Byggnads- automationens grunder System för värme ... - Siemens

Kompendium nr 1
www.siemens.se/sbt
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Byggnads-
automationens
grunder
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
System för värme, kyla, ventilation
17

Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Förord
Detta kompendium bygger på dokument 0-91916-en upprättat av Siemens Switzerland Ltd.
Referenser
• Recknagel Sprenger Schramek, ”Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik”
• ”Handbuch der Klimatechnik”, C.F. Müller Verlag
• Fachartikel ”Die Fläkt-Kennlinie”, Ing. Josef Lexis
• Buderus ”Handbuch für Heizungstechnik”
• ”Impulsprogramm Haustechnik”, Bundesamt für Kulturfragen, CH-Bern
Bearbetat och anpassat av Hans Lundin, Siemens AB BT, Utbildningscenter
Reviderat februari 2011
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Innehållsförteckning
1 Byggnadsteknik ......................................................................... 7
1.1 Inledning......................................................................................................7
Endast för utvärdering
1.2 Byggnadens skal ........................................................................................8
1.3 Teknisk utrustning i byggnader ................................................................9
1.3.1 Byggnadsautomation ..................................................................11
går ej att skriva ut
2 Fysikaliska principer................................................................ 13
2.1 Inledning....................................................................................................13
2.2 Värmelära ..................................................................................................14
2.2.1 Värmeutvidgning i fasta ämnen ..................................................18
2.2.2 Värmeutvidgning i vätskor ..........................................................21
2.2.3 Vatten .........................................................................................22
2.2.4 Värmeutvidgning hos gaser ........................................................28
2.2.5 Luft..............................................................................................31
2.2.6 Ämnenas entalpi .........................................................................33
2.2.6.1 Joule och Watt ............................................................................35
2.2.7 Värmeflöde .................................................................................36
2.2.8 Värmeledning..............................................................................36
2.2.9 Värmekonvektion ........................................................................38
2.2.10 Värmestrålning............................................................................42
2.2.11 Blandningslagen .........................................................................45
2.2.12 Tidskonstant vid värmeflöde .......................................................45
2.3 Flöde och tryck .........................................................................................47
2.3.1 Laminärt flöde .............................................................................47
2.3.2 Turbulent flöde............................................................................47
2.3.3 Hastighet och tryck .....................................................................49
2.4 Värmebalans .............................................................................................51
2.4.1 Människans värmehushållning ...................................................51
2.4.2 Komforttemperatur......................................................................53
3 Värmesystem............................................................................ 57
3.1 Exempel på värmesystem........................................................................57
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
1

2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2 System för vattenburen uppvärmning ....................................................58
3.2.1 Olje- och gaspannor....................................................................58
3.2.1.1 Panntyper....................................................................................58
3.2.1.2 Tappvarmvattenförsörjning via pannan.......................................58
Endast för utvärdering
3.2.1.3 Brännare .....................................................................................59
3.2.1.4 Atmosfäriska gasbrännare ..........................................................60
3.2.1.5 Vedgaspanna ..............................................................................61
går ej att skriva ut
3.2.1.6 Vedpanna med manuell matning ................................................61
3.2.1.7 Automatiska träflis- och sågspånspannor ...................................62
3.2.1.8 Pelletseldade pannor ..................................................................63
3.2.2 Koks- och koleldade pannor........................................................64
3.2.3 Användning av solenergi.............................................................64
3.2.3.1 Bivalent system för uppvärmning och varmvattenberedning ......65
3.2.3.2 Solfångaren som värmeavgivare ................................................65
3.2.3.3 Solvärmekretsen .........................................................................66
3.2.3.4 Ackumulatorn ..............................................................................66
3.2.3.5 Exempel på solvärmesystem ......................................................67
3.2.3.6 Nettovärmevärde efter förluster ..................................................68
3.2.4 Direktverkande el med värmeackumulering................................68
3.2.4.1 Ackumulator med fast massa......................................................68
3.2.4.2 Vattenackumulator ......................................................................69
3.2.5 Värmepumpar .............................................................................70
3.2.5.1 Vanliga värmesystem..................................................................70
3.2.5.2 Metoder för tillvaratagande av omgivningens energi ..................70
3.2.6 Kraftvärme...................................................................................70
3.2.6.1 Kraftvärmeapplikationer ..............................................................71
3.2.6.2 Bränsleceller ...............................................................................71
3.2.7 Fjärrvärme...................................................................................73
3.2.7.1 Värmekällor .................................................................................74
3.2.7.2 Distribution av fjärrvärme ............................................................74
3.2.7.3 Fjärrvärmecentral ........................................................................75
3.3 Huvudkomponenter ..................................................................................76
3.3.1 Pumpar........................................................................................76
3.3.1.1 Pump- och systemkarakteristik ...................................................76
3.3.2 Styrventiler ..................................................................................78
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.3.3 Injusteringsventiler......................................................................79
3.3.4 Säkerhetsutrustning....................................................................80
3.4 Distributionssystem för uppvärmning....................................................84
3.4.1 Självcirkulationssystem...............................................................84
Endast för utvärdering
3.4.2 Pumpsystem ...............................................................................84
3.5 Värmeavgivning i vattenburna värmesystem ........................................86
går ej att skriva ut
3.5.1 Radiatorer - konvektorer .............................................................86
3.5.1.1 Funktionsprincip..........................................................................86
3.5.1.2 Påverkan på värmeeffekten från en radiator ..............................86
3.5.2 Golvvärme ..................................................................................86
3.5.3 Takvärme....................................................................................88
3.6 Värmesystem med temperaturer över 100°C .........................................89
3.6.1 Hetvattenvärme ..........................................................................89
3.6.2 Ångvärme ...................................................................................89
3.7 Termoaktiva byggsystem.........................................................................90
4 Kylteknik ................................................................................... 92
4.1 Introduktion...............................................................................................92
4.2 Frikylning med vatten...............................................................................94
4.3 Mekanisk kylning ......................................................................................96
4.3.1 Kylmaskinens funktion ................................................................96
4.3.2 Fysiska tillståndsändringar .........................................................96
4.3.3 Köldmedier................................................................................101
4.3.4 Kylkretsen .................................................................................102
4.3.5 Absorptionskylning....................................................................105
4.3.5.1 Kombination av verksamma ämnen .........................................106
4.3.5.2 Användning...............................................................................107
5 Hydraulik i byggnader ........................................................... 108
5.1 Introduktion.............................................................................................108
5.2 Hydrauliska system ................................................................................109
5.2.1 Huvudkomponenter i ett hydrauliskt system .............................109
5.2.2 Olika hydrauliska kretsar ..........................................................110
5.3 Fördelare .................................................................................................113
5.3.1 De olika typerna av fördelare....................................................113
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3

4
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.3.1.1 Typ 1, utan huvudpump, förbrukare med blandningskretsar.....114
5.3.1.2 Typ 2, med huvudpump, förbrukare med 2-vägsventiler i
variabelflödes- eller injektionskretsar ........................................115
5.3.1.3 Typ 3, med huvudpump, förbrukare med 3-vägsventiler i
fördelnings- eller injektionskretsar.............................................116
Endast för utvärdering
5.3.1.4 Typ 4, med huvudpump, trycklös huvudfördelning i
variabelflödes- och blandningskretsar.......................................117
5.3.1.5 Flödesschemor över fördelare ..................................................118
går ej att skriva ut
5.4 Hydrauliska kretsar.................................................................................119
5.4.1 Kretsar med variabelflöde och konstantflöde ............................119
5.4.2 Styrning av flöde och temperatur ..............................................120
5.4.3 Variabelflödeskrets....................................................................121
5.4.4 Fördelningskrets........................................................................122
5.4.5 Blandningskrets.........................................................................123
5.4.5.1 Blandningskrets med returinblandning......................................124
5.4.6 Injektionskrets ...........................................................................125
5.4.6.1 Injektionskrets med 3-vägsventil ...............................................125
5.4.6.2 Injektionskrets med 2-vägsventil ...............................................126
5.5 kv-värde ...................................................................................................127
5.6 Ventilkarakteristik ...................................................................................128
5.7 Systemets karakteristik ..........................................................................129
6 Luftkonditioneringssystem....................................................131
6.1 Termdefinitioner (enligt DIN 1946).........................................................131
6.2 Ventilationsaggregat...............................................................................132
6.2.1 Ytterväggsgaller ........................................................................132
6.2.2 Spjäll .........................................................................................132
6.2.3 Luftfilter .....................................................................................133
6.2.3.1 Klassificering av filter ................................................................134
6.2.3.2 Tryckfall över luftfiltret ...............................................................135
6.2.3.3 Filtertyper ..................................................................................135
6.2.3.4 Fiberfilter (eller ”torra” filter) ......................................................136
6.2.3.5 Metallfilter..................................................................................137
6.2.3.6 Aktivt kolfilter .............................................................................138
6.2.3.7 Elektriska filter...........................................................................138
6.2.3.8 Automatiska filter.......................................................................139
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.4 Fläktar.......................................................................................140
6.2.4.1 Fläkt- och systemkarakteristik ..................................................141
6.2.5 Luftvärmare...............................................................................143
6.2.6 Kallvattenluftkylare....................................................................145
Endast för utvärdering
6.2.7 Direktexpanderande luftkylare (DX-kyla) ..................................145
6.2.8 Luftfuktare.................................................................................146
går ej att skriva ut
6.2.8.1 Förångningsluftfuktare ..............................................................146
6.2.8.2 Ångfuktare ................................................................................147
6.2.9 Avfuktning .................................................................................148
6.2.10 Återvinning................................................................................150
6.2.10.1 Typer av återvinning .................................................................150
6.2.11 Sorptiv kylning ..........................................................................153
6.2.12 Tilluftsdon .................................................................................154
6.3 Strategier för luftkonditionering............................................................154
6.3.1 Luftburna system ......................................................................156
6.3.1.1 Enkanalssystem utan efterbehandling......................................156
6.3.1.2 Enkanalssystem med efterbehandling......................................157
6.3.1.3 Tvåkanalssystem ......................................................................158
6.3.1.4 Variabelflödessystem (VAV) .....................................................159
6.3.2 Luft-/vattenburna system ..........................................................160
6.3.2.1 Undanträngande (deplacerande) luftföring ...............................160
6.3.2.2 Kyltak ........................................................................................161
6.3.2.3 Fan coil-apparater (fläktkonvektorer)........................................162
6.3.2.4 Fan coil-apparater med primärluft och induktionssystem .........163
6.3.2.5 Hydraulisk anslutning av fan coil- och induktionssystem..........165
6.4 Enhetsaggregat.......................................................................................167
6.4.1 Fönsteraggregat .......................................................................167
6.4.2 Konsolaggregat.........................................................................168
6.4.3 Skåpaggregat (rumsaggregat)..................................................169
6.4.4 Splitaggregat.............................................................................170
6.5 Bostadsventilation..................................................................................171
6.5.1 System för mekanisk bostadsventilation...................................171
7 Mät- och reglerteknik............................................................. 173
7.1 Introduktion.............................................................................................173
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
5

6
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
7.2 Mätning ....................................................................................................174
7.2.1 Mätelement ...............................................................................176
7.3 Styrning....................................................................................................177
7.3.1 Begrepp rörande styrning..........................................................177
Endast för utvärdering
7.4 Reglering..................................................................................................178
7.4.1 Begrepp kring reglering (enligt definitionen i DIN 19226) .........181
går ej att skriva ut
7.5 Byggnadsautomationssystem ...............................................................183
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Byggnadstyper
Inomhuskomfort
Byggnadsautomation
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
1 Byggnadsteknik
1.1 Inledning
När man ser ut över en stad märker man att den består av många olika typer av
byggnader. Det kan vara bostäder, kontorslokaler, skolor, teatrar, sportarenor, sjukhus
och fabriker.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 1-1 Stadsbild
Alla dessa byggnader har en sak gemensamt. De har byggts för att skydda användarna
från påverkan utifrån, för att ge säkerhet och trygghet inomhus samt för att säkerställa
behagligt inomhusklimat.
I industriländerna tillbringar de flesta människor cirka 95 procent av sina liv inomhus.
Därför är kvaliteten på inomhusmiljön väldigt viktig för vår hälsa och vårt välmående.
Man började inse vikten av en sund inomhusmiljö när antalet sjukdomsfall till följd av
sjuka hus ökade dramatiskt. Det finns många skäl till att man kan uppleva en
inomhusmiljö som mindre behaglig. Vissa kan mätas objektivt, men många av
problemen rör även individen och dennes sociala miljö.
De mätbara orsakerna till dålig inomhuskomfort omfattar dålig luftkvalitet, för hög eller
för låg rumstemperatur eller luftfuktighet, kalla eller varma omgivande ytor, drag,
olämplig belysning och buller.
Människans behov av en behaglig miljö stannar dock inte vid vår egen entrédörr eller
vid dörren till arbetsplatsen. Den stäcker sig även till shoppingcentra, utställningshallar,
sportarenor, gym, museer, teatrar – detta är platser där känslan av välbefinnande är
tätt knuten till upplevelsen av inomhuskomforten. Varje individs upplevelse av miljön i
en byggnad eller ett rum har en stor inverkan på känslan av välmående.
Ett effektivt byggnadsautomationssystem ligger till grund för goda
”byggnadsprestanda”, vilket kan definieras som ett harmoniskt samspel mellan
byggnadens arkitektur, tekniska system och inomhuskomfort.
Trots att de flesta processer har automatiserats är det mycket viktigt att ta hänsyn
individernas behov av personliga anpassningar vid konstruktion av
byggnadsautomationsssystem.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
7

Skydd mot omgivningen
Säkerhet
Energi
8
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
1.2 Byggnadens skal
Ur värme- och ventilationssynpunkt fungerar byggnadens skal som en buffert mellan
den kontrollerade inomhusmiljön och extern påverkan som utetemperatur, solstrålning,
vind, regn och snö.
Det är särskilt viktigt att ta hänsyn till de möjliga kombinationerna av extern påverkan
som vind och regn, solstrålning och höga temperaturer, eller solstrålning och låga
temperaturer.
Byggnadens skal måste konstrueras för att stå emot dessa typer av väderberoende
påverkan och hantera dem med hjälp av byggnadsteknik. Beroende på var byggnaden
finns kan skalet eventuellt behöva skydda mot buller från vägar, järnväg eller flygtrafik
och i vissa fall även mot buller från industrier.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 1-2 Extern och intern påverkan på en byggnad
De som bor i, eller använder, en byggnad vill också vara skyddade mot intrång och mot
att obehöriga tar sig in i fastigheten.
Brandskydd är en annan viktig funktion för byggnadens skal.
Dagens miljötänkande med krav på att energin för värmning eller kylning av en
byggnad ska användas på ett optimalt sätt, har lett till stora förbättringar av isoleringen
av byggnader, samt även till ett utnyttjande av värmeöverföring via byggnadens skal.
Trots att värmegenomgångskoefficienten (U-värdet) anger den specifika
värmeförlusten, beskriver den inte byggnadsskalets värmelagringsförmåga som, om
den utnyttjas på rätt sätt, utgör en viktig möjlighet till minskad energianvändning.
Ett exempel: I en kontors- eller skolbyggnad, som inte används under nattetid, kan den
svala nattluften användas för att kyla byggnadens skal inifrån, med hjälp av ventilation
(sommarnattkylning). Om det finns tillräckligt med värmelagrande massa kommer
byggnaden att vara behagligt sval även under de varmaste timmarna följande dag med
hjälp av kylåtervinning och persienner som skyddar mot direkt solstrålning, utan behov
av ytterligare kylutrustning.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

System för driftteknik
och teknisk utrustning
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
1.3 Teknisk utrustning i byggnader
Den tekniska utrustningen varierar beroende på typen av byggnad och dess
användning.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 1-3 Teknisk utrustning i en byggnad
Byggnader innehåller omfattande tekniska installationer som fortlöpande blir allt mer
avancerade. Termen byggnadsteknik eller standardbeteckningen (DIN) teknisk
utrustning i byggnader avser all permanent installerad teknisk utrustning, inuti och
utanför byggnaden, som är avsedd att säkerställa korrekt drift och allmän
användning av byggnaderna.
Termen teknisk utrustning i byggnader introducerades för att man ville undvika
sammanblandning med termen byggnadstekniska anläggningar som används vid
industriell bearbetning. Teknisk utrustning i byggnader omfattar i grunden följande
system och installationer:
• Värme- och ventilationssystem
• System för värmeåtervinning
• Kall- och varmvattensystem
• Rör- och kanalinstallationer
• Energiförsörjning och distribution
• Allmänbelysning
• Solskyddssystem
• Transportsystem för människor (hissar, rulltrappor)
• Automatiska dörrar och portar
• Skydds- och säkerhetssystem (brand, inbrottsskydd)
• Avfallshanteringsinstallationer för avlopp, rökgas, sopor etc.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
9

Funktioner hos värme-
och ventilationssystem
Värmeinstallationer
Ventilationsinstallationer
Luftkonditionering
Strategi som definieras av
energikostnader och
miljöpåverkan
10
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Allt större vikt läggs vid samverkan mellan olika system och deras inverkan på
varandra. Byggnaden och dess installationer betraktas inte längre som ett givet,
oföränderligt objekt, utan den anpassas dynamiskt till de olika behov som gäller för
byggnadens drift.
Endast för utvärdering
Beroende på värme- och ventilationssystemets syfte, kan dess funktioner delas in i två
underområden:
a. Komfortsystem avser alla installationer som automatiskt ska upprätthålla ett
inomhusklimat som får människor att uppleva miljön som behaglig och produktiv i
hem, kontor, skolor, sjukhus, restauranter, biografer, teatrar, badhus,
shoppingcentra m.m.
går ej att skriva ut
b. Processystem avser alla installationer som konstruerats för att skapa och
upprätthålla den särskilda inomhusmiljö som krävs för specifik produktion eller
lagring eller för särskilda mognadsprocesser.
Syftet med värmeinstallationer är att tillhandahålla en behaglig rumstemperatur under
hela uppvärmningssäsongen. Värmeinstallationen genererar media för uppvärmning
och även för tappvarmvatten. Värmeinstallationen i en byggnad omfattar
värmegenerering, värmedistribution och värmeavgivning.
Värmegenerering kan vara en mycket komplex del av värmeinstallationen. Vid sidan av
fjärrvärmecentraler och konventionella pannor för trä, gas, olja eller kol, genereras
värme också med värmepumpar, kraftvärmeverk, solenergi, eller kombinationer av
dessa värmeproducenter (bivalent värmegenerering).
Ventilationsinstallationer omfattar system för luftväxling, framför allt i lokaler som
fabriker, shoppingcentra, biografer, teatrar och restauranger, dvs. i byggnader där
luften förorenas väldigt snabbt. Förutom tillförseln av friskluft, måste tilluftstemperaturen
hållas på önskad nivå. Därför använder man luftvärmare eller luftkylare. Vanligast är
vattenburna luftvärmare, men ibland används elektricitet eller ånga.
Vårt välmående och vår produktivitet påverkas inte enbart av luftens temperatur, utan
även av luftens fuktinnehåll, renhet och friskhet, dvs. av inomhusförhållanden som i så
stor utsträckning som möjligt är anpassade till vår organism och våra sinnen. Ett
luftkonditioneringssystem kan påverka dessa faktorer. Luften konditioneras med hjälp
av luftrenare, luftvärmare, luftkylare och, eventuellt, luftfuktare. Dagens
luftkonditioneringsteknik omfattar allt från luftkonditioneringssystem för enskilda rum
och bostadshus, till de stora installationer som man exempelvis hittar i
kontorsbyggnader, köpcentra och flygplatser.
Det behöver inte längre vara dyrt att skapa en behaglig miljö i byggnader. System för
värmeåtervinning, solskydd och solenergi anses numera i det närmaste vara standard
inom byggnadstekniken.
Viktigt är att alla system alltid måste styras automatiskt efter behovet, för att
utnyttja den tillgängliga energin på bästa möjliga sätt.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Den intelligenta
byggnaden
1.3.1 Byggnadsautomation
Byggnadsautomationen måste uppfylla olika krav beroende på byggnadens syfte.
Följande tre huvudkrav finns:
1. Vårt behov av att uppleva inomhusmiljön som behaglig måste uppfyllas oberoende
av extern påverkan. Det innebär att byggnadens skal måste skräddarsys för
byggnadens avsedda användning.
2. Byggnadens skal måste skydda boende, användare och deras egendom mot brandeller
vattenskador, skador på utrustning eller attacker från tredje part.
3. Det ska vara möjligt att uppfylla dessa krav med acceptabla investeringskostnader
och minimala efterföljande kostnader för energi, drift, underhåll och belåning.
8
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
13
16
10
24
25
Fig. 1-4 Den intelligenta byggnaden
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
26
14
12
21
7
5
15
15
2
2
3 3
19
18
1 1
1 Belysningsstyrning (närvaro och tid) 2 Central larmbetjäningsenhet
3 Porttelefon, fjärrkontroll 4 Fönstersensorer
5 Rörelsedetektor inomhus 6 Rörelsedetektor utomhus
7 Vindgivare (t.ex. skydd av markiser) 8 Utomhussiren med blixtljus
9 Dörrkontakt 10 Styrt vägguttag
11 Regndetektor (t.ex. automatisk stängning av
takfönster)
12 Fuktsensor
13 Radiatorventil med ställdon 14 Solstyrda markiser
15 Reglering av rumstemperatur 16 Pannstyrning
17 Utetemperaturgivare 18 Solfångare
19 Styrning av jalusier och persienner 20 Infraröd fjärrkontroll
21 Central manöverenhet 22 Porttelefon med videokamera
23 TV för övervakning 24 Tidsstyrd ugn
25 Tidsstyrd diskmaskin 26 Tidsstyrd tvättmaskin
20
9
22
Kommunikation
Strömförsörjning
17
11
23
4
4
6
11

Projektering av teknisk
utrustning i byggnader
12
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Man behöver inte installera all tillgänglig teknisk utrustning i en byggnad. Det räcker att
använda en rimlig teknisk nivå, dvs. sådant som är relevant och som skyddar
byggnaden efter det enskilda behovet. Besluten tas vid projekteringen, då alla lokalt
rådande förhållanden beaktas och alla krav analyseras noggrant. Byggnadsteknik med
välplanerade koncept kräver konstruktörer med ett omfattande kunnande om de
grundläggande principerna för byggnadskonstruktion, värmelära, flödesmekanik samt
kemiska och miljömässiga påverkningar. Intelligent byggnadsteknik kräver intelligenta
konstruktörer.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Vill du veta mer?
Mer information inneklimatkrav finns i skriften
”R1 – Riktlinjer för inneklimatkrav”, Lars Ekberg, utgiven av VVS Tekniska Föreningen
Mer information om krav på luftväxling finns i skriften
”Minimikrav på luftväxling – Tolkat av Håkan Enberg” utgiven av Svensk Byggtjänst
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

SI-enheter
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2 Fysikaliska principer
2.1 Inledning
Fysiken är ett brett område och i det här kapitlet beskrivs tillämpningen av
termodynamik (värmelära) och hydrodynamik (läran om vätskor) i värme- och
luftkonditioneringssystem. Dessutom behandlas värme- och luftkonditioneringssystem
med avseende på komfort. Vi börjar med en introduktion av termerna som används:
Endast för utvärdering
• Termodynamik: Läran om energi, speciellt värmens natur och dess omvandling till
andra energiformer och dess möjlighet att uträtta arbete.
Grunderna i värmeläran beskrivs i kapitel 2.2.
• Hydrodynamik: Läran om hydromekaniken som rör flödet av inkompressibla
material, dvs. huvudsakligen strömmande vätskor. Flöden med kraftiga variationer i
densiteten behandlas i gasdynamiken. Hos statiska vätskor finns en gräns där
hydrodynamiken reduceras till hydrostatik.
går ej att skriva ut
Namnet ”Système International d`Unités” (internationella enhetssystemet) och
förkortningen SI antogs av den 11:e Allmänna konferensen för massa och vikt år 1960.
SI-enheter består av sju grundenheter och härledda enheter med en enhetsfaktor.
Grundenhet SI-grundenhet
Benämning: Beteckning:
Längd meter m
Massa kilogram kg
Tid sekund s
Elektrisk ström Ampere A
Absolut temperatur och temperaturskillnad Kelvin K
Koncentration mol mol
Ljusstyrka candela cd
Härledda enheter formas genom att basenheterna multipliceras eller divideras. Det
samma gäller för symbolerna. Exempelvis är SI-enheten för hastighet: meter dividerat
med sekunder (m/s).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
13

Hur uppstår värme?
Tillståndsändring
Strålning
14
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2 Värmelära
Värme uppstår exempelvis när en rymdkapsel återinträder i jordens atmosfär med en
hastighet av närmare 40 000 km/h. 2 000-3 000°C alstras när luftens atomer krockar
med värmeskölden och orsakar svängningar i sköldens atomer. I det här fallet uppstår
värmen av friktionen som orsakas av kapselns förlust av rörelseenergi. I alla material,
oavsett om de har fast form, flytande form eller gasform, är atomerna eller molekylerna
alltid i rörelse, (Fig. 2-1). Detta är definitionen av värme, dvs. atomernas eller
molekylernas rörelser. Ju större rörelse, desto högre värme alstras. När vi mäter
temperaturen hos en substans, är det dessa rörelser vi mäter.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-1 Värme är friktion mellan atomer och molekyler i rörelse
Om ett metallstycke hålls över en låga stimuleras dess atomer termiskt. Atomerna
börjar svänga häftigt och metallen blir varmare. Metallen expanderar eftersom
atomernas svängningar reducerar deras ömsesidiga dragningskraft (bindningskraft).
Om upphettningen fortsätter så förlorar atomerna i metallen sin inbördes ordning.
Metallen smälter och enskilda atomer tränger dessutom ut genom ytan som ånga, eller
mer exakt, lämnar den fluidiserade ytan som gas.
Vi har nu lärt känna de tre termodynamiska tillstånden:
• fast form
• flytande form
• gasform
Medan atomerna och molekylerna oupphörligen stöter samman, äger ett annat förlopp
rum som uppfattas som värme. När atomerna krockar slungas enskilda elektroner, som
ständigt cirklar kring atomkärnan, tillfälligt bort från sin normala position till en bana som
ligger längre ut (Fig. 2-2). Det här tillståndet är dock instabilt och de återgår relativt
snabbt i små steg till sin normala bana. Eftersom ingen energi kan försvinna, avger de
lika mycket energi i form av elektromagnetisk strålning, som krävdes för att de skulle
slungas ut i den nya banan.
Om denna strålning träffar andra atomer eller molekyler, t.ex. på vår hud, ökar dessa
atomers eller molekylers rörelse, och vi upplever detta som värme. Denna strålning,
som uppstår till följd av värme och som genererar värme, kallas värmestrålning eller
infraröd strålning. Den är inte synlig för ögat. Via strålningen möjliggörs värmeövergång
utan en materialtransportör mellan värmekällan och den bestrålade kroppen. Det är
exempelvis så här strålningsenergi från solen överförs till jorden.
Alla varma material avger ständigt värmestrålning. Det gäller även för metallen som
värmdes och för lågan som användes för att värma den. När lågan avlägsnas blir
atomernas svängningar omedelbart svagare, temperaturen sjunker och
värmestrålningen minskar. På samma sätt som när lågan stimulerade metallen
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Värmelärans nollte
huvudsats
Värmelärans första
huvudsats
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
termiskt, stimulerar nu den uppvärmda metallen den svalare omgivningen, t.ex. den
omgivande luften och den tång som metallen hölls med. I den här processen minskar
metallens inre energi ända tills metallens temperatur är i jämvikt med den omgivande
temperaturen. Atomerna befinner sig dock inte i vila i det här läget utan svänger med
en energi som motsvarar temperaturen.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-2 Elektromagnetisk strålning genom elektronernas återgångsenergi
Om två system förs i kontakt med varandra kommer de att utbyta energi eller
materia tills de är i jämviktsläge.
Summan av all energi i ett slutet system är konstant. Energi kan inte gå förlorad
och inte uppstå ur intet, utan endast omvandlas till andra energiformer.
Kinetisk energi eller rörelseenergi är den mekaniska energin hos en kropp i rörelse.
Kärnenergi är den bindningsenergi som finns hos en atomkärna. Den frigörs eller
utnyttjas under en kärnreaktion. I kommersiella syften har man hittills enbart utnyttjat
den energi som frigörs vid kärnfissionsprocesser i kärnkraftverk. I en atomreaktor träffar
atompartiklar material som inte kan fissionera i mycket hög hastighet.
Elektromekanisk energi är mekanisk energi som genereras av elektricitet. I
värmemotorer genereras mekanisk eller elektrisk energi från värme.
Potentiell energi är den energi som en kropp eller partikel har till följd av dess position
i ett kraftfält eller till följd av dess samverkan med andra närliggande kroppar eller
partiklar. Potentiell energi finns exempelvis i en upplyft kropp, en fjäder som är spänd
eller i vattnet i en bergsdamm. Vattenkraft omvandlas till elkraft som i sin tur omvandlas
till elvärme eller kraft som driver motorer eller elbelysning.
Ljusenergi lagras som kemisk energi i atomerna och molekylerna hos organiska
ämnen. Denna energi kan frigöras i en förbränningsprocess som värme, ljus och kraft.
Värme uppstår under omvandlingsprocesser och är samtidigt en energiform.
Mekaniskt arbete kan omvandlas till värme. Återomvandling av värme till mekaniskt
arbete kan endast ske till en viss del. Det sker alltid förluster.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
15

Värmelärans andra
huvudsats
Värmelärans tredje
huvudsats
Temperatur
Celsius
Kelvin
16
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Alla värmeflödesprocesser förlöper alltid från det varmare till det kallare mediet.
Värme kan aldrig av sig självt förflyttas från en kropp med lägre temperatur till en
kropp med högre temperatur.
Endast för utvärdering
En varmare kropp stimulerar omedelbart termiskt en kallare kropp och förlorar
därigenom inre energi. Detta fastställer riktningen för alla värmeflöden. Den avkylning
som vi kan förnimma är aldrig en överföring av kyla utan alltid kroppens värmeförlust.
går ej att skriva ut
Alla processer upphör vid absoluta nollpunkten (0 K)
Storheten för värmeinnehållet är, vid sidan av tryck, densitet och specifik volym,
temperaturen. Atomernas oscillation i ett uppvärmt material visar att den lägsta
temperaturen, den absoluta nollpunkten, enbart kan nås om partikelrörelsen upphört,
dvs. när det inte längre sker någon oscillation alls.
Det är i praktiken omöjligt att nå denna punkt, eftersom en minimal värmemängd räcker
(t.ex. från behållaren eller till och med från termometern) för att förhindra att ämnets
temperatur sjunker tillräckligt lågt.
Den relativa temperaturskalan (Celsiusskalan) baseras på vattnets
temperaturberoende materialegenskaper (fryspunkt och kokpunkt).
Celsiusskalan utvecklades av den svenske astronomen och fysikern Anders Celsius
år 1742 (1701-1744). Enheten för relativa temperaturskalan är grader Celsius (°C).
Celsiusskalan används för att mäta temperaturnivåer.
Kalibreringspunkter: 0°C = vattnets fryspunkt
100°C = vattnets kokpunkt
vid ett standardlufttryck på 1,013 bar
Den absoluta temperaturskalan (Kelvinskalan) baseras på den absoluta nollpunkten
enligt Lord William Thomson Kelvin, brittisk fysiker (1824-1907). Absoluta nollpunkten
motsvarar -273,15°C. Enheten för absoluta temperaturskalan är Kelvin (K).
I jämförelse med Celsiusskalan är 0°C = 273,15 K och därmed
n K = 273,15 + n °C = absolut temperatur T i Kelvin.
Temperaturdifferenser ΔT anges också i Kelvin.
Temperatur kan mätas genom värmeutvidgningen hos fasta ämnen
(huvudsakligen metaller), värmeutvidgningen hos vätskor (t.ex. alkohol i en
termometer), eller genom ändringar i det elektriska motståndet.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Jämförelse och
omvandling mellan de
olika skalorna
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-3 Temperaturskalor
Nollpunkt: 0°C = 273,15 K = 32°F
Celsiusgrader till Kelvin: K = °C + 273,15
Celsiusgrader till Fahrenheit: °F = °C * 1,8 + 32
Exempel: 10°C = 283,15 K = 50°F
Temperaturnivåer betecknas med bokstaven t. Exempelvis: t =7°C.
När tiden ”t” förekommer i formler, beräkningar eller dokumentation finns risken för
förväxlingar mellan temperatur och tid. Då kan den grekiska bokstaven ϑ (”theta”)
användas för temperaturnivåer.
Om flera temperaturnivåer specificeras i samma objekt används indexsiffror/-bokstäver.
De är normalt de första bokstäverna i den relevanta termen:
Exempelvis: tR (rumstemperatur), tU (utomhustemperatur)
Olika temperaturer i ett rum, i en panna eller längs en yta numreras (Fig. 2-4).
Medeltemperaturen för ett antal temperaturer betecknas som tm
Temperaturdifferenser betecknas som ΔT i Kelvin.
t 1
t 5
t 2
t m
Fig. 2-4 Indexering av olika temperaturer i samma objekt
t 4
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
t 3
t 3
t 4
t 2
t 1
t F
t R
17

