Mads Mysen er Seniorforsker ved SINTEF og Professor II ved Høyskolen i Oslo og Akershus hvor han underviser i Ventilasjonsteknikk, og Peter G. Schild. PhD, Senior Scientist SINTEF Buildings & Infrastructure / SINTEF Byggforsk

Behovsstyrt ventilasjon – Innregulering og overlevering

Riktig utført kan behovsstyring mer enn halvere energibruken til ventilasjon, men hvordan skal man innregulere og kontrollere at det er riktig utført behovsstyrt ventilasjon?

0

FoU-prosjektet «reDuCeVentilation – Reduced energy use in Educational buildings with robust Demand Controlled Ventilation» har sett pÃ¥ tiltak som bidrar til velfungerende og energioptimal ventilasjon. Resultatene blir presentert gjennom tre artikler. Denne artikkelen fokuserer pÃ¥ innregulering og overlevering, og har entreprenører som primær mÃ¥lgruppe, men ogsÃ¥ rÃ¥dgivere, eiendomsforvaltere og byggherrer vil kunne nyttiggjøre seg denne kunnskapen.

Innholdet er hentet fra veilederen «Behovsstyrt ventilasjon, DCV – Krav og overlevering,» som kan lastes ned fra www.sintef.no/Projectweb/reDuCeVentilation/.

VAV står for Variable Air Volume og omfatter alle ventilasjonssystemer hvor luftmengdene kan variere. Behovsstyrt ventilasjon eller DCV-system (Demand Controlled Ventilation) er ventilasjonssystemer der tilført ventilasjonsluftmengde reguleres automatisk ut fra målt behov på romnivå (Maripuu, 2009). Det vil si at behovsstyrt ventilasjon må ha sensorer som gir et kontinuerlig mål/signal på romluftens kvalitet, og dette signalet brukes til å styre luftmengden etter et kvalitetsmål.

Kun de VAV-systemene som regulerer luftmengden ut fra et samtidig sensormålt behov og ikke etter forhåndsdefinerte verdier, er betraktet som DCV i veilederen. Slike systemer blir betegnet som DCV-systemer med DCV-komponenter. 

1. INNREGULERING

Konstant-trykkregulert anlegg uten optimalisering
Figur 1 under viser tilluftsdelen av et enkelt, trykkstyrt ventilasjonsanlegg. Hensikten med innregulering av trykkstyrte anlegg er å:
• kontrollere plassering av trykkgiver
• sette riktig trykksettpunkt

En slik innregulering vil videre avsløre feilkoblinger og kommunikasjonsfeil. 

Innregulering av konstant-trykkregulerte anlegg skjer som følger:
• Kontroller at alle DCV-enheter har driftsspenning og ikke polaritetsfeil.
• Kontroller at trykkgiver er montert i et punkt med stabilt statisk trykk eller jevnt hastighetsprofil ved å traversere over kanaltverrsnittet med prandtlrør eller hetetrådsanemometer.
• Anta et trykksettpunkt som ligger litt høyere enn det nødvendige. Fastsetting kan gjøres ut fra trykkfallsberegning, eller erfaring.
Anlegg som er konsekvent oppbygd med DCV-soner, kan innreguleres på følgende forenklede måte:
• Legg inn prosjekterte maksimale og minimale luftmengde, Vmaks og Vmin, for hvert DCV-spjeld og sett spjeldene i AUTO-modus. Kontroller at alle DCV-spjeld får maksimal luftmengde, og les av åpningsgrad. Finn DCV-indeksspjeldet, som er DCV-spjeldet med størst åpningsgrad.
• Reduser trykksettpunktet ned til DCV-indeksspjeldet får maksimal luftmengde uten å strupe (maksimal åpningsgrad). Da har du funnet det energioptimale trykksettpunktet, som er det minste trykksettpunktet som gir riktige luftmengder ved dimensjonerende forhold.
• Gjennomfør belastningstest og fyll ut VAV-kontrollskjema (figur 4) etter innregulering, eller ved funksjonskontroll.

