Golvvärme Fenix

Reglering av värmeeffekten

Utbudet hittar du i kategorin elektrisk golvvärme – värmemattor, värmekablar och termostater.

För att styra effekten i elektriska värmesystem, till exempel golvvärme Fenix,, används tvålägesreglering. Den bygger på att eltillförseln till värmekretsen bryts respektive återupptas när det gränsvärde som ställts in på regulatorn uppnås.

Värmeytan delas i de flesta fall in i vistelsezoner och randzoner med olika yttemperatur på golvet. Då måste varje värmekrets regleras separat. Utrustningen som sköter regleringen är i regel betydligt mer tillförlitlig i effektdelen än ändorganen i ett vattenburet system (ställdon med reglerventiler).

Vid val av lämplig reglerutrustning bör man ta hänsyn till:

• om värmesystemet, vare sig det gäller golvvärme Fenix eller något annat, fungerar som kompletterande eller som huvudsaklig värmekälla;

• systemets driftläge (ackumulerande, direktverkande);

• typ av byggnad;

• användarens krav.

Den mest exakta regleringen får man genom att montera separata regulatorer i varje rum. Man använder elektroniska termostater som vanligtvis har funktion för nattsänkning, där sänkningens storlek antingen är fast eller kan ställas in av användaren. Termostaterna kan kompletteras med ett kopplingsur med tidsprogram; modernare produkter har tidsfunktionen inbyggd. Urvalet av styrkomponenter är brett – från enkla analoga till kompletta digitala styrenheter med olika smarta funktioner.

Reglering efter rumstemperaturen

Det här är det grundläggande sättet att styra effekten i all elektrisk golvvärme, till exempel golvvärme Fenix, som dimensionerats som huvudsaklig värmekälla. Man använder en termostat med både golvgivare och givare för rumsluftens temperatur.

Golvgivaren byggs in i samma plan som värmekabeln, helst mitt i ytan där diagonalerna korsas, men minst 0,5 m från kanten, parallellt med värmeledarna så att de inte korsar varandra. För att givaren ska kunna bytas ut läggs den i ett metallrör vars ände tätas.

Luftgivaren är antingen inbyggd direkt i termostatens dosa i det uppvärmda rummet, eller så är den extern och sitter på väggen. Den placeras ungefär 1 200 till 1 500 mm över golvet så att den ger en så rättvisande bild som möjligt av den verkliga temperaturen. Den får inte skymmas av möbler eller utsättas för drag eller för värmetillskott från inre eller yttre källor. Termostater med extern temperaturgivare passar bra i byggnader där man vill hindra obehöriga från att ändra inställningarna (till exempel skolor, hotell, offentliga byggnader och liknande). De monteras i elcentralen.

Varje termostat som reglerar golvtemperaturen måste ha en golvtemperaturbegränsare som skyddar värmeelementen mot en oönskad temperaturhöjning i värmekabelns plan. Den sitter i en kopplingsdosa i väggen. Den fungerar så att systemet stängs av när maximal temperatur i värmeplanet uppnås.

Önskad lufttemperatur i det uppvärmda rummet och golvets maximala yttemperatur ställs in på termostaten. Reglerutrustningen håller lufttemperaturen på det inställda värdet genom att reglera golvtemperaturen. När det inställda värdet för lufttemperaturen eller golvtemperaturen uppnås bryts eltillförseln till kretsen.

Reglering efter utetemperaturen

Den här metoden passar i rum med stora glasytor, där rumstermostaten reagerar för sent på värmetillskottet från solinstrålningen och systemets värmetröghet leder till övertemperatur. I så fall placeras utetemperaturgivaren på sydfasaden; reglerutrustningen känner då av solinstrålningen i god tid och sänker golvtemperaturen i förväg.

Reglering till konstant värde

I rum där det finns värmetillskott eller där det grundläggande värmebehovet täcks av ett annat värmesystem kan golvvärmen, vare sig det är golvvärme Fenix eller någon annan, dimensioneras som kompletterande källa för att ge en behaglig golvtemperatur (kök, korridorer, hallar, badrum). För att reglera effekten används en termostat med temperaturgivare inbyggd i värmekabelns plan, och golvtemperaturen hålls på ett konstant värde. Temperaturgivaren ligger i ett metallrör i nivå med värmeelementen, parallellt med dem så att de inte korsar varandra.