Värmeutvidgning
Linjär utvidgning
18
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.1 Värmeutvidgning i fasta ämnen
Alla ämnen, fasta, flytande och gasformiga, utvidgas när de värms upp. Hur mycket de
utvidgas varierar dock. Värmeutvidgningen sker med stor kraft. Därför måste
exempelvis broar glidlagras och vara försedda med töjbara fogar, så att de inte spricker
på vintern och förstör bärlagren på sommaren.
Inledningsvis görs en jämförelse av skillnaden i utvidgning vid uppvärmning av en ståloch
en kopparstav som båda är en meter långa:
Endast för utvärdering
Temperaturförändring Stål Koppar
går ej att skriva ut
-100°C till 0°C + 1,67 mm +2,65 mm
0 C till 100°C + 1,20 mm +1,65 mm
100 C till 200 C + 1,31 mm +1,73 mm
200°C till 300°C + 1,41 mm +1,77 mm
300°C till 400°C + 1,52 mm +1,92 mm
Värmeutvidgning hos stål och koppar
Olika ämnen utvidgas på olika sätt i enlighet med den linjära
utvidgningskoefficienten α.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Bimetall
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Koefficienten för linjär utvidgning är längdökningen hos en kropp då temperaturen
stiger 1 K. Utvidgningskoefficienten ökar vid stigande temperatur och därför används
fasta medelvärden i beräkningar.
Material α
[mm/K]
Material α
[mm/K]
Endast för utvärdering
Järn (Fe) 0,012 Platina (Pt) 0,009
Aluminium (Alu) 0,024 Koppar (Cu) 0,017
går ej att skriva ut
En radiator av stål med längden 5 m utvidgas därmed ca 0,6 mm per meter vid
uppvärmning med 50 K, dvs. ungefär 3 mm (Fig. 2-5). Det är en betydande utvidgning.
På vintern skulle radiatorn utvidgas så här mycket varje morgon om
uppvärmningssystemets framledningstemperatur stiger från 20°C till 70°C på bara
några minuter. Om radiatorn är helt infäst så att den inte har något spelrum, hörs
knäppningar när den ”insisterar” på att utvidgas. I system med instabil reglering där
radiatortemperaturen ständigt svänger kan knäppningarna höras hela dagen.
5003 mm 70°C
5000 mm 20°C
Fig. 2-5 Värmeutvidgning hos en radiator av stål
+ 3 mm /50°C
Ämnenas värmeutvidgning innebär inte enbart problem, de kan även utnyttjas tekniskt.
Bimetall består av två metaller med olika utvidgningskoefficient som pressas samman
till en enhet (Fig. 2-6). Vid uppvärmning böjs metallen (1), eftersom dess ena sida
utvidgas mer än den andra. Ju längre bimetallen är och ju högre temperaturen är, desto
kraftigare blir böjningen. En cirkel- eller spiralformad bimetall som förses med en visare
och korrekt skala, blir en bimetalltermometer (2). Om bimetallen utrustas med en
kontakt blir den en termostat, dvs. en temperaturberoende brytare (3-4).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
19

20
t
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Fig. 2-6 Bimetallens användningsområden
1 Arbetssätt hos bimetall
2 Bimetalltermometer
3 Termostat av bimetall
4 Termostat av bimetall med accelerationsmotstånd
Reglersystem med bimetall används ofta i tekniska applikationer: I enkla konstruktioner
som säkerhetsbrytare mot överhettning (t.ex. motorskydd) och i konstruktioner med
justerbara brytpunkter som termostater. Det temperaturkänsliga bimetallstycket kallas
en bimetallgivare.
Om ett bimetallstycke som är helt rakt vid exempelvis 20°C plötsligt utsätts för en
temperatur på 50°C, kommer det omedelbart att börja böjas. Böjningen avtar inte förrän
hela bimetallstycket värmts upp till 50°C. Vid identiska förhållanden är tidsåtgången
alltid den samma. Bimetallstycken lämpar sig därmed för tillverkning av termostater (4)
för processer som, beroende på applikationen, fördröjer eller accelererar till- eller
frånkoppling. Ett litet elektriskt uppvärmningsmotstånd kan användas för att värma upp
bimetallstycket och därigenom accelerera kopplingssekvensen.
Regulatorer med stavutvidgningsgivare är besläktade med temperaturregulatorer med
bimetallgivare. Röret och staven som används i denna konstruktion består också av två
metaller med olika utvidgningskoefficienter. Kopplingsfunktionen aktiveras av den
längddifferens som uppstår vid uppvärmning.
Stavutvidgningsgivare
t
1 2 3 4
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Termostater med stavutvidgningsgivare används i första hand som temperaturregulatorer
eller larm för vätska eller gas i beredare, pannor, rörledningar etc. Mediet kan
flöda runt givaren så att den snabbt får samma temperatur som mediet, medan
funktionsdelen är kvar utanför behållaren. Då är den lätt att komma åt och är skyddad
mot överhettning.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Volymutvidgning
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.2 Värmeutvidgning i vätskor
Den molekylära sammanhållningen i vätskor är mindre än hos fasta ämnen. Vätskor
utvidgar sig mer vid uppvärmning. Likt de fasta ämnena har de flytande ämnena
varierande utvidgningskoefficienter och utvidgas mer per K vid högre temperaturer än
vid lägre temperaturer.
Vid ett konstant tryck är symbolen för volymutvidgning för vätskor och gaser
β (Beta) [1/K].
Endast för utvärdering
Vätska β,10 -3 /K Vätska β,10 -3 /K
Bensin 1,20 Vatten (20-70°C) 0,20 till 0,59
Eldningsolja 0.7 Toluen 1,08
går ej att skriva ut
Värmeutvidgningen hos vätskor utnyttjas också för termometrar samt vid konstruktion
av temperaturberoende givare (Fig. 2-7).
Hos termometern (1), utvidgas vätskan i kulan vid uppvärmning och stiger i röret. Om
man vill mäta den exakta vätsketemperaturen, måste hela termometern inklusive röret
doppas i vätskan eftersom vätskan i röret också utvidgas.
1 2 3
Fig. 2-7 Vätskors värmeutvidgning
1 Termometer
2 Vätskeutvidgningstermostat
3 Självverkande styrventil
Termostater som har ett givarelement (bulb) för vätskeutvidgning är i princip
konstruerade på samma sätt (2). Givarelements kapillärrör, metallhölje och membran är
oljefyllda. När oljan värms och därmed utvidgas stiger membranet och aktiverar
kopplingsfunktionen.
Membranet kan aktivera en ventil istället för en elektrisk brytare.
Resultatet blir en självverkande styrventil (3).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
21

Volymändring
22
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.3 Vatten
Liksom alla vätskor ökar även vatten i volym. Medan övriga vätskor ökar sin volym från
respektive smältpunkt för varje K som temperaturen stiger, så minskar volymen hos
vatten från 0 till 4°C (vattnets anomali) och först därefter beter det sig som andra
vätskor, dvs. ökar i volym.
Endast för utvärdering
1 000 kg vatten
– 1°C cirka 1 090,0 liter
0°C 1 000,2 liter
2°C 1 000,1 liter
4°C 1 000,0 liter
10°C 1 000,4 liter
20°C 1 001,8 liter
30°C 1 004,4 liter
40°C 1 007.9 liter
50°C 1 012,1 liter
60°C 1 017,1 liter
70°C 1 022,8 liter
80°C 1 029,0 liter
90°C 1 035.9 liter
100°C 1 043,5 liter
Volymändring hos vatten som en funktion av temperaturen
går ej att skriva ut
Tabellen ovan visar även vattnets volymökning i ett värmesystem. Anta att det finns
1 000 liter vatten som är 20°C i en panna, rör och radiatorer. Anta även att systemet
ofta drivs med en vattentemperatur på 70°C under vintern.
Detta medför en volymökning på 21 liter.
Dessa 21 liter måste rymmas någonstans för att inte systemet ska brista. Därför har
alla vattenburna värmesystem ett expansionskärl.
När vatten ökar i volym, blir det lättare eftersom densiteten [kg/l] förändras.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Densitet
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Massans densitet har beteckningen ρ [rho], vilket är kvoten av en kropps massa och
volym. Densiteten är beroende av kroppens ämne och av trycket och temperaturen
(detta gäller särskilt gaser och vätskor).
SI-enheten för densitet är kg/l
Endast för utvärdering
Ämne Densitet kg/l
Guld 19.3
Uran 18.7
Bly 11.35
Järn 7,86
Aluminium 2,699
Sand (torr) 1,5-1,6
Betong 1,5-2,4
Vatten (vid 4ºC) 1,000
Vatten 0,9982
Is (vid 0ºC) 0,917
Trä (torrt) 0,4-0,8
Skummaterial 0,02-0,05
Densitet hos vissa fasta ämnen och vätskor i kg/l vid 20º
går ej att skriva ut
Vid 20°C väger 1 000 liter vatten cirka 1 000 kg och vid 90°C cirka 965 kg.
Stigkraften förändras när densiteten förändras, så ämnen med lägre densitet flyter
ovanför ämnen med högre densitet. Det betyder att varmt vatten alltid strävar uppåt och
skiktar sig över det kallare vattnet.
Denna skiktning kan vara mycket tydlig t.ex. när man badar i en sjö eller i havet.
Vintertid blir skiktningen omvänd med 4°C vatten vid sjöns botten och den kallare isen
på sjöns yta.
Fig. 2-8 Temperaturskiktning i en varmvattenberedare
I värmeanläggningar används det varma vattnets strävan uppåt för självcirkulation.
I pannor och varmvattenberedare strävar det uppvärmda (och utvidgade) vattnet så
snabbt efter att stiga att det enbart avger en liten del av sin värme till det omgivande
kalla vattnet (Fig. 2-8). Således samlas det varma vattnet upptill och tappas också av
därifrån. Det kalla vattnet strömmar till underifrån. Temperaturskiktningen är så stabil
att den knappast ens påverkas av virvlar från det tillströmmande kallvattnet.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
23

Temperaturskiktning
Sammanfattning
Vattnets anomali
24
Det varma vattnets egenskap att skiktas över det kallare ger även en del oönskade
effekter. I exempelvis bassänger går det inte att bara fylla på varmvatten genom ett
tillflöde uppifrån eller nedifrån. Det skulle med största sannolikhet leda till en
temperaturskiktning. I en bassäng med temperaturskiktning är det dessutom mycket
svårt att mäta en relevant vattentemperatur. För att undvika detta problem sprutas
filtrerat och värmt vatten in på flera ställen längs bassängbotten.
Det varma vattnets tendens att skiktas över kallt vatten är så stark att skiktning kan
finnas kvar över långa sträckor i rörledningar (Fig. 2-9). Detta måste beaktas vid
placering av temperaturgivare eller temperaturregulatorer i rörledningar.
t 1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-9 Temperaturskiktning i strömmande vatten i en rörledning
Vi har nu lärt oss att värme är svängningar hos atomer eller molekyler. Värme är en
energiform, och ämnets temperatur är ett mått på hur kraftiga svängningarna är hos
ämnets partiklar. Vi har dessutom sett att ökade svängningar
(= ökande temperatur) får ämnets struktur att bli lösare, att det expanderar, och att
fasta ämnen omvandlas till vätskor och vätskor till gas.
Vatten har högst densitet vid 4°C och ökar i volym både när värme tillförs och
avlägsnas. Vätskor minskar i volym när de stelnar (fryser) men vatten utvidgas med
1/11 av sin volym (Fig. 2-10). Därför bryts klippor, vägbeläggningar, husfasader,
rörledningar, radiatorer osv. sönder med stor kraft vid isbildning.
Fig. 2-10 Vattnets volymökning vid frysning
t 2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
t 1
t 2
V V
t m
+ 10°C 0°C - 10°C
1 11 V

Förångning
Kokpunkten
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Frysskador i värmesystem uppstår för det mesta i delar som är ur drift och inte har
tömts på media, eller när uppvärmningen sänks kraftigt under vintern.
I ventilationssystem blåser man vintertid uteluft med en låg temperatur genom
luftvärmare som värms med varmvatten. För att förhindra sönderfrysning installeras en
frysvakt som övervakar temperaturen i luftvärmaren.
Vi ska nu behandla vattnets aggregationstillstånd (fast-/flytande-/gasform) lite närmare.
Vi vet att vatten förångas. Detta har sin grund i molekylernas rörelser. Molekyler i
vätska svänger inte kring fasta punkter som de gör i fasta ämnen. På grund av detta
kan de molekyler som når vattenytan enkelt frigöra sig från den. Vissa av dem går
tillbaka ned i vattnet och resten ligger kvar som vattenånga i luften. Varje partikel som
slipper fri och transporteras bort av vinden för med sig sin förångningsvärme. När
denna process sker på vår hud, märks värmeförlusten från förångningen tydligt som en
avkylningseffekt.
Anta att vi har en halvfylld behållare med vatten som täcks över (Fig. 2-11). Eftersom
behållaren är övertäckt kan luften inte längre föra bort de förångade vattenmolekylerna.
Detta innebär att en blandning av vattenånga och luft bildas över vattenytan när fler och
fler vattenmolekyler förångas. En del vattenmolekyler återgår även till vattnet från
blandningen av luft och vattenånga. Fler vattenmolekyler lämnar vattenytan än vad som
återgår till den ända tills ett dynamiskt jämviktsläge nås, där antalet vattenmolekyler
som lämnar vattenytan är lika med antalet som återgår till vattnet. I det här läget säger
man att luften är mättad med vattenånga.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-11 Dynamiskt jämviktsläge i en sluten behållare med vatten
Om vattentemperaturen stiger kommer vattenmolekylernas svängningar att bli
kraftigare och fler kan frigöra sig från vattenytan. Återigen lämnar fler vattenmolekyler
vattenytan än vad som återgår tills ett nytt dynamiskt jämviktsläge nås. Ju mer
temperaturen ökar, desto större blir alltså andelen vattenånga i blandningen av luft och
ånga.
Om vattnet värms upp kraftigt bildas bubblor av het ånga i det. Vattnet kokar. Nu sker
ångbildningen inte längre enbart på vattenytan utan även i vattnet. Vi fortsätter att
värma upp behållaren så att mängden ånga ökar kontinuerligt (kokningen ökar trots att
vattentemperaturen förblir den samma). Slutligen har ett så högt tryck skapats i
behållaren att locket lyfts och en del av ångan kan strömma ut (Fig. 2-12). Man kan
även säga att ånga behöver större volym än vatten vid samma tryck.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
25

26
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-12 Vid samma tryck behöver ånga större volym än vatten
Vid normalt lufttryck kokar vatten vid 100°C, men vad menar man då med ”normalt
lufttryck”?
Definitionen säger att normalt lufttryck föreligger om luftens vikt vid havsytan är
101,325 N/m 2 (eller 101,3 kPa = 1,013 bar). Det betyder att en luftpelare med en
tvärsnittsyta på 1 m 2 som sträcker sig ut i rymden har denna vikt.
Koktemperaturen är beroende av trycket på vattnet. Ju högre trycket är på vattnet,
desto större måste alltså vattenmolekylernas svängningar vara, dvs. desto högre
temperatur krävs för att omvandla vatten i flytande form till ånga.
Det går därmed att dra slutsatsen att kokpunkten stiger när lufttrycket är högre än
normalt. Ett exempel: Vid 1,5 bar (ett övertryck på 0,5 bar), t.ex. i en tryckkokare, kokar
vatten vid cirka 110°C (Fig. 2-13).
1 bar
100°C
0,7 bar
90°C
0 m över ü. M. havsytan
3 000 m över havsytan
Fig. 2-13 Lufttrycket och vattnets kokpunkt beror på höjden över havsytan
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
1,5 bar
110°C

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Vattnets kokpunkt, dvs. den temperatur där vattnet övergår från fast form till ånga, är
beroende av trycket enligt nedanstående diagram (Fig. 2-14).
210
200
190
180
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
Temperatur (°C)
Fig. 2-14 Diagram över temperatur/tryck för mättad ånga
Vattentemperaturer över 100°C förekommer ofta i fjärrvärmesystem. Det betyder att
trycket i rörledningsnätet måste vara högre än 1 bar för att förhindra att vattnet kokar.
I nästa steg undersöks den energimängd som krävs för att omvandla is till vatten och
sedan till ånga. Relationen visas i diagrammet över temperatur/entalpi (Fig. 2-15).
t (°C)
115
100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Tryck
B C
-335 419
2257
Fig. 2-15 Diagram över temperatur/entalpi för vatten vid ett lufttryck på 1 013 mbar
För att värma en liter vatten från 0°C till 100°C, krävs 419 kJ (AB). Temperaturen
förblir inte konstant under processen. Sensibel (märkbar) värme överförs.
Vid 100°C börjar vattnet även att förångas internt och ånga bildas. Om värmetillförseln
nu skulle upphöra, sjunker vattentemperaturen direkt, den interna förångningen
avstannar och ångbildningen upphör.
För att omvandla en liter vatten helt till ånga måste värme tillföras tills det inte finns
något vatten kvar. För att uppnå detta krävs ytterligare 2 257 kJ, dvs. mer än fem
gånger den värmemängd som krävs för att värma vattnet från 0°C till 100°C (BC).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
28,3
10
0
A
0 419 2676 2704,3
h (kJ / kg)
D
(kPa)
(bar)
27

Sammanfattning
Sensibel värme
Latent värme
Entalpi
28
Temperaturen ligger konstant på 100°C under omvandlingen. Det innebär att ingen
sensibel värme överförs. Istället används den latenta (dolda) värmen från förångningen
för att omvandla vattnets tillstånd från vätska till gas, kallat latent förångningsvärme.
Eftersom energi inte kan försvinna, innehåller ett kilo ånga vid 100°C värmeenergin 419
+ 2 257 kJ = 2 676 kJ. Därför säger man att ångan har entalpin (värmeinnehållet) 2 676
kJ/kg.
För att omvandla ett kilo is vid 0°C till en liter vatten vid 0°C krävs 335 kJ.
Temperaturen förblir konstant även under den här omvandlingen. Ingen sensibel värme
överförs. Den värme som krävs för att omvandla fast vatten (is) till flytande vatten kallas
latent fusionsvärme.
Vattnets tillståndsförändring kan återges på flera olika sätt. Fig. 2-15 visar
temperaturberoendet för värmetillförseln vid konstant tryck. Områdena för sensibel och
latent värmeöverföring kan tydligt identifieras. Vattnets värmeinnehåll, dvs. dess
entalpi, ökar när värme tillförs.
De här förhållandena kan även illustreras genom diagram över tryck/temperatur eller
tryck/entalpi samt tabeller över vatten/ånga (Fig. 2-14).
Sensibel värme är den märkbara värme som tillförs ett ämne (t.ex. via en panna eller
en värmeväxlare). Sensibel värme kan mätas med en termometer.
Latent värme är den dolda värme som tillförs ett ämne för att dess tillstånd ska
förändras helt från fast till flytande eller från flytande till gas. Temperaturen ändras inte
under omvandlingen.
Entalpi är summan av sensibel och latent värme hos ett ämne. Om processer med
stora tryck- och volymförändringar (t.ex. komprimering) används, måste det mekaniska
arbetet (potentiell energi) som utförs på ämnet läggas till.
Med undantag för vattnets unika beteende mellan 0°C och 4°C, och det faktum att varje
vätska har sin egen specifika utvidgningskoefficient, gäller allt som sagts om vatten
även för andra vätskor.
2.2.4 Värmeutvidgning hos gaser
Tre pelare bestående av järn, vatten respektive luft med en tvärsnittsyta på 1 cm 2 och
en längd på 10 cm värms upp 100 K. Därefter jämförs värmeutvidgningen hos de tre
ämnena. Resultatet visas i Fig. 2-16.
ΔΤ = 100 K
Järn
Vatten
Luft
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
10 cm
Fig. 2-16 Värmeutvidgning hos järn, vatten och luft
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
1 cm²
+ 0,036 cm³
+ 0,21 cm³
+ 3,65 cm³

Boyle-Mariotts lag
Gay-Lussacs lag
Kraft
Stigkraft
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Här följer anledningen till varför skillnaden är så stor. Hos järn är atomerna fast
sammanhållna, hos vatten är förhållandet lösare och hos gaser finns det bara en ytterst
liten ömsesidig dragningskraft mellan atomerna. Ju lägre den ömsesidiga
dragningskraften är, desto kraftfullare är den termiska stimulansen (när svängningarna
hos atomerna och molekylerna ökar krävs mer utrymme).
Fasta och flytande ämnen utvidgas beroende på ämnet medan alla gaser beter sig
praktiskt taget likadant. Detta beteende kallas ofta ideal gas, dvs. en gas som följer
nedanstående lagar:
Lagen upptäcktes av R. Boyle och E. Mariotte: Vid en given mängd ideal gas, är
produkten av tryck p och volym V vid konstant temperatur en konstant.
Densiteten r uppträder på samma sätt som det associerade trycket.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Tryck: p1 * V1 = p2 * V2 Densitet: r1 * V1 = r2 * V2 Gay-Lussacs lag säger att volymen V av en gas vid konstant tryck p ökar linjärt med
absolut temperatur T.
Den (isobariska) utvidgningskoefficienten α för alla ideala gaser har värdet α = 1/273 K.
(V0 = volym vid 0ºC)
V 1 = V 0 (1 + α *T 1) = V 0 + V 0 α *T 1 (T i K)
Det innebär att vid ett konstant tryck är gasvolymen proportionell mot den absoluta
temperaturen, eller
V 1/V 2 = T 1 /T 2
Gaser och gasblandningar, som luft, expanderar med 1/273 av volymen vid 0°C
för varje K de värms. (α = 0,00366 K -1 )
Med andra ord utvidgas 1 m 3 ( = 1 000 dm 3 ) luft alltid cirka 3,66 dm 3 för varje
temperaturökning med 1 K. Detta gäller oberoende av om uppvärmningen sker från
0°C till 1°C eller från 20°C till 21°C.
Ju mer luften utvidgas, desto lättare blir den, dvs. densiteten sjunker. (Densiteten hos
luft vid 0°C och 1,013 bar = 1,293 kg/m 3 ). Den luft vi upplever som viktlös är i själva
verket inte så lätt:
1 m 3 luft vid 0°C = 1,293 kg
20°C = 1,205 kg
50°C = 1,093 kg
Utifrån detta framgår att 1 m 3 luft som strömmar förbi en radiator och värms upp från
20°C till 50°C, bildar en stigkraft på cirka 1 N (N = Newton; förklaras nedan).
Kraft är orsak till acceleration hos eller omformning av en kropp. Kraften F definieras
som produkten av massan m hos en kropp och accelerationen a hos kroppen, eller
F = m * a
Beroende på den fysiska källan skiljer vi mellan gravitationskraft, elektromagnetisk
kraft, stark kraft (interaktiv kärnkraft) samt svag kraft (orsakar nedbrytning hos
atompartiklar). Newton (N) är SI-enheten för kraft.
Stigkraften 1 N är avsevärd för ”lätt” luft. Luft som värms av en radiator stiger därför
snabbt uppåt och längs taket där den avger sin värme till taket och den omgivande
luften. När värmen avges ökar luftens densitet, sjunker och når slutligen radiatorn igen.
Den ”dras dit” av luftflödet som konstant rör sig uppåt från radiatorn (Fig. 2-17).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
29

30
Fig. 2-17 Luftcirkulation i ett rum med en radiator
Resultatet blir samma tyngdkraftströmning som i ett vattenburet uppvärmningssystem
med självcirkulation.
Eftersom luftmolekylerna kan röra sig fritt sammanblandas de mycket enklare än
molekyler i vätskor. Hos gaser uppstår därför inte samma skarpa temperaturskiktning
som hos vätskor.
Hur tyngdkraftströmning påverkar temperaturförhållandet i ett rum visas i Fig.2-18.
3 m
2 m
1 m
0 m
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
18°C 20°C 22°C 24°C 26°C 28°C
Fig. 2-17 Rumstemperatur beroende av höjden
Vi har berört ämnet ”värmeutvidgning i gaser”. Kunskap om de andra gaslagarna
är nödvändigt för förståelse av luftkonditioneringssystem.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Ren torr luft
Luftfuktighet
Exempel på de viktigaste
förhållandena
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.5 Luft
Jorden omges av ett tunt luftskikt. Variationer i detta skikt orsakar ändringar i det som
kallas barometriskt (mäts med en barometer) eller atmosfäriskt tryck. Alla livsformer är
beroende av luften för att överleva. Exempelvis måste en vuxen människa andas cirka
0,5 m 3 luft per timme för att upprätthålla livsprocesserna. Luften är dessutom viktig av
många andra skäl. Exempelvis absorberar luften stora mängder vatten i form av
vattenånga från ytan av sjöar och hav, transporterar den över stora avstånd och låter
den sedan falla ned på jorden i form av nederbörd.
Endast för utvärdering
Storheterna som används för att beskriva lufttillståndet kallas variabler. De används
också vid luftkonditionering. De viktigaste är lufttemperatur, luftfuktighet och lufttryck.
går ej att skriva ut
Luft är en blandning av gaser, ångor och föroreningar. Ren torr luft finns bara i teorin.
Den skulle bestå av:
Material i gasform: Kemisk
symbol:
Volymprocent Viktprocent
Kväve N 2 78,060 75,490
Syre O 2 20,960 23,170
Argon Ar 0,930 1,290
Koldioxid CO 2 0,030 0,040
Väte H 2 0,010 0,001
Neon Ne 0,002 0,001
Helium, Krypton, Xenon He, Kr, Xe 0,008 0,008
Vid sidan av luftens temperatur spelar luftens renhet, gashalt och dess vatteninnehåll
en stor roll vid luftkonditionering.
Vattenhalten i ett ämne mäts i form av fukthalt eller luftfuktighet. Luftfuktighet är vatten i
gasform som är homogent blandad med luften. Luften har, liksom alla andra ämnen,
bara en begränsad förmåga att hålla kvar vatten. Denna gräns kallas mättnadpunkt
eller daggpunkt. Skillnaden mellan fuktig luft som ligger under mättnadspunkten och
torr luft går inte att se med ögat, eftersom båda är helt färglösa och transparenta. När
vattenhalten stiger över mättnadspunkten märks överskottet (som kondenseras eller
faller ned ur luften när lufttemperaturen sjunker till daggpunkten) som fina
vattendroppar i form av dimma eller moln. Hur stor mängd vatten som kondenseras ur
luften när den är mättad beror på lufttemperaturen och lufttrycket. Den fukthalt som kan
finnas i luften ökar exponentiellt med temperaturen.
Vid normallufttryck (1,013 bar vid havsytan) är mättnadshalten vid 0°C till exempel 3,9
g/m 3 och vid 20°C når den 15 g/m 3 .
Ett rum innehåller luft med en viss mängd vattenånga. Om lufttemperaturen sänks
gradvis, kommer slutligen en temperatur att nås då vattendroppar framträder på
väggarna eller föremålen i rummet. Vi har nått daggpunkten. Det här kan man se när
rumstempererad luft kyls av vid en kall fönsterruta. Vattenångan som kondenseras från
luften samlas och rinner ned längs fönstret.
Utifrån detta exempel framgår att luftens förmåga att absorbera vattenånga inte är
konstant och att denna förmåga är beroende av lufttemperaturen. Det innebär att
lufttemperaturen vid ett visst lufttryck korresponderar med en viss mängd vattenånga
som inte kan överskridas utan att dagg bildas.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
31

hx-diagram
Sammanfattning
32
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-18 hx-diagram eller Mollierdiagram
Storheterna relativ luftfuktighet φ (%) och absolut luftfuktighet x (kg/kg) används för att
beskriva den mängd vattenånga som finns i luften. Övriga tillståndsstorheter för luft är
bl.a. torr temperatur t (°C), våt temperatur tv (°C) och entalpi (värmeinnehåll) h (kJ/kg).
Luftens tillstånd kan enkelt fastställas med hjälp av mätningar och illustreras i ett hxdiagram
eller så kallat Mollierdiagram, efter den tyske fysikern Richard Mollier (1863-
1935).
Vi känner nu till vad värme är, vi känner till källan till värmestrålning. Därefter
undersökte vi värmeutvidgningen hos olika ämnen, och vi har sett hur detta fenomen
kan utnyttjas på olika sätt samt vilka processer det ger upphov till i värmesystem och
uppvärmda rum.
Vi har även sett hur mycket energi som krävs för att värma eller förånga vatten och vi
vet att luft enbart kan innehålla en viss mängd vattenånga och att denna mängd är
beroende av lufttemperaturen och lufttrycket.
Vill du veta mer?
hx-diagrammet finns beskrivet i kompendiet
”hx-diagram” utgivet av Siemens AB BT, Utbildning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Specifik värmekapacitet
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.6 Ämnenas entalpi
Vi har sett att temperaturen hos ett ämne motsvarar ett visst svängningstillstånd eller
(stimulansnivå) hos atomerna. Om temperaturen ska höjas måste atomerna stimuleras
mer och då krävs extra energi. Energimängden beror även på hur många partiklar som
måste stimuleras, dvs. på ämnets vikt (massa).
Ju större massa, desto större värmeinnehåll eller entalpi har ämnet efter
temperaturökningen.
Värmeinnehållet i ett ämne betecknas med Q [kJ].
Endast för utvärdering
Värmeinnehållet Q kan beräknas. Först måste man dock känna till några storheter. Om
temperaturen hos 1 kg koppar, 1 kg luft och 1 kg vatten ska höjas med 1 K, krävs
nästan tre gånger så mycket energi för luft som för koppar och elva gånger så mycket
energi för vatten.
Resultaten är lika varierande för andra ämnen. Den värmemängd som behövs för att
höja temperaturen beror alltså inte enbart på massan, utan även på ämnets
värmelagrande förmåga. Detta betecknas som ämnets specifika värmekapacitet c.
Det avser alltid 1 kg av ämnet och 1 K och dess enhet är [J/kg K].
Den specifika värmekapaciteten för koppar, luft och vatten är:
Koppar: c = 381 [J/kg K]
Luft: c = 1004 [J/kg K]
Vatten: c = 4190 [J/kg K]
går ej att skriva ut
Nedan ser vi en tabell över specifik värmekapacitet hos andra ämnen, dvs. hur många
kJ som krävs för att värma 1 kg av ämnet 1 K.
Ämne c i
kJ/kg K
Väte 14,25
Helium 5,24
Vatten 4,19
Oljor ≈ 2,00
Luft 1,0
Stål 0,48
Koppar 0.39
Om väte och helium ignoreras har vatten den högsta specifika värmen av alla ämnen
(inklusive de som inte nämns här). Det krävs alltså mycket mer energi för att höja
temperaturen hos vatten än vad som krävs för andra ämnen. I utbyte innehåller dock
vattnet en större mängd värmeenergi som kan utnyttjas.
Vid beräkningar av värmeinnehållet är alltså massa (kg), specifik värmekapacitet (c)
och temperaturdifferens ΔT (K) före och efter uppvärmningen av intresse.
Det beror på att dessa storheter fastställer hur mycket värme ämnet måste tillföras.
Om en värmd kropp istället placeras i en kallare miljö, kan man utifrån dess massa,
specifika värmekapacitet och temperaturskillnaden mellan kroppen och den omgivande
miljön, fastställa den maximala värmemängd som kroppen kan avge.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
33