Utfylt VAV-kontrollskjema inngår i dokumentasjonen til ventilasjonsanlegget.


Figur 1
Tilluftsdelen av et enkelt, trykkstyrt ventilasjonsanlegg. VSD står for turtallsregulering (Variable Speed Drive).

Kombinerte anlegg med både DCV-spjeld og innreguleringsspjeld
Figur 2 viser tilluftsdelen av trykkstyrt ventilasjonsanlegg med både DCV og faste, manuelle innreguleringsspjeld (ikke volustat). En absolutt forutsetning for at dette fungerer, er at trykksensoren stabiliserer trykket foran alle faste manuelle innreguleringsspjeld. Dette er ivaretatt på figur 2 hvor man har egne grener med konsekvent bruk av faste innreguleringsspjeld, og det er ingen DCV-spjeld mellom trykksensor og de faste innreguleringsspjeldene.

Hvis dette derimot ikke er ivaretatt, vil selvfølgelig luftmengden over de faste manuelle innreguleringsspjeld variere, noe man kanskje kan aksepteres hvis dette er et «underordnet rom». Mye mer alvorlig er det at hele DCV-anlegget kan bli upresist og ustabilt. Det vil si at det hverken sikrer godt inneklima, eller er energioptimalt. Problemet er at rommene med innreguleringsspjeld tapper av trykket i anlegget, slik at trykkoppbyggingen ikke kommer tilbake til trykkgiver som skal styre vifteturtallet. Dermed fÃ¥r man ikke den ønskede reguleringen av aggregatet. Slike anlegg vil sannsynligvis ikke bestÃ¥ belastningstesten (figur 4) og samsvarskontrollen før man setter inn DCV-spjeld med lik Vmaks og Vmin der hvor trykksensor og vifteregulering ikke sørger for stabilt statisk trykk.

Hensikten med innregulering av trykkstyrte anlegg er å:
• kontrollere plassering av trykkgiver
• sette riktig trykksettpunkt
• innregulere faste manuelle innreguleringsspjeld/-ventiler

Videre vil en slik innregulering avsløre polaritets- og kommunikasjonsfeil.


Figur 2
Prinsippskisse som viser tilluftsdelen av et kombinert konstant-trykkstyrt ventilasjonsanlegg. VSD står for turtallsregulering (Variable Speed Drive).

Innregulering av et konstant-trykkstyrt anlegg skjer som følger:
• Kontroller at alle DCV-er har driftsspenning og ikke polaritetsfeil.
• Anta et trykksettpunkt som ligger litt høyere enn det nødvendige. Fastsettingen kan gjøres ut fra trykkfallsberegning eller erfaring.
• Navngi grener og ventiler som ved vanlig innregulering. Begynn lengst ute i anlegget og nummerer deg innover.
• Åpne alle spjeld, både innreguleringsspjeld og DCV-spjeld. Det beste er å spesifisere at DCV-spjeldene har ferdigprogrammert innreguleringsprosedyre som åpner alle spjeld. DCV-ene bør låses i maksimal åpningsgrad, det vil si rundt 80 %. Alternativt må man simulere en situasjon hvor spjeldene blir bedt om mer luft enn de kan gi.
• Deaktiver automatikk, eller på annen måte lås spjeldposisjon og viftepådrag. Viftepådraget bør låses rundt dimensjonerende luftmengde.
• Ta orienterende målinger. Fyll ut VAV-kontrollskjema. Legg inn prosjekterte verdier, ha med både maksimal og minimal luftmengde for DCV-ventiler. Beregne forholdstall. Finn indeks-ventilen (den ventilen med lavest forholdstall).

Videre rekkefølge avhenger av hvilken type spjeld/ventil som er indeks. Hvis det er en manuell innreguleringsspjeld/-ventil som er indeks, blir framgangsmåten:
• Innreguler spjeldene mot hverandre ved hjelp av proporsjonalmetoden.
• Innreguler grenspjeldene mot hverandre – et grenspjeld og en ventil skal til slutt være fullt åpne.
• Juster trykksettpunktet ned til du får riktig luftmengde på indeksventilen.
• Kontroller DCV-ene, og noter luftmengder og åpningsgrad i VAV-kontrollskjema.

