Injustering av värmesystem – ett delikat ingenjörstekniskt problem

Injustering av värmesystem är ett delikat ingenjörsproblem. Det går att lösa problemet med mycket sofistikerade beräkningar. Det finns bara ett problem med detta – datorn ska matas med så många ingångsvärden att tiden för att ta fram de rätta värdena gör metoden oanvändbar.

Denna artikel visar hur injustering görs praktiskt på ett enkelt sätt.

För att få ett värmesystem rätt injusterat krävs inte bara gedigna ingenjörskunskaper utan också förståelse för hur en förändring av en variabel påverkar flera andra. Det gäller därför att begränsa variablerna så långt som möjligt. Detta kan exemplifieras på följande sätt. I ett ettrörssystem ska injusteringen kompensera för – förutom värmebehovet i rummet – temperaturfallet och de friktionsförluster (tryckfall) som uppstår i systemet. Detta är ett problem med tre variabler. I ett tvårörssystem med högflöde är temperaturfallet eliminerat. Därmed har injusteringen reducerats till ett problem med två variabler. I ett tvårörssystem med lågflöde blir tryckfallet i stort sett försumbart och därmed är problemet beroende av en variabel. Man behöver endast anpassa strypningen vid radiatorn till rummets värmebehov. Lågflödesmetoden kan även användas i ettrörssystem.

Lågflödesmetoden När vatten strömmar genom ett rör uppkommer friktionsförluster, som ger upphov till tryckfall. Förlusterna är primärt beroende av vattenhastigheten i kvadrat. I ett lågflödessystem tas vattenhastigheten oftast ner till 1/5-del av det gamla högflödessystemets. Det betyder att tryckfallet i systemet blir 1/25-del av det gamla tryckfallet eller annorlunda uttryckt fyra procent av de tidigare förlusterna. Om flödet tas ner och trycket minskas måste detta kompenseras med en högre framledningstemperatur. 40 oC temperaturfall eftersträvas vid dimensionerande utomhustemperatur (DUT). Nästan alla gamla system byggda före 1980-talet är vad vi kallar 80/60-system. Det finns dock ett antal system från andra världskriget och åren därefter som dimensionerades för 90/70. Dessutom finns lågtemperatursystemen som är dimensionerade för 55/45. Min egen erfarenhet visar att något 80/60-system aldrig funnits eftersom överdimensioneringar har gjort att vi kompenserat med en lägre framledningstemperatur. Målsättningen med injusteringen är att åstadkomma ett 75/35-system i verkligheten. Anledningen till detta är att ett optimalt dimensionerat system för en värmepump inte ska kräva en högre framledningstemperatur än cirka 52 grader vid noll. I praktiken blir det oftast ett 75/40-system eftersom husens värmekapacitet utnyttjas vid den korta tid som dimensionerande utomhusförhållanden råder. Ingenting blir starkare än sin svagaste länk. För att lågflödesmetoden ska fungera måste alla ingående delar vara avpassade för varandra; cirkulationspumpen, shunten, radiatorventilen, luftavskiljaren och i viss mån reglercentralen. De gamla centralerna där reglerkurvan inte kan ställas in digitalt och med brytpunkt har för dålig precision.

Vad är verkliga effektbehovet? Utgångspunkten för all dimensionering av värmesystem är att fastställa det verkliga effektbehovet för byggnaden. Det finns två metoder att göra oavsett byggnadstyp. I den ena metoden beräknas optimal energianvändningsnivå genom att fylla i min mall (se figur 1). Mallen finns att ladda ner på www.fastighetsanalys.se, och bygger på en ingenjörsteknisk beräkning av klimatskärmsareor, volymer, energitillskott från hushålls- eller verksamhetsel och energianvändning för varm- och kallvattnet. Hänsyn till fönster tas ej vid ”normala” fönsterareor. Vid fullständig uppglasning används mörker-U-värden. Mallen beräknar antalet kWh per graddag. Totala energianvändningen får man sedan fram genom att multiplicera med antalet graddagar på orten.

I den andra metoden läser man av fjärrvärme- eller oljemängdsmätaren under en tiodagarsperiod under eldningssäsongen och beräknar energianvändningen i kWh per graddag (oD) enligt min mall (figur 1). Den här metoden tar inte hänsyn till att den befintliga anläggningen har fel och brister, men den ger ett bättre närmevärde än att räkna ut effektbehovet med sedvanliga detaljerade beräkningar som baseras på teoretiska U-värden för alla fönster, väggar, golv och tak, ventilationssätt, husets väderstrecksorientering med mera, samt alla säkerhetspåslag. Exempel: Energianvändning under en mätperiod är 18 000 kWh. Antal graddagar under samma period är 190. Specifik användning är då 95 kWh/oD. Om DUT är –18 oC blir effektbehovet 139 kW.

(17 + 18) × 95/24  = 139 kW

Bakom dessa siffror finns en verklig oljevärmd fastighet från 1940-talet med en total lägenhetsarea om 2 754 kvm fördelade på 57 lägenheter.

Cirkulationspump Cirkulationspumpens uppgift är att övervinna de friktionsförluster som uppstår i rören när vattnet till radiatorerna ska fördelas. Pumpen ska alltid sitta i framledningen och bör vara en modern pump med konstanttryckhållning och som ger rätt flöde vid 1,0 mvp. Om systemet innehåller en trevägsventil ska pumpen kunna ge 1,5 mvp. I praktiken ger det alltid samma storlek på pumpen.