Värmeinnehåll Q
Värmeeffekt P
Förhållandet Joule och
Watt
34
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Q = m * c * ΔT [J] = [kg * J/kg K * K]
Enheten för värmeinnehållet är Joule J eller kilojoule kJ (1 000 J = 1 kJ).
För att höja temperaturen på 200 kg vatten från 70°C till 90°C i ett värmesystem krävs
alltså följande
Q = m * c * ΔT 200 * 4,19 * 20 = 16 760 kJ
Endast för utvärdering
Om 200 kg vatten flödar in i en radiator med 90°C och återkommer därifrån till pannan
med 70°C, har det avgett 16 760 kJ. Värmen avges huvudsakligen som värme i
rummet, men en liten del av den, så kallad värmeförlust, avges ofrivilligt genom
rörledningarna till den omgivande miljön (Fig. 2-19).
går ej att skriva ut
+ 16 760 kJ
90°C
70°C
Fig. 2-19 Princip för ett värmesystem
Exemplet visar att vi behöver 16 760 kJ för att höja temperaturen för 200 kg vatten med
20 K. Vi har även sett att denna värmeenergi avges från radiatorn till luften och som
värmeförlust i rörledningarna, så att vattnet återgår till pannan vid 70°C. Det som skett
är alltså att ett värmeflöde överförts av radiatorn. På vintern måste värmeflödet justeras
i enlighet med uppvärmningsbehoven. Pannan i detta värmesystem måste med andra
ord generera den mängd värmeenergi per timme som används av radiatorerna, dvs.
rummen.
Energi (arbete) som används på en specifik tid (h) kallas kraft, i det här fallet
värmeeffekt P.
Om värmesystemet behöver 200 kg vatten per timme för att värma fastigheten i vårt
exempel blir den värmeeffekt som krävs
P = 16 760 kJ/3 600 s
90°C
- 16 760 kJ
P = 4,66 kJ/h =4,66 kW
För att få en uppfattning om värmeinnehåll hos olika ämnen, undersöker vi nu den
värmeenergi som vanliga bränslen ger:
Ämne Värmeinnehåll Värmeeffekt/h
[kJ/kg] [kJ/l] [kW/kg] [kW/l]
Propangas ≈ 46 000 ≈ 93 000 ≈ 12.75 ≈ 25,75
Eldningsolja ≈ 42 000 ≈ 35 500 ≈ 11,6 ≈ 9,75
Naturgas ≈ 39 000 ≈ 34 000 ≈ 10,8 ≈ 9,5
Stenkol, koks ≈ 30 000 ≈ 8.3
Stadsgas ≈ 16 000 ≈ 4,4
Pellets ≈ 21 000 ≈ 14 000 ≈ 5.8 ≈ 3,9
Om värmesystemet i exemplet ovan är pelletsbaserat blir bränsleförbrukningen per
timme därmed 4,66 kW/3,9 kW/dm 3 /h ≈ 1,2 dm 3 pellets.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Joule och Watt
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.6.1 Joule och Watt
Enheten Joule eller kilojoule är en basenhet i SI-systemet.
Enligt värmeläran är Värme = energi
Det är endast energiformen som skiljer sig åt mellan värmeenergi och mekanisk energi.
Energimängden kan anges i Joule i båda fallen.
Mekanisk energi uttrycks i Nm (Newtonmeter), elektrisk energi i Ws (Wattsekunder) och
värmeenergi i J (Joule).
Endast för utvärdering
Förhållandet mellan dessa enheter är: 1 Nm = 1 Ws = 1 J
går ej att skriva ut
Exakt vad är en Joule?
Joule är den enhet som betecknar energi och
Energi = kraft * sträcka
Kraft = massa (kg) * acceleration (m/s 2 )
Sträcka = meter (m)
Energi = kg * m/s 2 (J)
Enheten kg * m/s 2 verkar inte ha något att göra med värme. Hur kan dessa mekaniska
enheter knytas an till en värmerelaterad storhet?
J.P. Joule, en brittisk forskare (1818-1889), bevisade förhållandet. Han byggde den
experimentutrustning som visas i Fig. 2-20 och hittade värmeekvivalenten.
Fig. 2-20 Joules experiment för fastställande av värmeekvivalenten
Genom rotorns rörelse höjs temperaturen hos en viss vattenmängd (sammanstötningar
mellan molekylerna får dem att svänga kraftigare). Detta är det samma som att tillföra
värme i kJ/kg.
Joules upptäckt:
En massa på m = 1 kg måste falla sträckan h = 427 m för att skapa en värmemängd
som motsvarar Q = 4 188 Joule. På denna massa verkar kraften (G) som är lika med
jordens gravitationsacceleration (g) gånger dess massa (m). (G = m * g).
För Joules experiment innebär detta:
Energi = massa x acceleration x sträcka
Q = m * g * h = 1 kg * 9,81 m/s 2 * 427m = 4 188 kg • m/s 2 = 4 188 Joule
Det medför: Q = 4,188 kJ
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
m
h
35

Värmeledningsförmåga
36
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.7 Värmeflöde
Både när vi känner värme och när vi observerar värmeprocesser, så handlar det om
värmeflödesprocesser, dvs. värmeflöden från fast form till vätska, från vätska till
gasform och tillbaka till fast form etc. Därför kan exempelvis värmeflödeskedjan i ett
vattenburet värmesystem se ut så här:
Pelletspannans låga pannans vägg pannans vatten rörledningar radiator
luft människor, väggar, tak, golv, möbler uteluft och jord.
Endast för utvärdering
2.2.8 Värmeledning
Värmeledning är värmeflöde i ett ämne där partikelrörelsen överför en del av sin
rörelseenergi till omgivande partiklar (Fig. 2-21).
går ej att skriva ut
Fig. 2-21 Värme ”flödar” genom ett ämne
Värmeflöde genom värmeledning sker även vid fast beröring mellan två ämnen, t.ex.
från en kokplatta till en kastrull, från ett strykjärn till materialet som ska strykas etc. (Fig.
2-22).
t
t
Fig. 2-22 Värmeledning från ett ämne med högre temperatur till ett ämne med lägre temperatur
Det finns bra och dåliga ledare. Värmeledningen anges med värmeledningsförmågan
λ (lambda). Den anger mängden värmeenergi som överförs på en sekund mellan två
parallella ytor av ett en meter tjockt ämne som har ett tvärsnitt på 1 m 2 med ett
temperaturfall på 1 K.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Värmeledningsförmågan λ har enheten W/mK.
ΔΤ = 1K
1 m
1 m
λ i W/mK
Koppar Cu 360 360
Järn Fe 48 48
Betong 1,2 1.2
Tegel Ziegel 0,6 0.6
Vatten Wasser 0,6 0.6
Luft 0,025
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Kork 0,03
Fig. 2-23 Värmeledningsförmågan λ för olika ämnen
Illustrationen visar att koppar leder värme cirka åtta gånger bättre än järn, medan luft
och porösa ”luftfyllda” ämnen som kork, skum, kläder etc. har sämst värmeledningsförmåga.
De sistnämnda ämnena kallas även isolerande material.
Värmeledning är flödet av värme till ett ämne eller från ett ämne till ett annat när
ämnespartiklarna kommer i kontakt med varandra.
Men vad händer om värme överförs från ett ämne i fast form till ett ämne i vätske- eller
gasform, t.ex. från en vägg till vatten eller luft? Är inte den fasta beröringen minimal i
det här fallet eftersom partiklarna i ämnena kontinuerligt flödar eller rör sig
ostrukturerat? Kommer inte den värmda luften eller det värmda vattnet att flöda direkt
från värmekällan och uppåt? Värmeflödet kan därmed inte bli lika fullständigt som vid
fast beröring mellan två solida kroppar.
Det är korrekt. För flödande medier, som vatten och luft, har ämnenas partiklar enbart
en kortvarig kontakt med det fasta ämnet, t.ex. väggen, eftersom de själva är i rörelse.
De kan därmed bara ta till sig värme genom ledning genom den korta ”kontakten” –
vissa partiklar mer och andra mindre. Mediet, vatten eller luft, blir därmed enbart delvis
”uppvärmt” och enbart i området i närheten av väggen eller värmekällan (Fig. 2-24).
Ämnet som värms utvidgas, blir lättare (densiteten minskar) och stiger uppåt med det
upptagna värmet. Det uppstår ett värmeflöde. Under det fortsatta flödet utbyter
partiklarna värme med varandra och med den kallare omgivningen. De utbyter även
värme med alla väggar de möter. Självklart är värmeflödet även i det här fallet
ofullständigt eftersom kontakten mellan ämnena är så kortvarig.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
37

Konvektion
Fria och påtvingade
strömningar
Värmeövergångskoefficient
Exempel
38
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-24 Värmeledning till väggar
Värmeflöde från en vägg till ett flödande medium framkallar alltid en strömning som bär
med sig värme som åter kan överföras till en fast vägg.
2.2.9 Värmekonvektion
Förmågan att ”ta med, medföra och hämta värme” kallas värmeflöde genom
konvektion.
Den obegränsade naturliga strävan uppåt hos ett uppvärmt medium kallas fri
strömning. Styrning av strömningen genom rörledningar eller ventilationskanaler kallas
påtvingad strömning.
Den värmemängd som utbyts per tidsenhet är beroende av:
• temperaturdifferens mellan väggen och det strömmande mediet
• väggytans storlek
• väggens och det strömmande mediets värmeledningförmågor, samt i första hand
• strömningens typ och hastighet. Ju större strömningshastighet, desto större är
antalet partiklar som kommer i beröring med väggen och därigenom kan ta upp
värme från eller avge värme till den.
Det är mycket svårt att bestämma typen, riktningen och hastigheten hos strömningen.
Även de mest noggranna beräkningarna ger enbart ett ungefärligt värde av det faktiska
värmeflödet från väggen till mediet eller vice versa. Av denna orsak används i praktiken
bestämda normvärden. Dessa värden har verifierats genom upprepade praktiska försök
och återges i tabeller och diagram. Detta normvärde kallas
Värmeövergångskoefficient α (alfa)
Värdet för α avser alltid en yta av 1 m 2 och anger hur många Watt som överförs från
mediet till väggen eller omvänt med temperaturdifferensen 1 K. Här följer några
exempel på alfavärden för luft och vatten:
Värmeövergångskoefficient α i W/m 2 K
Stillastående luft 3 till 20
Strömmande luft 20 till 100
Stillastående vatten 500 till 2 000
Strömmande vatten 2 000 till 4 000
Exemplen visar hur starkt strömningshastigheten påverkar värmeflödet, framför allt vad
gäller luft. För vatten är strömningspåverkan inte lika kraftig eftersom vattenpartiklarna
ligger fastare intill väggen än de rörliga luftpartiklarna. Dessa värden förklarar också
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Värmeflöde
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
varför man kan hålla handen en lång stund i en luftström som är 80°C, men inte i vatten
som är 80°C. Värmeflödet är cirka 20 gånger större för vatten än för luft.
Det finns tabeller och diagram med alfavärden för alla former av värmeflöden som
förekommer i praktiken, t.ex. för vatten och luft som en funktion av
strömningshastigheten på värmeöverföringsytorna.
Om du känner till värmeövergångskoefficienten (α) för givna flödesförhållanden, kan
värmeflödet Φ (fi) beräknas från storleken hos en given väggyta (A) och
temperaturdifferensen (tv - tM) mellan väggen och mediet:
Värmeflöde (Φ) = α * A * (tv - tM) [W/m2K * m 2 K] = [W]
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
t v
Fig. 2-25 Värmeflöde längs en vägg
α
Φ = α A ( t v - t M )
Reglertekniskt är man ofta intresserad av värmeflödet från luft eller vatten till en
temperaturgivare, med andra ord hur snabbt man kan får ett korrekt mätresultat. För
bästa möjliga värmeflöde ska givaren placeras på en plats i ventilationskanalen där
flödeshastigheten är särskilt stor.
I praktiken är det vanligast med värmeflödesprocesser där väggen avskiljer två
strömmande medier från varandra, t.ex. två gaser med olika temperatur, två vätskor
eller en gas och en vätska.
Exempel
• Fjärrvärmevatten/värmeväxlare/radiatorvatten
• Varmvatten i radiatorn/radiatorvägg/rumsluft
• Rumsluft/husvägg/uteluft
t M
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
39

40
Värmegenomgång
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Alla dessa exempel visar önskade värmeflödesprocesser. I en värmeväxlare ska så
mycket värme som möjligt ta sig igenom väggen. Däremot ska så lite värme som
möjligt ska ta sig igenom en husvägg.
Det värmeflöde genom en vägg som avgränsar två medier, och med ett ömsesidigt
värmeflöde, kallas värmegenomgång.
Vi känner nu till de faktorer som fastställer värmegenomgången. I det här fallet handlar
det alltså inte om ren värmeledning eftersom den kräver fast beröring mellan kropparna
och någon sådan finns inte för vätskan eller gasen på någondera sidan av väggen.
Värmegenomgång påverkas istället i stor utsträckning både av
värmeövergångskoefficienter, t.ex.
α1 rumsluft/väggens inneryta och
α2 väggens ytteryta/uteluft
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
dvs. två storheter (vind etc.) som är svåra att beräkna.
Värmegenomgången påverkas dessutom av:
• väggytans storlek och tjocklek,
• väggens eller de olika väggskiktens värmeledningsförmåga
(t.ex. interiörbehandling, murverk, isolering, exteriörbehandling)
• temperaturdifferensen, t.ex. mellan rummet och uteluften
Värmegenomgången beräknas nästan undantagslöst med empiriska värden, dvs.
värden som tagits fram genom pratiska experiment och mätningar. Storheten för
värmeövergång genom en viss konstruktion är:
Värmegenomgångskoefficienten u [W/m 2 K]
Liksom värmeövergångskoefficienten α, är den baserad på en väggyta på 1 m 2 och
anger hur många Watt [W] som går genom en vägg när temperaturdifferensen mellan
medierna på båda sidor om väggen är 1 K. Värmegenomgångskoefficientens enhet är
således den samma som för värmeövergångskoefficienten.
När u-värdet för en vägg är känt, är det enkelt att beräkna värmeflödet Φ genom
väggen (överförd värmemängd).
Fig. 2-26 visar de matematiska storheter som ingår i u-värdet för en vägg som består
av tre skikt av olika tjocklek d och olika värmeledningsförmåga λ.
ϑt 1 2
λ1 λ2
d 1 d 2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
λ3
d3 k
Φ = k A ( ϑ - ϑ )
Ф = u • A (t1 – 1t2) 2
ϑt 21
Fig. 2-26 Värmegenomgång genom en vägg med tre skikt
u
Självklart består husväggar inte alltid av enbart tre lager, exempelvis två tegellager och
ett isoleringslager. I väggar används även gips och innerväggen kan även vara täckt
med kakel eller trä.
Fig. 27

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Det är dessutom skillnad om murverket består av vanligt tegel, klinkertegel, ihåligt tegel
eller liknande. Murverkets tjocklek varierar beroende på vilken typ av byggnad det är.
På grund av detta kan tabeller med u-värden för byggnadsmaterial täcka flera sidor i
handböcker för byggnadssystem.
Några exempel: u i W/m 2 K
Fönster, 2-glas kopplade bågar cirka 2,7
Fönster, förseglade 2-glas argon lågemissionsskikt cirka 1,9
Fönster, förseglade 3-glas argon lågemissionsskikt cirka 1,4
Innerdörr cirka 2,5
Ytterdörr cirka 1
Tegelvägg, 24 cm tjock cirka 1,5
Tegelvägg, 36 cm tjock cirka 1
Betongvägg (ickeporös), 25 cm cirka 2,5
Plåtvägg cirka 6
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Med hjälp av u-värdet beräknas värmeflödet genom en byggnads alla ytor mot
omgivningen. Detta ligger till grund för dimensioneringen av värmesystemet.
Värmeflödet, dvs. värmeförlusterna är då kända. Värmesystemets maximala kapacitet
samt värmeövergången från radiatorerna i de enskilda rummen blir då också känd.
Därigenom blir det möjligt att kompensera för värmeförluster under
uppvärmningssäsongen.
Detta ämne kommer att beskrivas i detalj senare.
Sammanfattning
I värme- och ventilationssystem är vatten och luft de medier som är mest använda.
Värmeledning från en fast kropp eller en vägg till dessa medier eller vice versa sker
genom konvektion, varvid värmeövergång och värmegenomgång åtskiljs.
Värmeövergångskoefficienten α och värmegenomgångskoefficienten u är storheterna
för värmeledning från varmare till kallare medier. Med hjälp av dem beräknas
värmeförlusterna genom väggar, fönster, dörrar och rörledningar, och dessutom den
kapacitet som krävs av värme- och kylsystem.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
41

Strålningskonstant C
42
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.2.10 Värmestrålning
Vi har tidigare nämnt att värmestrålning består av långvågiga elektromagnetiska
svängningar som uppkommer när atomer kolliderar och vissa av deras elektroner
tillfälligt slungas ur sina normala banor.
Värmestrålning är en form av elektromagnetiska svängningar som liksom ljuset lyder
under de optiska lagarna, dvs. utbreder sig rätlinjigt, reflekteras, tränger enkelt igenom
vissa ämnen och kan enbart försumbart tränga igenom andra. Glas är exempelvis i
princip oemottagligt för värmestrålning (Fig. 2-27).
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-27 Reflektion av värmestrålning på en glasyta
Eftersom det är en elektromagnetisk energi behöver värmestrålning inte något fast
överföringsmedium. Den sprider sig i princip obehindrat genom vakuum eller luftfyllda
rum (t.ex. strålning från solen, ljus från glödlampor). När den träffar fasta eller flytande
partiklar stimuleras de termiskt och därigenom tappar strålningen energi. Enkla gaser
som syre (O2), kväve (N2) och väte (H2), liksom torr luft och alla ädelgaser är diatermiska,
dvs. transparenta för värmestrålning.
Gaser som inte kan absorbera värmestrålning kan inte heller avge den genom
strålning. Gaser och ångor som består av molekyler som ånga (H2O), kolmonoxid (CO),
koldioxid (CO2), svaveldioxid (SO2), ammoniak (NH3), etc., absorberar och släpper ifrån
sig strålning på specifika våglängder med varierande intensitet. Strålningens intensitet
är en funktion av gastemperaturen (t.ex. lågan hos en olje- eller gaspanna).
Ämnen i fast form och vätskeform avger alltid värmestrålning och ju högre deras
temperatur är, desto kraftigare är värmestrålningen. Energi som avges av ett ämne i
form av värmestrålning ökar med den absoluta yttemperaturen upphöjt till fyra.
Intensiteten (kraften) av den utsända värmestrålningen vid en specifik temperatur är
ytans strålningskonstant C. För fasta ämnen är denna konstant i hög grad beroende av
ytans beskaffenhet.
Yta C i W/m 2 K 4
Svart kropp ≈ 5.75,10 -8
Murverk, med puts ≈ 5,40,10 -8
Oljefärg (alla kulörer) ≈ 5,40,10 -8
Vatten ≈ 5,40,10 -8
Vit, blank emalj ≈ 5,20,10 -8
Aluminiumfärg (bronsfärg) ≈ 2,20,10 -8
Högblank metall ≈ 0,25,10 -8
Tabellen visar att en svart kropp producerar mest strålning. En högblank kropp av
ädelmetall med identisk storlek, producerar minst. Färgen spelar inte så stor roll. Om
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
man jämför hur mycket strålning en kropp avger i förhållande till mängden som en
kropp med identisk storlek absorberar, fås samma värde.
Emission och absorption av värmestrålning är således i balans. Ett ämne som avger
små mängder strålning tar också upp små mängder och vice versa.
Det är dock inte så enkelt att beräkna den värmeenergi som flödar från en kropp till en
annan genom värmestrålning. Det beror på att strålningens infallsvinkel måste beaktas,
samt på reflektionernas styrka och frekvens och det faktum att båda kropparna
samtidigt avger och absorberar strålning. På grund av detta görs ingen fördjupning i
beräkningarna. Istället görs en genomgång av ett antal exempel på värmeöverföring via
strålning.
Värmeslingorna i en elektrisk värmare är kraftiga värmeradiatorer, framför allt om
värmaren är försedd med reflektor. Värmeöverföringen genom konvektion är däremot
försumbar, eftersom värmeöverföringsytan (slingorna) är mycket liten (Fig. 2-28).
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-28 Värmeöverföring vid elektrisk värmare
Om slingorna utsätts för ett luftflöde från en fläkt, avkyls de omedelbart eftersom den
stora mängden av förbiströmmande luftpartiklar avleder värmen genom konvektion
(värmeflöde i samband med tvingat flöde). Resultatet blir att värmestrålningen
omedelbart avtar. Elvärmestrålaren har blivit en elvärmekonvektor.
Vissa värmare i ett vattenburet värmesystem kallas radiatorer eftersom de avger en
stor del av sin värme till rummet i form av strålning (Fig. 2-30 vänster). Om radiatorn är
klädd avskärmas strålningen och radiatorn fungerar enbart som en konvektor (Fig. 2-
höger).
Används konvektorer eftersträvar man att luften ska vara i så nära kontakt som möjligt
med uppvärmningsytan. Då får man en hög verkningsgrad för värmeöverföring genom
konvektion.
Fig. 2-30 Värmeöverföring vid vattenradiatorer (vänster – vattenkonvektorer (höger)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
43

44
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Vid uppvärmning med takvärme (Fig. 2-29 vänster) är rörledningar monterade i, eller
tätt under, taket. Det ger en mycket stor värmande yta, men värmarens horisontella
placering i rummets varmaste del åstadkommer mycket liten luftcirkulation. Värme
avges praktiskt taget enbart genom strålning.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-29 Värmeöverföring vid takvärme (vänster) och golvvärme (höger)
Vid uppvärmning med golvvärme råder liknande förhållanden (Fig. 2-29 höger), men
andelen värmeövergång genom konvektion är då större eftersom den värmda luften
kan stiga uppåt, till skillnad från takvärme där värmen så att säga ”står stilla” under
taket.
Exemplen visar att vid värmeflöde från ett ämne till ett annat, samverkar nästan alltid
värmeledning, värmekonvektion och värmestrålning.
Värme är en energiform som är svår att bemästra. När vi strävar efter att värma ett
material kommer en del av värmen att gå förlorad genom konvektion, strålning eller
värmeledning. Ibland är detta en önskad effekt, men oftast är det enbart en
värmeförlust. Bokstavligt talat är uppvärmning inget annat än en kontinuerlig
kompensation av värmeförluster.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Blandningstemperatur
Värmeöverföringens
dynamiska beteende
2.2.11 Blandningslagen
Blandningslagen kan uttryckas som en ekvation som fastställer
blandningstemperaturen tm som uppstår när två vätskor med massorna m 1, m 2 med
temperaturerna t 1, t 2 och specifik värmekapacitet c 1, c 2 blandas utan att värme tillförs
eller avleds.
Från balansen mellan avgiven och absorberad värmemängd erhålls:
Q Q =
in
ut
( t − t ) = m ∗ c ∗ ( t − t )[ ° C]
m1 ∗ c1
∗ m 1 2 2 2 m
t
m
m1
∗ c 1 ∗ t1
+ m2
∗ c 2 ∗ t 2
=
m ∗ c + m ∗ c
1
1
2
2
[ ° C]
eller förenklat för blandning av två ekvivalenta vätskor c 1 =c 2:
t
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
m
m1
∗ t1
+ m2
∗ t 2
=
m + m
1
2
[ ° C]
I värme- och ventilationssystem, sker blandningsprocesser på vattensidan vid styrning
av flödestemperatur (luftvärmare, luftkylare) och på luftsidan för styrning av
luftblandning (spjäll).
2.2.12 Tidskonstant vid värmeflöde
Vid alla värmeflödesförlopp ställs följande fråga.
Hur stor värmemängd skulle överföras per tidsenhet från en vägg till en gas eller en
vätska eller från dem till en vägg vid en given temperaturdifferens?
Den överförda värmemängden bestäms av väggens kännetecknande storheter, dvs.
värmeövergångskoefficienten (α) och värmegenomgångskoefficienten (u) samt
temperaturdifferensen (ΔT). Temperaturdifferensen minskar dock när värmeflödet
fortskrider. Mängden överförd värme blir alltså mindre och mindre. Om t.ex. en kall
stålkub placeras på en kokplatta som förvärmts till 100°C, ökar kubens temperatur först
snabbt eftersom temperaturdifferensen är stor. Mot slutet av värmeöverföringsperioden
stiger kubens temperatur enbart obetydligt under en lika stor tidsperiod, eftersom
temperaturdifferensen då är mycket mindre, och motsvarande mindre värmemängd
överförs. Den värmemängd som överförs per tidsenhet minskar kontinuerligt.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
45

Exponentiell funktion
Exempel
46
Processer där omfattningens storlek varierar, kallas exponentiella funktioner eller
förkortat e-funktioner. I Fig. 2-30 framgår tydligt hur temperaturändringen per tidsenhet
minskar kontinuerligt eftersom temperaturdifferensen som ska utjämnas också minskar
kontinuerligt .
Δϑ
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
ϑ max.
ϑ 0
ϑ
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
63,2% Δϑ
86,4%
95%
99,99%
99,9%
99,74%
99,3%
98%
går ej att skriva ut
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Fig. 2-30 Temperaturändring per tidsenhet
Närmare 2/3 (matematiskt exakt: 0,632 eller 63,2 %) av den totala temperaturdifferensen
ΔT (Δϑ i Fig. 2-32) genomlöps under tid T1 (tidskonstanten).
Under nästa, lika stora tidsenhet T2, genomlöps åter 63,2 % av återstående 36,8 %.
Exakt samma ändring sker i den tredje tidsenheten T3. Efter varje tidsenhet T
genomlöps 63,2 % av den återstående temperaturdifferensen tills relativ jämvikt har
uppnåtts efter cirka åtta perioder.
En termometer hålls i ett kärl med smältande is tills den visar 0°C. Därefter doppas den
direkt ned i vatten med en konstant temperatur av 100°C. Samtidigt startas ett stoppur
och vi mäter hur lång tid det tar för termometern att nå 63°C. Anta att det tar 20
sekunder. Efter ytterligare 20 sekunder kan man anta att termometern visar 86°C och
efter ytterligare 20 sekunder 95°C. Därefter stiger temperaturen enbart mycket
långsamt. Det är först efter cirka åtta gånger 20 sekunder som termometern visar
närmare 100°C. Detta gäller i teorin, matematiskt sett uppnås 100°C först efter oändlig
tid.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
t
Fig. 32

Flöde
Friktionsfritt flöde
Friktionsflöde
Reynoldstal
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.3 Flöde och tryck
Ett flöde är den kontinuerliga rörelsen hos vätskor och gaser.
Vi skiljer mellan
– laminärt flöde
– turbulent flöde
Endast för utvärdering
Om man bortser från den friktion som förekommer mellan vätskeskikt vid kantytorna av
kroppar och vätskor, kan man tala om friktionsfritt eller idealiskt flöde. Friktionsfria
flöden har betydelse för den allmänna förståelsen av flödesprocesser samt för
beräkningar av hastighets- och tryckrelationer (t.ex. hos ett turbinblad eller en
flygplansvinge), men de är inte relevanta för värme- och ventilationssystem.
Flödet av en vätska eller gas i ett rör kan vara laminärt eller turbulent. Vid ett laminärt
flöde rör sig de enskilda partiklarna längs parallella flödeslinjer generellt med olika
hastigheter w.
Friktion uppstår mellan de separata strömmarna. Ju högre viskositet hos vätskan, desto
större blir friktionen.
går ej att skriva ut
2.3.1 Laminärt flöde
Ett flöde med linjer som inte korsar varandra kallas laminärt flöde. Partiklarna i
vätskeform formas i skikt över varandra och bildar en parabolisk hastighetsprofil.
Skjuvspänningar uppstår med ett motsvarande friktionsmotstånd. Laminärt flöde
lämpar sig inte för värmeöverföring via vätskor. Laminära flöden utnyttjas dock för
undanträngande (deplacerande) luftföring i ventilations- och luftkonditioneringssystem.
Fig. 2-31 Hastighetsprofil vid laminärt flöde
2.3.2 Turbulent flöde
Turbulent flöde är när det finns virvelströmmar i gas- och vätskeflöden.
Hos trögflytande vätskor och gaser kännetecknas turbulent flöde av att dessa
virvelströmmar bildas och upplöses samt av oregelbundna variationer i flödet.
Turbulens uppstår vid störningar från interna eller externa påverkande faktorer eller när
den kritiska hastigheten i ett flöde har överskridits. Rörelser som korsas och blandas
uppstår. De centrala delarna överför energi till de yttre skikten. De långsammare yttre
partiklarna rör sig inåt och orsakar en bromseffekt som medför att hastighetsprofilen
planar ut.
Fig. 2-32 Hastighetsprofil vid turbulent flöde
För ett visst rör sker övergången från laminärt till turbulent flöde vid en specifik kritisk
hastighet som definieras av det s.k. reynoldstalet (Re = friktionskoefficient).
Övergången från laminärt till turbulent flöde påverkas av väggfriktion,
hastighetsändringar och andra faktorer.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
47

