Jafnvægisstilling hitakerfa – Ný aðferð 2025

Grein/Linkur:  Ný aðferð við jafnvægistillingu hitakerfa

Höfundur: Sveinn Áki Sverrisson þýddi. Greinarskrif: Rene Hansen Danfoss, Anders Nielsen Grundfos

Heimild: 

.

.

Október 2025

Ný aðferð við jafnvægistillingu hitakerfa

Inngangur

Að ná að minnka orkunotkun í byggingum er ekki eitthvað sem er auðvelt í framkvæmd. Að tryggja að íhlutir í hitakerfi virki saman eru forsenda þegar við viljum lágan hitaveitureikning. Leiðin þangað er að er að jafnavægisstilla  hitakerfið rétt og í þessari grein verður útskýrt hvernig nýju ofnlokarnir  Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV og nýja Grundfos MAGNA3 hraðastýrða dælan vinna frábærlega saman til að ná þessu markmiði.

Við munum sýna hvernig þetta er hægt með því að nota Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV með Grundfos MAGNA3 hraðastýrða dælu og skoða hitakerfi í 10 hæða fölbýlishúsi í Fredericia í Danmörku. Í húsinu eru 60 íbúðir. Hitinn kemur frá hitakerfi með, varmaskipti,  tveimur blöndunarlokum og tveimur Grundfos MAGNA3 dælum sem þjóna tveimur blöndunarlokum. Það eru 10 strengir sem eru hver með handstillta stilliloka Danfoss MSV.

Þessi uppsetning sýndi að notkun hraðastýrðrar Grundfos MAGNA3 dælu og Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV, tryggir vandamálalausan rekstur hitakerfisins.

Hitakerfið þarf að vera rétt stillt, prófað og tekið út til að tryggja hámarksþægindi og sem lægstan rekstrarkostnað. Áður fyrr voru stillingar, prófanir og gangsetning flókið ferli, þar sem nota þurfti marga mismunandi loka og mælitæki til að tryggja rétta virkni kerfisins.

Munurinn í dag er sá að nú er einfalt að stilla tiltekið flæði fyrir hvern ofn og dælu með nýjum Danfoss dP-mæli (til að mæla mismunaþrýsting) í samvinnu við Grundfos GO, sem býður upp á farsímaaðgang að Grundfos netverkfærum. Þetta tryggir ekki aðeins bestu nýtingu dælu og lægstu orkunotkun, heldur dregur einnig verulega úr þeim tíma sem fer í mælingar, stillingar og virkniprófanir fyrir gangsetningu.

Áskorun: Jafnvægisstilling ofnakerfis

Ójöfn dreifing hita milli eininga – einstakra ofna eða íbúða – í hitakerfi er  vegna vandamál við jafnvægisstillingu.

Hitakerfi telst rétt stillt þegar jafnvægi hefur náðst í dreifingu heitavatnsins, þannig að tryggt sé hámarksþægindi og lágmarksorkunotkun. Með öðrum orðum: hitakerfi er í jafnvægi þegar raunverulegt rennsli í kerfinu samsvarar því hönnunarflæði sem tilgreint er í hönnunargögnum.

Uppsafnað varmaálag til húshitunar í tíma fylgir línuritinu hér að neðan. Þetta línurit  er gert fyrir eitt kyndingartímabil í Evrópu og synir að í 428 klst af 7000 klst þurfum við 100% varmaálag

Til að taka mið af þessum álagsbreytingum er ofnhitastillir á hverjum ofni. Hann dregur úr rennsli heitavatns inn á ofninn eftir þörf hvers rýmis og heldur þannig við stöðugu innihitastigi.

Þegar þrýstifall í pípukerfi eykst, sem er í réttu hlutfalli við annað veldi rennslisins þá er þrýstifall yfir fyrsta ofninn mun hærri en yfir þann síðasta  eins og sjá má á mynd hér að neðan.

.

