)Energia- ja siirtohinnat: 7,46 snt/kWh / 5,46 snt/kWh

0

500

1000

1500

2000

2500

35 % 75 % 100 %

3x25A 3x35A 3x63A

Pääsulakkeen koko ja lämmityksen yöosuus

Kus

tann

us/a

[€]

Yösähkö Päiväsähkö Perusmaksu

Kuva 1.19 Varaustehon epätaloudellisen mitoittamisen vaikutus kokonaiskustannuksiin. Säädön ongelmana on massiivisten rakenteiden hitaus reagoida lämmöntarpeen muutoksiin. Lämmitystapa soveltuu parhaiten lähinnä aputilojen, kuten varastojen ja autotallien, lämmitykseen. Tällöin varausaikaa muutetaan ulkolämpötilan mukaan tai sallitaan varausaikana lämpötilan nousu lämmitettävässä tilassa. Lattian lämpötila rajoitetaan sellaiseen arvoon, ettei lattiapinnoite vaurioidu (yleensä n. 35 – 40 ºC:tta).


Esimerkki lämpötilojen muutoksesta varausaikanaMitoitusteho 60 W/m2, asennusteho 165 W/m2

ulkolämpötila -29 ºC, betonin paksuus 15 cm,parkettilattia

3

12

21

30

39

48

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Aika [h]

Läm

pötil

a [ºC

]


Kuva 1.20 Esimerkki lämpötilojen muutoksesta täysin varaavassa lämmityksessä. Lattian lämpötila vaihtelee useita asteita lämmitysjakson aikana (Kuva 1.20). Rakenteiden massiivisuudesta riippuu, kuinka paljon tämä vaihtelu vaikuttaa huoneilmaan.

Documents

1 Sähkölämmityksen ohjaus ja säätö - amk. · PDF fileYhdistetty kontaktori ja päiväkäyttökytkin automaattisella palautuksella (4K1) Termostaattiohjausvaraus