Pumpen dimensioneras med 40 °C temperaturfall i systemet. För att kunna täcka effektbehovet på 139 kW blir det dimensionerande flödet (139 kW * 860)/40 K ≈ 3 000 liter per timme, där 860 är omvandlingsfaktorn från kcal till kW.

Några huvudpumpar ska inte finnas – det räcker med en pump. Alla stamregleringsventiler öppnas helt eftersom de inte behövs. Vid ett mycket stort område med många huskroppar inkopplade på samma cirkulationspump kan det vara befogat att sätta in en fördelningsventil för varje huskropp.

Shunt Tvåvägsventilen vid fjärrvärmeanslutning är nästan undantagslöst för stor för ett lågflödessystem och får en on-off-funktion om den inte byts ut.

Radiatorventil All reglering av flödet sker vid radiatorerna. För att kunna utnyttja ett temperaturfall över radiatorerna på 40 °C måste radiatorerna vara minst 25 procent överdimensionerade i ett 80/60-system. Det finns några enkla sätt att kontrollera överdimensioneringsgraden i ett befintligt system. I praktiken är alla 55/45-system överdimensionerade. Om ett 80/60-system har reglercentralen ställd så att framledningstemperaturen är lägre än 65 grader vid DUT är det i sin ordning. Men det går också att göra kontrollen lite mer vetenskapligt. En exempelfastighet hade en total installerad effekt i ett 80/60-system på 240 Mcal/h. Eftersom pumpen ger 3 000 liter/h ska alltså 12,5 liter/1000 kcal installerad effekt fördelas. Det betyder att exempelvis en radiator på 1 500 kcal ska få knappt 19 liter/h. Om radiatorerna skulle ha varit exakt dimensionerade, skulle de vid 40 °C temperaturfall ha behövt 25 liter/1 000 kcal. Överdimensioneringen är alltså 100 procent (25/12,5). Mcal, kcal och l/h användes för att det är enklare att räkna med och att förklara tankegången.

Förinställningsvärdet för varje radiator bestäms utifrån rummets andel av hela fastigheten. Varje rums ytterväggsarea samt rummets volym räknas ut. Summan av alla dessa värden ger inte det totala flödet för byggnaden eftersom det totala flödet innehåller hela huset inklusive källare, trappuppgångar etcetera. Normalt brukar det behövas en uppräkning med mellan 30 och 40 procent för att få ut rummets nödvändiga flöde.

Yttervägg: 0,284 kWh per graddag Volym : 0,109 kWh per graddag Summa : 0,393 kWh per graddag

Dimensionerande effekt  = 0,393(17+18)/24  = 0,573 kW

X × 40 = 0,573 × 860             X = 12,4 liter/h som räknas upp med mellan 30 och 40 procent.

Genom tidigare redovisade tryckförhållanden i anläggningen är det tillgängliga trycket minst 1000 mm vp över varje ventil. Förinställningsvärdet, kv-värdet, bestäms genom att gå in i fabrikantens tryckfallsdiagram (figur 2) vid flödet 12,4 liter/h och gå upp till linjen 1 000 mm vp. Detta ger kv = 0,04 och antalet öppningsvarv till 1,5. Ett ettrörssystem kan med fördel injusteras med hjälp av lågflödesmetoden. Varje slinga betraktas då som en radiator, då de är parallellkopplade. Temperaturfallet över slingan beräknas till 30 grader i stället för 40. Slingventilen justeras in till rätt flöde. Det svåra blir sedan att fördela flödet mellan rummen på slingan så att rätt temperatur erhålls.

Termostatkropp När värmesystemet är i balans efter eventuella efterjusteringar kan termostatkroppen monteras. Termostatkroppen har en temperaturkänslig del, en bubbla som innehåller vax, vätska eller gas. Den reagerar på temperaturförändringar och påverkar ett strypdon. Vid nu beskrivna flöden blir P-bandet (proportionalbandet) litet och rumstemperaturen kommer att pendla en halv grad upp och ner om inte några ytterligare energitillskott finns. Termostatkroppen får på detta sätt sin rätta funktion; att tillvarata eventuellt tillförd överskottsenergi och inte dölja en dålig injustering.

Inställning av reglercentral Om lågflödesinjusteringen gjorts enligt denna beskrivning och huset inte har några dolda byggtekniska fel ställs reglerkurvan in så att framledningstemperaturen är 20 oC vid +15 oC, 55 oC vid 0 oC och 75 oC vid DUT. Ett visst ”finlir” behövs säkert för att allting ska bli perfekt. Själv ställer jag alltid centralen medvetet lägre. Lämpliga startvärden är 50 grader vid 0 och 72 vid DUT för att sedan höja kurvan om det kommer klagomål på för låga temperaturer.

 

Hans-Lönn-Figur-1-[Konvert]

Figur 1: Mall för beräkning av optimal energianvändningsnivå för byggnad. Mallen finns att ladda ner på www.fastighetsanalys.se. Källa: Hans Lönn, AB Fastighetsanalys

Hans-Lönn-Figur-2

Figur 2: Tryckfallsdiagram för MMA: s AN10-ventil. Källa: MMA, med tillstånd.

Författare: Civilingenjör Hans Lönn, AB Fastighetsanalys

Kontakt: info@fastighetsanalys.se