HVAC en KNX

KNX en verwarmingsregeling gaan hand in hand, al vergt verwarming in vergelijking met verlichting en AV-regeling een geheel nieuwe kennis die vaak bij de elektrotechnisch installateur vaak (nog) niet aanwezig is. 

Cursus KNX – HVAC Specialist

Om beslagen ten ijs te komen bij complexe KNX – HVAC projecten bieden we je de cursus KNX – HVAC Specialist aan. Deze cursus is online beschikbaar in het Nederlands en voorzien van een Engelstalige pdf als naslagwerk.

De cursus bestaat uit 9 hoofdstukken met totaal 45 lessen.

Tijdens het volgen van de cursus kan je gericht vragen stellen over de stof aan onze ervaren KNX – Tutor.

Leer alles over Proportioneel – Integraal (PI) regelingen, Warmtetransport, Sensoren en het verschil tussen ‘sturen’ en ‘regelen’.

Lees verder over de opbouw en inhoud van de cursus: https://www.knxcontrol.nl/course/knx-hvac-specialist

  • KNX – HVAC specialist cursus

    99,95 Ex. BTW. Wanneer de op KNX gebaseerde gebouwautomatisering toegang heeft tot, of interactie heeft met HVAC-sy
    Klik en lees verder...Toevoegen aan winkelwagen

KNX en HVAC, de achtergrond:

Temperatuurmeting

Er zijn een aantal manieren om de kamertemperatuur in KNX te krijgen zonder dat u in elke kamer een speciale temperatuursensor hoeft te installeren. De meeste KNX-schakelaars hebben bijvoorbeeld een ingebouwde temperatuursensor.

Gira schakelaar met temperatuurregeling en display.

Hoewel niet al deze schakelaars de temperatuur in de ruimte aangeven, is dit niet echt een issue, aangezien we een trend zien, vooral bij vloerverwarming (UFH), waarbij de temperatuur alleen op een centrale plek wordt weergegeven. Dit komt omdat het zeer zelden hoeft te worden gewijzigd, en elke wijziging zal in ieder geval een aantal uren duren voordat het van kracht wordt.

Andere apparaten zoals PIR’s en CO2-sensoren hebben ook vaak ingebouwde temperatuursensoren, maar deze bevinden zich meestal op plaatsen die niet ideaal zijn voor het aflezen van een temperatuurdisplay, zoals in gangen en gangen, inloopkasten en andere ruimtes waar er is geen schakelaar. Dergelijke plaatsen worden doorgaans niet als primaire woonruimte gebruikt, maar de temperatuur van deze sensoren is voldoende voor regulering.

Het gebruik van KNX-temperatuursensoren biedt de mogelijkheid om de waarde die ze leveren te compenseren om het midden van de kamer beter te kunnen lezen. Er is ook de mogelijkheid om een gemiddelde temperatuur op te nemen als de kamer groot is.

Basalte Auro bewegingsmelder met ingebouwde temperatuursensor.

Temperatuurregeling

Net als bij temperatuurmeting, zijn er een aantal apparaten die de temperatuur kunnen regelen. Sommige schakelaars kunnen dit, en thermostaten, speciale verwarmingsregelaars of zelfs sommige actuatoren kunnen de verwarmingsvraag uitsturen.

KNX biedt drie standaard vormen van verwarmingsregeling:

• PI (Proportionele Integraal). 
• PWM (Puls-Breedte Modulatie). 
• Aan / uit met hysterese.

De 6-weg verwarmingsactor Theben HMG 6 T heeft een ingebouwde regeling.

Proportionele integraal

Proportioneel Integraal (PI) is een regelalgoritme dat de grootte van de fout tussen het instelpunt en de huidige temperatuur berekent, en dit vergelijkt met een gemiddelde tijdfunctie om een 1-byte output te geven die geschikt is voor een gemotoriseerde aandrijving of variabele snelheid ventilator.

Simpel gezegd: hoe groter het verschil tussen kamertemperatuur en het instelpunt, hoe groter de output. Dit wordt dan verminderd naarmate de kamer op temperatuur komt. Zodra de doeltemperatuur is bereikt, wordt de uitgang gereset om over modulatie te voorkomen vanwege de tijd die nodig is om een stabiele toestand te bereiken.