Hvis det er en DCV som er indeks, reduseres først trykksettpunktet ned til DCV-indeksventilen får maksimal luftmengde uten å strupe (maksimal åpningsgrad). Så innreguleres innreguleringsspjeldene mot hverandre og grenspjeldene mot hverandre. Begge -grenspjeldene må strupes for å få riktig luftmengde.

Til slutt programmeres riktig Vmaks og Vmin på hver DCV-enhet Automatikken aktiveres og DCV-enhetene settes i AUTO-modus. Fyll ut VAV-kontrollskjema etter innregulering eller ved funksjonskontroll. Utfylt VAV-kontrollskjema inngår i dokumentasjonen til ventilasjonsanlegget.

Innregulering av anlegg med spjeldoptimalisert styring
Innregulering av DCV-enheter i spjeldoptimaliserte systemer går ut på å programmere riktig Vmaks og Vmin på hver DCV-enhet. Dette kan gjøres over buss-systemet eller ved å koble en programmeringsenhet direkte på hver DCV-enhet. Ulike programmeringsenheter brukes av de ulike leverandørene. Innregulering av spjeldoptimaliserte anlegg kan kombineres med belastningstest.

Generell sjekkliste ved innregulering:
• Sjekk først at spjeldmotorer, romfølere/romregulator osv. har driftsspenning og ingen koblingsfeil (polaritetsfeil).
• Programmer alle DCV-enheter med Vmax og Vmin.
• Programmer DCV-spjeldene på avtrekk i forhold til samvirkende DCV-spjeld på tilluft.
Hvis ikke DCV-boksene gir forventet respons, sjekk polaritet på driftsspenning.


Figur 3
Prinsippskisse som viser tilluftsdelen av et spjeldoptimalisert ventilasjonsanlegg. Anlegget regulerer kontinuerlig slik at DCV-spjeldet langs kritisk vei (critical path) ikke struper. VSD står for turtallsregulering (Variable Speed Drive).

Innregulering av anlegg med aktive tilluftsventiler
Systemer med aktive tilluftsventiler er spjeldoptimaliserte, og har dermed egentlig samme prosedyre som beskrevet over. Innregulering av anlegg med aktive tilluftsventiler går ut på å programmere riktig Vmaks og Vmin på hver aktiv tilluftsventil. Dette kan gjøres over buss-systemet eller ved å koble en programmeringsenhet direkte på den aktive tilluftsventilen. Ulike programmeringsenheter brukes av de ulike leverandørene. På avtrekket brukes normalt DCV-spjeld som kobles mot en eller flere aktive tilluftsventiler. Innregulering av anlegg med aktive tilluftsventiler kan kombineres med belastningstest.

Generell sjekkliste ved innregulering:
• Sjekk først at aktive tilluftsventiler, romfølere/romregulator osv. har driftsspenning og ingen koblingsfeil (polaritetsfeil).
• Programmer alle aktive tilluftsventiler med Vmax og Vmin.
• Programmer DCV-spjeldene på avtrekk i forhold til samvirkende aktive tilluftsventiler.
Hvis ikke de aktive tilluftsventilene eller DCV-ene gir forventet respons, sjekk polaritet på driftsspenning.

2. BELASTNINGSTEST
Hvorfor belastningstest?

Driftsproblemer oppstår oftest ved maksimal eller ved minimal belastning. Vi anbefaler at innreguleringen avsluttes med en belastningstest, som er en kontroll av levert minimum og maksimum luftmengde til alle rom ved maksimal og minimal totalluftmengde for anlegget. Ved disse to anleggsbelastningene besøker man hver DCV-enhet og overstyrer styresignalet fra romføleren (for eksempel temperatur) for å tvinge DCV-enheten til henholdsvis maksimal og minimal luftmengde, og man dokumenterer både pådrag i %, luftmengde, og åpningsgrad. Åpningsgraden forteller om DCV-ene regulerer i et gunstig område (40 til 80 %) og om trykksettpunktet er innregulert. Dette betyr at det er totalt fire målinger per DCV-enhet. Et slikt kontrollregime er spesielt viktig for å kvalitetssikre funksjonen til DCV-anlegg med trykkregulering og begrenset kontrollmulighet fra SD-anlegget.