Þar sem mismunandi ofnar þurfa mismunandi flæði til að hita upp viðkomandi herbergi er hægt að stilla hámarksflæði fyrirfram á hverjum ofnloka. Forstillinguna má sjá á grafinu hér að neðan fyrir dæmigerðan ofnloka. Hægt er að stilla forstillinguna frá 1-7 og að lokum í „N stöðu“ sem gefur til kynna fullkomlega opinn loka. Það er í lagi að þrýstingur sé t.d. 5kPa en yrði stillitalan 4.

Ef hitakerfi er búið dælu með föstum hraða breytist mismunaþrýstingurinn verulega, eins og sjá má á myndinni hér að neðan. Þegar rennsli minnkar eykst Δp (mismunaþrýstingur) yfir einstaka ofnloka. .Í dæminu hér að ofan er nauðsynlegt rennsli við hámarksálag 37 l/klst, en þegar mismunaþrýstingurinn hækkar um +0,2 bar, eykst rennslið í 62 l/klst, sem jafngildir 67% aukningu.

Niðurstaðan er sú að til að ná tilætluðu rennsli þarf einnig að stjórna mismunaþrýstingnum yfir ofnlokana. Við munum nú skoða hvernig þetta var gert.

Handstillt eða kvik jafnvægisstilling (dynamísk)

Hitakerfi fyrir byggingar eru hönnuð og lögð til að uppfylla upphitunarkröfur við lægsta útihitastig (-15°C á Ísl.), þ.e. þegar mestur varmaþörf er til staðar. Eins og sést á línuritinu í inngangi þá eru þessir álagstímar mjög fáir og eiga sér stað aðeins örfá skipti á ári (ef yfirhöfuð), hefur kerfið umframafköst stóran hluta ársins.  Þessi umframafköst getur leitt til óþarfa orkunotkunar.

Eftirfarandi dæmi er fjölbýlishús í Fredericia í Danmörku, með 60 íbúðum í 10 hæða byggingu. Byggingin, sem er frá árinu 1972, var endurnýjuð árið 1985, meðal annars með nýjum gluggum og endurnýjaðri framhlið.

Hitakerfið samanstendur af  tveimur Grundfos MAGNA3 með breytilegum hraðadælum sem hvor um sig þjónar einu blöndunarkerfi og tengjast 10 strengjum með samtals  273 Danfoss RA-N DN 10 ofnalokum og handvirkum jafnvægislokum af gerðinni Danfoss MSV.

.

Í fyrstu prófuninni er hitakerfið búið handvirkum stillilokum og hefðbundnum ofnlokum með forstillingu. Síðar er framkvæmd sama prófun, en að þessu sinni með kvikum (handvirkum stillilokum og hefðbundnum ofnlokum með forstillingu. Síðar er framkvæmd sama prófun, en að þessu sinni með kvikum (dynamískum) ofnlokum. Prófanirnar eru ekki aðeins framkvæmdar við fullt álag, heldur – sem er enn mikilvægara – edynamískum) ofnlokum. Prófanirnar eru ekki aðeins framkvæmdar við fullt álag, heldur – sem er enn mikilvægara – einnig við hlutaálag, þar sem raunverulegur rekstur kerfa fer mest fram.

Á sama tíma er mismunaþrýstingur mældur við fjarlægasta ofninn frá dælu, til að tryggja að nægilegur þrýstingur sé til staðar til að ná tilgreindu hönnunarflæði. Mismunaþrýstingurinn er 10kPa sem stillist á dælu.

Í þessu dæmi er mismunaþrýstingurinn 10kPa, og tilgreint flæði er 30l/klst, sem samsvarar forstillingu 2,5 fyrir viðkomandi ofnloka. Í prófuninni var stjórnunarhamur dælu fyrst stilltur á hlutfallsþrýsting (proportional pressure control) og síðan á stöðugan þrýsting (constant pressure control).

Að lokum var bætt við nýjum Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV í samsetningu við Grundfos MAGNA3 hraðastýrða dælu.