Als de fout terugkeert, reageert de output met kleine geleidelijke verhogingen om het instelpunt te behouden. Bij het parametreren van de thermostaat wordt de verwarmingsmethode ingesteld, aangezien de regeling rekening moet houden met het reactievermogen en de warmteafgifte.

Bij gebruik van PI moet de regeling het vermogen van het verwarmingselement kennen om de juiste reactietijden te berekenen. In de meeste gevallen zijn de vooraf gedefinieerde standaardinstellingen meer dan geschikt, maar handmatige instellingen kunnen worden uitgevoerd.

De Theben Cheops ondersteunt PI-regeling van radiatoren.

Puls breedte modulatie

Puls breedte modulatie (van het Engelse Puls Width Modulation of PWM) gebruikt een aan / uit-signaal op basis van de PI-waarde hierboven. PWM converteert de 1-byte PI-uitgang naar een 1-bit PWM-uitgang, waardoor deze kan worden gebruikt op systemen met een aan / uit-klep. Dit komt het meest voor bij UFH-systemen die kleppen gebruiken.

Op precies dezelfde manier als PI resulteert een kleine fout in een kleine verandering die over een bepaalde periode wordt weergegeven. Dus als de PI-output 10% is en de PWM-cyclus 10 minuten, dan is de output 1 minuut aan en 9 minuten uit.

De Theben HMT 6 kan worden gebruikt voor een meervoudige regeling van vloerverwarming.

Aan / Uit

Aan / uit is de eenvoudigste vorm van bediening en is daarom alleen geschikt voor zeer eenvoudige systemen. 
Aan / uit werkt zoals verwacht; als de temperatuur boven het instelpunt ligt, wordt de uitgang uitgeschakeld, en als de temperatuur onder het instelpunt ligt, wordt deze ingeschakeld.

ABB schakelactor met 20A C-Load voor aan / uit regeling van verwarmingsbelastingen.

Om te voorkomen dat de uitgang schommelt tussen aan en uit op het instelpunt, hebben de meeste regelaars een hystereseparameter. Dit werkt door een bovenste en onderste offset in te stellen, normaal gesproken 1 graad, vanaf het instelpunt. Zodra de bovengrens is overschreden, wordt de uitgang pas ingeschakeld als de temperatuur onder de ondergrens is gedaald. Hoewel dit noodzakelijk is, zal dit leiden tot meer over- en onder schieten van de temperatuur, dus dit controletype moet met aandacht worden gebruikt.

Het nieuwe Zennio Square TMD Display ondersteunt alle drie soorten regelingen

KNX-verwarmingsmodi

Er zijn vier modi die worden gebruikt in KNX voor regeling van verwarming en koeling: 
• Comfort 
• Stand-by 
• Nacht 
• Vorst

Deze modi veranderen de ingestelde temperatuur met een waarde van één byte (vaak het RTR-object genoemd). Bij sommige oudere apparaten zult u merken dat elke modus wordt geactiveerd via een één-bit-trigger en dat het apparaat in de laatst geactiveerde modus blijft.

Op sommige controllers is er een extra object voor een modusinstelling met een hogere prioriteit, die de normale werking opheft. Als u de modus instelt op Auto (0), wordt deze override gedeactiveerd en wordt de besturing teruggestuurd naar het standaard RTR-object, wat met name handig kan zijn wanneer u het huis in de standby-modus zet.

De Basalte Deseo is een voorbeeld van een touchpanel dat de huidige temperatuur laat zien, en waarmee ook de modus kan worden geselecteerd.

Deze modi spreken voor zich: comfort wordt gebruikt tijdens normale bezetting van het huis, terwijl nacht wordt gebruikt wanneer de bewoners van het gebouw slapen. In de Nachtmodus kan de temperatuur iets worden verlaagd, waardoor het huis efficiënt kan terugkeren naar de Comfort-modus. Stand-by (of Afwezig) -modus wordt gebruikt wanneer het gebouw niet bezet is; de temperatuur wordt verlaagd, maar kan nog relatief snel terugkeren naar de Comfort-modus als de bewoners terugkeren. De vorstmodus wordt gebruikt om het gebouw te beschermen als het lange tijd leeg staat. Het houdt het huis op een lagere maar gelijkmatige temperatuur om te voorkomen dat leidingen bevriezen.