Reglering av värmeeffekten i ackumulerande golvvärme

Vid ackumulerande drift finns en tidsförskjutning mellan fasen då energin tas ut och omvandlas till värme och fasen då värmen avges till rummet. Urladdningen av systemet sker dessutom spontant och går knappast att påverka med reglerutrustning. Därför är effektregleringen mer krävande än vid direktverkande drift, och den termiska komforten är inte alltid optimal. En lämplig lösning är att komplettera den grundläggande golvvärmen, till exempel golvvärme Fenix, med ett dynamiskt system (elektriska konvektorer, radiatorer, direktverkande värme i randzonen).

För att reglera effekten används utetemperaturkompenserad reglering, som styr uppladdningen av systemet utifrån utetemperaturen och restvärmen i golvet. Regulatorerna har samtidigt en golvtemperaturbegränsare som skyddar värmeelementen mot att den tillåtna temperaturen i värmekabelns plan överskrids. För golvgivarens placering gäller samma principer som för det direktverkande systemet. Utetemperaturgivaren monteras på byggnadens norrsida, på en plats som är skyddad mot solstrålning, cirka 2 till 3 m över marken. Givaren sätts i en installationsdosa. För att värmesystemet ska anpassa sig bättre till byggnadens värmetröghet kan den fällas in i ytterväggens murverk (puts).

Uppladdningen kan styras manuellt eller automatiskt. Vid manuell styrning måste olika parametrar ställas in för hand efter vädret och tiden för energiuttaget. Vid automatisk styrning har regulatorerna en inbyggd funktion som justerar laddningskurvorna och på egen hand anpassar laddningens start, sänkningstiden och urladdningstiden efter det aktuella vädret. Det kan handla om framåtstyrning eller bakåtstyrning. Vid framåtstyrning får systemet order om att ladda från lågtariffens början och under den tid som behövs. Vid bakåtstyrning räknas den nödvändiga laddningstiden inom lågtarifftiden bakåt från den tidpunkt då lågtariffen upphör. Framåtstyrning passar när laddningstiderna är lika långa eller när laddningsperiodernas början och slut är oregelbundna i tiden. Bakåtstyrning kan väljas i övriga fall.

Den nya generationens regulatorer arbetar enligt principen fuzzy logic. Den inställda temperaturen för till- och frånslag av systemet kan röra sig inom ett visst intervall. Regulatorn kan till exempel känna igen en tillfällig temperatursänkning på grund av ett öppet fönster och bedöma om den kompenseras av värmen som lagrats i golvet. Den äldre generationens regulatorer styr värmeeffekten genom att slå till och från eltillförseln till kretsen när det inställda temperaturvärdet uppnås, så vid kortvariga svängningar kan det omväxlande bli för varmt.

Styrning med signal från rundstyrning (HDO)

Uttaget av el från elnätet är inte jämnt fördelat över dygnet – det förekommer både effekttoppar och perioder med överskott av energi. Det beror på en rad faktorer som följer av människors vanor och av tekniska processer i industrin, och det påverkas av vädret (utetemperatur, molnighet och liknande). Ur ekonomisk synpunkt behöver man skapa förutsättningar för att distributionsanläggningar och kraftverk ska utnyttjas optimalt, det vill säga jämna ut energiuttaget så mycket som möjligt, men samtidigt se till att det inte uppstår förluster i produktionen och att kunderna inte behöver begränsas.

Energibolagen påverkar eluttaget dels med hjälp av pristariffer, som ingår i leveransvillkoren och skapar ett tryck på att använda energi utanför topplasttid, dels operativt med hjälp av rundstyrning. Rundstyrning gör det möjligt att på distans från driftcentralen koppla in eller blockera elektriska förbrukare beroende på de aktuella förhållandena i distributionsnätet (bild 5.39 och 5.40) . Tidigare styrdes bara ackumulerande förbrukare på det här sättet, men i dag omfattas förbrukare hos både små och stora kunder, till exempel ackumulerande varmvattenberedare i hushåll och industri, ackumulerande och direktverkande elvärme, värmepumpar, anläggningar för foderberedning i jordbruket, luftkonditionering, elektriska ugnar i industri och livsmedelsproduktion, vattenverkens pumpanläggningar, badanläggningar, bassänger och liknande.