Hægt er að stilla Grundfos MAGNA3 dæluna á hlutfallsþrýsting, sem gerir dælunni kleift að draga úr mismunaþrýstingi þegar rennsli minnkar (sjá töfluna hér að neðan).

Þrátt fyrir að MAGNA3-dælan lækki mismunaþrýsting sinn við hlutaálag, verður samt sem áður ákveðinn afgangur af Δp yfir ofnlokum með hefðbundinni forstillingu. Þetta sést greinilega í samanburðartöflunum hér að neðan. Benda má á að hægt er að setja þrýstijafnara í rásina og stilla hann á 10kPa. Þá mundi hann halda þrýstingin á sama róli og 100% álagið eins og þegar einfaldari útfærsla jafnvægisstillinar er í bæklingum frá Danfoss.

Lykilatriðið er að þó hraðastýrð dæla bæti rekstur, getur hún ekki haldið mismunaþrýstingnum stöðugum. Þetta vandamál er aðeins hægt að leysa með þrýstingsóháðum ofnloka (PICV), sem heldur stöðugu flæði óháð Δp-breytingum

Mismunaþrýstingur (kerfisálag) í  kPa í töflu 1 og 2 er mældur á ofnloka sem er lengst frá dælu. Þegar kerfisálag fer niður þá er ofnlokar ca. 50% lokaðir eða meira. Þrýstifall í pípum og tengistykkjum er nánast 0kPa og yfir strenglokann er mun lægri og þessi þrýstingur færist yfir ofnlokana.

Tafla 1. Hefðbundnir ofnlokar RA-N DN10

Tafla 2. Kvikir ofnlokar Danfoss RA-DV (PICV)

.

Í töflu 2 er kviki ofnlokinn. Hann er stilltur á ákveðið rennsli 22l/h til 140l/h. Ef rennsli við 100% álag 140ll/h, þá í 0l /h. Það þarf hærri þrýsting fyrir þessa ofnloka eða 10kPa sem lágmark.

Þessar mælingar sýna að með hefðbundnum forstilltum ofnlokum hækkar Δp við 50% hlutaálag um 9,3 kPa (úr 7,8 í 17,1 kPa). Þetta veldur yfirflæði og þar með óþarfa orkunotkun, eins og sjá má á grafinu hér að neðan.

Þegar mismunaþrýstingur hækkar úr 7,8 kPa í 17,1 kPa, hækkar rennslið úr 80 l/klst í 132 l/klst, sem jafngildir 67% aukningu. Hins vegar heldur kvikur ofnloki RA-DV rennslinu stöðugu, jafnvel þegar Δp breytist. Innbyggð þrýstingsstýring RA-DV heldur þrýstings-fallinu yfir stjórnlokann stöðugu, sem tryggir stöðugt flæði og jafna hitadreifingu

Framúrskarandi hitakerfi byggja á nákvæmri jafnvægisstillingu, prófun og eftirliti. Með því að nota Danfoss Dynamic Valve™ RA-DV og Grundfos MAGNA3 má draga verulega úr orkunotkun án kostnaðarsamra endurbóta á pípulögnum

Þetta dæmi sýnir að jafnvel eldri byggingar – eins og fjölbýlishúsið í Fredericia frá 1972 – geta náð verulegum sparnaði með einfaldri uppfærslu.

Þegar mismunaþrýstingur eykst úr 7,8kPa í 17,1kPa mun rennslið aukast úr 80 í 132 l/klst, en kviki ofnlokinn mun halda rennslinu stöðugu.

Auka delta P við hlutaálag myndi valda yfirstreymi  og auka hitunarreikninginn, sem sýnir þörfina á að stýra delta P rétt. Með því að nota Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV heldur rennslinu stöðugu, jafnvel þegar delta P breytist. Mismunaþrýstingsstýring inni í RA-DV heldur þrýstingsfallinu yfir stjórnlokann á föstu stigi sem þýðir að stöðugt rennsli í gegnum RA-DV lokann er viðhaldið. Þetta er sýnt á grafinu hér að neðan. Þessir eiginleikar RA-DV ofnlokans að þrýstijafna stöðugt er óháð hreyfingu lokans til að viðhalda innihita stöðugum.