Relatieve en absolute controle

Er zijn twee manieren waarop de temperatuur kan worden ingesteld voor de bovenstaande modi. Deze zijn relatief en absoluut.

Relatief gebruikt de comforttemperatuur als de master en gebruikt een terugvalcijfer om de waarden voor Nacht en Stand-by te berekenen en in te stellen. Hierdoor kan de gebruiker alle bovenstaande modi vanaf één temperatuur instellen. De Frost-modus heeft echter een ingestelde temperatuur die niet wordt aangepast wanneer de comforttemperatuur wordt gewijzigd.

Tabel met typische relatieve verwarmings- en koelingswaarden voor de verschillende modi
(de koelwaarden worden hieronder verder uitgelegd)

Met Absoluut kan de gebruiker voor elke modus een specifieke temperatuur instellen. Dit biedt een gemakkelijker te begrijpen scenario, maar in werkelijkheid resulteert het in een meer gecompliceerde gebruikersinterface, aangezien elke temperatuur moet worden gewijzigd, soms wel acht keer – eenmaal elk voor de vier modi, voor verwarming en voor koeling.

Tabel met typische absolute verwarmings- en koelingswaarden voor de verschillende modi.

Dode band

Welke optie ook wordt gekozen, een dode band moet worden overwogen. Zonder een dode band zou er een constante strijd zijn tussen verwarming en koeling voor elke lichte overshoot door een van beide. Als de temperatuur bijvoorbeeld zonder dode band is ingesteld op tweeëntwintig graden, zal de verwarming op temperatuur komen en zal de koeling worden geactiveerd zodra de kamertemperatuur boven dit instelpunt stijgt.

Als er geen dode band is, zal er een constante strijd zijn tussen het verwarmings- en koelsysteem.

In de koelmodus, met behulp van relatieve regeling, wordt er een waarde gegeven voor de dode zone en een voor de compensatie voor Stand-by en Nacht. Bij gebruik van absolute regeling is de dode band echter een specifieke waarde voor het instelpunt van de comfortmodus.

De ABB Busch priOn heeft een ingebouwde thermostaat en kan de modus wijzigen.

Timers

De gemakkelijkste manier voor een eindgebruiker om de ingestelde temperatuur te regelen, is via timers. Vaak zijn deze ingebouwd in thermostaten, maar er zijn een aantal manieren om de variërende modustijden eenvoudig aan te passen. Afhankelijk van de installatie kan een speciale verwarmingstimer vereist zijn, en er zijn DIN-rail-timers beschikbaar waarmee tijden kunnen worden ingesteld via een klein scherm, de bus of beide.

De Theben TR 648 Top2 RC KNX is een voorbeeld van een op DIN-rail monteerbare digitale schakelklok.

Er zijn ook een aantal kleine touchscreens die zullen werken als een speciale verwarming / koeling-timer om de eindgebruiker een centrale plaats van controle te geven. In veel gevallen zal er inderdaad al een apparaat in de installatie zijn dat een hoog niveau van logica en visualisatie biedt, waaraan de verwarming / koeltimers kunnen worden toegevoegd.

Daarnaast kun je in verschillende visualisatie pakketten ook timers plaatsen.

De Zennio Z41 is een voorbeeld van een touchscreen dat meerdere timers biedt om modi te activeren.

Tweetraps verwarming en koeling 

Met de meeste thermostaten kunt u een extra trap van verwarming en koeling of beide toevoegen. Tweetraps verwarming geeft een tweede warmtebron wanneer het even duurt voordat de primaire warmtebron de kamer vult. Dit kan vooral handig zijn wanneer de bewoners van het gebouw na afwezigheid terugkeren naar de Comfort-modus. Hoewel het in het VK zelden wordt gebruikt, is er een extra optie voor een tweede koelmodus voor vergelijkbare situaties in warmere klimaten.

Als de primaire verwarmingsbron, zoals vloerverwarming, even nodig heeft om op comfortwarmte te komen, kunnen radiatoren als secundaire bron worden gebruikt.