Samtidighet og tilstedeværelse
Hvis et ventilasjonssystem er dimensjonert for 100 % samtidighet, må alle DCV-enhetene kunne levere Vmax samtidig, og man kan gå i gang med test ved maksimal totalluftmengde. Imidlertid kan DCV-systemer være dimensjonert for en lavere maksimal samtidighet, for eksempel 65 % samtidighet. Dette kan funksjonstestes ved å tvangsstyre i to ulike soner, der rom i den ene sonen tvangsstyres til Vmax, mens rom i den andre sonen tvangsstyres til Vmin.

Samtidighet (s) er lik aggregatets luftmengde i prosent av et anlegg dimensjonert for 100 % samtidighet. Tilstedeværelse (t) er antall personer til stede som prosent av dimensjonerende maksimalt antall personer for et CAV-anlegg (anlegg med konstante luftmengder). Sammenhengen mellom samtidighet og tilstedeværelse, for et aggregat blir:

Hvordan oppnå ønsket samtidighet?
Ligning (2) kan brukes til å beregne hvor mange rom som må tvangsstyres til Vmax. Hvis aggregatet for eksempel er dimensjonert for 65 % samtidighet, og rommene er identiske med Vmin=30 m³/h og Vmax=100 m³/h, må du tvangsstyre 50 % av rommene til Vmax, fordi:

De øvrige 50 % av rommene tvangsstyres til Vmin. Etter at alle DCV-enhetene er kontrollert, bytter man mellom tvangsstyring til Vmax og Vmin i de to sonene slik at man til slutt har kontrollert at alle DCV-enhetene kan gi Vmax ved 65 % samtidighet.
En enklere framgangsmåte, hvor man unngår beregning, er å tvangsstyre 50 % av rommene til Vmax og lese av totalluftmengden i aggregatet. Hvis denne luftmengden avviker fra 65 % samtidighet, må du justere antallet rom som er tvangsstyrt til Vmax inntil aggregatluftmengden lander på ønsket verdi.

Et spesielt kontrollskjema er laget til VAV-kontrollmåling (figur 4). Dette skjemaet dokumenterer at VAV-anlegg og DCV-anlegg er innregulert og velfungerende. Det er dette skjemaet vi anbefaler å bruke som sluttattesten i innreguleringsprotokollen for VAV og DCV-anlegg.


Figur 4
VAV-kontrollskjema er et egnet innreguleringsskjema for DCV-anlegg. Det brukes for å kontrollere DCV-anlegget etter innregulering og er sluttattesten i innreguleringsprotokollen.

Framgangsmåte for belastningstesten
TRINN 1: Maksimal samtidighet og luftmengde i bygget
Trinn 1 er en test av DCV-systemets funksjon ved den maksimale luftmengden (det vil si maksimale samtidighet) som ventilasjonsaggregatet er dimensjonert for.