Styrning av uttaget har en gynnsam inverkan på:

• lägre kostnader för inköp av energi,

• bättre utnyttjande av kraftverken och minimerade kostnader för elproduktion,

• ett effektivare utnyttjande av investeringarna i distributionsnätens anläggningar, eftersom fler ackumulerande och andra förbrukare kan anslutas.

Drift av elektrisk golvvärme

Driften av elektrisk golvvärme - golvvärme Fenix och andra system – beror på:

• driftläget,

• energibehovet,

• byggnaden.

Driftlägen för elektrisk golvvärme

Beroende på när elen tas ut från elnätet skiljer man mellan tre grundläggande driftlägen för elektrisk golvvärme:

• ackumulerande,

• halvackumulerande,

• direktverkande.

Golvvärme Fenix erbjuder golvuppbyggnader för vart och ett av driftlägena.

Ackumulerande drift av elektrisk golvvärme

Arbetscykeln för det här uppvärmningssättet är uppdelad i två etapper. I den första etappen (laddningstiden) tas el ut kontinuerligt från elnätet, omvandlas till värme och lagras i golvets ackumulerande massa. Det sker när elnätet är lågt belastat, oftast på natten, under 8 till 10 timmar (då lågtariffen gäller). I den andra etappen (urladdningstiden) är systemet blockerat. Den lagrade energin avges spontant till rummet, vilket åtföljs av att golvets yttemperatur gradvis sjunker.

Den begränsade laddningstiden leder till en högre installerad effekt, vilket ställer krav på en större elservis. Den höga anslutningseffekten gör det svårt att ansluta ett större antal kunder i områden där elnätet har låg kapacitet.

Ackumulerande värme ställer höga krav på golvkonstruktionen, tar av rummets fria takhöjd och ställer ökade krav på bjälklagets bärförmåga.

Systemets reglerbarhet är problematisk. Systemet kan inte reagera smidigt på plötsliga förändringar i driftförhållandena (temperaturändringar till följd av väderomslag eller värmetillskott). Det uppstår också problem med att säkerställa den termiska komforten på eftermiddagen när utetemperaturen sjunker, liksom under vår och höst. Med tanke på den stora värmetrögheten bör systemet väljas för massiva byggnader med jämn temperaturregim och utan stora glasytor.

Även om beskrivningen ovan inte är särskilt smickrande för det ackumulerande systemet har detta uppvärmningssätt en oersättlig roll som reglerande element när uttagen från elnäten ska jämnas ut. Så sent som för några år sedan fick ackumulerande uttag dessutom förmånligare priser och förtur när ansökningar om elvärme skulle godkännas.

Halvackumulerande drift av elektrisk golvvärme

Det här driftläget kan också beskrivas som ackumulerande drift med uppdelad laddningstid. Arbetscykeln består precis som vid ackumulerande drift av två etapper – en laddningsetapp och en urladdningsetapp. Laddningen kan delas upp på flera tidsperioder: det huvudsakliga eluttaget sker på natten, och vid behov – vilket inte alltid krävs – kan systemet laddas på även under dagen, främst på eftermiddagen. Det innebär också lägre krav på värmeisoleringen under värmekablarnas plan och på tjockleken hos golvkonstruktionens ackumulerande skikt. Tack vare den kortare tiden för energiuttag och möjligheten att ladda på minskar den installerade effekt som värmekällan behöver.

Jämfört med ackumulerande drift minskar investeringskostnaderna för golvkonstruktionen, värmekällan och elservisens storlek. Elnätet belastas inte av lika stötvisa uttag, och fler kunder kan anslutas till ett nät av given storlek i området. Systemet är lättare att reglera, vilket också ger energibesparingar i driften jämfört med föregående typ. Det passar i nybyggda hus som används hela dagen. Eftersom värmetrögheten fortfarande är förhållandevis stor är det svårt att säkerställa den termiska komforten under vår och höst.