Net als bij de omschakeling tussen verwarmen en koelen, moet er een compensatie zijn voordat de extra trap van verwarmen of koelen kan worden geactiveerd. Deze eerbiediging kan in de parameters worden ingesteld zodra de extra trap is geactiveerd. Het verschil wordt meestal rond twee graden ingesteld, zodat als er een verschil is van twee graden, de bron voor extra verwarming of koeling wordt geactiveerd.

Vloerverwarming / koeling

UFH (Under Floor Heating = vloerverwarming) wordt de meest populaire verwarmingsbron bij het bouwen van nieuwbouw, aangezien het is bewezen dat het een van de meest comfortabele en efficiënte verwarmingssystemen is. Om maximaal comfort te bereiken en het meeste uit uw systeem te halen, moet de juiste bediening worden aangebracht en dit kan op een eenvoudige manier worden bereikt met KNX.

Zoals eerder besproken, zijn er een aantal KNX-thermostaten beschikbaar. Nadat u de thermostaat heeft geselecteerd en de parameters heeft ingesteld voor het type regeling dat u wilt en hoe de modi moeten werken, stuurt de thermostaat een vraag naar de verwarmingsbron. In dit artikel zal ik het proces van het gebruik van UFH als die bron bespreken.

Als u als KNX-professional alleen zorgdraagt voor de controlekant van de applicatie, moet er een duidelijk begrip zijn van waar de grens ligt tussen uw verantwoordelijkheden en die van de verwarmingsmonteur. In een ideale wereld zou het UFH-systeem volledig in bedrijf gesteld en bewezen moeten zijn voordat de KNX-integrator betrokken raakt bij enige vorm van controle. Maar zoals we allemaal weten, is dit vaak niet het geval, en als u de basisprincipes kent van hoe het UFH-systeem werkt, kan dit helpen bij het oplossen van problemen bij de inbedrijfstelling van het systeem.

Er zijn twee hoofdtypen UFH, namelijk elektrisch en hydraulisch. 

Hydraulische UFH

Bij hydraulische stroomt warm (of koud) water door leidingen en geeft warmte af aan de kamer, waarbij het warmtegehalte afhankelijk is van de diepte van de leidingen. Om een gelijkmatige warmteverdeling te behouden, moeten de leidingen in een spiraal lopen, zoals hieronder weergegeven.

De verkeerde (links) en correcte (juiste) manier om vloerverwarmingsbuizen te leggen.

Afhankelijk van de grootte van de vloer is het niet ongebruikelijk dat een kamer meer dan één spoel heeft. Voor een grote open woon- en eetkamer zijn bijvoorbeeld twee spoelen nodig. Evenzo kunnen twee kleine kamers samen, zoals een en-suite doucheruimte en een inloopkast, worden verwarmd met slechts één spoel.

Elke spoel is verbonden met een verdeelstuk en elke zone op het verdeelstuk wordt aangestuurd met een elektro-thermische actuator. Deze wordt vervolgens verbonden met een KNX-verdeler controller.

De Theben HM 12 T is een 12-voudige verwarmingsactuator waarmee twaalf 24V-240V AC thermische actoren in 4 groepen met elk 3 uitgangen en 450mA kunnen worden aangestuurd.

Afhankelijk van de gekozen controller is er vaak de mogelijkheid om twee zones op één kanaal aan te sluiten. Dit is vooral handig als er twee spoelen nodig zijn voor een grotere kamer. Bij het gebruik van hydraulische vloerverwarming moet ook rekening worden gehouden met ketelregeling.

De Theben HMT6 6-weg verwarmingsactuator in de linkerbovenhoek stuurt een hydraulische vloerverwarmingsverdeler aan.

Elektrische UFH

Er zijn twee soorten elektrische vloerverwarming. De meest voorkomende is wanneer een elektrisch verwarmingselement in een mat is geïntegreerd en onder de vloer wordt aangebracht. Dit komt meestal voor in badkamers en retrofit-toepassingen. Het tweede type, dat minder vaak voorkomt, is een kabel met een groot element die aan het wapeningrooster van de vloer wordt bevestigd voordat beton wordt gestort. Alle elementstaarten worden teruggebracht naar een centraal punt en aangestuurd met een relais van de juiste grootte, hoewel men er rekening mee moet houden dat deze grote belastingen zullen hebben. Hoewel elektrische UFH zeer responsief is, kan het duur zijn om te gebruiken.