Arbeidstrinn:
a) Tvangsstyr DCV-enhetene i en del av bygningen til Vmax, slik at aggregatets luftmengde økes til dimensjonert verdi, mens DCV-enhetene i resten av bygningen er tvangsstyrt til Vmin.
b) I den delen av bygningen der rommene er tvangsstyrt til Vmax, gå fra rom til rom og kontroller om luftmengden gjennom DCV-enhetene (tilluft og avtrekk) er lik Vmax. Før måleverdiene i de rosa kolonnene («Max tilluft / avtrekk lokalt»).
c) Gjenta deretter kontrollen av de samme rommene, men tvangsstyr i stedet DCV-enheten til Vmin i ett rom om gangen, og kontroller at luftmengden faller til Vmin. Før måleverdiene i de blå kolonnene («Min tilluft/avtrekk lokalt»).
d) Nå gjentas trinn (a) til (c) for å kontrollere resten av rommene, det vil si rommene i den delen av bygningen som ikke ble tvangsstyrt til Vmax. For eksempel kan du i en tietasjes bygning med felles ventilasjonsanlegg bytte mellom å tvangsstyre de nederste fem etasjene og de øverste fem etasjene til Vmax.
e) Til slutt kan det være hensiktsmessig å måle vifteeffekten og beregne SFP ved maksimal luftmengde.

TRINN 2: Minimum luftmengde i bygningen
Trinn 2 er en test av DCV-systemets funksjon ved minimum luftmengde.

Arbeidstrinn:
a) Tvangsstyr alle DCV-enhetene i bygningen til Vmin.
b) Gå fra rom til rom og kontrollerer om luftmengden gjennom DCV-enhetene (tilluft og avtrekk) er lik Vmin. Før måleverdiene i de blå kolonnene («Min tilluft/avtrekk lokalt»).
c) Gjenta deretter kontrollen med DCV-enheten lik Vmax i ett rom om gangen, og kontroller at luftmengden når Vmax. Framgangsmåten tester funksjon ved for eksempel overtidsarbeid, og er en hard test for noen DCV-anlegg å klare. Før måleresultatene i de rosa kolonnene («Max tilluft/avtrekk lokalt»).
d) Til slutt kan det være hensiktsmessig å måle vifteeffekten og beregne SFP ved minimum luftmengde.

Hvorfor teste Vmin?
Mange vil lure på hvorfor det er nødvendig å teste Vmin, men det er viktig av følgende grunner:
• Vi tester Vmin for å sjekke at Vmin er innenfor måleområdet for DCV-enheten.
• Testen med Vmin i alle rom bortsett for ett rom med Vmax bekrefter at personene i det ene rommet faktisk får den luften de trenger ved for eksempel overtidsarbeid.
• Vi tester Vmin for å bekrefte lav SFP-verdi utenom normalbrukstid (natten/helgen).

Hvordan tvangsstyre alle DCV enhetene i bygningen til Vmax/Vmin?
• Et godt alternativ er å overstyre romregulatoren (endre settpunkt på temperaturfører/CO2 -føler). Ofte er det bare temperatursignalet som skal endres da denne overstyrer CO2 signalet. Styringen kan ofte gjøres sentralt via SD-anlegget. Husk å stille settpunktet tilbake etter testen!
• DCV-undersentraler kan ha mulighet til å tvangsstyre alle tilkoblede DCV-enheter. Dette er raskt og effektivt, men erfaring viser at funksjonen kan være lite tilgjengelig hvis den ikke er etterspurt i anbuds-/innkjøpsfasen.

Hvordan tvangsstyre enkelte rom for testing av Vmax/Vmin?
• Alternativ 1: For bygninger med SD-anlegg kan DCV-enheter tvangsstyres til Vmax ved å endre settpunkt på romtemperatur til for eksempel 10 °C eller CO2 til 100 ppm. Likedan kan du tvangsstyre til Vmin ved å endre settpunkt på CO2 til 10 000 ppm og/eller romtemperatur til 30 °C. Fordelen med dette alternativet er at man da også kontrollerer integriteten til romfølerens signalkabel.
• Alternativ 2: Ellers kan man bruke dedikert programvare til å tvangsstyre DCV-enhetene én etter én. Dette er spesielt tidsbesparende dersom alle DCV-enhetens buss-signaler er samlet i samme tavle.
• Alternativ 3: Bruk håndholdt dedikert programmeringsenhet for å stille Vmin lik Vmax eller motsatt. Dette alternativet er ikke å foretrekke, da man kan glemme å stille Vmin eller Vmax tilbake.