.

Svarið við áskoruninni um viðbótar delta P, er því að nota hraðastýrða dælu eins og Grundfos MAGNA3 og nota Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV, sem í samsetningu tryggir vandræðalausan rekstur hitakerfis, og þetta hefur verið sýnt fram á með dæminu frá Fredericia sem rætt er um hér að ofan. Uppsetningin hefur verið í gangi núna í eitt ár, og við sjáum að kostnaður við rekstur dælunnar hefur lækkað um það bil 57% eða jafngildir 980 kWh/ári.

Bestun á dælu

Ef dælan gengur sem best er tryggð lægsta mögulega orkunotkun. Bestun dælu ásamt hlutfallslegri þrýstistýringu er aðeins möguleg með sjálfvirkum jafnvægislokum. Gangsetning er einföld með nýja Danfoss dP mælitæki ™ (til að mæla mismunaþrýsting) í tengingu við Grundfos GO  (sem býður upp á farsímaaðgang að Grundfos netverkfærum)  og tryggir hagnýtingu dælunnar og lægstu orkunotkun.

Danfoss dP mælir™ er afar gagnlegt, einfalt og einstakt mælitæki sem notað er við úttektir og prófanir og mælir. tiltækum mismunarþrýstingi. Það er fest á mikilvæga lokanum þar þar sem mismunarþrýstingurinn er lægstur. Í fullri álagsstillingu þarf delta P að vera 10kPa. Ef mismunarþrýstingurinn reynist annað hvort lægri eða hærri en þetta, þá er stillipunkturinn stilltur á  MAGNA3 dælunni. Stillipunkturinn tengist mismunarþrýstingnum sem dælan gefur. Athugið að þetta gildi verður alltaf hærra en það sem mælt er yfir mikilvæga lokanum, þar sem mismunarþrýstingurinn minnkar um allt kerfið.

Grundfos GO er færanlegi verkfærakistan fyrir fagmenn. GO er mjög frambærilegur hugbúnaður og þar er val á dælum, skjölun og viðhaldsatriði og er tengjanlegt við snjallsíma.

Íslenskar aðstæður- vangaveldur

Íslenskt ofnakerfi sem kalla mundi opið hitaveitukerfi með gegnumrennsli er aðeins öðruvísi. Til að einfalda málið getum við tekið út blöndunarbúnaðinn og dæluna og látið einn þrýstijafnara duga. Ef við gefum okkur þa að píparinn sé búinn að uppgötva þrýstimælabúnaðinn frá Danfoss þá hefur hann mælt þrýstinginn á Danfoss ofnlokanum sem er upp á 10.hæð út í enda ogt stillt þrýstijafnarann í kjallara á þá tölu sem hönnuðurinn gaf honum upp t.d. 8kPa og stillitala 2.5 og rennsli 30l/h. Tekið nokkrar tékkmælingar á öðru hæðum. Ofnlokarnir skulu vera 100% opnir. Ef við mælum stilliþrýstinginn þrýstinginn við þrýstijafnarann þá gæti sú tala verið ef pípulengt aðra leið er 80m og þrýstitapið 150Pa/m eða 0,15*80*2 (lengdin á framrás og bakrás)=24kPa. Þá er þrýstijafnarinn stilltur á 24kPa+8kPa=32kPa . Ef notaður er AVP þrýstijafnari þá er hann með standard svið 0.005-0.5 bar og stillist á rúmlegaI III og hálft bil. Það er mælt og stillt. Ef kerfið er ekki jafnvægistillt þá má búast við að kerfið svelti í kuldaköstum það þurfi að auka þrýsting upp í 50kP, nema að semja við pípara að minnka þrýsting frá 50kPa í 25kPa á sumrin. Annars er fjandin laus og 50-32=18kPa auka þrýstingur liggur ofan á öllum ofnlokum. Það gefur auka rennsli upp á 50-60l/h, eða 20-30l/h umfram rennsli sem er 67%. Ef mælt væri aftur eftir hærri stillingu á þrýstijafnara þá fengjum við þessar niðurstöður og kerfið dæmt sem vanstillt. Hitaveitunotkun er meiri en 67% umfram..