Elektrische vloerverwarmingsmat (links) en betonstaalrooster voordat de elementkabel is bevestigd (rechts).

Overwegingen bij het beheersen van UFH

Er zijn drie overwegingen die u moet maken bij het regelen van vloerverwarming: 

1) Behoud van luchttemperatuur De meest gebruikelijke manier om vloerverwarming, aangehouden luchttemperatuur te regelen, neemt de vraag voor elke kamer van de KNX-thermostaat.

2) Handhaafde vloertemperatuur vaak gebruikt in badkamers en andere betegelde ruimtes, dit zorgt te allen tijde voor een minimale comforttemperatuur. Om dit te bereiken is een vloersonde nodig, ofwel gebruikt als ingang op de ruimteregelaar met een weging ten gunste van de vloer, ofwel als een aparte lus.

3) Uitschakeling bij oververhitting Dit wordt gebruikt met elektrische UFH of als een veiligheidsmechanisme voor bepaalde vloertypes, zoals delicate houtafwerkingen. De eenvoudigste manier om dit te bereiken, is door een vloersonde met een aparte thermostaat te installeren. Dit geeft een duidelijke definitie tussen de standaard thermostaat en de ‘over temperatuur’ override.

In alle gevallen wordt aanbevolen om een PI-commando te gebruiken dat in de meeste manifold-controllers zal worden omgezet in een PWM. Dit voorkomt onder- en overschrijding van de ingestelde kamertemperatuur. 

De uitgangen van de Gira verwarmingsactuator 6-voudig kunnen naar keuze met schakelen of pulsbreedtemodulatie (PWM) worden aangestuurd.

Andere Overwegingen

Er zijn een paar andere dingen waarmee u rekening moet houden bij het omgaan met UFH-regeling. 

• Bewaken van de watertemperatuur 
Bij hydraulische verwarming is het belangrijk om de temperatuur van het water dat wordt gebruikt om de vloer te verwarmen, te bewaken. Dit kan worden beheerd op het verdeelstuk of op de buis zelf. Afhankelijk van de specificatie kan er een variabele temperatuurklep zijn die moet worden aangestuurd.

• Controleer het waterdebiet 
Als u problemen ondervindt met de verwarmingsregeling, maar u er zeker van bent dat het KNX-aspect van de installatie soepel verloopt, zijn er enkele algemene controles die u kunt uitvoeren. Zo is het belangrijk om ervoor te zorgen dat het water niet te sterk door de klepkoppen wordt gepompt. Als het te snel is, zal het water ervoor zorgen dat het systeem inefficiënt werkt. Te traag, en de vloer zal zelden volledig opwarmen. Afhankelijk van de pijplengte moet het debiet worden ingesteld om een optimale warmteoverdracht naar de vloer te garanderen.

• Controleer de labels en maak foto’s en warmtebeelden. 
De uitgaande circuits van de verdeler moeten ook worden gecontroleerd, omdat ze vaak verkeerd zijn gelabeld. Dit kan ertoe leiden dat de ene kamer warmer is dan de andere, of in het ergste geval wordt een kamer helemaal niet verwarmd. Het is het beste om foto’s van de installatie te maken voordat de vloer wordt gelegd. Het kan ook een goed idee zijn om warmtebeeldtechnologie te gebruiken om te bepalen of het systeem efficiënt werkt.

Ketel aansturing

Koperen leidingen, waterdruk en boilers zijn grotendeels voorbehouden aan de loodgieter. Met ventilatieopeningen en manometers, aftapkleppen en secundaire stromen is het op het eerste gezicht een mysterie dat het beste uit de weg kan worden gegaan. 