Flödesmotstånd
48
Flödesmotståndet i rörledningar, ventilationskanaler och rörkrökar beror också på
materialsammansättningen i dessa.
I värme- och ventilationssystem arbetar man nästan uteslutande med turbulent flöde.
Vinklade ventilationskanaler, teknisk utrustning som luftvärmare, filter, fläktar etc. och
utstickande kanter rör om i flödet.
Det definitiva flödesmönstret i ett rör uppstår efter en sträcka motsvarande cirka 10 x
rörets diameter.
För att transportera en vätska eller gas genom ett rör, behövs tryckdifferensen Δp för
att kompensera för friktionsmotståndet. Ventilationskanaler och rörledningar
konstrueras för att göra tryckfallet så litet som möjligt (Fig. 2-33).
Δp
1,5
1,0
0,5
0
Δp
0,5
0
ζ = 14 ζ = 12 ζ = 0,76 ζ = 0,38
ζ = 0,4 ζ = 0,3
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
ζ = 0,2
ζ = 0,21 ζ = 0,2 ζ = 0,18 ζ = 0,11
Fig. 2-33 Sänkning av Δp med hjälp av olika former på rör eller ventilationskanaler och genom
installation av deflektorer
En fyrkantig kanal med sidorna 10 cm har ett laminärt flöde i inloppet (Fig. 2-34). Flödet
20 cm efter en 90°-krök visar en kraftigt vinklad hastighetsprofil. Motströmmar kan
förekomma. Efter cirka 80 cm är hastighetsprofilen symmetrisk igen. Om inga
ytterligare störningar sker, nås den föregående flödesprofilen igen först efter cirka 7 till
8 meter.
Detta måste man ta hänsyn till vid placering av givare och mätutrustning i rörledningar
eller ventilationskanaler.
10 cm
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 [cm] Cirka 7m
Fig. 2-34 Flödesprofil uppmätt efter en 90°-krök
FIg. 35

Kontinuitetsekvation
2.3.3 Hastighet och tryck
För att fastställa ett volymflöde mäts medelhastigheten utifrån en hastighetsprofil
multiplicerad med diametern.
Följande regel gäller för en okomprimerbar vätska som flödar i ett rör.
A1 * w1 = A2 * w2 A = diameter [m 2 ]
w = hastighet [m/s]
w 1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
A 1
v
v A 2 W 2
a) Pstat1 Pstat2 b)
Fig. 2-35 a) Hastighetsökning när diametern minskar
b) Statisk tryckminskning när diametern minskar
(från Recknagel-Sprenger 4/95 S215)
Samma massa per tidsenhet flödar genom ett avsmalnande rör (Fig. 2-35). För
okomprimerbara medier avses samma volym.
Om vätskan flödar med volymen v och massan m utan höjdändringar genom röret, ökar
hastigheten vid den avsmalnande punkten från w1 till w2 (Fig. 2-35a). Det dynamiska
trycket ändras även från pdyn1 till pdyn2.
Det statiska trycket minskar också i motsvarande omfattning eftersom hastigheten
ändras i enlighet med den nya diametern (Fig. 2-35b).
Enligt Bernouli, är summan av statiskt och dynamiskt tryck konstant på alla platser i
rörledningen hos förlustfria flöden.
Ptot = pstat + pdyn = konstant
där:
ptot = totalt tryck i Pa
pstat = statiskt tryck (tryck mot atmosfär) i Pa
pdyn = beräknas enligt ρ*w 2 /2
(densiteten [ρ]* hastigheten i kvadrat [w 2 ] /2)
Det betyder att hastighetsenergin kan omvandlas till tryckkraft och vice versa. I
praktiken förekommer dock förluster. Dessa förluster (Δp) ackumuleras från
friktionsmotståndet i rörledningar, böjar och installerade komponenter.
Om ett medium med ett tryckfall (Δp) flödar genom en horisontell rörledning från punkt
1 till punkt 2, blir det totala trycket vid punkt 2:
ptot2 = ptot1 - Δp
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
A 1
W 1
A 2
W 2
Fig. 37
49

50
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Därigenom kan man fastställa hastigheten och därmed flödet som följer av
tryckdifferensen med hjälp av ett pitotrör (Fig. 2.36).
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-36 Tryckmätning med ett pitotrör
Vätskepelaren pdyn kan ges en hastighetsskala eftersom
pdyn = ρ*w 2 /2
Hastigheten mäts därmed indirekt med pitotröret.
Tryckförluster på grund av friktion förekommer i ventilationssystem eftersom de har
hinder, krökar etc. De måste kompenseras av fläkten genom att öka det statiska
trycket.
Fig. 2-37 visar normal tryckvariation för ett sådant system.
Det statiska och totala trycket minskar före fläkten på grund av sugkraften. De högsta
trycken är precis efter fläkten. luftvärmaren bidrar till stora tryckförluster, liksom 90°krökar.
Förlusterna är dock mindre i kanalsektionerna mellan krökarna. Det
ursprungliga trycket po nås igen i rummet efter ett tilluftsdon.
Ptot 1
Pdyn 1
Pstat 1
Fig. 2-37 Tryckprofil i ett ventilationssystem
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
Pdyn 2
Ptot 1
Ptot 2
Ptot 1
ΔPtot
P o
B14-39

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.4 Värmebalans
2.4.1 Människans värmehushållning
Människans kroppstemperatur är cirka 37°C och på hudens utsida ca 33°C. Människan
alstrar värme genom kemisk förbränning (oxidation) av näring. Det är i princip den
solenergi som krävdes för att bygga upp näringsämnena som åter blir fri.
Med 33°C på hudytan ligger kroppstemperaturen hos människor som vistas på våra
breddgrader högre än omgivningstemperaturen nästan hela året. Människan avger
därför ständigt värme. Det sker ungefär så här:
– 35 % genom värmeledning och konvektion
– 35 % genom värmestrålning
– 24 % genom vattenånga (svett, andning)
– 6 % uppvärmning av födoämnen, dryck och andningsluft (Fig. 2-38)
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
6 %
24 %
35 %
Fig. 2-38 Människans procentuella värmeöverföring
Procentsatserna som anges ovan är medelvärden. Under sommaren eller vid hög
fysisk aktivitet avges mer värme genom förångning av svett, på vintern mer genom
konvektion och strålning. I vilken form värme än avges strävar kroppen alltid efter att
hålla normaltemperatur, eftersom det är en förutsättning för att livsfunktionerna ska
kunna fungera störningsfritt. Under vintern minskas värmeöverföringen genom att
huden drar ihop sig. Då kan varmt blod inte längre tränga fram i de yttersta kapillärerna.
Under sommaren eller i varma lokaler utvidgas dessa blodkärl så att mer värme kan
avges. Det finns dock gränser för denna naturliga temperaturreglering. Långvarig
kärlsammandragning kan leda till förfrysningar och långvarig kärlutvidgning till
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
35 %
51

52
Sekundärvärme
blodtrycksfall (värmekollaps). Människan kompletterar kroppens automatiska
temperaturregulator genom att anpassa klädsel och värma eller kyla inomhusmiljön.
Den totala värmemängden som avges från en kropp är inte enbart beroende av
omgivningstemperaturen utan i hög grad av kroppens aktivitet. (Fig. 2-39).
W
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
80 100 110 120 170 300 700
går ej att skriva ut
Fig. 2-39 Värmeavgivning i watt, relaterat till aktiviteten för en vuxen människa
Dessa värmemängder är av intresse när man konstruerar system för värme och
ventilation, huvudsakligen för lokaler där ofta många personer befinner sig (t.ex.
varuhus, kontor, skolor, sportlokaler, biografer eller restauranger).
Tack vare den goda isoleringen hos byggnader, är ofta den värmeökning som orsakas
av värmekällor inomhus, t.ex. lampor, datorer, kopieringsapparater och människor så
stor under höglastperioder, att vissa lokaler måste kylas ned även under vintern. Den
här värmen kallas sekundärvärme.
Exemplet visar att ett värme- och ventilationssystem inte bara måste anpassas för
normaltillståndet. Det maximala och minimala antalet personer som systemet är avsett
för måste även beaktas vid dimensioneringen.
På vintern kan sekundärvärmen återvinnas, vilket reducerar energianvändningen. På
sommaren måste dock sekundärvärmen i stället kylas bort, vilket kräver mycket energi.
I en mellanstor biograf producerar 300 personer cirka 30 kW. Under en föreställning
som varar i tre timmar motsvarar detta en värmeenergi av cirka 100 kWh.
Människan märker inte kroppens kontinuerliga värmeöverföring så länge kroppen inte
har problem med att upprätthålla värmebalansen med omgivningen. Det är först när
denna balans inte längre upprätthålls och man börjar frysa eller svettas som man
känner obehag. Det är först då man märker att man har ”en temperatur” och att denna
temperatur innebär att man har ett kontinuerligt värmeutbyte med omgivningen.
Målet för värme- och ventilationssystem är bl.a. att temperera lokaler på ett sådant sätt,
så att människor som befinner sig i dem utan ansträngning upprätthåller en
temperaturbalans med lokalen. Detta är verkligen inte någon enkel uppgift eftersom
varje individ har en egen uppfattning om vilken temperatur som är behaglig.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Operativ temperatur
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2.4.2 Komforttemperatur
När en människa befinner sig i ett rum, oavsett om det är ett bostadsrum, ett arbetsrum
eller någon form av rekreationsrum, deltar människan i ett kontinuerligt värmeutbyte
med taket, golvet, fönstren, radiatorerna och till och med möbler och lampor, kort sagt
med hela miljön (Fig. 2-40). Om omgivningstemperaturen är för låg, avger
människokroppen för mycket värme. Då fryser man och känner obehag (figurens
vänstra del). Om omgivningstemperaturen är för hög, kan kroppsvärme inte avges
tillräckligt snabbt. Då svettas man och känner också obehag (figurens högra del).
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-40 Värmeutbyte mellan människa och omgivning
Vilken är då rätt temperatur, en verkligt behaglig rumstemperatur, som varken
framkallar frysning eller svettning? Och vilka andra kriterier är också betydelsefulla?
Komforttemperaturen beror till största delen på hur aktiva människorna är. Det beror på
att en större kroppsansträngning producerar mer värme. För att inte uppleva obehag
måste kroppen kunna avge denna värme. Kriterier som påverkar upplevelsen av en
behaglig rumstemperatur är bl.a.
– Aktivitet
– Klädsel
– Individens ålder
– Individens hälso- och sinnestillstånd
– Matvanor
– Påverkan från andra
I bostäder, kontor och andra arbets- eller rekreationsrum där enbart lättare arbete
utförs, ligger komforttemperaturen mellan 20-23 °C, under förutsättning att rummet
ligger i ett välisolerat hus. I en källare med kalla och fuktiga väggar skulle det dock
kännas obehagligt även vid 22°C. Varför? Förklaringen ligger i hur människan avger
kroppsvärme:
– Cirka 35 % genom värmeledning och konvektion
– Cirka 35 % genom värmestrålning
– Cirka 30 % genom förångning, etc.
En rumstemperatur på 22°C utgör en harmonisk ”motvikt” till den 35-procentiga
värmeöverföringen genom värmeledning och konvektion, samt till den 30-procentiga
värmeöverföringen genom förångning. Värmeöverföringen från värmestrålning
överskrider de ”normala” 35-procenten i källaren eftersom den absorberas av de kalla
och fuktiga källarväggarna som kanske bara har en temperatur på 12°C. På grund av
denna enorma värmeförlust upplever vi inte längre rumstemperaturen som 22°C, utan
snarare kanske bara som 15°C, vilket ger upphov till obehag.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
53

54
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Med en väggtemperatur på t.ex. 17°C, upplever vi å andra sidan en faktisk
rumstemperatur på 22°C som cirka 18-19°C och därmed generellt som behaglig.
På grund av strålningens inverkan görs därför åtskillnad mellan uppmätt lufttemperatur
och operativ (upplevd) rumstemperatur.
Strålningens ömsesidiga inverkan illustreras i Fig. 2-41 av strålningsvågor med olika
våglängd. Till vänster sker ingen kompensation för värmeförlusten från strålningen
eftersom den kalla väggen avger för låg värmestrålning. Därför upplevs en
rumstemperatur på 22°C endast som cirka 15°C. Till höger är personen och väggen
mer eller mindre i balans vad gäller strålningen.
I alla dåligt eller felaktigt isolerade hus strålar man mycket värme mot de kalla ytorna.
Det kan upplevas som att ”en kall luftström drar förbi nacken”.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
15 °C
Fig. 2-41 Strålningens påverkan på upplevd temperatur
För att lösa situationen kanske man måste höja rumstemperaturen så att den upplevda
temperaturen är cirka 20°C trots att den verkliga lufttemperaturen kanske ligger mellan
24-25°C. Ett annat, bättre, sätt är att avskärma eller isolera in de kalla ytorna.
Fig. 2-42 illustrerar temperaturförhållandena. Det är en bild av väggtemperaturen
jämfört med rumstemperaturen.
Fig. 2-42 Diagram som visar den rumstemperatur som behövs för att kompensera för
väggtemperaturen för att skapa komfort
Om skärningspunkten för de två temperaturvärdena ligger inom den rutmönstarde ytan
upplevs rumstemperaturen normalt som behaglig. Denna graf gäller enbart för
bostäder, kontor och andra arbetsrum där inget tungt fysiskt arbete utförs.
Fönster är också kalla ytor som kan inverka negativt på komforten. Genom att använda
energiklassade fönster kan effekten av dessa störningar minskas.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
18 °C
12 °C 17 °C
C
30°
25°
20°
15°
10° 10° 15° 20° 25° 30° C

Komfortpåverkande
faktorer
Lufttemperatur
Strålningstemperatur
Luftfuktighet
Luftrörelse
Luftens renhet
Syreinnehåll
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Dessutom bör radiatorer alltid vara monterade under fönster. Därigenom skapar de inte
bara en ”varm gardin” (konvektion) framför fönstren, deras värmestrålning kompenserar
i stort sett helt den ökade värmestrålningen från människorna till de kalla fönsterytorna.
Fig. 2-45 illustrerar det ömsesidiga strålningsutbytet för olika värmekällor.
Överskottsvärmestrålning från radiatorer som är onödigt varma är obehaglig eftersom
människor inte kan avge sin egen strålningsandel utan problem. De ”värms upp” ännu
mer.
Komforten spelar också en roll för strålningstakvärme i rum där takhöjden är under
2,50 m. Här får en taktemperatur på 32°C inte överskridas. När golvvärme används bör
yttemperaturen, i områden där människor ofta befinner sig, vara 25-26 °C.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2-45 Värmeutbyte i system med radiator, golv- och takvärme
Dessa komforttemperaturer ska beaktas som genomsnittsvärden för bostäder, arbetsrum
och andra rum där lättare fysiskt arbete utförs. Temperaturen i rum där tungt
fysiskt arbete utförs kan vara betydligt lägre, så att kroppen om möjligt kan avge värme
utan att svettas.
Det finns med andra ord inte något fast värde för en behaglig temperatur eftersom det
finns många faktorer som påverkar komfortnivån.
Se ovan
Se ovan
40 ... 70 °C
30 ... 32 °C
Om luften är för torr irriteras slemhinnorna av dammpartiklar i luften i mycket större
utsträckning än vid normal luftfuktighet. Å andra sidan upplever vi luft som är för fuktig
som kvav, eftersom vi inte kan svettas obehindrat och avge denna del av vår totala
värmeöverföring.
För stor luftrörelse vid normal temperatur ökar mängden värmeöverföring genom
förångning eller konvektion och detta upplevs som kallt eller dragigt.
Rök, damm och unken luft skapar obehag.
25 ... 26 °C
Om syreinnehållet i luften är för lågt, blir koldioxidnivån (CO2) för hög. Detta kan inträffa
i överfyllda, och normalt även överhettade rum, och kan ge orsaka trötthet, illamående
och svimningar.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2,5 m
55

Joniseringsgrad
Biometeorologi
Övriga faktorer
56
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Den elektriska laddningen i luften, särskilt före och efter åskväder och fönvindar (varma
vindar som blåser över berg), etc. har en kraftig inverkan på människor och orsakar
nervositet, irritation, problem med blodcirkulationen etc.
Kring vår och höstdagjämningen förändras solens egen dygnsrytm. Dagarna blir snabbt
kortare eller längre. Hos en del människor hinner då inte hormonerna med riktigt.
Obalansen i hormonet serotonin skapar olust och kan leda till vår- och
höstdepressioner.
Förutom reglering av temperaturen måste även de ovan nämnda faktorerna beaktas vid
konstruktionen av värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem.
Dessutom spelar färg och storlek på rum, möblering, mattor, belysning etc., en viktig
roll för komforten, eftersom dessa element också upplevs som ”varma” eller ”kalla”.
Varje människa har alltså sin egen uppfattning om vad som är behagligt. Därför kan
rum som används gemensamt bara utformas för genomsnittlig komfort.
Det har vid undersökningar visat sig att oavsett temperatur är alltid minst 5 % av
brukarna missnöjda. Detta förutsätter att alla personer har i stort sett identisk klädsel,
utför samma fysiska aktivitet och utsätts för samma temperatur.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Det finns i praktiken inte någon allmängiltig komforttemperatur. För att vi ska känna oss
bekväma i hemmet och på arbetsplatsen gäller dock
– Det som är viktigt är inte bara de inställda och uppmätta temperaturerna, utan
framförallt den upplevda rumstemperaturen.
– Dåligt isolerade byggnader med kalla innerväggar kommer vintertid att ha en
rumstemperatur som upplevs som svalare än vad den i själva verket är, eftersom
kroppen förlorar en onormalt stor värmemängd genom strålning.
– Vid stora luftrörelser upplevs lokalen som kall och dragig, eftersom luftrörelserna gör
att kroppen förlorar en onormalt stor värmemängd genom konvektion.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3 Värmesystem
3.1 Exempel på värmesystem
Syftet med ett värmesystem är att göra rumstemperaturen behaglig för användarna
även vid kall väderlek. Ett värmesystem kan grovindelas i tre avdelningar:
• Värmeproduktion
• Värmedistribution
• Värmeavgivning
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Värmesystemet kombineras ofta med en installation för tappvarmvatten.
Fig. 3-1 Exempel på värmesystem med integrerad varmvattenberedning
Värmeproduktion
1 Panna
2 Brännare
3 Varmvattenberedare
4 Cirkulationspump för panna
5 Säkerhetsventil
6 Expansionskärl
Värmedistribution och reglering
7 Värmeledningsrör (rör för framledning, retur och bypass)
8 Cirkulationspump
9 Styrventil
10 Värmeregulator
11 Framledningstemperaturgivare
12 Utetemperaturgivare
Värmeavgivning
13 Radiatorer
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
57

Typ A
Typ B
Typ C
Typ D
Separat värmare för
varmvattenberedare
Separat panna för
varmvattenberedaren
58
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2 System för vattenburen uppvärmning
3.2.1 Olje- och gaspannor
3.2.1.1 Panntyper
Olje- och gaspannor finns i många olika utföranden. De kan grupperas i följande typer:
Endast för utvärdering
Gjutjärnspannor med minbegränsning av pannans vattentemperatur och låg
rökgastemperatur. Denna typ kan betraktas som standard för stora pannor. På grund
av det ska vara en relativt hög temperaturen i pannvattnet, är det nödvändigt att
använda en 3-vägsventil i pannkretsen vid reglering av värmesystemets
framledningstemperatur.
Pannor för utetemperaturstyrd reglering av pannvattnet och relativt hög rökgastemperatur.
I denna typ av pannor används en specialkombination av material
tillsammans med en ”het förbränningskammare”, för att förhindra bildning av
rökgaskondensat. Låga rökgastemperaturer är dock inte möjliga med denna typ av
panna.
Rostfria pannor för utetemperaturstyrd reglering av pannvattnet och låg rökgastemperatur.
Om pannan tillverkas av korrosionsfritt material försvinner de begränsningar
som finns hos typ A och B. Priset är dock högre för en rostfri panna.
Kondenserande pannor: Genom att i så stor utsträckning som möjligt kondensera den
vattenånga som rökgaserna innehåller (daggpunkt cirka 47°C för olja och cirka 57°C för
naturgas), utnyttjar dessa pannor även förångningsvärmen (cirka 6…7 % för olja och
10 % för gas).
Eftersom panneffekter normalt är relaterad till nettovärmevärdet, som inte inkluderar
förångningsvärme, kan kondenserande pannor verka ha en verkningsgrad som är
högre än 100 %. Denna tolkning är självklart inte acceptabel ur teknisk synvinkel.
Istället ska effekten relateras till bruttovärmevärdet, som tar hänsyn till den totala
producerade värmemängden under förbränningsprocessen. Tillräckligt låga
returtemperaturer (

Oljespridarbrännare
Blålågebrännare
Effektstyrning
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2.1.3 Brännare
Följande typer av brännare används idag för olje- och gaseldade pannor.
Eldningsoljan sprids genom ett munstycke vid högt tryck så att fina droppar bildas som
blandas med luft vid förbränningen. Ju finare oljan sprids, desto renare blir
förbränningen, men risken för att brännaren ska drabbas av problem ökar också. I små
brännare förvärms munstycksröret för att minimera sotning vid uppstart.
Endast för utvärdering
6
8
10
9
5 4
går ej att skriva ut
7
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
Fig. 1
Fig. 3-2 Funktionsprincip för brännare med oljespridare
1 Oljetillförsel
2 Eventuell retur till tank
3 Filter
4 Oljepump och självverkande styrventil för tryckreglering
5 Magnetventil
6 Munstycke
7 Fläkt
8 Brännarhuvud
9 Tändspole
10 Tändelektroder
Fig. 3-3 Installation med flera pannor med oljespridarbrännare (den längst bak med ljudisolerande kåpa)
Genom att förånga oljan, blir oljebrännaren en gasbrännare som avger en blå låga
(blålågebrännare). Den här metoden gör att oljespridning inte behövs, den förbättrar
förbränningskvaliteten och minskar utsläppen av skadliga gaser (CO, CH, NOx). För att
starta brännaren används en elvärmare för förångning av oljan.
Oljebrännare effektstyrs vanligen enligt följande:
1-stegs brännare från cirka 10 kW
2-stegs brännare från cirka 25 kW
Modulerande brännare (cirka 40-100 % effekt) från cirka 200 kW
1
2
59

Fläktgasbrännare
Kombinationsbrännare
60
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Har samma konstruktion och effektstyrning som oljespridarbrännare men avsedd för
gas. Huvudproblemet är gasförsörjningsrörets trycktäthet. Gasdetektorn (3) övervakar
gasförsörjningssystemet med avseende på läckor.
5
4
Fig. 3-4 Fläktgasbrännare
1 Fläkt
2 Spjäll
3 Gasdetektor
4 Gasinjektor
5 Brännarhuvud
6 Tändspole
7 Tändelektroder
7
6
2
1
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 2
Kombinationsbrännare är fläktbrännare som kan drivas med gas och olja utan
konvertering och där växlingen kan göras automatiskt. De kan styras med 1-stegs, 2stegs
eller modulerande brännarreglering och de finns med kapacitet från cirka 25 kW.
3.2.1.4 Atmosfäriska gasbrännare
De flesta atmosfäriska gasbrännare är uppbyggda med ett brännargaller i flera
brännarrader eller som cirkelformade brännare med en eller flera ringar. Brännarna har
olika typer av munstycken beroende på vilken gas som används. Det finns 1-stegs
brännare för kapaciteter från 2 kW samt 2-stegs eller modulerande brännare.
6
5
4
3
2
1
7 8
Fig. 3-5 Vänster: Specialgasbrännare i grått gjutjärn med brännare utan fläkt (källa: Buderus)
Höger: Väggmonterad kondenserande panna (gas) med fläktbrännare (genomskärning)
1 Värmeisolering 8 Rökgaser
2 Förbränningsgas 9 Tilloppsvatten
3 Gas-/luftblandning 10 Övertryck i förbränningskammare
4 Gasstrålar 11 Den varma gasens väg
5 Luftmunstycken 12 Returvatten
6 Fläkt för förbränningsluft 13 Rör av pressgjutet aluminium
7 Intag av förbränningsluft 14 Kondensavledning
14
9
10
11
12
13

Utbränning
Underförbränning
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Gasinjektorbrännare tillhör också kategorin atmosfäriska gasbrännare.
En del av förbränningsluften sugs in av gasinjektorn i form av primärluft.
Den sekundära luften injiceras på grund av den termiska lyftkraft som lågan skapar,
eller (vid högt motstånd i pannan) så sugs den in av en rökgasfläkt. Istället för en
tändlåga som brinner kontinuerligt, är det numera vanligare med ett elektroniskt
tändningssystem.
Endast för utvärdering
1 2 3 4 5 6
går ej att skriva ut
Fig. 3-6 Atmosfärisk gasinjektorbrännare
1 Gastillförsel
2 Gasdetektor
3 Gasinjektor
4 Brännare
5 Flamvakt
6 Tändlåga
3.2.1.5 Vedgaspanna
En vedgasgenerator ansluts före en normal panna utan brännare. Ved och träavfall upp
till en angiven storlek och med en maximal fukthalt på 20 % förkolnas och konverteras
till vedgas med en temperatur på 1 000-1 300 °C. Vedgasen flödar in i pannan där
förbränningen äger rum.
Vid gynnsamma förhållanden har denna metod följande fördelar:
• Högeffektiv tack vare en i det närmaste fullständig förbränning av förkolningsgaserna
• Inga tjärrester i panna och rökkanal
• Rökfri rökgas
• Enkel effektstyrning
3.2.1.6 Vedpanna med manuell matning
Pannor som är konstruerade särskilt för matning med grova träbitar. Dessa pannor
finns med effekter från cirka 20 kW till 100 kW och de klassificeras enligt typen av
förbränning.
Utbränning beskriver ett förlopp där hela volymen av det matade bränslet brinner.
Träbitarna sprids ut i lösa lager med gott om utrymme för luft så att de kan brinna med
ett överskott av luft. Med den här metoden är förbränningens verkningsgrad strax över
70 %.
Pannor med underförbränning. Vedstyckena (delade stockar upp till 1,6 m långa) läggs
i lager i en relativt kompakt formation som kan vara upp till 1,5 m hög och det brinner
enbart i pannans nedersta del. Förbränningsluften tillförs av fläktar och styrs för optimal
förbränning. När veden som ännu inte brinner ligger i den varma
förbränningskammaren, avges pyrolysgaser vilka blandas med sekundärluften och
förbränns i en återförbränningszon som konstruerats speciellt för detta syfte.
Därigenom nås en förbränningseffekt på över 90 %. Det tar 4-6 timmar för en matning
att förbrännas helt och värmen som produceras under processen täcker normalt
uppvärmningsbehovet under 24 timmar.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
Fig. 3
61

62
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-7 Vedeldad panna med underförbränning (källa: Fröling)
För att uppfylla säkerhetsbestämmelser måste systemet alltid kunna rymma eller lagra
energin från en fullmatad panna. Det är därför dessa manuellt matade vedpannor
nästan alltid används tillsammans med en ackumulator, vilken även kan uppvärmas
med elpatron vid behov.
3.2.1.7 Automatiska träflis- och sågspånspannor
Pannor där bränslet matas automatiskt kan styras efter värmebehovet, så att de kan
drivas helt automatiskt ned till ca 10 % av maxbelastningen. Detta gäller inte enbart
olje- och gasugnar, utan är även möjligt med fastbränslepannor. Dessa omfattar
följande system:
• Bottenmatad stoker med träflis från ett magasin med en långsam ”flishuggare”.
• Bottenmatad stoker med träflis (Fig. 3-8). Beroende på anläggningens storlek kan
flisen förberedas med en stationär flishuggare som är en del av pannsystemet
(industriell anläggning), eller med mobila maskiner. Träflisens fukthalt kan dock
utgöra ett problem. Det går lätt att elda träflis med en fukthalt på 25-30 %, vilket den
oftast har en efter bara en kort tids lagring i skogen. ”Grön träflis” har dock ett högt
svavelinnehåll och ett relativt lågt värmeinnehåll. Det optimala värmeinnehållet och
ett minimalt svavelinnehåll nås efter att materialet torkats i 3 till 4 år. För ett
effektivare utnyttjande av det tillgängliga trämaterialet och för försörjning till mindre
anläggningar (från 30 kW), köps träflisen från stora lokala torkanläggningar.
• Fläktugnar för fingradigt träavfall (t.ex. sågspån) inom träindustrin.
Fig. 3-8 Automatisk bottenmatad stoker med träflis
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Träpellets
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2.1.8 Pelletseldade pannor
Träpellets med en diameter på 6 till 8 mm och en längd på cirka 25 mm tillverkas
uteslutande av komprimerat obehandlat träavfall utan kemiska tillsatser. 2 kg träpellets
motsvarar 1 liter eldningsolja.
Träpellets
• är en förnyelsebar energikälla som tillverkas av träavfall och därmed CO2-neutrala • har en låg emissionshalt när de eldas i en träpelletspanna
• har en hög skrymdensistet och kräver därför relativt litet förvaringsutrymme
• kan tillverkas lokalt för att minska behovet av långa transporter
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-9 Träpellets – pressas av obehandlat träavfall
Specifikationerna för träpellets definieras enligt Svensk Standard SS 187120. Nedan
följer vissa specifikationer för träpellets enligt SS 187120 Grupp I:
Värmevärde ≥ 4,7 kWh/kg
Skrymdensitet ≥ 600 kg/m3
Fukthalt ≤ 10,0 %
Askhalt ≤ 0,7 %
Längd ≤ 4 gånger diametern
Moderna träpelletspannor är mycket praktiska. Det finns små modeller som kan
användas i bostäder. De matas varannan till var tredje dag med pellets i praktiska
säckar.
Fig. 3-10 Träpelletsugn för användning i bostad med pelletsmagasin för tillfällig lagring (genomskärning)
Större träpelletspannor installeras i pannrum. Pelletsen förvaras i ett separat utrymme,
varifrån de automatisk matas till pannan via en skruvtransportör eller ett sugsystem.
Pelletsen levereras av en tankbil som fyller på förvaringsutrymmet.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
63

I vilken omfattning täcks
värmebehovet av solen?
64
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1
Fig. 3-11 Anläggning med träpelletspanna (källa: Oekofen)
1 Pelletspanna
2 Pelletslagring
3 System med vakuummatning
3.2.2 Koks- och koleldade pannor
Koks och kol används huvudsakligen i stora anläggningar där emissionen av skadliga
föroreningar (dvs. emissionen av luftföroreningar till uteluften) är enklare att kontrollera
än i mindre system. Tack vare de standardiserade storlekarna lämpar sig kol för
automatisk matning.
3.2.3 Användning av solenergi
I det här avsnittet beskrivs användningen av solenergi både för uppvärmning och för
varmvattenberedning.
I Europa avger solen minst värme vid den tiden på året då uppvärmningsbehovet är
som störst, dvs. under december och januari. Solvärmen är inte idealisk som enda
metod för uppvärmning av en byggnad (monovalent uppvärmning). Sådana
installationer har utvecklats i forskningssyfte, men hittills har de alltid visat på låg
lönsamhet. I vår del av världen används solkraft därför normalt i kombination med
andra energikällor (trä, elektricitet, gas etc.). Tumregeln är att använda ”så mycket
solkraft som är rimligt under de rådande förhållandena”. Många faktorer spelar in i
bedömningen av det årliga värmebehov som kan uppfyllas av solen.
Denna ”soltäckning” uttrycks i förhållande till ”nettoenergibehovet” (uppvärmningsbehov
efter avdrag av sekundärvärmen från solstrålning och intern spillvärme).
Kombinerad värmeproduktion för uppvärmning och varmvattenberedning i en
enfamiljsvilla med den värmeisolering som används idag, ger en soltäckning på 50 %.
Täckningsgrad som är högre än 50 % kan uppnås, men endast med extremt god
värmeisolering och en exceptionellt stor – och därmed oekonomisk –
solenergiinstallation.
För varmvattenberedning är soltäckningen närmare 100 % under stora delar av året
(under förutsättning att beredaren är tillräckligt stor).
I stora byggnader beror täckningen på vad solvärmen används till, på klimatzonen och
på den övergripande strategin. Därför kan en mycket låg soltäckning på 5-20 % visa sig
vara optimal ur ekonomisk synvinkel.
Utomhusbassänger kan värmas helt med solvärme, under förutsättning att ett
begränsat utnyttjande (t.ex. vid dåligt väder) är acceptabelt.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
2