Framúrskarandi ofnakerfi

Lokaorð

Framúrskarandi hitakerfi þurfa ítarlega úttekt og prófun, þegar markmiðið er að ná lægstu  mögulegu orkureikningum. Með því að nota nýja og nýstárlega Danfoss Dynamic Valve™ af gerðinni RA-DV og nýju Grundfos MAGNA3 dæluna með breytilegum hraða er hægt að ná mjög góðri niðurstöðu. Í tilvikinu Fredericia í Danmörku nemur sparnaðurinn ekki minna en 12% af hitaorkureikningnum. Þetta er aðeins mögulegt með því að nota bæði nýja Danfoss ofnlokan og nýju Grundfos MAGNA3 dælu.. Ef það er hávaða vandamál í gömlu kerfi þá gæti það verið lausn að má skipta ofnloka út fyrir kvikan loka. sem þolir meiri þrýsting.

Það er mjög einföld aðgerð að breyta gömlum hitakerfum í eldri fjölbýlishúsum. Þegar tíminn kemur að skipta um gler í fjölbýlishúsum sem er oft eftir 30-50 ár frá byggingu þarf að tengja það við endurnýjun á ofnhitastillum sem eru oft upprunalegir.  U gildi eldri glugga er oft hátt og nýtt gler er með mun lægra U gildi og ofnar því of afkasta miklir og hætta á orkusóun. Reikna þarf út nýtt varmatap og bera saman við afköst ofna. Í framhaldi skal setja blöndunarkerfi á hitakerfið til að draga úr afköstum ofna og ná meiri orkusparnaði með að stýra framrásarhita mið af útihita. Í lokin skal jafnvægisstillaþ

Ný fjölbýlishús að mínumati skulu vera með PIC- ofnloka (RA-DV) svo vinna við að jafnvægisstilla er í lágmarki. Mér sýnist eins og píparar hafi ekki áttað sig á þessum miklu framförm að losna við að jafnvægisstiilla stór kerfi. Ef nota á forstillta ofnloka þarf að muna eftir að breyta hönnun og taka ofna saman og tengja þrýstijafnara við fram og bakrás í kjallara.

Þetta sýnir að það er margar ástæður fyrir þig lesandi góður sem ráðgjafarverkfræðingur  að kanna mögulegan orkusparnað í fjölbýlishúsum og kynna það fyrir húsfélögum.

Höfundar og minni spámenn

Markmið með útgáfu þessa efnis er hluti af lærdómsferli þýðanda til kunna og þekkja verklag við jafnvægisstillingu og að kunna að búa til verlýsingar,úttektarblöð og prófunarskýrslur fyrir pípara og til að þjálfa umsjónarmenn í Norðurturni . Norðurturninn er 15.hæðir og á hverri hæð eru 68 ofnar. Þessi lærdómsaðferð að kenna öðrum efnið er áhrifarík. Þetta er 6.greinin í þessum flokki.

Höfundar greinar eru Rene Hansen Danfoss, Anders Nielsen Grundfos June. 2015

Danfoss A/S · Heating Segment · Ulvehavevej 61 · 7100 Vejle · Denmark

Tel.: +45 7488 8500 · Email: heating@danfoss.com · www.heating.danfoss.com.

Sveinn Áki Sverrisson véltæknifræðingur þýddi yfir á íslensku 21/10 2025.

gefið út á vef Linkedin