Er worden niet voor niets specialisten ingezet om de ketels te installeren. We hebben behoefte aan warmte (of in ieder geval de controle erover), en meestal bieden we een potentiaalvrij contact met de loodgieter en dat is ons ‘vraag’-signaal. Dat geeft de klant echter niet per se een bijzonder efficiënt systeem, en in bepaalde gevallen, zoals vloerverwarming, kan het systeem hierdoor niet snel reageren of zich aanpassen aan de veranderende seizoenen of slecht weer.

Als we invloed kunnen uitoefenen op de keuze van de ketel, kunnen we de klant over het algemeen een energiezuiniger systeem bieden als de ketel:

a) Reageer op een 0-10V-vraag. 
b) De mogelijkheid hebben om een weerscompensatiekit te monteren. 
c) Of beter nog, houd u aan de OpenTherm standaard.

0-10V signaal

Door een signaal van 0-10V te gebruiken, kan de ketel zijn branders moduleren om de aanvoertemperatuur te variëren, wat leidt tot een hoger rendement. Bij condensatieketels moeten wij, of liever de loodgieter, ervoor zorgen dat de retourtemperatuur laag genoeg is om de ketel zo efficiënt mogelijk in condensatiemodus te laten werken. Dat onderwerp is een heel eigen artikel waard. De 0-10V betekent dat de ketel geen overtollige warmte produceert wanneer deze niet nodig is.

Door de vraag gestuurde regeling kan de ketel zijn branders moduleren, wat resulteert in een hoger rendement.

Weerscompensatie

Een andere variabele die een probleem kan zijn, is een plotselinge daling van de buitentemperatuur. Door een weerscompensatiekit te installeren, kan de ketel de aanvoertemperatuur naar boven aanpassen in overeenstemming met deze dalingen buiten, waardoor er meer warmte in het systeem komt om het warmteverlies dat het gebouw zal ondervinden tijdens een koude periode te compenseren.

Als geen van beide wordt gedaan bij de ketel, kunnen we vergelijkbare functionaliteit bieden via KNX-componenten, maar dit vereist een beetje logica en we maken mogelijk niet optimaal gebruik van de mogelijkheden van de ketel.

OpenTherm

OpenTherm (OT) is interessant en is KNX-compatibel. Het OpenTherm-protocol, dat internationaal wordt toegepast, stelt een kamerthermostaat of ander apparaat zoals een KNX-verwarmingsactuator in staat om de ketel te moduleren op basis van de vraag van de kamer of het systeem als geheel. Bovendien kunnen ketels worden ondervraagd op fouten, brandtijden, aanvoertemperatuurinstellingen en een groot aantal bedrijfsparameters die van waarde kunnen zijn bij gebruik in combinatie met een VPN (Virtual Private Network) op het datanetwerk, omdat dit nuttig kan zijn voor onderhoud.

Producten zoals de Theben KNX-OT-Box brengen deze berichten terug naar de KNX-backbone en bieden inderdaad de mogelijkheid om weerscompensatie-informatie rechtstreeks vanuit de bus naar de ketel te sturen.

De Theben KNX-OT-Box dient als interface tussen ketels met OT-bus en KNX.

Logische modules zijn niet duur, maar PI (Proportioneel Integraal) en PID (Proportioneel Integraal afgeleide) curves zijn niet inherent ingebed in de goedkopere eenheden. Het verkrijgen van dergelijke functionaliteit kost iets meer, dus de gemakkelijkste route naar het ketelrendement is normaal om de ketel de aanvoertemperatuur te laten moduleren. Er zijn producten zoals de Loxone Miniserver die u een formidabele programmeeromgeving geven om de controle over de technische ruimte over te nemen, maar het vereist enige programmeervaardigheid en een duidelijk begrip van het ontwerp van de technische ruimte.

Het begrijpen van het ontwerp van de technische ruimte zal de KNX-programmeur helpen om de efficiëntie van het verwarmingssysteem te maximaliseren.

Bron: KNX Control & knxtoday

Alles weten over KNX en de koppeling met HVAC?

Volg dan de online cursus, of stel je vraag hieronder.

  • KNX – HVAC specialist cursus

    99,95 Ex. BTW. Wanneer de op KNX gebaseerde gebouwautomatisering toegang heeft tot, of interactie heeft met HVAC-sy
    Klik en lees verder...Toevoegen aan winkelwagen