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2.3.1 Bivalent system för uppvärmning och varmvattenberedning
I den bivalenta installationen (Fig. 3-12), står solvärmekretsen för huvuddelen av den
producerade värmen under övergångssäsongerna, dvs. höst och vår. Pannan behövs i
första hand på vintern då den utnyttjas maximalt.
Det konventionella systemet (B) kompletteras av solvärmesystemet (A). Den solvärme
som produceras i solfångaren (1) avges via solvärmekretsen (2) och överförs till
varmvattenberedaren(3). Om temperaturen i beredaren är för låg, tillför
spetsvärmepannan (4) den extra värme som behövs. Vattnet som värmts i beredaren
cirkulerar direkt genom radiatorsystemet (5) och tappvarmvattnet värms via en rörslinga
(6) som går genom beredaren.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1
2
R
ϑ 1
ϑ 2
3 6
A B
Fig. 3-12 Exempel på en bivalent solvärmeinstallation med spetslastvärmepanna och distributionssystem för
uppvärmning och varmvattenberedning
I den här installationen används beredaren (3) inte enbart som en behållare för värmemediet,
utan även för att separera de samverkande värmeproduktions- och
värmeförbrukningskretsarna hydrauliskt. På så sätt blir det möjligt att t.ex. slå av och på
pumpen i solvärmekretsen utan att tryckförhållandena i spetslastvärmepannans kretsar
påverkas. När spetslastvärmepannans krets aktiveras påverkas temperaturen i
beredaren, men inte trycket. Den föränderliga vattenvolymen i
värmeförbrukningskretsarna (5) och (6) har ingen hydraulisk effekt på de två
försörjningskretsarna. Solvärmedelen (A) återfinns i en liknande form i många andra
applikationsexempel. Huvudkomponenterna beskrivs kort nedan.
3.2.3.2 Solfångaren som värmeavgivare
En vanlig lösning för uppvärmning och varmvattenberedning är den fasta plana
glasade solfångaren (Fig. 3-13). Den är enkel att tillverka, har ett relativt lågt pris, är i
princip underhållsfri och kan enkelt integreras fysiskt i byggnaden. Solfångare finns
som ytmonterade individuella paneler för vinklade och platta tak, eller som integrerade
paneler för vinklade tak. I regel kostar den sistnämnda mindre och ger bättre effekt än
ytmonterade paneler vilkas exponerade kanter gör dem mer utsatta för värmeförluster.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
5
4
Fig. 5
65

Värmekapacitet
Temperaturstabilitet
66
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Fig. 3-13 Plan glasad solfångare (inbyggd i taket)
1 Hölje av stålplåt
2 Glaspanel
3 Absorbator
4 Värmeisolering
4 3 1
Plana solfångare har en svart absorbator där solstrålningen omvandlas till värme.
Absorbatorn har kylkanaler som värmeöverföringsvätskan cirkulerar genom. Absorbatorn
är inbyggd i ett isolerande hölje och är täckt med glas på den sida som är vänd
mot solen. Paneler av den här typen når en maxtemperatur på över 100°C, vilket
innebär att de kan producera de temperaturer på 30-70°C som behövs för uppvärmning
och varmvattenberedning direkt och mycket effektivt. För uppvärmning av
utomhusbassänger lämpar sig oglasade solfångare normalt bättre och de är mer
ekonomiska tack vare de lägre temperaturer som krävs.
Medan solens strålar passerar obehindrat genom glaset, reflekterar glasytan den
värmestrålning som avges av absorbatorn. Eftersom panelhöljet också innehåller luft,
och eftersom denna luft är uppvärmd, överförs en del av den producerade värmen till
glaspanelen och det värmda glaset avger denna värme till uteluften. Det betyder att 30-
40 % av den solstrålning som tas emot går till spillo hos platta solfångare med en
glasruta. Experiment med 2-glaspaneler har gett dåliga resultat eftersom de var mycket
dyrare och dessutom gick sönder mycket oftare på grund av de spänningar som
uppstår i samband med värmeutvidgningen. Av dessa skäl föredrar man större
panelytor med en enkel glasruta. Nedan följer riktvärden för Centraleuropa för det årliga
bruttovärdet för en platt solfångare med en glasruta:
400-500 kWh/(m 2 a) för en genomsnittlig paneltemperatur på 60°C
500-600 kWh/(m 2 a) för en genomsnittlig paneltemperatur på 40°C
På exceptionellt soliga platser kan de uppmätta värdena vara upp till 50 % högre.
Panelerna måste kunna klara extrema temperaturer när systemet inte är i drift. De bör
dock ändå övertäckas under långa stilleståndsperioder, för att skydda dem från
strålning och förlänga deras livslängd.
3.2.3.3 Solvärmekretsen
Det är i solvärmekretsen som värmeöverföringen från solfångaren till beredaren
sker.
Den består av rörledningar, en cirkulationspump, ventiler, en värmeväxlare för
överföring av solvärmen till värmesystemet och en styrenhet som startar pumpen så
länge det finns en tillräckligt stor temperaturdifferens mellan panelen och beredaren.
Värmeöverföringsmediet är en vätska som innehåller frys- och korrosionsskyddsmedel,
vanligtvis en blandning av vatten och glykol eller liknande vätskor. Eftersom flödet inte
bör överstiga 20-30 liter per timme och m 2 av panelytan, krävs endast relativt klena rör
och små cirkulationspumpar.
3.2.3.4 Ackumulatorn
I ackumulatortanken lagras den temporärt tillgängliga solenergin så att värme avges
efter behov och så mycket energi som möjligt utnyttjas.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6

Vilken
ackumulatorstorlek
krävs?
Exempel 1
Exempel 2
Exempel 3
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Tidigare var ackumulatortankarna ofta överdimensionerade. Mätningar har dock visat
att mindre ackumulatortankar ofta ger en bättre lönsamhet. När små ackumulatortankar
används måste dock ofta en andra värmekälla finnas tillgänglig.
Som en grov riktlinje anges en lagringskapacitet på 50-100 liter för varje m 2 av
solfångarytan. Det högre värdet gäller system för uppvärmning och
varmvattenberedning och det lägre värdet gäller för system med enbart
varmvattenberedning. Mot bakgrund av detta krävs en varmvattenackumulator på cirka
350-500 liter eller en kombinerad ackumulator för uppvärmning och tappvatten på
1 000-2 000 liter för en enfamiljsvilla.
3.2.3.5 Exempel på solvärmesystem
Direktförvärmning av tappvarmvatten via solvärme
Om värmebehovet är konstant, strömmar solvärme direkt ”från leverantör till
konsument”. Den enda ”mellanledet” är värmeväxlaren och solvärmekretsen utan
styrventiler. Kostnaden för en sådan installation är cirka en tredjedel till en fjärdedel av
kostnaden för solfångaren.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Större system för förvärmning av tappvarmvatten
System med hög förbrukning av tappvarmvatten (exempelvis hotell, sportanläggningar,
etc.) kan få stora ekonomiska fördelar med denna metod. Ju större solfångarens yta är,
desto mindre blir den andel av totalkostnaden som utgörs av solvärmekretsen.
Verkningsgraden är också hög eftersom systemet verkar i intervallet 10-30 °C.
Resultatet blir praktiskt taget ingen outnyttjad överskottsvärme.
R
Fig. 3-14 Större system för förvärmning av tappvarmvatten
Tappvarmvatten med självcirkulerande solvärmekrets
Solvärmekretsen självcirkulerar så länge temperaturdifferensen är tillräckligt stor mellan
solfångarna och ackumulatorn, vilken måste vara placerad högre än solfångarna. Det
är nödvändigt att rörledningarnas area är cirka två gånger grövre än för system med
cirkulationspump, samt att värmeöverföringsmediet i värmeväxlaren flödar uppifrån och
ned i en vertikal spiral.
Eftersom det inte finns någon pump eller något reglersystem är denna metod idealisk
för små installationer. Mätningar visar att verkningsgraden är mer eller mindre den
samma som hos system med cirkulationspump.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
67

Den ekonomiska
effektiviteten hos
solvärmesystem
68
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-15 Tappvarmvattenberedning med självcirkulerande solvärmekrets
3.2.3.6 Nettovärmevärde efter förluster
Den användbara värme som distribueras från beredaren bestäms av bland annat
följande faktorer:
– Solfångarens driftstemperatur
(glasade paneler ger 30-40 % mer vid 40°C än vad de gör vid 60°C)
– Värmeförluster i rörledningar och beredare
– Överensstämmelse mellan perioder av solsken och perioder av värmebehov
(behövs huvudparten av solvärmen huvudsakligen när den är som mest
tillgänglig?)
Effektiviteten hos ett solvärmesystem beror på kapitalkostnaderna, nettovärmevärdet,
kostnaden för andra energimedier, installationens livslängd och underhållskostnader.
Ekonomisk effektivitet är en tveklös fördel i större anläggningar som används för att
förvärma tappvarmvatten och ibland även för golvvärme i kalla, soliga områden.
3.2.4 Direktverkande el med värmeackumulering
3.2.4.1 Ackumulator med fast massa
Ackumulatorer med fast massa är mindre utrymmeskrävande än vattentankar och kan
användas för alla typer av värmesystem. Värmeenergin lagras i en magnesitkärna som
värms till cirka 650°C med elektriska resistorer. God värmeisolering krävs för att
optimera lagringseffektiviteten.
Det finns två sätt att överföra den lagrade värmeenergin till varmvattnet:
1. Ett behovsstyrt luftflöde för över värmen från ackumulatorn till luft-
/vattenvärmeväxlaren
2. En rörlig värmeväxlare förs in i ackumulatormassan på ett djup som varierar
beroende på värmebehovet.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

4
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
2
1
går ej att skriva ut
3
9
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
10
5
8
11
12
7
6
B16-9
Fig. 3-16 Princip för ackumulator med fast massa med cirkulerande luft
1 Ackumulatorblock 7 Utomhusgivare
2 Värmeelement 8 Styrenhet för urladdning
3 Värmeväxlare 9 Fläkt
4 Värmeisolering 10 Motor
5 Styrenhet för laddning 11 Framledningsgivare
6 Restvärmegivare 12 Cirkulationspump
3.2.4.2 Vattenackumulator
En vattenackumulator är mer utrymmeskrävande än en ackumulator med fast massa,
men den kan användas tillsammans med fler värmekällor. Ett bra exempel är
vedeldade pannor som används för att täcka huvuddelen av uppvärmningsbehovet
under vintern. I elektriska vattenackumulatorer värms vattnet till önskad temperatur.
Väderkompenserad dellast kan uppnås genom användning av en extern flödesvärmare
eller elvärmare i beredaren i kombination med en extern laddningspump, eller, i system
med en beredare med elvärmare som är fördelade från toppen till botten. Kombinerat
med en annan värmekälla, t.ex. en vedeldad panna, ligger lagringstemperaturen på en
lägre nivå. Värmeuteffekten styrs av en väderkompenserad framledningsreglering. För
att lagringsvolymen ska kunna utnyttjas på bästa sätt ska returtemperaturen vara så låg
som möjligt (< 40°C).
Fig. 3-17 Bivalent (ved/el) uppvärmningssystem med elektrisk beredare, inklusive begränsning för dellast
69

Funktionsprincip
Luft/vatten
värmepumpar
Vatten/vatten
värmepumpar
70
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2.5 Värmepumpar
Konstruktionen av och funktionen hos en värmepump är tekniskt sett identisk med den
hos en kylmaskin eller kylare. Kompressorns och absorptionskylmaskinens/värmepumpens
funktionsprincip beskrivs i avsnitt 4 (Kylteknik).
3.2.5.1 Vanliga värmesystem
I ett monovalent värmesystem med värmepump levererar värmepumpen all värme.
Därför måste värmepumpen kunna uppfylla byggnadens uppvärmningsbehov ned till
den dimensionerande utetemperaturen. Monovalent drift kan oftast användas när
värmeenergi från marken, avloppsvatten, grundvatten och sjövatten utnyttjas.
Ett bivalent värmesystem med värmepump har två värmekällor. Värmepumpen och
t.ex. en elpanna eller en vedeldad panna. Pannan tillhandahåller värmen vid låga
utetemperaturer, antingen separat (alternerande drift) eller i samverkan med
värmepumpen (parallell drift).
3.2.5.2 Metoder för tillvaratagande av omgivningens energi
De här pumparna utvinner värme från luften, normalt uteluften, men även frånluften i ett
ventilationssystem där det är möjligt, så att spillvärme kan utnyttjas. Luft-
/vattenvärmepumpar kan vara konstruerade som paket eller separata enheter. I
paketenheter för inomhusinstallation, flödar luften genom en kanal till värmepumpen.
En delad enhet består av två komponenter: Den första delen är förångaren med
fläkten och kompressorn. Den monteras på byggnadens utsida. Den andra
komponenten i en delad enhet är kondensorn och denna del installeras t.ex. i källaren
eller i en värmecentral. De två komponenterna kopplas samman av
köldmedieledningarna. Systemet fylls med köldmedium.
Vid förångningstemperaturer under 0°C, kan rimfrost eller is bildas på förångaren och den
måste då avfrostas regelbundet. Vid låga lufttemperaturer reduceras värmepumpens
verkningsgrad dessutom markant. Därför är luft-/vattenvärmepumpen inte lämplig för
monovalent drift.
De här pumparna utvinner värme från avloppsvatten, grundvatten, vattendrag eller
sjöar. Eftersom temperaturen är relativt konstant, lämpar sig vatten/vattenvärmepumpar
för både monovalent och bivalent parallell drift.
Om temperaturen på kretsen på kylsidan (köldbäraren) sjunker under 0°C måste den
innehålla ett medium som är skyddat mot att frysa. Därigenom blir det möjligt att
utnyttja värmen från omgivningen även vid temperaturer under fryspunkten. Eftersom
frysskyddsmedel har något mindre fördelaktiga fysiska egenskaper (specifik
värmekapacitet och viskositet), måste värmeväxlaren och cirkulationspumpen vara
större.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
3.2.6 Kraftvärme
Kraftvärme är en process där elektricitet och värme produceras samtidigt. Uttrycket
härstammar från den tid då ångmaskinerna i fabrikerna producerade kraften som drev
maskinerna och ångan användes för uppvärmning. Idag vore det egentligen mer
rättvisande att kalla det ”kombinerad elektricitet och värme”. Termen ”kraftvärme”
används dock fortfarande.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Varför kraftvärme?
Användning av en
kraftvärmeanläggning
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.2.6.1 Kraftvärmeapplikationer
Nedan följer en kortfattad sammanfattning av de olika applikationstyperna
– Ångturbin + generator: Används i första hand för att producera elektricitet i
kärnkraftverk och i konventionella kraftvärmeanläggningar. Värme produceras
för att förbättra den totala utnyttjandegraden i fall där ett fjärrvärmenät kan
installeras.
– Gasturbin eller stor diesel + generator: För stora anläggningar med behov av
värme och elektricitet.
– Kraftvärmeanläggning: För uppvärmning och samtidigt elproduktion.
Elektriciteten genereras i enlighet med värmebehovet. Det ger en förbättring
av den totala utnyttjandegraden, framför allt i samband med drift av en
elvärmepump.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
När en värmeproducerande anläggning genererar elektricitet, vet vi att effekten hos den
elproducerande anläggningen inte är mer än 30-35 %, beroende på typen av
kraftanläggning. Resten är spillvärme som enbart kan utnyttjas om ett tillräckligt stort
antal värmeförbrukare finns inom ett rimligt avstånd från kraftverket. Stora kraftverk
brukar dock byggas på långt avstånd från bostadsområden och därför kan det vara
oekonomiskt att konstruera ett fjärrvärmenät. I dessa fall släpps spillvärmen ut i
omgivningen (uteluft eller ytvatten) via kylanläggningen.
Genom att bygga små kraftverk i form av kraftvärmeanläggningar i närheten av värmeförbrukarna
kan 30-35 % av det totala värmevärdet hos bränslet utnyttjas som
höggradig elkraft och ytterligare 50-55 % som värmeenergi. Med andra ord kan 80-
95 % utnyttjas.
Genom att utnyttja den producerade elektriciteten för att driva en elvärmepump, som i
sin tur avger cirka tre gånger denna drivkraft i form av användbar värme, går det att
generera över 150 % användbar värme från den totala primära energin.
Om en kraftvärmeanläggning ska placeras i värmecentralen i en byggnad eller mitt i ett
bostadsområde, måste buller och skadliga utsläpp ligga inom de gränsvärden som
anges i de lokala bestämmelserna.
Ett intressant alternativ är en kombination av kraftvärme och en absorptionskylmaskin/värmepump.
Den kan användas för att producera el året om och för att utnyttja
spillvärmen för uppvärmning under vintern och avkylning under sommaren.
En kraftvärmeanläggning används för att möta behovet av värme och elektricitet. Det
viktiga är att båda energityperna behövs i befintligt förhållande och samtidigt. En
kraftvärmeanläggning kan även helt eller delvis ersätta en nödström-försörjning.
3.2.6.2 Bränsleceller
Bränslecelltekniken har funnits i över 160 år. Bränslecelleffekten upptäcktes av
Christian Friedrich Schönbein, som var professor vid universitetet i Basel år 1829-1868.
År 1839, beskrev britten William Robert Grove, som var vän till Schönbein, effekten
som en omvänd elektrolys och insåg dess potential som metod för elproduktion. Från
1842 till 1844 arbetade Grove intensivt med bränslecellen, som han fortfarande kallade
ett ”gasbatteri”. Han seriekopplade cellerna för att öka uteffekten. Det skulle dock dröja
länge innan detta kunde utnyttjas praktiskt. Det var inte förrän under andra delen av
1900-talet som tekniken användes för specialapplikationer, däribland bemannade
rymdfärder. Det största skälet till fördröjningen var behovet av att utveckla lämpliga
material. Utvecklingen av bränsleceller för civila applikationer har drivits på av
nationella forskningsprogram. Numera är det en vedertagen uppfattning att bränslecelltekniken
befinner sig på randen av ett betydande tekniskt och kommersiellt genombrott
som kommer att revolutionerna den mobila och stationära energiförsörjningen under
2000-talet.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
71

Funktionsprincip
Fördelar
Olika typer av
bränsleceller
72
En bränslecell omvandlar den energi som lagrats i kemisk form i (det vanligtvis
gasformiga) bränslet, direkt till elektricitet och värme.
Den fungerar i stort sett som ett batteri. En bränslecell består av elektroder (katod och
anod) som åtskiljs av en elektrolyt. Bränslet oxideras på anoden. Elektronerna som
frigörs i denna process strömmar via en extern krets till katoden. Under detta förlopp
kan de utföra elektriskt arbete. På katoden absorberas elektronerna av oxidanten som
samtidigt reduceras. Förutom elektricitet genererar den kemiska reaktionen värme.
Skillnaden mellan bränslecellen och batteriet är att bränsleceller fortsätter att producera
elektricitet och värme så länge bränsle tillförs.
Katod
Elektrolyt
Anod
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Luft
Bränsle (H2, CO)
O 2 O 2 O 2 O 2
Fig. 3-18 Funktionsprincipen för en bränslecell
H 2O, CO 2
Extern
kraftkrets
Ingen annan teknik för samtidig produktion av elektricitet och värme har så många
fördelaktiga egenskaper sammantaget som bränslecellen:
• Hög elektrisk effektivitet
35 % i testanläggningar och 60 % vid laboratorieförhållanden
• Brett uteffektintervall
Från bara några få watt till flera megawatt
• Låga nivåer av skadliga utsläpp
Huvudsakligen vattenånga och koldioxid (med kolbaserade bränslen). Tack vare att
bränslecellerna har en högre effekt, är koldioxidbalansen betydligt bättre än hos
konventionella värmemotorer.
• Låga driftskostnader
Få rörliga delar och därmed låga underhålls- och driftskostnader
• Brett urval av lämpliga bränslen
• Tyst gång tack vare få rörliga delar
De olika typerna av bränsleceller klassificeras enligt den typ av elektrolyt som används.
Den kan ha vätskeform eller fast form beroende följande krav
• Bränslets och oxidantens typ och renhet
• Drifttemperatur
• Konstruktion
I nuläget finns det i grunden fem olika typer av bränsleceller. Det finns fler varianter
som fortfarande befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium. Bränslecellen väljs utifrån
den typ som lämpar sig bäst för en viss applikation.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Vad är fjärrvärme?
Celltyp Märkning Användning (exempel)
Alkaline fuel cell (alkalisk
bränslecell)
Polymer electrolyte
fuel cell (polymerelektrolytbränslecell)
Phosphoric acid
fuel cell (fosforsyrabränslecell)
Molten carbonate
fuel cell (smältkarbonatbränslecell)
Solid oxide fuel cell
(fastoxid-bränslecell)
Fig. 3-19 Bränslecelltyper och deras användningsområden
AFC Rymdfärder, militära applikationer
PE(M)FC Mobil och stationär – lågt till
mellanuteffektintervall
PAFC Stationär – mellanuteffektintervall
MCFC Stationär – mellanuteffektintervall
SOFC Stationär – lågt till högt uteffektintervall
Valet av elektrolyt påverkar kraven på bränslecellens bränsle, oxidant, driftstemperatur
och konstruktion.
Typ Bränsle Oxidant Elektrolytens fysiska
tillstånd
AFC Ren H2 Luft + H2
(utan CO2)
Jonernas passage
genom elektrolyten
Drifttemperatur
Fast OH - Cirka 70°C
PE(M)FC Ren H2 Luft (utan CO) Fast H + Cirka 80°C
PAFC H2 Luft (utan CO) Vätska i en matris H + Cirka 200°C
MCFC CH4, H2, CO Luft + CO2 Smält CO3 2- Cirka 650°C
SOFC CH4, H2, CO Luft Fast O 2- Cirka 700-1000 °C
Fig. 3-20 Bränsle, oxidant och drifttemperaturer för olika bränslecelltyper
3.2.7 Fjärrvärme
Fjärrvärme är användbar värmeenergi som produceras centralt och distribueras över
ett stort geografiskt område med hjälp av ett värmeöverföringsmedium och ett
rörledningsnät. Det vanligaste värmeöverföringsmediet är varmvatten eller ånga med
hög temperatur.
Det viktigaste motivet för fjärrvärmesystem är att de gör det möjligt att försörja
områden, städer eller regioner från ett litet antal högeffektiva värmekällor.
Ett försörjningssystem för fjärrvärme (fig. 3-21) består huvudsakligen av fyra delar,
värmeproduktion (1), distributionsnät (2), fjärrvärmecentral (3) och lokal
installation (4) för uppvärmning, tappvarmvatten och andra värmeförbrukare.
B
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1 2 3 4
Q 1 Q 2 Q 3
ΔQ12 ΔQ23 B16-17
Fig. 3-21 Fjärrvärmenät med de fyra huvuddelarna
1 Värmeproduktion
2 Distributionsnät
3 Fjärrvärmecentral
4 Lokal installation
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
73

74
3.2.7.1 Värmekällor
Fjärrvärme produceras normalt i värmekraftverk, ibland genom att utnyttja spillvärme
från industriprocesser eller avfallsförbränning.
Ett särskilt sätt att utnyttja spillvärme är för produktion av ”kall fjärrvärme” från vattenreningsverk.
Det ljumna, renade vattnet leds via fjärrvärmeledningar till en matarstation
för lokal värme, där det används som värmekälla för en värmepump, så att den kan
drivas med en relativt hög verkningsgrad.
3.2.7.2 Distribution av fjärrvärme
Värmen överförs från produktionsanläggningen till värmeförbrukarna via fjärrvärmens
distributionsnät. Detta är ett slutet, trycksatt cirkulationssystem som består av
värmeisolerade rör. Ånga rör sig från värmekällan till förbrukarna genom utvidgning,
men nätet med högtempererat varmvatten behöver cirkulationspumpar för
distributionen.
Vanliga nätverkskonfigurationer (fig. 3-22) är radialnät (a), ringnät (b) och maskformigt
nät (c). Radialnätet är enkelt och relativt billigt, men det är också mer sårbart
än ringnätet och det maskformiga nätet, vilka dock är betydligt dyrare. Därför används
oftast en blandkonfiguration. Radialnät används huvudsakligen i lokala
värmedistributionssystem, medan ringnät och maskformiga nät oftare återfinns i
fjärrvärmenät.
a)
b)
c)
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1 1
1 1
Fig. 3-22 Distributionsnät för fjärrvärme
a) Radialnät
b) Ringnät
c) Maskformigt nät
1) Produktionsanläggning
1
Dragningen av rörledningarna beror på topografin, de lokala förhållandena och
markförhållandena. Flera system har utvecklats för fjärrvärmeledningar och varje
system har sina fördelar och nackdelar. För att hålla nere distributionsförlusterna i
största möjliga utsträckning, isoleras hela nätet. Där det är möjligt regleras
framledningstemperaturen som en funktion av utomhustemperaturen. Man anstränger
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
sig för att minimera totalkostnaden för distributionsnätet genom att ha en stor
temperaturdifferens mellan framlednings- och returtemperaturer och på så sätt
minimera flödet.
3.2.7.3 Fjärrvärmecentral
Fjärrvärmecentralen är länken mellan den lokala installationen och distributionsnätet.
Vid indirekt distribution är installationen för varje enskild slutanvändare och
distributionsnätet hydrauliskt åtskiljda av en värmeväxlare. Detta gör distributionsnätet
och slutanvändarens installation oberoende av varandra, även vad gäller trycket.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
A
1
Fig. 3-23 Fjärrvärmecentral (exempel)
A Distributionsnät
B Fjärrvärmecentral
C Lokal installation
1 Värmemätare
2 Ev. tryckreglering
3 Temperaturreglering av lokal installation
4 Värmeväxlare
B
2
Vill du veta mer?
Styrning och reglering av värmesystem beskrivs i kompendiet
”Styr & reglerfunktioner i värmesystem”
utgivet av Siemens AB BT, Utbildning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
C
4
75

Funktion
Pumpkarakteristik
76
3.3 Huvudkomponenter
3.3.1 Pumpar
I värme- och kylsystem har pumpen till uppgift att transportera energi till användarna.
De tryckförluster som uppkommer i rörledningar, rörkrökar, styrventiler, m.m. måste
kompenseras av pumpen. De vanligaste pumparna som används till detta är
centrifugalpumpar, där rörelseenergi överförs till pumphjulet via motorn och omvandlas
till tryckkraft vid pumpens utlopp.
Fig. 3-24 Cirkulationspump och (till höger) installerad i ett värmesystem
3.3.1.1 Pump- och systemkarakteristik
Karakteristiken hos en pump beskriver dess verkan. Den visar drivtrycket (Δp) som en
funktion av volymflödet ( V& ).
Pumpars karakteristikkurvor väljs efter behovet. Pumpar med konstant varvtal har en
neråtlutande karakteristik (se 1 och 2 i fig. 3-25). Denna karakteristik kan användas i
system med konstant flöde. I system med varierande flöde bör pumpens varvtal styras
med reglering av konstant drivtryck (3) eller flödesberoende drivtryck (4).
Δp, H
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1
2
3
4
Fig. 3-25 Pumpkarakteristikkurvor
1 Brant neråtlutande karakteristik
2 Flack neråtlutande karakteristik
3 Horisontell karakteristik, konstant drivtryck (med varvtalsstyrning)
4 Uppåtgående karakteristik, flödesberoende drivtryck (med varvtalsstyrning)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
.
V

Systemkarakteristik
Varför bör varvtalsstyrning
användas?
Nödvändigt pumptryck beror, som redan nämnts, på tryckfallet i systemet. Tryckfallen
är kvadratiska som en funktion av volymflödet V& , enligt följande formel
Δ p = &
2
V
Flödesändringar i systemet (t.ex. en stängande styrventil) leder till ökande pumptryck
om en pump med konstant varvtal används (Fig. 3-26).
Δp
1
3
.
V
Fig. 3-26 Pumpens arbetspunkt från systemkarakteristik och pumpkarakteristik
1 Pumpkarakteristik (vid ett givet varvtal, n)
2 Systemkarakteristik vid nominellt flöde (fullt öppen styrventil)
3 Systemkarakteristik vid minskat flöde (stängande styrventil)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2
Fig. 3-27 visar att pumptrycket n1 stiger från Δp1 till Δp2 när det flödet i systemet
minskas till 50 % (arbetspunkten går från 1 till 2). Detta påverkar ventilkarakteristiken
(se avsnitt 5.6 ”Ventilkarakteristik”) och måste beaktas i system med variabla flöden.
Av systemkarakteristiken (I) framgår det dessutom att det pumptryck som krävs är
mycket lägre, Δp3. Denna arbetspunkt (3) ligger på en pumpkurva med ett lägre varvtal,
n2.
Δp
Δp 2
Δp 1
Δp 3
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
2
3
n 2
V .
Fig. 3-27 Arbetspunkter vid 50 % volymflöde
I Systemkarakteristik
1 Arbetspunkt vid nominellt flöde
2 Arbetspunkt vid 50 % volymflöde och pump utan varvtalsstyrning
3 Arbetspunkt vid 50 % volymflöde och pump med varvtalsstyrning
1
n 1
I
77

Effektbehov
Exempel:
Volymflöde 50 %
78
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Pumpens effektbehov följer, liksom det tidigare nämnda tryckfallet, en regel.
Effektförbrukningen är approximativt lika med kubiken hos volymflödet V& 3
P V&
≈
Om pumpen varvtalsstyrs sjunker effektförbrukningen till 12,5 % när flödet reduceras till
50 %, dvs. 1/8 av den ursprungliga effekten. Detta är naturligtvis ett rent teoretiskt
värde, eftersom andra faktorer också måste beaktas. Det är exempelvis motorns
verkningsgrad och, framför allt, drivtryck. I verkligheten kan effektförbrukningen
reduceras till allt från cirka 50 % ned till 30 % av den ursprungliga förbrukningen, vilket
ger betydande besparingar.
Den flödesreduktion som kan uppnås beror också på pumpkurvans karakteristik.
Pumpar med brant karakteristik lämpar sig bättre för varvtalsstyrning än de med flack
karakteristik.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
3.3.2 Styrventiler
Styrventilen består av ventil och ställdon. Dess funktion är att styra volymflödet mellan
källan och förbrukaren så att effekten kan varieras mellan 0 och 100 %. Varje ventil har
en eller flera portar som kan vara mer eller mindre öppna, eller som enbart kan ställas i
två lägen, öppen eller stängd.
Ventilerna som används kan vara vridslidventiler eller sätesventiler (linjär lyftrörelse).
För sätesventiler görs åtskillnad mellan:
• 2-vägsventiler
• 3-vägsventiler
Fig. 3-28 Vänster: 2-vägsventil (gängad), höger: 3-vägsventil (flänsad) – båda visas med ställdon
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