Direktverkande drift av elektrisk golvvärme

Det här driftläget skiljer sig i grunden från de två föregående typerna. Värmekällan tar el från nätet efter behov under hela drifttiden, med undantag för den tid då systemet är blockerat, vilket är minst 2 timmar per dygn.

Systemet kännetecknas av en minimal tjocklek på det uppvärmda golvet, eftersom kravet på värmelagring bortfaller. Tvärtom är det önskvärt att öka systemets dynamik, vilket uppnås genom att värmekabelns plan läggs så nära under golvets ytskikt som möjligt. Om värmeelementen gjuts in i ett betongskikt har detta bara en täckande funktion. Den installerade effekten är nästan hälften så stor som vid ackumulerande drift, vilket också innebär en mindre elservis och att hälften så många fler kunder kan anslutas till elnätets givna kapacitet.

Tack vare golvkonstruktionens minimala tjocklek och möjligheten att lägga värmeytan även på ett befintligt golv utan omfattande rivningsarbeten kan systemet användas när värmesystemet renoveras. Jämfört med ackumulerande och halvackumulerande drift utmärker det sig genom kort uppvärmningstid (30 till 120 minuter beroende på golvbeläggning och betongskiktets tjocklek), bättre reglerbarhet och smidig reaktion på ändrade driftförhållanden, vilket innebär energibesparingar. Det är inte ett typiskt direktverkande system med omedelbar reaktion på regulatorns ingrepp. En viss värmetröghet, som bestäms av ytskiktets vikt per ytenhet, är lämplig för att överbrygga den tid då systemet är blockerat utan att den termiska komforten försämras.

Tack vare det tunnare golvet, den mindre elservisen, värmekällans lägre installerade effekt och den lägre statiska belastningen på bjälklagen är även investeringskostnaderna lägre än vid de övriga driftlägena.

Drift av elektrisk golvvärme i byggnader

Tack vare de olika driftlägena, den enkla regleringen av värmeeffekten (till/från) och möjligheten att använda välkända reglerstrategier används elektrisk golvvärme i många olika slags byggnader, för uppvärmning både inomhus och utomhus. Den kan användas i byggnader som används permanent, i byggnader som används tillfälligt eller som kompletterande värme.

Byggnader som används permanent

Elektrisk golvvärme som permanent värmekälla används i bostäder (småhus, flerbostadshus), sjukhus, förskolor, fritids- och kuranläggningar, fjällhotell och stugor. Värmesystemet dimensioneras som enda värmekälla och täcker det uppvärmda rummets hela värmeförlust. Det kan användas i direktverkande, ackumulerande och halvackumulerande drift – det beror på användarens krav, byggnadens förutsättningar och elnätets möjligheter att leverera den effekt som behövs på platsen. Kunden kan välja mellan många system; till exempel finns golvvärme Fenix.

För att värmesystemet ska fungera optimalt måste dess värmebeteende stämma överens med byggnadens. Den ackumulerande och den halvackumulerande varianten bör väljas för massiva, tunga byggnader med minimal yta av glasade konstruktioner. Den direktverkande varianten, som beroende på tidskonstanten reagerar dynamiskt på reglerutrustningens ingrepp, fungerar i byggnader med alla typer av klimatskal.

Det ackumulerande systemet kan, på grund av den begränsade tiden för energiuttag, få svårt att säkerställa den termiska komforten mot slutet av urladdningstiden, till exempel vid ett plötsligt väderomslag. Rummen används bäst direkt efter att laddningen har avslutats. Därför passar den här lösningen för byggnader som främst används på förmiddagen, eller i kombination med ett kompletterande konvektionssystem. Det halvackumulerande och det direktverkande systemet ger värmekomfort när byggnaden används hela dagen. När värmekällan ska bytas vid en renovering och man överväger elektrisk golvvärme framstår den direktverkande varianten som det mest rimliga och ofta enda alternativet.