Hvordan måle luftmengden?
Det er flere aktuelle metoder for luftmengdemåling knyttet til dokumentasjon av maksimal og minimal belastning:
• Alternativ 1: Lese av luftmengden som registreres med DCV-enhetens egen målestasjon for luftmengde (avlesning via SD-anlegget e.l.). Metoden er rask, men forutsetter at DCV-enhetens målestasjon er nøyaktig. Metoden anbefales for nyere modeller av DCV-enheter med gunstig plassering (overholder leverandørens minstekrav til rett strekk kanal både før og etter DCV-enheten). Metoden er usikker for eldre modeller som ikke ble individuelt kalibrert på fabrikk.
• Alternativ 2: Bruke fellesnordiske målemetoder (Johansson og Svensson, 2007), for eksempel å måle luftmengde direkte med måletrakt eller med trykkgiver og k-faktor over ventilen, eller prandtlrør i grenkanal.

Stikkprøving under belastningstest
Erfaring har vist at entreprenør må kontrollere samtlige DCV-enheter med alle ovennevnte kombinasjoner av tvangsstyring for å kunne garantere et feilfritt system ved overlevering. Men ved tredjepartskontroll er det akseptabelt å ta stikkprøver. Standardene NS-EN 12599 Annex C (NS-EN 12599:2012) og NS-EN 14134 (NS-EN 14134:2004) gir retningslinjer for antall stikkprøver avhengig av totalt antall DCV-enheter. Ulempen med disse stikkprøvemetodene er at de er ikke veldig godt statistiskt begrunnet.

En godt begrunnet og enklere metode (zero acceptance number sampling) er å teste 28 DCV-enheter, uansett bygningsstørrelse. Dette garanterer at mindre enn 10% av DCV-enhetene er feil i en bygning (og i gjennomsnitt mindre enn 1%).

Automatisert belastningstest
Det er svært tidkrevende å tvangsstyre DCV-enhetene i en belastningstest. Man bør derfor tilstrebe å automatisere belastningstesten helt ved å programmere den i undersentralen eller toppsystemet. Slik automatisert test har flere fordeler:
• man får en komplett test (ikke stikkprøver) med alle kombinasjonene av tvangsstyring.
• kostnadene blir vesentlig redusert
• testen kan gjentas etter behov.

Testen bør gjentas etter ombygging og for å kontrollere anleggets funksjon rutinemessig i driftsfasen, for eksempel en gang hvert år.

————–

Sammendrag:
Alle trykkstyrte anlegg må innreguleres for å kontrollere plassering av trykkføler og sette riktig trykksettpunkt. Kombinerte anlegg, som har både DCV-spjeld og faste manuelle innreguleringsspjeld, må innreguleres etter proporsjonalmetoden.
           
Vi anbefaler at innreguleringen avsluttes med en belastningstest, som er en kontroll av levert minimum og maksimum luftmengde til alle rom ved maksimal og minimal totalluftmengde for anlegget. Denne gjennomgangen dokumenteres med VAV-kontrollskjema.
 
Utfylt VAV-kontrollskjema blir sluttdokumentet i innreguleringsprotokollen for VAV-anlegg.
FoU-prosjektet reDuCeVentilation (Reduced energy use in Educational buildings with robust Demand Controlled Ventilation, 2009 – 2013) skal bidra til velfungerende og energioptimal behovsstyrt ventilasjon i undervisningsbygg. Prosjektet og resultatene er presentert  på: www.sintef.no/Projectweb/reDuCeVentilation/
 
Prosjektet er finansiert av Norges forskningsråd, VKE, Skanska, Undervisningbygg Oslo KF, Optosense, Micro Matic Norge, Swegon og TROX Auranor Norge.

Om forfatterene:
Mads Mysen er Seniorforsker ved SINTEF og Professor II ved Høyskolen i Oslo og Akershus hvor han underviser i Ventilasjonsteknikk.

Peter G. Schild.  PhD, Senior Scientist SINTEF Buildings & Infrastructure / SINTEF Byggforsk