2-vägsventiler
3-vägsventiler
Hydraulisk balansering
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
2-vägsventilens öppningsarea ökas eller minskas när lyfthöjden ändras. Detta ger ett
varierande volymflöde.
3-vägsventilen har en ventilport med konstant flöde. Genom att ändra lyfthöjden fås
olika resultat, beroende på om ventilen har installerats som en blandningsventil eller
som en fördelningsventil.
Endast för utvärdering
Blandning:
Flödet genom ventilutloppet (port I) är konstant. Det är en blandning av flödet i de
variabla portarna (II och III) (Fig. 3-29 till höger).
Fördelning:
Ett inkommande konstant flöde (port I) delas i två variabla flöden i ventilutloppet (port II
och III).
(Obs! Alla 3-vägsventiler lämpar sig inte för installation som fördelningsventiler.)
går ej att skriva ut
Funktionen hos olika ventilkopplingar visas i avsnitt 5 ”Hydraulik i byggnader”.
2-vägsventil 3-vägsventil
Fig. 3-29 2- och 3-vägsventil (genomskärning)
Portarnas märkning varierar beroende på typ och tillverkare
3.3.3 Injusteringsventiler
Injusteringsventiler har uttag för att kunna mäta tryck och flöde. De kan även användas
i systemdelar med konstant flöde för att ställa in det önskade flödet.
Denna process kallas hydraulisk balansering. Den är nödvändig för att systemet ska
fungera felfritt.
Fig. 3-30 Konstantflödessystem med injusteringsventiler (grönmarkerade) Injusteringsventil
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
79

Säkerhetstemperaturgivare
Säkerhetstemperaturbegränsare
80
3.3.4 Säkerhetsutrustning
Beroende på typen av installation krävs olika säkerhetskomponenter. De viktigaste är:
• Säkerhetstemperaturgivare
• Säkerhetstemperaturbegränsare
• Säkerhetsventiler
• Expansionskärl
1 2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
3
4
Fig. 3-31 Säkerhetsutrustningar i ett lågtempererat värmesystem med slutet expansionskärl
1 Säkerhetstemperaturgivare
2 Säkerhetstemperaturbegränsare
3 Säkerhetsventil
4 Expansionskärl
De relevanta bestämmelserna och direktiven anger vilka säkerhetskomponenter som
måste installeras. Följande är ett exempel på DIN-standard.
Anläggningar för värmeproduktion Standard
Öppna och slutna fysiskt skyddade anläggningar för
DIN 4751 del 1
värmeproduktion med temperaturer upp till 120°C
Slutna termiskt skyddade anläggningar för värmeproduktion med DIN 4751 del 2
temperaturer upp till 120°C
Högtempererade vattenburna värmesystem med temperaturer över DIN 4752
100°C (med säkerhetsåtgärder för tryck över 0,5 bar) som inte
omfattas av DIN 4751-2.
Grupp 1: Hållande av en maximalt tillåten temperatur på 130°C
med tryckbegränsande utrustning på maximalt 1,5 bar.
Volym [m 3 ] x drifttryck [bar] = < 10.
Grupp 2: Alla andra högtempererade värmesystem med
temperaturer över 110°C
Fjärrvärmecentraler med högtempererat varmvatten DIN 4747 del 1
Värmesystem för dricks- och servicevatten upp till 95°C DIN 4753 del 1
Säkerhetstemperaturgivare bryter energiförsörjningen när en förinställd
gränsvärdestemperatur nås. De återställs automatiskt när temperaturen åter sjunker
under gränsvärdet eller när felet som fick givaren att lösa ut har avhjälpts.
Säkerhetstemperaturbegränsare inaktiverar systemet (brännaren) när gränsvärdestemperaturen
nås. De här enheterna måste återställas manuellt på plats (ibland
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Säkerhetsventil
Expansionskärl
Funktionsprincip
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
med ett verktyg) och detta kan inte göras förrän felet som fick temperaturbegränsaren
att aktiveras har avhjälpts och temperaturen åter har sjunkit under gränsvärdet.
Endast för utvärdering
Fig. 3-32 Säkerhetstemperaturgivare och säkerhetstemperaturbegränsare för installation i en panna
går ej att skriva ut
Säkerhetsventiler är ventiler som förhindrar att ett fördefinierat tryck överskrids genom
att de öppnas automatiskt mot atmosfäriskt tryck. I en nödsituation måste de kunna
avge hela värmeeffekten i pannan i form av varmvatten och ånga med hög temperatur.
Anslutningsrören ska hållas så korta som möjligt och allt större motstånd (t.ex. krökar)
ska undvikas. Avledningsröret, som används för att avleda varmvattnet eller ångan, ska
dras så att utloppet befinner sig i ett område (t.ex. bakom pannan, nära marken etc.) så
att det inte utgör en fara för människor som befinner sig i närheten av pannan.
1
Fig. 3-33 Säkerhetsventil, genomskärning och installerad med ett (rött) avledningsrör
Alla vatteninstallationer behöver en ”kudde” för att ta upp utvidgningen som orsakas av
temperaturförändringar i systemet. Denna ”kudde” utgörs av expansionskärlet.
Storleken på kärlet beror på den totala vattenmängden och temperaturförändringen i
systemet.
Numera har slutna system ofta ett lågt placerat expansionskärl som har följande
fördelar:
– Enkelt och kostnadseffektivt att installera
– Syre kan inte ta sig in i systemet och därför är det korrosionsfritt (under
förutsättning att kärlet har rätt storlek)
– Ingen risk för att säkerhetsanordningarna fryser
– Inget behov av långa och dyra dragningar av säkerhetsrör som är känsliga för
värmeförluster
Expansionskärlen har ett gastätt membran (Fig. 3-34). Det delar kärlet i ett utrymme för
gas och ett för vatten. Gasen finns ovanför membranet och nedsidan är kopplad till
kärlets anslutningsrör och innehåller expansionsöverflödet från systemet.
Ett förtryck ställs in i kärlet. När temperaturen i systemet stiger pressas den ökade
vattenvolymen mot membranet och gastrycket. Vid en temperatursänkning, som
medför en volymminskning, pressar gastrycket mot membranet, så att tillräckligt med
vatten för tillbaka till systemet. Beroende på fabrikatet består ”tryckkudden” av kväve
eller komprimerad luft.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
81

Mellankärl
Tryckhållningssystem
82
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-34 Expansionskärl med membran (vänster), expansionskärl för ett litet system (höger)
Membranen (elastomerer) åldras snabbare vid högre temperaturer. Av denna
anledning installeras ibland ett separat mellankärl, i vilket vattnet kan svalna av innan
det strömmar in i expansionskärlet.
Tryckhållningssystem är användbara för system som innehåller stora vattenvolymer
och där differensen mellan det statiska trycket och det högsta drifttrycket måste hållas
så liten som möjligt. Mottrycket hos gaskudden regleras av kompressorer, så att
expansionsvattnet obehindrat och därmed enklare kan strömma in i kärlet, dvs. utan att
mottrycket stiger som är fallet vid en stationär gaskudde. Dessa utrustningar levereras
ofta i färdigmonterat skick, dvs. med kompressor, brytare och ventiler redan monterade
på kärlet.
Det finns även tryckhållningssystem med ett öppet expansionskärl innehållande
expansionsvatten. Kärlet kommunicerar med systemet via en tryckhållningsenhet
bestående av tryckgivare, tryckhållningspump och magnetventil. Då trycket i systemet
sjunker under börvärdet startar pumpen och hämtar vatten i kärlet för att höja trycket i
systemet. Då trycket stiger över börvärdet öppnar magnetventilen och släpper tillbaka
vatten till kärlet.
·
Fig. 3-35 Tryckhållningssystem med förmonterad kompressor och mellankärl som är anslutet uppströms
(vänster)
Tryckhållningssystem med kompressor och styrutrustning (mitten) (källa: Pneumatex)
Tryckhållningssystem med öppet expansionskärl och tryckhållningsenhet (höger)
(Källa: Somatherm)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Avluftare
Mikrobubbelavskiljare
Undertrycksavgasare
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Högpunktsavluftare monteras på högpunkter i systemet. Funktionen är att fri luft stiger
uppåt.
När systemet är uppfyllt och i drift har de fria luftbubblorna svårt att av egen kraft lämna
vätskan. Luftbubblorna cirkulerar med vätskan tills cirkulationen upphör. Först därefter
kan bubblorna stiga mot högpunkterna.
De automatiska högpunktsavluftarna, (flottörventilerna) har en benägenhet att läcka
efter en tid beroende på olika faktorer t.ex. smuts i ventilen och beläggning på flottören.
Dessa läckage kan ställa till med stora problem på komponenter utanför systemet,
samt att otäta avluftare i vissa fall bidrar till att luft kommer in i systemet. Problemet
löses genom att man monterar en avstängningsventil mellan systemet och
högpunktsavluftaren.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Källa: Köldbärarlaget, ”Avluftningsteknik och pumpar i köldbärarsystem
Monteras där trycket är som lägst och temperaturen är som högst i systemet. Om man
väljer att montera en gemensam avluftare för hela systemet, skall denna placeras så att
hela vätskeflödet cirkulerar över avluftaren. Kvarvarande luftbubblor som inte avskiljdes
vid påfyllnad av systemet cirkulerar nu i vätskan. Dessa passerar genom
mikrobubbelavskiljaren där de fångas upp och avleds via flottöravluftare.
Med tidigare nämnda metoder har den fria luften avlägsnats. För att kunna avlägsna
även den bundna luften bör man använda undertrycksavgasning (trycksänkning). Ett
delflöde av vätska från systemet passerar genom undertrycksavgasaren, där vätskan
trycksänks och den bundna luften övergår som fri luft och därmed avlägsnas.
Källa: Köldbärarlaget, ”Avluftningsteknik och pumpar i köldbärarsystem
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
83

Tvårörssystem med
medmatning
84
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.4 Distributionssystem för uppvärmning
3.4.1 Självcirkulationssystem
Pannan placeras vid systemets lägsta punkt (Fig. 3-36). Det uppvärmda pannvattnet
har lägre densitet (dvs. är lättare) än det avsvalnade returvattnet och därför stiger det
automatiskt i flödet. Ingen pump behövs. Eftersom det bara finns ett lågt differenstryck,
krävs rörledningar med stor diameter.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-36 Självcirkulerande distributionssystem med ett öppet expansionskärl
3.4.2 Pumpsystem
Detta är den vanligaste systemtypen. Framlednings- och returrören dras exempelvis
under taket i källaren. Radiatorerna ansluts till stigarledningarna.
Fig. 3-37 visar distribution med stigarledningar (vertikala distributionsrör). Denna
installation är vanligtvis enkel att genomföra ur byggtekniskt perspektiv.
1 1
2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
Fig. 22
Fig. 3-37 Tvårörssystem med medmatning
(med lokala avluftningsventiler till vänster och centralt placerat avluftningskärl till höger)
1 Lokala avluftningsventiler
2 Centralt urluftningskärl
3 Avluftningsrör
Med distribution till varje våning i en byggnad genom horisontella distributionsrör, kan
varje lägenhet eller våning utrustas med en egen värmemätare.

Tichelmann-systemet
Ettrörssystem
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Rören dras så att den totala längden på hela kretsen är den samma för alla radiatorer.
Det innebär att samma hydrauliska tryckförhållanden gäller för samtliga radiatorer.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-38 Vanligt tvårörssystem (vänster) och Tichelmann-system (höger)
Ettrörssystem består av ringkretsar där radiatorernas tillopp och retur parallellansluts.
På så sätt kan värmevattnet fortsätta att cirkulera genom ringkretsen även om enskilda
radiatorer stängs av helt.
Liksom i tvårörssystem, kan ettrörssystem konstrueras vertikalt eller horisontellt.
Det vertikala distributionssystemet med motmatning används ibland i höghus. Det är
rationellt att installera.
Det horisontella distributionssystemet kan anpassas efter byggnadens struktur och
möjliggör användning av individuella värmemätare. Huvudstigledningarna dras i
rörschaktet i exempelvis badrummet. Ringkretsarna som ansluts till stigledningarna
dras i golvavjämningen eller bakom golvsocklarna.
Fig. 3-39 Ettrörssystem med horisontell distribution i en kontorsbyggnad
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
B16-24
85

Inklädnad
Installation
Anslutning
Luftens densitet
Färg
86
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.5 Värmeavgivning i vattenburna värmesystem
3.5.1 Radiatorer - konvektorer
3.5.1.1 Funktionsprincip
Varje radiator avger differensen mellan den inkommande och den utgående
vattentemperaturen i värmeeffekt till omgivningen. Värmen avges delvis genom
strålning och delvis genom konvektion (dvs. värmeflöde via luft i rörelse).
Endast för utvärdering
Förhållandet mellan strålningsvärme och konvektion hos en fristående värmare av
radiatortyp beror på dess konstruktion.
går ej att skriva ut
·
Fig. 3-40 Värmeeffekt från värmeavgivare av radiatortyp
· ·
Vänster Huvudsakligen genom strålning (panelvärmare)
Mitten Genom strålning och konvektion (konventionell radiator)
Höger Huvudsakligen genom konvektion (konvektorvärmare)
Avgiven värmeeffekt bör inte begränsas av några hinder. I praktiken påverkas den dock
av ett flertal faktorer (se 3.5.1.2), varför den genomsnittliga radiatortemperaturen
(framledningstemperaturen) måste ökas för att kompensera för denna begränsande
inverkan.
3.5.1.2 Påverkan på värmeeffekten från en radiator
Radiatorinklädnad, gardiner och möbler kan reducera strålningseffekten och/eller
luftflödet kring radiatorn (minskar konvektiv effekt). Detta bör undvikas i möjligaste mån.
Om de minimiavstånd som tillverkaren angett för väggar, golv och fönsterbänkar inte
följs, kan värmeeffekten reduceras med 15 % eller mer.
Om en radiator inte är ansluten på konventionellt sätt (med framledningen upptill och
returen nedtill) kan värmeeffekten reduceras med upp till 25 %.
Luftens densitet – och därmed höjden över havet – har stor inverkan på värmeeffekten
från en radiator. Reduktionen i uteffekt är cirka 5 % för varje 1 000 m över havsytan.
Det spelar inte någon roll om ljusa eller mörka färger används. Om metallisk bronsfärg
används reduceras dock värmeeffekten med cirka 10 % (och upp till 25 % enligt andra
källor).
3.5.2 Golvvärme
Det finns flera olika golvvärmesystem på marknaden. Beroende på fabrikatet ska rören
läggas under golvytan i ringar eller spiraler (Fig. 3-41). Syftet är att skapa en så jämn
yttemperatur som möjligt och, för att motverka kallras, ge mer intensiv uppvärmning av
zonerna längs ytterväggarna, genom att rören läggs närmare varandra i dessa
områden. Golvvärmesystem är normalt lågtempererade värmesystem och kan därför
drivas mycket ekonomiskt med lågtemperaturpannor, värmepumpar eller solkraft. De
uppfattas också som en viktig faktor för känslan av komfort och används därför
huvudsakligen i bostäder.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Golvvärme eller
lågtemperaturradiatorer?
För- och nackdelar med
golvvärme
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-41 Golvvärme med fördelare (i bakgrunden)
I välisolerade byggnader är argumenten för golvvärme, vilka grundar sig på komfort och
energianvändning, inte längre så betydelsefulla som tidigare. För det första ligger
yttemperaturen hos det uppvärmda golvet bara något över rummets lufttemperatur.
Samtidigt är yttemperaturen i rummet hos ytterväggar och fönster bara något under
rummets lufttemperatur. Värmekomfort kan alltså säkerställas utan golvvärme.
Jämfört med lågtempererad radiatoruppvärmning, har golvvärme följande fördelar och
nackdelar:
Fördelar:
– Lämpar sig särskilt väl för värmepumpar och solkraft, tack vare de lägre
vattentemperaturerna (max. 35°C) och förmågan att lagra värme i golvet
– Inga problem med gardiner och möbler framför radiatorer
– Inga problem med placering av radiatorer
Nackdelar:
– Stor tröghet i systemet
– Hög kostnad vid ombyggnader eller reparationer av uppvärmningsytorna
– Begränsningar gällande val av golvbeläggning och flexibel rumsindelning
– Mattor på golvet minskar värmeavgivningen
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
87

88
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.5.3 Takvärme
Takvärme är det äldsta av ytvärmesystemen. Jämfört med golvvärme, måste
yttemperaturen i taket vara relativt hög, eftersom värmen i princip uteslutande avges
via strålning (80 %). I bostäder och kontorsbyggnader orsakade detta ”varma huvuden
och kalla fötter”, vilket upplevdes som mycket obehagligt. Från det ursprungliga
systemet (från början av 1900-talet) med stålrör ingjutna i betong, har följande varianter
utvecklats (fig. 3-42)
– Rörtakvärme (a) med rör som är ingjutna i betong (Crittall-uppvärmning) eller i
en bädd av bruk. Drifttemperaturer max. 55/40°C och stor tröghet.
– Lamelltakvärme (b), kan kombineras med luftkonditioneringssystem.
Drifttemperaturer på 90/70°C och mindre tröghet.
– Undertaksvärme (c), kan kombineras med luftkonditioneringssystem.
Drifttemperatur på 90/70°C och mindre tröghet.
– Strålningstakvärme (d), högtempererat värmevatten, över 100°C.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
a) b)
c) d) Fig. 32
Fig. 3-42 De fyra grundtyper av takvärme
a) Takvärmerör
b) Lamelltakvärme
c) Undertaksvärme
d) Strålningstakvärme
Idag används strålningstakvärme praktiskt taget endast industriellt, t.ex. i lager, fabriker
och hangarer.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.6 Värmesystem med temperaturer över 100°C
Värmesystem med drifttemperaturer över 100°C är inte konstruerade för normal
uppvärmning av rum. De används dock för
– Distribution av fjärrvärme och områdesvärme
– Uppvärmning av stora hallar
– Processvärme för industrin
Endast för utvärdering
3.6.1 Hetvattenvärme
När vatten utsätts för högt tryck, kan temperaturer på över 100°C nås utan att ånga
bildas. Till hetvattensystem räknas alla system med en temperatur på ≥ 110°C. Den
övre temperaturgränsen för komponenter med tryckklassningen PN 40 är 230°C. I
praktiken överskrider temperaturen dock sällan 180°C.
Hetvattenuppvärmning används i första hand för strålningstakvärme i produktionsanläggningar.
Fördelen med det här systemet är att nästan inget av luften värms upp
så att den övre delen av lokalen inte blir överhettad.
Hetvattenuppvärmning skiljer sig åt från konventionell, vattenburen uppvärmning i det
avseende att särskilda säkerhetskomponenter krävs, samt att specialarrangemang
krävs för distributionssystemet.
Hetvattnet kan värmas på följande sätt
– Panna
– Ångpanna
– Hetvatten-/ångkonverterare
– Kondensor hetvatten-/ångblandning
(returvatten värms genom blandning med ånga)
– Elektrisk flödesvärmare
– Elpanna med högspänningselektroder
– Värmeväxlare för utnyttjande av spillvärme från gas- eller dieselmotorer
går ej att skriva ut
3.6.2 Ångvärme
Ångvärmesystem är konstruerade för industrier där ånga behövs för att tillhandahålla
processvärme. Om en industri har en ånggenererande anläggning med ett stort
distributionsnät, används denna ånga även för värmeväxling till uppvärmningssystem
samt till luftvärmarna och luftfuktarna i luftkonditioneringssystemet. Ånga, liksom
högtempererat varmvatten, används också som ett värmeöverföringsmedium när
värmen måste transporteras långa sträckor.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
89

Betongtak för
ackumulering av värme-
/kylenergi och för
strålningsuppvärmning/avkylning
Tempererat vatten
cirka 18-26 °C
I praktiken …
Användning av
alternativa källor för
uppvärmning och
avkylning
90
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3.7 Termoaktiva byggsystem
I dessa system används byggnadens inre värmelagringskapacitet för att lagra värme
och kyla. Samtidigt används väggar och tak som uppvärmnings- och avkylningsytor.
Därför dras rörledningar i byggnadens betongtak. Vatten cirkulerar i rören, som kan
värmas upp eller kylas av efter behov, så att önskad taktemperatur erhålls. För att
lagringskapaciteten ska kunna utnyttjas, får innertakets undersida inte ha någon
inklädnad.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-43 Integrerade rörledningar för temperering av det exponerade innertaket mellan våningarna i en
byggnad (Källa: Zent-Frenger)
Till skillnad från konventionella system för uppvärmning och avkylning, arbetar dessa
system enbart med tempererat vatten, dvs. vattentemperaturen befinner sig normalt i
intervallet 18°C (för avkylning) till 26°C (för uppvärmning). Ju bättre byggnadens
värmeisolering är, desto jämnare temperatur kan man hålla i det termoaktiva
betongtaket. I vissa byggnader går det till och med att ”flytta” överskottsvärme från en
del av byggnaden till en annan.
Huvuddelen (cirka 60 %) av värmeväxlingen mellan det tempererade taket och rummet
sker genom strålning.
Praktiska erfarenheter av byggnader med termoaktiva komponenter visar att de som
använder byggnaden upplever den som behaglig och de är mycket nöjda. De måste
dock informeras ordentligt om systemet och dess termiska respons (t.ex. den
varierande temperaturen under dagens lopp) och det tar lite tid att vänja sig vid det. De
exponerade taken kan utgöra ett problem i vissa rum, eftersom störande ekon kan
uppstå om inte korrekta motåtgärder vidtas.
De moderata vattentemperaturer som nämnts tidigare gör det möjligt att på ett
ekonomiskt sätt utnyttja alternativa metoder för återvinning av värme- och kylenergi.
Exempelvis kan (med hjälp av en värmepump) markvärme, grundvatten eller sjövatten
användas som en värmekälla. I avkylningssyfte kan dessa källor utnyttjas direkt för
kylning (frikyla).
I vissa byggnader kan den värme- eller kylenergi som finns i marken användas för
temperering av vattnet, genom att rörledningar dras i fundamentpålar eller golvplattor
(Fig. 3-44).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Värmepump/kylmaskin
med changeoverfunktion
Luftburna termoaktiva
system
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 3-44 Fundamentpåle (vänster) och bottenplatta (höger) som utnyttjar markvärmen
(Källa: Zent-Frenger)
Eldrivna värmepumpar och kylmaskiner är effektivare ju mindre temperaturdifferensen
är mellan den kalla förångarsidan och den varma kondensorsidan. Eftersom
överskottsvärme avges i marken sommartid sjunker elenergibehovet när värmepumpen
används i uppvärmningsläge under vintern. På samma sätt utnyttjas marken till att
lagra kyla under vintern för att minimera elenergibehovet för att driva kylmaskinen
under sommaren.
På grund av de moderata vattentemperaturer som redan nämnts i system med termoaktiva
komponenter, kan denna potential utnyttjas till fullo. Om värmepumpen är korrekt
dimensionerad kan en årlig energiverkningsgrad på 4,5 till 5 uppnås.
Uppvärmning sker med tilluft som passerar ett kanalsystem i s.k. hålbjälklag. Därefter
tillförs luften rummet via tilluftsdon i taket. Energin i tilluften avges till bjälklagen. De
kommer då att fungera som stora radiatorer, vars tak- och golvytor vintertid får en
temperatur någon grad över rumsluften. Sommartid ligger ytornas temperatur någon
grad under rumsluften.
Fig. 3-45 Tilluften passerar ett hålbjälklag (Källa: Strängbetong)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
91

Mekanisk kylning
Energidistribution
Användningsområden
för kylteknik
92
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
4 Kylteknik
4.1 Introduktion
Behovet av kylning uppstod i samband med att man ville bevara livsmedel. Därför har
människan sökt efter metoder för nedkylning sedan tidernas begynnelse.
Ett sätt att kyla livsmedel och vätskor var att använda lerkärl och flaskor som lindades
med fuktiga trasor.
På så vis avleds värme genom förångning av vatten.
Endast för utvärdering
De första kända idéerna om mekanisk kylning och därmed ”kylteknik” kommer från ett
patent från 1834, där Jacob Perkins beskrev en kompressionsmaskin för kall ånga
som använde etyleter i en sluten krets. Cirka 40 år senare, år 1876, blev Carl Linde
först med att använda ammoniak som köldmedium i ett kompressionssystem med kall
ånga med en kolvkompressor.
De första kylskåpen för hemmabruk dök upp på marknaden år 1910. 1930 utvecklades
köldmedierna R 11, R 12, R 13, R 22, R 113 och R 114.
går ej att skriva ut
Principen för kylning är som exemplet med ett vanligt kylskåp.
Funktion: Livsmedel placeras i kylskåpet, värme avges som transporteras ut (via
baksidan på kylskåpet) och tas upp av den omgivande luften.
Energin distribueras av ett medium (köldmediet) som förångas när det absorberar
värme och kondenserar igen när det avger värme.
Från värmeläran vet vi att värmen bara kan färdas från ett ämne med en högre
temperatur till ett ämne med en lägre temperatur, och från vätskemekaniken känner vi
till att en vätska strömmar från en högre nivå till en lägre nivå.
Det går dock att få en vätska att strömma från en lägre nivå till en högre nivå med hjälp
av en pump (kompressor). Kylmaskinen/värmepumpen drivs med samma princip vad
gäller energidistributionen.
Kyltekniken indelas i följande områden
• Storskalig kylning (industriell kylning)
• Småskalig kylning (kommersiell kylning)
• Kylskåp och frysar (kylning i hemmet)
Industriella kylsystem byggs för bryggerier, slakthus, kyllager, istillverkning och marin
kylning.
Efter första världskriget växte behovet av kylning kraftigt och kylsystem utvecklades för
livsmedel, processindustrier och ventilationsteknik.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Metoder för generering
av kylenergi
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Tabellen nedan visar exempel på applikationer för kylteknik inom olika områden
Livsmedelsteknik
Tillverkning
Bryggerier
Trålare
Transport
Fartyg
Järnväg
Väg
Flyg
Lagring
Fryslager
Kyllager
Försäljning
Visningsskåp
Maskiner för dryckesförsäljning
Hushåll
Kylskåp
Frysar
Översikt: Applikationer för kylteknik
Processteknik
Kemisk industri
Bortledning av reaktions- och
lösningsvärme
Kristallisering av salter
Vätskebildning och separation av
gaser
Raffinaderier
Kryoteknik
(Låg temperatur)
Produktion av ädelgaser
Supraledarteknik
Byggteknik
Schaktsänkning
Avkylning av betong
Medicin
Blodbanker
Kryoanestesi
Vakuumteknik
Marina transporter
Flytande gas
Sportarenor
Isar
Ventilationsteknik
Luftkonditionering
Monteringsrum
Teatrar, kontor, etc.
Sjukhus
Tryckerier
Badhus
Gruvor
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Rymdindustrin
Simulering av miljö
Vindtunnel
Tillverkning
Materialtestning
Precisionsmätmiljö
Inom livsmedelsindustrin är kylning den bästa och mest hälsosamma metoden för att
bevara livsmedel under längre perioder och i olika klimatzoner, och därigenom
garantera för hygienen i våra livsmedel.
Inom processtekniken kan kylningen användas för att medge snabbare och mer
kostnadseffektiv produktion.
Inom luftkonditionering är lufttemperaturen en huvudfaktor för vår känsla av komfort
på arbetsplatsen och inomhus i största allmänhet.
Inom luftkonditioneringstekniken finns, vid sidan av den värme som behövs på vintern,
även ett behov av kylenergi på sommaren för att kyla och avfukta luften.
Det finns två huvudsakliga kylmetoder:
– Frikylning med vatten eller luft
– Mekanisk kylning med en kylmaskin
Metoder för energi-/värmeåtervinning är också av intresse inom området för kylteknik.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
93

Evaporativ kylning
Kylning med luftkylare
94
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
4.2 Frikylning med vatten
Grundvatten, vatten från sjöar eller floder, eller kranvatten i temperaturer från cirka 6-
18 °C finns ofta i tillräckliga mängder nästan överallt och skulle räcka för att kyla
inomhus- och uteluften vid temperaturer över 20°C.
Från formeln (se avsnitt 2.2.6 Ämnenas entalpi)
Endast för utvärdering
Q = m * c * Δt eller Q = m * Δh
kan vi fastställa vilken vattenmängd som krävs för att sänka temperaturen hos en
motsvarande luftmängd.
Exempel på frikyla är evaporativ kylning och kylning med luftkylare.
går ej att skriva ut
Fig. 4-1 Evaporativ kylning (förångningskylning) och kylning med luftkylare
1 Kylvattenkälla, 2 Förångningskylsystem, 3 kylsystem med luftkylare
I ett evaporativkylsystem sprutas vatten direkt in i en kammare. Den varma luften som
passerar genom kammaren får en del av vattnet att förångas. Den värme som krävs för
att få vattnet att förångas hämtas från den omgivande luften.
För att undvika att luftfuktigheten i tilluften ökar kan vatten sprutas in i frånluftskanalen
före en värmeväxlare. På så vis kyls värmeväxlaren av och uteluften kyls via
kylåtervinning.
Sammanfattningsvis: – Luften kyls av och absorberar fukt
– Kylvattnet förångas
– Det förångade vattnet måste fyllas på
Vatten flödar genom en luftkylare i en ventilationskanal. När luften strömmar över
luftkylarens kalla yta, kyls den av och avfuktas eventuellt.
Sammanfattningsvis: – Luften kyls av
– Kylvattnet blir varmare och återgår till källan
– Vatten måste fyllas på kontinuerligt
Denna typ av vatten/vatten energiöverföring är väldigt vanlig inom värmepumptekniken.
Energin från exempelvis grundvattnet avges till en värmekrets via kylkretsen. (Se
avsnittet 4.3.4 ”Kylkretsen”).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
För- och nackdelar med frikylning
Fördelar:
• Enkel systemkonstruktion
• Vatten är alltid tillgängligt som en energikälla
Endast för utvärdering
Nackdelar:
• Fluktuerande vattentemperaturer (förutom sjö-, grund- eller brunnsvatten)
• När kylning behövs (sommar), är vattentemperaturerna höga, dvs.
temperaturdifferensen Δt är liten (Q = m · C ·Δt)
• System som bygger på förångningsprincipen (evaporativ kylning) använder
mycket vatten
• System som bygger på luftkylare värmer upp vattnet
går ej att skriva ut
Förr användes kran- eller brunnsvatten ofta i dessa system. Av energiskäl och
ekonomiska skäl rekommenderas dock inte denna metod och den används sällan idag.
Användning av sjö- och grundvatten kräver tillstånd och numera används oftast
mekanisk kylning för att generera och tillhandahålla den erforderliga kylenergin.
Även kylmaskiner omfattas av myndighetsregler både vad gäller säkerhet och miljö.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
95