Den termiska komforten säkerställs genom individuell effektreglering för varje uppvärmt rum. Vid direktverkande drift regleras lufttemperaturen till ett konstant värde eller efter utetemperaturen, vid ackumulerande och halvackumulerande drift uteslutande efter utetemperaturen. Regulatorn ser samtidigt till att golvets yttemperatur (i värmekabelns plan) inte överskrider de inställda värdena, som fastställs i hygienföreskrifterna utifrån typen av rum. För regleringen används termostater som sitter antingen direkt i rummet eller i elcentralen. Den äldre generationens termostater bryter respektive återupptar eltillförseln till systemet när något av de inställda värdena uppnås. För högre boendekomfort kompletteras de ofta med ett kopplingsur där värmen kan programmeras flera dagar framåt (vardagar, helger, lov). Den nya generationens termostater fungerar som smarta programmerbara enheter med inbyggd tidsfunktion. De styr luftens och golvets temperatur till optimala driftskostnader. De säkerställer den termiska komforten genom att bedöma temperaturgradienten i rummet och kan beräkna hur lång tid som behövs för att nå önskad temperatur.

Byggnader som används tillfälligt

Elektrisk golvvärme som tillfällig värmekälla har många användningsområden:

• I bostadsutrymmen som inte används regelbundet. Hit hör till exempel fritidshus, garage, hobbyrum och verkstäder i bostadshus och liknande. Under den tid då byggnaden eller utrymmet inte används får värmesystemet inte frysa, och när det tas i bruk måste rummet värmas upp snabbt. De kraven uppfylls av ett golvsystem i direktverkande utförande med minimal tidskonstant (elementen läggs direkt under ytskiktet). Med mer påkostad utrustning, där systemet styrs av en programmerbar regulator som kan starta det så att den termiska komforten är säkrad när byggnaden används, kan även de övriga driftlägena användas. Den möjligheten är mindre vanlig och kommer av ekonomiska skäl i fråga om utrymmet ska användas en längre tid efter att systemet har startats (fritidshus). En annan möjlighet är att slå på värmen via telefonen, så att det redan är varmt inomhus när man kommer fram. Värmeeffekten regleras på samma sätt som i byggnader som används permanent.

• I lokaler som inte är bostäder och som används tillfälligt. Hit kan man räkna kyrkor och andra helgedomar, arenor och läktare, där människor uppehåller sig en kort stund (1 till 2 h). Hela lokalen behöver inte värmas upp, utan bara en del av den. Som värmeelement kommer elektriska värmemattor och värmefolier i fråga, tack vare sin låga bygghöjd och enkla montering. De placeras på den nedre delen (värmen strålar mot benen) eller på ryggstödet (värmen strålar mot ryggen), under mattor eller klinker, under arbetsbord (värmer händerna) och liknande. Systemet regleras vanligtvis av en termostat med temperaturgivare i värmekabelns plan.

• I lokaler som inte är bostäder och som visserligen används regelbundet flera dagar i veckan, men där ett annat uppvärmningssätt vore oekonomiskt eller olämpligt. Till den här gruppen hör framför allt industrihallar, ouppvärmda lager, verkstäder och liknande. Människor vistas ofta här dygnet runt, men att värma upp så stora lokaler vore dels mycket krävande (stor takhöjd), dels oekonomiskt (reglering är nästan omöjlig – mycket spillvärme från maskinerna). Uppvärmningen löses då med värmeöar, det vill säga man värmer direkt de enskilda arbetsplatserna, de platser där människor vistas och hanteringsytorna. Även här passar värmemattor och värmefolier bra, eventuellt ett golvsystem i direktverkande drift. För regleringen används termostater med temperaturgivare i värmekabelns plan.

På marknaden finns flera golvvärmesystem, till exempel golvvärme Fenix.

Kompletterande värme

Elektrisk golvvärme, till exempel golvvärme Fenix, i direktverkande drift som kompletterande värmekälla väljs:

• för utrymmen med värmetillskott (hallar, korridorer, WC) för att ge en behaglig yttemperatur på golvet;

• för utrymmen där det grundläggande värmebehovet täcks av ett annat värmesystem och man inte vill ha ett kallt golv (kök, badrum);

• för att säkerställa den termiska komforten under vår och höst, när det huvudsakliga värmesystemet är avstängt.

Systemets drift styrs av en termostat med golvgivare. Värmeeffekten bestäms i dessa fall utifrån rummets användning, golvets uppbyggnad och kraven på systemets dynamik.

Källor:

Dusan Petras, Miroslav Kotrbaty: Uppvärmning av stora lokaler och hallbyggnader