Värmepump
Exempel
vatten/vatten värmepump
Vattnets
tillståndsändringar
96
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
4.3 Mekanisk kylning
4.3.1 Kylmaskinens funktion
Kylmaskinen avlägsnar värme från ett medium som ska kylas (luft eller vatten) och
avger den till ett annat medium (luft eller vatten). ”Köldmedier” används som
värmeöverföringsmedium. Värmeöverföringen sker när köldmediet genomgår en fysisk
tillståndsändring.
Endast för utvärdering
En ”värmepump” använder den mekaniska kylprocessen för att avlägsna värme från ett
medium och överföra det till ett annat.
Anta att vi kyler en given vattenmängd genom att avlägsna värmen från den, så att
vi kan använda den extraherade värmen till att höja temperaturen hos en annan,
identisk vattenmängd.
I praktiska uppvärmningstermer, skulle detta kunna innebära att en
grundvattenmängd kyls från 5°C ned till 0°C för att driva ett golvvärmesystem med
en framledningstemperatur på 35°C och en returtemperatur på 30°C.
går ej att skriva ut
Kyltekniken blev mycket populär under 1970- och 1980-talet, tack vare den ökade
användningen av värmepumpar till följd av energikrisen.
4.3.2 Fysiska tillståndsändringar
En kylmaskin-/värmepumpkrets utnyttjar ett ämnes eller köldmediums förmåga att
förändra sitt tillstånd och därigenom absorbera eller avge relativt stora värmemängder
utan att temperaturen ändras. Möjliga tillstånd är fast form, flytande form eller gasform.
Kretsen är möjlig eftersom tillståndsändringarna kan reverseras. Tillståndsändringarna
och deras beteckningar visas i följande tabell:
Tillståndsändring: Beteckning:
Från fast till flytande Smältning
Från flytande till fast Fusion (för vatten: frysning)
Från flytande till gas Förångning
Från gas till flytande Kondensering
Från fast till gas Sublimation
Från gas till fast Desublimation
Eftersom vatten även används som ett köldmedium i vissa kylmaskiner, utnyttjar vi
vattnets tillståndsändringar och de värmemängder som avges och absorberas i följande
exempel. Vi utgår från 1 kg vatten vid normaltryck (atmosfäriskt tryck på 1,013 bar).
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Diagram över
temperatur/entalpi
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Vattnets temperatur- och tillståndsändring kan återges med ett diagram över
temperatur/entalpi (Fig. 4.2). De entalpivärden som visas gäller för 1 kg vatten vid ett
atmosfäriskt tryck på 1,013 bar.
t (°C)
115
100
B C
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
-335 419
2257
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
28.3
10
0
A
0 419 2676 2704.3
h [kJ / kg]
Fig. 4-2 Diagram över temperatur/entalpi
A-B: Uppvärmning av vätskan (sensibel värme)
B-C: Förångning (latent värme)
C-D: Överhettning (sensibel värme)
Eftersom värmemängden beräknas av endast differensen i entalpi, kan entalpiskalans
början definieras godtyckligt. I ångtabeller eller hx-diagram är den valda nollpunkten
identisk med vattnets fryspunkt. Det betyder att entalpivärdena som visas inte
inkluderar den latenta fusionsvärmen (smältning).
Den räta linjen A-B representerar den sensibla värme som krävs för att värma 1 kg
vatten från 0°C till 100°C. På entalpiskalan vid punkt B kan vi se att det erfordrade
värdet h för detta syfte är 419 kJ/kg.
Den räta linjen B-C återger förångningsprocessen. Värme tillförs kontinuerligt längs
denna linje (med konstant temperatur) tills ett kilo vatten, vid punkt C, helt omvandlats
till ett kilo mättad ånga. Entalpin hos denna torra mättade ånga uppgår till 2 676 kJ. Det
är summan av 419 kJ av sensibel värme och 2 257 kJ av latent värme från förångning.
Om ytterligare 28,3 kJ tillförs till den torra mättade ångan mellan punkterna C och D,
överhettas ångan till 115°C och entalpin vid punkt D är h = 2 676 + 28,3 = 2 704.3 kJ.
Kondenseringsprocessen kan beskrivas som ovanstående process fast i omvänd
ordning (en identisk värmemängd avlägsnas längs den räta linjen från C till B).
D
Fig. 5
97

Smältning/frysning
Uppvärmning
98
Det krävs en värmemängd på 335 kJ (Fig. 4-2) för att smälta 1 kg is vid 0°C, dvs. för att
omvandla det till vatten vid 0°C. Denna tillståndsändring sker vid konstant temperatur.
Den fusionsvärme (smältning) som därmed finns i vattnet kallas latent värme.
Fig. 4-3 Latent värme från fusion av is
I den omvända processen måste 335 kJ värme extraheras från 1 kg vatten vid 0°C för
att det ska kunna omvandlas till 1 kg is vid 0°C.
En mängd sensibel värme motsvarande 419 kJ måste tillföras 1 kg vatten för att dess
temperatur ska höjas från 0°C till 100°C. Vid normaltryck, atmosfäriskt tryck på
1,013 bar vid havsytan (uttrycktes tidigare som 760 mm Hg), är kokpunkten för vatten,
dvs. den punkt där vattnet börjar förångas, 100°C.
Diagram Fig. 4-4 visar att om vatten ska användas som köldmedium med en kokpunkt
på cirka +5 °C krävs ett tryck på cirka 0,01 bar i förångaren (eller ett negativt tryck på
cirka 0,99 bar i förhållande till normaltrycket i atmosfären). Log p är en logaritmisk skala
för trycket.
Log p (bar)
100
10
1
0,1
0,01
1 kg
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
0 °C
0 °C
0,001
-100 0 100 200 300 400 t (°C)
Fig. 4-4 Vattnets kokpunkt som en funktion av lufttrycket
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
335 kJ
går ej att skriva ut
Fig. 6

Förångning
Överhettning
Omvandlingen av vatten till ånga är, som tidigare nämnts, en tillståndsändring som sker
vid konstant temperatur. 2 257 kJ måste tillföras 1 kg vatten vid 100°C för att det ska
omvandlas helt till ånga vid 100°C. Ångan innehåller sedan denna värmemängd som
latent förångningsvärme. Om först 419 kJ av sensibel värme tillförs för att värma 1 kg
vatten från 0 till 100°C, och sedan 2 257 kJ till latent förångningsvärme, ger detta
värmeinnehåll, eller entalpi (h), 2 676 kJ för 1 kg torr mättad ånga vid 100°C (Fig. 4-5).
Fig. 4-5 Förångningsprocess och höjning av vattnets entalpi
Om ytterligare värme tillförs den torra mättade ångan vid 100°C stiger temperaturen
och ångan ”överhettas” (Fig. 4-6). Den värme som används för överhettning är också
sensibel värme. För att exempelvis höja temperaturen hos 1 kg ånga vid 100°C med 15
K, krävs kvantiteten Q av sensibel värme som uppgår till 28,3 kJ. Detta kan beräknas
med följande formel:
Q = m · cp · (t - ts) = 1 · 1,88 · (115°C-100°C) = 28,3 kJ
m = Massa [kg]
cp = Specifik värme hos den överhettade ångan [kJ/kg K]
t = Temperatur hos den överhettade ångan [°C]
= Vattnets koktemperatur [°C]
ts
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
2676 kJ
går ej att skriva ut
1 kg
100 °C
100 °C
100 °C 1 kg
2676 kJ
Fig. 4-6 Överhettad ånga och höjning av ångans entalpi
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
419 kJ
2257 kJ
2704,3 kJ
+ 28,3 kJ
99

Kondensering
Diagram över
entalpi/tryck
(h/logp-diagram)
100
Tillståndsändringen från vätska till gas är reversibel. Ångan kan med andra ord återgå
till flytande form. Under den här processen kommer den latenta förångningsvärmen på
2 257 kJ/kg, att avlägsnas från ångan (Fig. 4-7). De nämnda tillståndsändringarna
bygger på teoretiska, fullständigt förlustfria processer, vilka inte är möjliga i praktiken.
1
Fig. 4-7 Kondensering
1 Mättad ånga (1 kg), 100°C
2 Kallt kylvatten
3 Uppvärmt kylvatten (+2 257 kJ)
4 Kondensat (1 kg vatten), 100°C
När man konstruerar kylanläggningar eller värmepumpar används diagrammet över
entalpi/tryck (h/logp-diagram) (Fig. 4-8) i större utsträckning än diagrammet över
temperatur/entalpi. Av praktiska skäl används en logaritmisk skala för tryckaxeln. I det
här diagrammet visas tillståndsändringarna inte vid standardtryck (1,013 bar). Istället
kan de avläsas vid olika tryck och associerade temperaturer. Diagram över entalpi/tryck
av den här typen är tillgängliga för alla vanligt förekommande köldmedier. Planerade
cykler för värmepumpar/kylmaskiner kan ritas in i dessa diagram och
entalpiförändringarna kan avläsas direkt från entalpiskalan.
t (°C) bar
374 221
100
6.98
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
1,013
0.01
4
2
2257 kJ
går ej att skriva ut
1
2257
A B
0 419 2107.4 2676
h [kJ / kg]
Fig. 4-8 Diagram över entalpi/tryck för vatten (h/logp-diagram)
1 Gränslinje för vätska (förångningen inleds)
2 Underkylt område (vatten)
3 Kritisk punkt för vatten/ånga
4 Överhettat område (ånga)
5 Gränslinje för mättad ånga
6 Blandningsområde vätska/ånga (vatten/ånga)
A-B Latent förångningsvärme vid p = 1,013 bar (2 257 kJ/kg)
2
3
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
6
3
4
5
Fig. 7

Krav på köldmediet
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Kurvan som stiger från origo (0,01 bar; 0 kJ/kg) till den kritiska punkten visar var
vätskan börjar förångas. Kurvans förlängning, från den kritiska punkten till höger och
ned till entalpiaxeln, visar var överhettningen av den mättade ångan börjar. Om en
horisontell linje dras genom dessa två kurvor vid ett specifikt tryck (t.ex. 1 013 bar), kan
entalpin hos den mättade vätskan läsas av vid punkt A och entalpin hos den mättade
ångan vid punkt B. Differensen mellan värdena vid punkt A och B är den latenta
förångningsvärmen.
Diagrammet visar att den latenta förångningsvärmen sjunker kontinuerligt när tryck och
temperatur stiger, tills den kritiska punkten nås där det inte finns någon
förångningsvärme alls och punkten där vätskan börjar förångas är identisk med
punkten där ångan börjar överhettas. För vatten är det kritiska trycket 221,2 bar och
den kritiska temperaturen 374,1 °C.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
4.3.3 Köldmedier
Mediet som cirkulerar i en kylmaskin-/värmepumpkrets kallas köldmedium. Hittills har
enbart vattnets tillståndsändringar beaktats vid förklaringen av kretsens basprincip.
Vatten har många av de egenskaper som krävs av ett köldmedium. Det är giftfritt, ickebrännbart
och har en relativt stor kapacitet för latent förångningsvärme. Därför används
vatten som köldmedium i kylmaskiner/värmepumpar som verkar med evaporativ kyla
och absorptionskyla (kapitel 4.3.5 Absorptionskylning).
I princip kan alla ämnen användas som köldmedier, under förutsättning att de kan
förångas och kondenseras vid tryck som är tekniskt möjliga att uppnå och vid de
önskade temperaturerna.
Ett köldmedium kan bestå av olika kemiska sammansättningar, men det måste vara
kemiskt stabilt och det får inte vara explosivt, brännbart eller giftigt. Valet av köldmedium
beror på kylmaskinens användningsområde. När det gäller luftkonditionering är
de vanligaste köldmedierna R134a och R407C, R404A och R507.
Mer information om luftkonditionering i avsnitt 6 ”Luftkonditioneringssystem”.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
101

102
4.3.4 Kylkretsen
Diagrammet Fig. 4-9 visar ett slutet rörsystem som utgör kylkretsen. Arbetsmediet,
köldmediet, strömmar genom rören. Köldmediet transporterar värmen inom kylkretsen.
Tryck- och temperaturuppgifterna i diagrammet gäller ungefärligen för köldmediet
R134a.
Det finns fyra punkter inom rörsystemet som medger en extern påverkan på
köldmediet.
De fyra komponenterna som verkar på köldmediet är:
• Förångare
• Kompressor
• Kondensor
• Expansionsventil (strypventil)
ϑ= ϑ= max +60°C
p=15,5 bar
vätska
vätska
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
ϑ =+2 °C
p=3,3 bar
Fig. 4-9 Kompressionsprocess
Tillståndsförändring
Uteffekt från kondenseringsvärme
i expansionsventilen
i kondensorn
I förångaren
tillståndsförändring
– tar upp förångningsvärme
i kompressorn
ϑ = max +100°C
p=15,5 bar
ϑ =+2 °C
p=3,3 bar
Nu följer en detaljerad genomgång av hur och varför köldmediet påverkas.
gasform
gasform
I kompressionskretsen genomgår köldmediet som cirkulerar i en sluten krets de fyra
tillståndsförändringar som beskrivs i det följande.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Förångare
Kompressor
Kondensor
Expansionsventil
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Förångning av köldmediet vid ett relativt lågt tryck och vid en låg temperatur.
Den latenta förångningsvärmen från vattnet eller luften som passerar genom
värmeväxlaren på primärsidan överförs till köldmediet på sekundärsidan. Här måste
temperaturen hos vattnet eller luften vara högre än köldmediets förångningstemperatur.
I diagrammet visas förångningsprocessen med den tillståndsändring som sker vid
temperaturen 2°C och trycket 3,3 bar. Värme överförs från det varmare mediet på
primärsidan till köldmediet på förångarens sekundärsida. Det får mediet på primärsidan
att kylas av och köldmediet att förångas. Köldmediet innehåller nu värmen i form av
latent värme. Köldmediets entalpi har ökat, men dess temperatur eller tryck har inte
förändrats.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Kompression av köldmediets ånga i kompressorn till ett högre tryck.
Detta får temperaturen hos köldmedieångan att stiga till det överhettade området.
Kompressorn suger in köldmedieångan från förångaren och komprimerar den från cirka
3,3 bar till ett tryck på cirka 15,5 bar. Samtidigt stiger temperaturen hos ångan till cirka
100°C, så att överhettad ånga bildas. Entalpiökningen motsvarar den mekaniska energi
som krävs för att driva kompressorn.
Kondensering av den ”varma” köldmedieångan.
Här avger köldmedieångan på primärsidan i en värmeväxlare den tidigare absorberade
latenta förångningsvärmen och överhettningsvärmen från kompressorn till vattnet eller
luften som passerar genom värmeväxlaren på sekundärsidan. Temperaturen hos
vattnet eller luften måste vara under köldmediets kondenseringstemperatur.
Om värme fortsätter att överföras från köldmedieångan på primärsidan till vattnet eller
luften på sekundärsidan, omvandlas köldmedieångan till vätska. Vid kondensorns
utlopp har köldmediet vätskeform och är cirka 60°C. Trycket är oförändrat 15,5 bar.
Sänkning av det kondenserade köldmediets tryck/temperatur.
Det flytande köldmediets tryck/temperatur är fortfarande för hög för att det ska kunna
återföras direkt till förångaren. En expansionsventil används, så att köldmediet kan
återexpandera till förångningstrycket. Expansionsventilen sänker inte bara trycket utan
tillhandahåller också rätt mängd köldmedium i förhållanden till den kapacitet som
förångaren kräver. Beroende på kretsens utförande kan detta vara en expansionsventil
som styrs manuellt, alternativt tryckregleras eller nivåregleras. I små kylenheter kan det
vara ett enkelt kapillärrör.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
103

104
Användningsexempel i luftkonditioneringssystem.
Både direkt och indirekt kylning används i luftkonditioneringssystem.
Fig. 4-10 Användningsexempel för kylning av ventilationsluft
a) Direktkylning (direktexpansion, DX-kyla) b) Indirekt kylning (vätskeburen kylning)
1 Kompressor 2 Förångare
3 Kondensor 4 Expansionsventil
5 Kylvattenpump 6 Luftkylare
7 Fläkt
Eftersom exakt samma funktioner och fysiska interaktioner gäller för
värmepumpkretsen, kombineras båda processerna i schemat nedan.
Avkylt returvatten
från värmesystemet
15,5 bar
Expansionsventil
3,3 bar
Åter till värmedistributören,
t.ex. åter till sjön
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
+ 60 °C
+ 2 °C
Kondensor
Förångare Verdampfer
max + 100 °C
Kompressor
+ 2 °C
ϑ = + 5 °C ϑ = + 10 °C
Fig. 4-11 Exempel på funktionen hos ett vatten/vattenvärmepump
Uppvärmt
tilloppsvatten till
värmesystemet
15,5 bar
3,3 bar
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
1
2
Motordriven, t.ex.
• Elkraft
• Gas
• Olja
Från värmedistributören,
t.ex. sjövatten

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
4.3.5 Absorptionskylning
Med absorption menas processer där vätskor eller fasta ämnen absorberar gaser, så
att en fysisk bindning uppstår. Absorption sker dock enbart då absorbenten och gasen
som ska absorberas har en kemisk affinitet (benägenhet att kemiskt reagera med
varandra) och enbart vid ett givet tryck-/temperaturförhållande som varierar för varje
kombination av verksamma ämnen.
Absorptionsprocessen kan även vändas, dvs. den absorberade gasen kan drivas ut
igen vid olika tryck-/temperaturförhållanden. Hela processen sker alltså i ett kretslopp.
Endast för utvärdering
En absorptionskylmaskin har stora likheter med en vanlig kompressorkylmaskin, men
till skillnad från en sådan drivs absorptionskylmaskinen alltså med värmeenergi, till
exempel fjärrvärme. Båda typerna av kylmaskiner har en kondensor och en förångare,
men istället för en kompressor har absorptionskylmaskinen en absorbator, en
cirkulationspump och en generator. Kylning av vatten sker i förångaren, där vatten
förångas vid en temperatur på cirka 3 grader. Att det är möjligt att koka vatten vid så
låg temperatur beror på att det råder ett kraftigt undertryck, cirka 0,01 bar, i förångaren.
Värmeenergin för förångningen tas från det vatten som ska kylas.
Den vattenånga som bildas i förångaren förs vidare till absorbatorn, där ångan
absorberas av en litiumbromidlösning.
Litiumbromid har egenskapen att det suger upp vatten med en väldig kraft. Lösningen
av litiumbromid och vatten pumpas kontinuerligt till generatorn. I generatorn värms
litiumbromidlösningen upp, till exempel med hjälp av fjärrvärme, till en temperatur på
cirka 30 grader. Vid det tryck som råder i generatorn, cirka 0,1 bar förångas vattnet i
lösningen, och förs vidare till kondensorn. Litiumbromidlösningen, nu utan vatten, förs
tillbaka till absorbatorn.
I kondensorn kyls vattenångan så att den kondenserar, varefter vattnet leds tillbaka till
förångaren, där det på nytt tar upp värme från kylvattnet och förångas.
går ej att skriva ut
Det som driver processen i en absorptionskylmaskin är alltså värme. Dessutom behövs
en mindre mängd el för att driva den pump som transporterar litiumbromidlösningen.
Fig. 4-12 Absorptionsprocess
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
105

106
6
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
3
2
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
4
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
1
5
Fig. 50
Fig. 4-13 Absorptionsprocessen med lösningskretsen som värmekondensor
1 Termokemisk krets
2 Kondensor
3 Expansionsventil
4 Förångare
5 Värmepumpkrets
6 Kylmaskinkrets
Om köldmediekretsen jämförs med kompressionskylmaskinen, kan följande fyra
funktionskomponenter omedelbart identifieras:
• Förångare (4)
• Kompressor (1)
• Kondensor (2)
• Expansionsventil (3).
Här förångas också ett köldmedium (t.ex. vatten) i förångaren vid lågt tryck och med
extern värmeförsörjning. Ångan komprimeras till ett högre tryck och en högre
temperatur och den kondenseras i kondensorn genom att förångningsvärme avges till
ett externt köldmedium och expanderas till lågt tryck i expansionsventilen.
4.3.5.1 Kombination av verksamma ämnen
De vanligaste kombinationerna av verksamma ämnen för absorptionskylmaskiner är
• Vatten och litiumbromid (LiBr) (med vatten som köldmedium)
• Ammoniak (NH3) och vatten (med ammoniak som köldmedium)
• Ammoniak och litiumnitrat (LiNO3)
• Metylamin (CH3NH2) och vatten (H2O)
• Metanol (CH3OH) och litiumbromid
där det första ämnet i varje par är köldmediet. Ammoniak är ett välbeprövat köldmedium
som huvudsakligen används för förångningstemperaturer från 0°C till -60°C,
men den vanligaste kombinationen av verksamma ämnen inom luftkonditionering är
vatten och litiumbromid. Vatten kan dock enbart användas i samband med förångningstemperaturer
över 0°C, eftersom det fryser vid lägre temperaturer.
En annan viktig skillnad mellan kretsen med ammoniak/vatten och vatten/LiBr är
skillnaden i drifttryck mellan de båda systemen. Ammoniakabsorptionssystem drivs vid
tryck mellan cirka 1,5 och 1,6 bar, medan drifttrycket i förångaren och absorbatorn
ligger långt under det atmosfäriska trycket vid vatten/LiBr-system.
Trycket i förångaren är i själva verket cirka 0,008 bar motsvarande en förångningstemperatur
på cirka 3°C och trycket i kondensorn är 0,1, vilket motsvarar en

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
kondenseringstemperatur på cirka 50°C. På grund av dessa låga tryck måste maskinen
ha en mycket robust och solid konstruktion.
Absorptionskylmaskinen drivs med två kretsar.
Den ena kretsen är köldmediekretsen med kondensor, expansionsventil och förångare
och den andra är köldmedier/absorbentlösningskretsen som, inom köldmediecykeln,
fungerar som en kompressor.
Endast för utvärdering
4.3.5.2 Användning
Användningsområdena för absorptionskylmaskinen täcker i princip hela området för
kolv- och turbokompressoraggregat med en kylkapacitet från cirka 30 kW till över
5 000 kW.
går ej att skriva ut
Valet mellan kompressions- eller absorptionskylmaskin beror i stor utsträckning på den
energi som finns tillgänglig för drift av kylmaskinen. Exempelvis kan ett fjärrvärmeverks
panna, som annars enbart kan utnyttjas fullt under vintern, utnyttjas under sommaren
genom att koppla den till en absorptionskylmaskin för kylning.
Det är idealiskt att använda en absorptionskylmaskin när avgasånga från en
produktionsprocess eller en turbinmotor med mottryck finns tillgänglig. Ett annat
praktiskt användningsområde är i kombination med en turbokylmaskin.
Turbokompressorn drivs i det här fallet med en turbin med mottryck. Ångan med lågt
tryck från turbinen med mottryck värmer sedan absorptionsmaskinens generator och
därefter återgår den till ångpannan i kondensatform.
De stora fördelarna med absorptionskylmaskinen är dess vibrationsfria och i princip
tysta gång, samt dess möjlighet till enkel kapacitetsstyrning från 0 till 100 %.
Nackdelarna är den relativt låga verkningsgraden, den höga kondensorkapaciteten och
därmed den höga förbrukningen av kylvatten. Ofta kan de här nackdelarna balanseras
genom att utnyttja spillvärme.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
107

Självstudiekurs
på CD
108
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5 Hydraulik i byggnader
5.1 Introduktion
System för uppvärmning, ventilation och luftkonditionering (HVAC) används för att
skapa en behaglig inomhusmiljö för människor.
För att detta ska vara möjligt i vår klimatzon måste värme- och kylenergi genereras,
styras/regleras och transporteras till rätt plats vid rätt tid.
Endast för utvärdering
Hydrauliksystem är konstruerade för att sammankoppla värme-/kylkällan med
förbrukaren samt att skapa optimala driftförhållanden för
går ej att skriva ut
• värme-/kylkällan (temperatur, vattenflöde)
• bäraren av värme-/kylenergin, t.ex. vatten eller ånga (temperatur, vattenflöde)
• styr- och reglerutrustningen (noggrannhet och stabilitet)
Det här avsnittet innehåller delar av vår självstudiekurs på CD ”Hydraulics in building
systems” (finns på engelska, tyska och franska).
De flesta illustrationer har hämtats från självstudiekursen, där många av dem är
animerade och interaktiva, så att du på egen hand kan undersöka hur hydraulikkretsar
och komponenter beter sig vid olika driftförhållanden.
Om du är intresserad av självstudie-CD:n ” Hydraulics in building systems”, kontakta
ditt Siemenskontor.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.2 Hydrauliska system
5.2.1 Huvudkomponenter i ett hydrauliskt system
Endast för utvärdering
Regulator
(med givare)
går ej att skriva ut
Ställdon
3-vägsventil
Värmepanna
(värmeproduktion)
Fig. 5-1 Huvudkomponenter i ett hydrauliskt system
Fig. 5-2 Cirkulation i systemet
Ventil stängd Ventil öppen
Radiator
(värmeavgivning)
Cirkulationspump
Framledning
Injusteringsventil
Returledning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
109

Flödesschema
110
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.2.2 Olika hydrauliska kretsar
De bilder som hittills visats över hydrauliska kretsar är enkla att förstå. De används
dock inte i teknisk dokumentation.
I teknisk dokumentation används framför allt flödesschemor för att beskriva värme-, kyl-
och ventilationssystem. Förutom att de illustrerar systemet, underlättar de förståelsen
av tekniska processer och samband.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Illustrerad bild över ett system Flödeschema över systemet
Fig. 5-3 Från den illustrerade bilden till ett flödesschema
Värmeförbrukare
Framledning
Cirkulationspump
Värmekälla
Ofta används schemat som visas ovan för enkla system. Det kallas ”flödesschema” och
är nära kopplat till den faktiska utformningen av installationen.
Flödesschemat kan vara svårt att tolka vid större installationer. Det gäller framför allt
när sambanden mellan förbrukare och värme-/kylkällor blir komplexa, exempelvis ett
system med grundvattenvärmepump med beredare och extra värmepanna samt flera
värmeförbrukare.
Fig. 5-4 Exempel på ett flödesschema som visar ett värmesystem med flera förbrukare
Injusteringsventil
Returledning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Översiktsschema
Standardsymboler
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Med översiktsschemat kan mycket komplexa och stora hydrauliska installationer
återges på ett tydligt strukturerat och lättförståeligt sätt.
Ett antal viktiga regler måste följas när det gäller översiktsschemor
Endast för utvärdering
• Framledningen visas överst, returledningen längst ned.
• Värme-/kylkälla och förbrukare visas parallellt i flödesriktningen mellan framledning
och returledning.
Framledning
går ej att skriva ut
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-5 Flödesschema och översiktsschema för ett enkelt system
I flödesschemor över hydrauliska kretsar är det också viktigt att rätt symboler används.
I denna dokumentation används symboler enligt internationell/europeisk standard.
VILL DU VETA MER?
Symboler enligt Svensk Standard beskrivs i kompendiet
”Symbol- och språkbruk SI-enheter”, utgivet av Siemens AB BT Utbildning
Fig. 5-6 innehåller en 3-vägsventil.
De två trianglarna som representerar portar med varierande flöde är fyllda och triangeln
som representerar porten med konstant flöde är tom.
Fig. 5-6 Schemasymbol för 3-vägsventil
Fyllda trianglar = varierande flöde
Tom triangel = konstant flöde
Flödesriktning
Förbrukare
Returledning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
Källa
111

112
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
I många flödesschemor i denna dokumentation visas styrventiler utan ställdon för att
underlätta förståelsen av den hydrauliska kretsen. I normala fall ritas styrventilen med
ställdon.
Exempel på flödesscheman och översiktsscheman
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Flödesscheman Översiktsscheman
Fig. 5-7 Exempel på styrventiler ritade utan ställdon
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.3 Fördelare
I normalfallet försörjer en värme- eller kylkälla flera förbrukare.
Fördelaren utgör anslutningen mellan källan och förbrukarna. Den distribuerar flödet till
de olika förbrukarna och samlar in returvattnet från dem.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 5-8 Fördelaren utgör anslutningen mellan källan och förbrukarna
Både förbrukaren och värme-/kylkällan ställer vissa krav på fördelaren, t.ex.
tryckförhållanden, konstant eller variabelt flöde, framlednings- och returtemperaturer.
För att uppfylla dessa krav finns olika typer av fördelare.
5.3.1 De olika typerna av fördelare
Fördelarna kan delas in i följande kategorier:
Fördelare Huvudpump Tryckförhållanden
i
fördelaren
Flöde genom
källan
Temperaturdifferens
i
källkretsen
Typ 1 (Kap. 5.3.1.1) Nej Variabelt Stort ΔT
Typ 2 (Kap 5.1.3.2) Ja Med tryck Variabelt Stort ΔT
Typ 3 (Kap. 5.3.1.3) Ja Med tryck Konstant Litet ΔT
Typ 4 (Kap. 5.3.1.4) Ja Trycklös Konstant Litet ΔT
Fig. 5-9 Olika typer av fördelare
Det går inte att diskutera fördelaren separat. Det är viktigt att använda den typ av
förbrukarkrets som lämpar sig för installerad fördelartyp. Man måste också säkerställa
att förbrukarkretsar med samma (eller liknande) beteende används på samma
fördelare.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
113

114
5.3.1.1 Typ 1, utan huvudpump, förbrukare med blandningskretsar
Ventiler helt stängda Ventiler helt öppna
Fig. 5-10 Fördelartyp 1 (streckad linje = flöde i kretsen)
Egenskaper
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
• Stor temperaturdifferens i källkretsen vid små laster
• Varierande flöde genom källan, konstant flöde i förbrukarna
• Förbrukarna har stor inverkan på varandra
(större ändringar i en förbrukare leder till tryckändringar i fördelaren, vilket i sin tur
påverkar de andra förbrukarna)
• Risk för felaktig cirkulation
• Förbrukarpumparna måste kompensera för tryckfallet i både förbrukarkretsen och
källkretsen
Viktiga faktorer för problemfri drift
• Källor som kräver ett minimiflöde ska inte användas
• Maximalt tryckfall i källkretsen < 20 % av pumpens maximala drivtryck
(kräver korta och något överdimensionerade rör)
• Förbrukarnas styrventiler måste vara korrekt dimensionerade
• Temperaturdifferensen mellan fram- och returledning i förbrukarna måste
upprätthållas (korrekt injusterade flöden)
Användningsområde
• Värmekällor som kräver låga returtemperaturer (t.ex. kondenserande pannor)
• Beredare
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.3.1.2 Typ 2, med huvudpump, förbrukare med 2-vägsventiler i
variabelflödes- eller injektionskretsar
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventiler helt stängda Ventiler helt öppna
Fig. 5-11 Fördelartyp 2, variabelflödeskrets till vänster och injektionskrets till höger i båda exemplen
Egenskaper
Δp
(streckad linje = flöde i kretsen)
• Stor temperaturdifferens i källkretsen vid små laster
• Varierande flöde genom källan
Viktiga faktorer för problemfri drift
• Förbrukarnas styrventiler måste vara korrekt dimensionerade
• Huvudpumpen måste vara varvtalsstyrd (förbättrar funktionen, minskar
energianvändningen)
• Huvudpumpen måste vara avstängd när det inte finns någon last för att förhindra
skador
Användningsområde
• Laddning i tappvarmvattenkrets
• Fjärrvärmeförsörjda system
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
Δp
115

116
5.3.1.3 Typ 3, med huvudpump, förbrukare med 3-vägsventiler i fördelnings-
eller injektionskretsar
Ventiler helt stängda Ventiler helt öppna
Fig. 5-12 Fördelartyp 3, fördelningskrets till vänster och injektionskrets till höger i båda exemplen
(streckad linje = flöde i kretsen)
Egenskaper
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
• Liten till medelstor temperaturdifferens i källkretsen
• Konstant flöde genom källan
• Huvudpumpen måste kompensera för tryckfall i både källkretsen och tryckfall i
förbrukarkretsarna
• Svårt att uppnå hydraulisk balansering (förbrukarkretsarna påverkar varandra)
• Vid om- och utbyggnad krävs en ny hydraulisk balansering
Viktiga faktorer för problemfri drift
• Förbrukarnas styrventiler måste vara korrekt dimensionerade
• När injektionskretsar används måste sträckan A vara minst 10 gånger rördiametern,
alternativt måste värme-/kylspärr installeras, annars finns det risk för
dubbelcirkulation.
Användningsområde
• Värmekällor med minimibegränsning av returtemperatur
• Kylsystem
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
A

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.3.1.4 Typ 4, med huvudpump, trycklös huvudfördelning i
variabelflödes- och blandningskretsar
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventiler helt stängda Ventiler helt öppna
Fig. 5-13 Fördelningsstyp 4 variableflödeskrets till vänster och blandningskrets till höger i båda exemplen
(streckad linje = flöde i kretsen)
Egenskaper
• Liten till medelstor temperaturdifferens i källkretsen
• Konstant flöde genom källan
• Tydlig hydraulisk avgränsning mellan källkrets och förbrukarkretsar
Viktiga faktorer för problemfri drift
• Fördelare och, framför allt, bypass ska vara något överdimensionerad
• Förbrukare med (konstant) behov året om bör anslutas i början av fördelaren, för att
förhindra onödigt vattenflöde genom fördelaren.
• Fungerar även med variabelflödeskretsar under förutsättning att deras uteffekt är
låg jämfört med fördelarens totala uteffekt
Användningsområde
• Värmekällor som kräver höga returtemperaturer
• Stora kylsystem
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
117

118
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.3.1.5 Flödesschemor över fördelare
Liksom hos förbrukarkretsarna, görs åtskillnad mellan två typer av schema,
översiktsschemat och det geografiska schemat.
Översiktsschema
Endast för utvärdering
• Framledning överst
• Returledning längst ned
• Källor och de enskilda förbrukarna är parallellanslutna i flödesriktningen
går ej att skriva ut
Fig. 5-14 Översiktsschema av fördelare
Flödesschema
Från källan ansluts framledning och returledning till fördelaren. De enskilda
förbrukarkretsarna visas sida vid sida.
Fig. 5-15 Flödesschema över fördelare
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4 Hydrauliska kretsar
5.4.1 Kretsar med variabelflöde och konstantflöde
Uteffekten från en värme-/kylkälla eller en förbrukare (mängden värme- eller kylenergi)
är proportionell mot produkten av volymflödet (V& ), temperaturdifferensen ( Δ T ) i
värme-/kylkällan eller förbrukaren samt specifika värmekapaciteten ( c ), densiteten (ρ).
Endast för utvärdering
Q = V ⋅ ΔT
⋅ c ⋅ ρ & &
I denna dokumentation betraktar vi värmekapaciteten ” c ” och densiteten ”ρ” som
konstanta.
Uteffekten från en värme-/kylkälla eller förbrukare blir då proportionell mot produkten av
volymflödet och temperaturdifferensen:
går ej att skriva ut
Q ≈ V ⋅ ΔT
& &
Det innebär att följande funktioner kan användas för att justera uteffekten i hydrauliska
kretsar:
Volymflödet ändras
medan temperaturen ligger kvar på en
konstant nivå
⇒ Drift med variabelflöde
⇒ Styrning av flödet
Temperaturen ändras
medan volymflödet ligger kvar på en
konstant nivå
⇒ Drift med konstantflöde
⇒ Styrning av blandningsförhållandet
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
119

Styrning av flöde
Styrning av temperatur
120
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.2 Styrning av flöde och temperatur
Både vid styrning av flöde (varierande volymflöde) och styrning av temperatur (konstant
volymflöde) används två olika grundläggande hydrauliska kretsar.
Vid styrning av flödet (varierande volymflöde) i förbrukaren används följande
hydrauliska kretsar:
• Variabelflödeskrets
• Fördelningskrets
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Variabelflödeskrets Fördelningskrets
Fig. 5-16 Styrning av flöde i förbrukarkrets
I båda de hydrauliska kretsarna styrs uteffekten genom att flödet genom förbrukaren
varieras.
Vid styrning av temperaturen (konstant volymflöde) i förbrukaren används följande
hydrauliska kretsar:
• Blandningskrets
• Injektionskrets (med tre- eller tvåvägsventil)
Blandningskrets Injektionskrets (med trevägsventil)
Fig. 5-17 Styrning av blandning i förbrukarkretsen
I båda de hydrauliska kretsarna styrs uteffekten genom att olika medietemperaturer
levereras till förbrukaren.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Funktionsprincip
Egenskaper
Användningsområde
Flödesschema
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.3 Variabelflödeskrets
När styrventilen ändrar läge förändras volymflödet både i källan och i förbrukaren. På
grund av detta varierar tryckförhållandena kraftigt inom systemet.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventil helt stängd Ventil helt öppen
Fig. 5-18 Variabelflödeskrets
• Stor temperaturdifferens i källkretsen vid små laster
• Varierande volymflöde i hela systemet
• Vid uppstart når önskad medietemperatur förbrukaren efter en viss fördröjning
(dödtid, beroende på rörledningens längd och avkylningseffekten)
• När ventilen är helt stängd, kan pumpen överhettas
(använd varvtalsstyrd pump, med stopp vid stängd ventil)
• Luftvärmare utan risk för frysning
• Luftkylare med avfuktning
• Laddning i tappvarmvattenkrets
• Fjärrvärmeanslutna system
• Laddning av beredare
• System med kondenserande pannor
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-19 Flödesschema över variabelflödeskrets
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
121

Funktionsprincip
Egenskaper
Användningsområde
Flödesschema
122
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.4 Fördelningskrets
Beroende på ventilens läge, transporteras en viss del av vattnet från källan till
förbrukaren och resten går tillbaka till källan.
Effekten till förbrukaren styrs via flöde. När flödet minskar ökar temperaturfallet över
förbrukaren.
När ventilen är helt stängd är returtemperaturen till källan nästan samma som
framledningstemperaturen.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventil helt stängd Ventil helt öppen)
Fig. 5-20 Fördelningskrets
• Varierande volymflöde i förbrukarkretsen
• Konstant volymflöde och tryckfall i källkretsen
(fördelaktigt i system med flera förbrukare)
• Liten till medelstor temperaturdifferens i källkretsen
• Vid uppstart når önskad medietemperatur förbrukaren efter en kort fördröjning
(under förutsättning att styrventilen är nära av förbrukaren)
• Luftkylare med avfuktning
• Luftvärmare utan risk för frysning
• System för västskeburen värmeåtervinning
• Beredning av tappvarmvatten
Olämpligt för fjärrvärmeanslutna system (höga returtemperaturer)
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-21 Flödesschema över fördelningskrets
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Funktionsprincip
Egenskaper
Användningsområde
Flödesschema
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.5 Blandningskrets
En 3-vägsventil delar av den hydrauliska kretsen i en primärkrets (källkrets) och en
sekundärkrets (förbrukarkrets). Vattnet från källan och returvattnet från förbrukaren
blandas för att erhålla den temperatur som önskas i förbrukaren. Temperaturen till
förbrukaren styrs efter behovet.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 5-22 Blandningskrets
Ventil helt stängd Ventil helt öppen
• Stor temperaturdifferens i källkretsen vid små laster
• Varierande flöde i källkretsen
• Konstant flöde med varierande temperaturer i förbrukarkretsen
• Jämn temperaturfördelning över förbrukaren
• Liten frysrisk med luftvärmare
Ju kortare avstånd mellan bypass och förbrukare desto bättre. Stora avstånd ger lång
transporttid (dödtid), vilket gör regleringen mycket svårare.
• Radiatorsystem
• Luftvärmare med frysrisk
• System med lågtempererade värmekällor eller värmepumpar
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-23 Flödesschema över blandningskrets
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
123

Egenskaper
Användningsområde
Flödesschema
124
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.5.1 Blandningskrets med returinblandning
En 3-vägsventil delar av den hydrauliska kretsen i en primärkrets och en
sekundärkrets. Returinblandning säkerställer att en viss andel returvatten alltid blandas
in i framledningen.
Därigenom säkerställer man att 3-vägsventilen är effektiv över hela arbetsområdet (från
helt stängd till helt öppen position) samt att framledningstemperaturen max- (värme)
eller minbegränsas (kyla) tack vare returinblandningen.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventil helt stängd
Fig. 5-24 Blandningskrets med returinblandning
Ventil helt öppen
• Stor temperaturdifferens i källkretsen vid små laster
• Varierande flöde i källkretsen
• Konstant flöde med varierande temperaturer i förbrukarkretsen
Ju kortare avstånd mellan bypass och förbrukare desto bättre. Stora avstånd ger lång
transporttid (dödtid), vilket gör regleringen mycket svårare.
• Förbrukarkretsar där framledningstemperaturen ska vara lägre än temperaturen i
värmekällkretsen.
• Förbrukarkretsar där framledningstemperaturen ska vara högre än temperaturen i
kylkällkretsen.
• Golvvärmesystem.
• Kylsystem där ingen kondensering får ske.
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-25 Flödesschema över blandningskrets med returinblandning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Funktionsprincip
Egenskaper
Användningsområde
Flödesschema
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.6 Injektionskrets
5.4.6.1 Injektionskrets med 3-vägsventil
Pumpen till vänster kompenserar för tryckfallet i primärkretsen, inklusive styrventilen,
medan pumpen till höger kompenserar för tryckfallet i sekundärkretsen. Pumpen i
primärkretsen injicerar mer eller mindre primärvatten i sekundärkretsen, beroende på
3-vägsventilens position. Vattnet från primärkretsen blandas med returvattnet från
förbrukaren som sekundärpumpen suger in via bypassledningen. Flödet i
förbrukarkretsen är konstant med varierande temperaturer.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventil helt stängd Ventil helt öppen
Fig. 5-26 Injektionskrets med 3-vägsventil
• Konstant flöde i både källkrets och förbrukarkrets
• Liten till medelstor temperaturdifferens i källkretsen
• Jämn temperaturfördelning över förbrukaren
• Liten frysrisk med luftvärmare
• Radiator- och golvvärmesystem
• Luftvärmare med frysrisk
• Luftkylare utan reglerad avfuktning
• Laddning i tappvarmvattenkrets
Olämpligt för fjärrvärmeanslutna system (höga returtemperaturer)
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-27 Flödesschema över injektionskrets med 3-vägsventil
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
125

Funktionsprincip
Egenskaper
Användningsområde
Flödesschema
126
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.4.6.2 Injektionskrets med 2-vägsventil
Pumpen till vänster kompenserar för tryckfallet i primärkretsen, inklusive styrventilen,
medan pumpen till höger kompenserar för tryckfallet i sekundärkretsen. Pumpen i
primärkretsen injicerar in mer eller mindre primärvatten i sekundärkretsen, beroende på
2-vägsventilens position.
Konstant flöde med varierande temperaturer i förbrukarkretsen.
I primärkretsen varierar flödet och tryckfallet däremot kraftigt, varför primärpumpen
måste vara varvtalsstyrd.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Ventil helt stängd Ventil helt öppen
Fig. 5-28 Injektionskrets med 2-vägsventil
• Stor temperaturdifferens i källkretsen vid små laster
• Jämn temperaturfördelning över värmeförbrukaren
• Liten frysrisk med luftvärmare
• När ventilen är helt stängd, kan primärpumpen överhettas
(använd varvtalsstyrd pump, med stopp vid stängd ventil)
• Fjärrvärmeanslutna system
• System med lågtempererade pannor (kondenserande pannor)
• Radiator- och golvvärmesystem
• Luftvärmare med frysrisk
• Luftkylare utan reglerad avfuktning
• Laddning i tappvarmvattenkrets
• Varmvattenberedare och värmepumpar
Flödesschema Översiktsschema
Fig. 5-29 Flödesschema över injektionskrets med 2-vägsventil
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.5 kv-värde
kv-värdet är lika med volymflödet i m 3 /h genom en komponent eller ett system vid
ett tryckfall på 1 bar (100 kPa)
En styrventils kv-värde beror på lyfthöjden H.
Endast för utvärdering
Tillverkarna av styrventiler anger denna konstruktionsberoende storhet till kvs.
kvs-värdet är flödet då styrventilen är nominellt öppen (H = 100 %)
går ej att skriva ut
Om kv/kvs visas som en funktion av lyfthöjdsintervallet H/H100, erhålls
ventilkarakteristiken (Fig. 5-30).
• kv-värden i förhållande till kvs-värdet kv/kvs = 0 … 1
• Lyfthöjd H i förhållande till den nominella lyfthöjden H 100: H/H100 = 0 … 1
Fig. 5-30 Typisk ventilkarakteristik
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
127

Linjär karakteristik
Logaritmisk karakteristik
Linjär/logaritmisk
karakteristik
128
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.6 Ventilkarakteristik
Förutom temperatur och tryck är följande parametrar är viktiga för fastställandet av
lämplig styrventil
Endast för utvärdering
• Det erfordrade flödet
• Tryckfallet i sträckan med varierande flöde (dimensionerande tryckfall)
• Önskad ventilkarakteristik
går ej att skriva ut
Man skiljer mellan:
• grundkarakteristik
karakteristikens grundläggande form som bestäms teoretiskt
• flödeskarakteristik
flödet under standardförhållanden (1 bar, 25°C), som fastställs vid varje
ventilposition
De vanligaste grundkarakteristikerna beskrivs kortfattat nedan
Samma lyfthöjdsändring producerar samma förändring av kv-värdet (Fig. 5-31 vänster).
Samma förändring av lyfthöjd ger samma procentuella förändring av det relevanta kvvärdet,
dvs. ju större lyfthöjd (ju öppnare ventilen är), desto större är effekten av
lyfthöjdsändringen på flödet. I det nedre lyfthöjdsintervallet är karakteristiken flack. I det
övre lyfthöjdsintervallet blir den brantare och brantare (Fig. 5-31 mitten).
Karakteristiken är linjär i det undre lyfthöjdintervallet och logaritmisk från cirka 30 % av
lyfthöjden (Fig. 5-31 höger).
Ventilkäglans utförande fastställer ventilens grundkarakteristik.
Linjär grundkarakteristik Logaritmisk grundkarakteristik Linjär/logaritmisk grundkarakteristik
Fig. 5-31 Olika ventilkarakteristika
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
5.7 Systemets karakteristik
När en ventil monteras i ett system, ska ventilkarakteristiken kompensera för
värmeväxlarens karakteristik. Ventilens karakteristik och värmeväxlarens karakteristik
resulterar i systemets karakteristik.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Styrventil med linjär
grundkarakteristik
Värmeväxlarens karakteristik
Systemets karakteristik
Fig. 5-32 Systemets karakteristik som resultatet av värmeväxlarens karakteristik och en ventil med linjär
grundkarakteristik
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
129

130
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Styrventil med logaritmisk
grundkarakteristik
Värmeväxlarens karakteristik
Systemets karakteristik
Fig. 5-33 Systemets karakteristik som resultat av värmeväxlarens karakteristik och en ventil med logaritmisk
grundkarakteristik
Exemplen ovan visar att val av lämplig ventilkarakteristik förbättrar systemets
karakteristik (Fig. 5-33), men inte tillräckligt för att erhålla en helt linjär karakteristik.
Vill du veta mer?
Ventildata, ventilkarakteristik och dimensionering av styrventiler beskrivs i kompendiet
”Styrventiler & hydrauliska nät”
utgivet av Siemens AB BT, Utbildning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Ventilationssystem
Partiellt luftkonditioneringssystem
Fullständigt luftkonditioneringssystem
Lågtryckssystem
Högtryckssystem
Uteluft
Tilluft
Rumsluft
Frånluft
Återluft
Avluft
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6 Luftkonditioneringssystem
6.1 Termdefinitioner (enligt DIN 1946)
System utan termodynamiska funktioner eller med endast en sådan funktion (t.ex.
uppvärmning).
System som används för att hålla rummets lufttemperatur eller luftfuktighet på önskad
nivå (genom uppvärmning/kylning eller fuktning/avfuktning), oavsett belastning. Ett
system som exempelvis kan hålla temperaturen vid ett önskat värde genom
uppvärmning eller avkylning och som även kan fukta luften (men inte avfukta den),
skulle, per definition, kallas för ett partiellt luftkonditioneringssystem.
System som används för att hålla både rummets lufttemperatur och rummets
luftfuktighet på önskad nivå (genom uppvärmning/kylning och fuktning/avfuktning),
oavsett belastning.
Egentligen låghastighetssystem. Detta är system där luften flödar genom kanalerna
långsammare än 10 m/s. De flesta av dessa system är industriinstallationer med stora
luftvolymer och relativt korta avstånd att täcka. Tilluftsdon kan monteras direkt i
kanalerna.
Egentligen höghastighetssystem. Detta är system där luften flödar genom kanalerna
snabbare än 10 m/s. De flesta av dessa är komfortsystem med mindre luftvolymer och
relativt långa avstånd att täcka. Tilluftsdon kan inte monteras direkt i kanalerna
eftersom lufthastigheten först måste reduceras (genom expansion) från högt till lågt
tryck.
Luft som tillförs från atmosfären.
Luft som strömmar från systemet till rummet.
Luft i ett ventilerat eller luftkonditionerat rum.
Luft som avlägsnas från rummet.
Frånluft som återförs till systemet.
Frånluft som transporteras bort och släpps ut utomhus.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
131

Omfattning
Funktion
132
6.2 Ventilationsaggregat
I det här avsnittet beskrivs huvudkomponenterna i ett ventilationsaggregat. Här ges
endast en kort översikt utan detaljerad information om t.ex. dimensionering.
Vill du veta mer?
Specifika funktioner för styrning och reglering av luftkonditioneringssystem beskrivs i
kompendiet
”Styr & reglerfunktioner i luftkonditioneringssystem”
utgivet av Siemens AB BT, Utbildning.
1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
2
1 Ytterväggsgaller 2 Blandningsspjäll
3 Luftfilter 4 Luftvärmare
5 Luftkylare 6 Luftfuktare
7 Tilluftsfläkt
Fig. 6-1 Flödesschema över ett ventilationsaggregat med typiska komponenter
6.2.1 Ytterväggsgaller
Ytterväggsgaller för uteluft och avluft skyddar luftkanalerna mot regn och smådjur (t.ex.
möss och fåglar). De har ofta en design som smälter in i byggnadens fasad. På vissa
platser eller i vissa situationer måste ytterväggsgallren värmas, eftersom de annars kan
frysa igen relativt snabbt.
Fig. 6-2 Ytterväggsgaller
6.2.2 Spjäll
3 4 5 4 6
Beroende på spjällens funktion skiljer man mellan
• Avstängningsspjäll
• Strypspjäll
Avstängningsspjäll drivs av ett ställdon och de stänger av kanalen när systemet är
avstängt eller vid underhåll, reparationer och vid larm eller fel. Beroende på behovet
kan de konstrueras i lufttäta eller gastäta utföranden.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
7

Spjälltyper
Funktion
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Strypspjäll används för att strypa eller blanda luftflöden. För strypspjäll är det viktigt att
tänka på att strypningen endast är effektiv när motståndet hos det öppna spjället utgör
en viss andel av det totala motståndet i kanalerna.
Spjäll kan vara cirkelformade eller rektangulära. I runda kanaler består vanliga
strypspjäll av irisspjäll och avstängningsspjäll av ett cirkelformat spjällblad på en
roterande axel som kan vara rund eller fyrkantig.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-3 Irisspjäll och vridspjäll i en rund kanal
Rektangulära spjäll (eller ”jalusispjäll”) konstrueras vanligtvis med flera blad som kan
öppnas och stängas motroterande eller synkroniserat (fig. 6-4). Båda typerna kan
användas som strypspjäll.
Fig. 6-4 Jalusispjäll, motroterande till vänster, synkroniserade till höger
6.2.3 Luftfilter
Luftfilter används i ventilationssystem för att fånga upp (absorbera) och kvarhålla
(adsorbera) orenheter och föroreningar i form av partiklar och gas i luften.
Normal obehandlad luft innehåller föroreningar i koncentrationer mellan 0,05 och
3,0 mg/m 3 . Inom industrin kan luftfilter användas för koncentrationer upp till cirka
20 mg/m 3 .
Fig. 6-5 Vanliga filter för ventilationssystem
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
B17-1
133

HEPA- och ULPA-filter
134
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.3.1 Klassificering av filter
Utifrån de testmetoder som beskrivs i EN 779 och EN 1822, indelas luftfilter i följande
huvudkategorier
• Grovfilter, filterklasser G 1 - G 4
• Finfilter, filterklasser F 5 - F 9
• Hepafilter, filterklasser H 10 - H 14
• Ulpafilter, filterklasser U 15 - U 17
Endast för utvärdering
Till följd av de allt strängare kraven som ställs på rena rum, har antalet filterklasser för
aerosoler utökats (H10-U17) för att uppfylla även de strängaste specifikationerna.
Filtrets kvarhållningsförmåga och effektivitet beror nästan uteslutande på filtermediet,
medan dammlagringsförmågan beror både på filtermediet och på filtrets area.
går ej att skriva ut
Filterklasserna H10 till H14 kallas HEPA-filter (High Efficiency Particulate Air-filter).
Filterklasserna U15 till U17 kallas ULPA-filter (Ultra Low Penetration Air-filter).
Filterklass Kvarhållningsförmåga
%
Genomtränglighet
%
Tidigare
klassificering
G 1 < 65 EU 1/A
Beskrivning
G 2 65 … 80 EU 2/B1 Grovfilter
G 3 80 … 90 EU 3/B2
G 4 > 90 EU 4/B2
F 5 – EU 5
F 6 – EU 6 Finfilter
F 7 – EU 7
F 8 – EU 8
F 9 – EU 9
H 10 85 15 Q
H 11 95 5 R
H 12 99,5 0,5 S
H 13 99,95 0,05 S Aerosolfilter
H 14 99,995 0,005 ST
U 15 99,9995 0,0005 T
U 16 99,99995 0,00005 U
U 17 99,999995 0,000005 V
Fig. 6-6 Klassificering av luftfilter
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Ursprungligt tryckfall
Sluttryckfall
Stigande tryckfall under
drift
Normal livslängd
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.3.2 Tryckfall över luftfiltret
De normala tryckfallen för nya luftfilter ser ut som följer:
– Grova dammfilter i intervallet 30-50 Pa
– Fina dammfilter i intervallet 50-150 Pa
– Aerosolfilter i intervallet 100-250 Pa
Filtren utsätts normalt för luft som strömmar med en hastighet på 2-3 m/s (i förhållande
till filtrets projicerade yta)
De rekommenderade sluttryckfallen är följande:
– Grova dammfilter i intervallet 200-300 Pa
– Fina dammfilter i intervallet 300-500 Pa
– Aerosolfilter i intervallet 1 000-1 500 Pa
Under drift stiger tryckfallet i filtret när mer och mer partiklar ackumuleras i det. Hos
grova dammfilter är ökningen approximativt kvadratisk och hos aerosolfilter är den i
stort sett linjär.
Den varierande karakteristiken hos denna tryckfallsökning gör det möjligt att konstruera
filtersystem på olika sätt. Samtidigt läggs stor vikt vid investeringskostnader och driftsoch
underhållskostnader.
Under normala driftförhållanden (dvs. vid nominellt luftflöde, normal
dammkoncentration och åtta timmars drift per dag), är livslängden hos ett filter följande:
– Grovfilter ¼ … ½ år
– Finfilter ½ … ¾ år (med grovfilter monterat framför finfiltret)
– Aerosolfilter 1 … 4 år (med grov- och finfilter monterat före aerosolfiltret)
beroende på drifttid och flödeshastighet vid filterytan.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
6.2.3.3 Filtertyper
Det finns många olika typer av filter. De kan benämnas på många olika sätt beroende
på materialet, installationssättet, användningssättet, filterklassen och andra faktorer.
Nedan finns exempel på några av de vanliga benämningarna på olika typer av filter.
Material Metallfilter
Fiberfilter (eller ”torrt” filter)
Aktivt kolfilter
Oljebadsfilter eller ”visköst” filter
Elektriskt fiberfilter
Installationssätt Vertikalt filter
Kanalfilter
Väggmonterat filter, takmonterat filter
Användning Engångsfilter
Permanent filter (regenerativt)
Filterklass se Fig. 6-6
Driftstyp Stationärt filter
Automatiskt filter
Filter med rullande medium eller rullfilter etc.
Elektriska filter
Konstruktion Diagonalflödesfilter
Cirkelformat luftfilter
Trumfilter eller roterande filter, cylindriskt filter
Påsfilter, V-format veckat filter
Fig. 6-7 Olika typer av luftfilter (källa: Recknagel)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
135

Styva filterceller
Påsfilter
136
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.3.4 Fiberfilter (eller ”torra” filter)
Denna filtertyp, som finns i olika format, är en slags filt som tillverkas av fibrer från olika
material som glas, syntet, naturprodukter eller metaller. De allmänna grundkraven är
lång livslängd och låga tryckfall. Dessa två krav kan uppfyllas genom att filtret ges en
så stor filtreringsarea som möjligt.
Vanliga konstruktionstyper är:
– styva filterceller
– påsfilter
Endast för utvärdering
Här stöds filtermediet, med en total tjocklek på cirka 50 mm, av en styv ram av
perforerad metall eller kartong. I en annan konstruktionstyp böjs mediet i veck som
hålls isär av kartong- eller plastdistansbrickor.
går ej att skriva ut
Fig. 6-8 Filterceller, filterram med veckat filtermaterial (för att öka ytans area)
Påsfilter är den vanligaste formen av torra filter. Olika anordningar (t.ex. kilformade
sömmar, separata trådar, limmade eller fastsydda filtremsor etc.) hindrar fickorna från
att bölja ut. Filtret består av påsar i en ram.
Fig. 6-9 Påsfilter
Påsfilter har en mycket hög adsorptionsförmåga (kvarhållningsförmåga) för damm och
tar relativt lite plats. Förhållandet mellan filterytans area och den projicerade ytans area
är 20:1 - 25:1. Luftflödets hastighet är ≈ 2,5 m/s i förhållande till den projicerade ytans
area och ≈ 1 m/s i förhållande till filterytans area.
Trots att dessa filter normalt inte kan rengöras, har de ändå lång livslängd.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Aerosolfilter
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Dessa filter används normalt som sista steg i ett flerstegsfilter (det är nödvändigt att
använda förfilter). De används huvudsakligen i industriapplikationer som laboratorier,
operationssalar, rena rum och farmaceutiska applikationer.
Aerosolfilter består ofta av veckat filtermaterial i en ram. Den effektiva filterarean är 20-
50 gånger större än den area som är projicerad mot flödet. För en luftflödeshastighet i
förhållande till den projicerade ytans area ≈ 1,5 m/s ger detta en flödeshastighet på
≈ 2,5 cm/s i förhållande till filterytans area.
När ett filter monteras är det mycket viktigt att det blir lufttätt.
På grund av det höga volymflödet och den kontinuerliga driften i rena rum måste tryckfallet
observeras särskilt noggrant, eftersom det har stor betydelse för
energianvändningen. Inom den senaste utvecklingen av filterklasserna H 13 - U 16
(tidigare S, T och U) har man därför siktat på att minska den initiala tryckdifferensen
(t.ex. 90-150 Pa). Av denna anledning har exempelvis elektrostatiska och mekaniska
adsorptionsförmågor kombinerats, vilket ger ett minskat ursprungligt tryckfall (t.ex. 55-
90 Pa).
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-10 Aerosolfilter
6.2.3.5 Metallfilter
Metallfilter används för att stoppa överföringen av fett- och oljedimmor, grovt damm och
bläckdimma.
Filtreringseffekten fungerar så att när luftströmmen passerar genom filtermediet, så
bryts den upp i flera mindre luftströmmar, vars riktning ständigt växlar. Adsorptionsmekanismen
bygger på blockerings- och stabilitetsprinciper.
Fig. 6-11 Metallfilter (två olika konstruktioner)
Filtren rengörs genom att de diskas med diskmedel (detta gäller exempelvis filter i
köksfläktar) eller i oljor eller lösningar, beroende på typen av förorening.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
137

Liten extern ytarea och
stor adsorptionsyta i
mediets porer
Impregnering beroende
på föroreningstyp
Konstruktionstyper
Livslängd
Elektriska filter med
joniseringszon
138
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.3.6 Aktivt kolfilter
Aktiva kolfilter används för adsorption (kvarhållning) av skadliga eller oönskade
orenheter i luften i form av gas eller ånga. Detta omfattar inte enbart odörer från kök,
toaletter och offentliga samlingssalar, utan även gaser och ångor från
industriprocesser. Det aktiva kolet verkar genom fysisk och/eller kemisk adsorption,
beroende på föroreningens och kolets tillstånd.
Grundmaterialet för aktivt kol kan vara kol, kokosnötsskal eller trä. Materialet behandlas
i en särskild process som producerar en mycket porös slutprodukt. Det har därmed en
exceptionellt stor ytarea som kan fånga upp föroreningens molekyler. Till skillnad från
det synliga, makroskopiska formatet och ytarean, kallas den ytarea som utgörs av porer
den ”interna” eller specifika ytarean hos det aktiva kolet. Som en riktlinje kan anges att
1 g aktivt kol motsvarar en volym på cirka 2 cm 3 och har en specifik ytarea på 900-
1 200 m 2 .
För att ett aktivt kolfilter ska kunna filtrera bort specifika föroreningar, måste
adsorptionsytan ofta behandlas, eller impregneras, med en kemikalie. Aktivt kol kan
inte användas för adsorption av gaser som N2, O2 och CO2, eftersom det aktiva kolet i
sig redan innehåller dessa molekyler.
Aktiva kolfilter finns i olika former, exempelvis som plattor med aktivt kol eller som
återanvändningsbara patroner med aktiva kolfilter. Metoderna som används för att
återaktivera filtret (t.ex. behandling med höga temperaturer) varierar kraftigt beroende
på den förorening som adsorberats.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-12 Aktiva kolfilter (olika exempel)
Det är nödvändigt att använda förfilter för att verkningsgraden hos det aktiva kolet inte
ska nedsättas till följd av dammföroreningar. Ett aktivt kolfilter som monteras och
underhålls på korrekt sätt har en livslängd på 3-12 månader.
6.2.3.7 Elektriska filter
Elektriska filter förekommer relativt sällan i ventilationssystem, men de används i vissa
specialfall (t.ex. i lokaler med ett högt damminnehåll, där kontinuerlig drift dygnet runt är
nödvändig, eller för frånluft som innehåller oljedimma etc.).
De flesta elektriska filter fungerar enligt Penneys princip och de består av en
joniseringszon med tungstentrådar med positiv laddning, där de inkommande
dammpartiklarna attraherar joner och därmed får en positiv laddning, samt en
dammspärr i form av en plattkondensator. Beroende på typen av partiklar som ska
filtreras bort, kan ytan vara sprayad med dammbindande ämnen. Filtret rengörs genom
att sprayas med vatten (cirka 30-40 °C), vilket kan göras automatiskt.
Elektriska filter avlägsnar damm på ett mycket effektivt sätt, inklusive de minsta
dammpartiklarna ned till 0,1 μm och mindre (t.ex. tobaksrök, dimmor, pollen och
bakterier) och har ett lågt luftmotstånd, men är dyra att köpa.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Elektrostatiska filter
Automatiska rullfilter
Automatiska viskösa
filter
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
I vissa applikationer används elektriska filter som verkar enligt elektrostatiska principer
och saknar laddningszon (joniseringszon). Då kan fibrösa material användas som
filtermedium. Materialet specialbehandlas för att innehålla elektriska dipoler, eller så
placeras det i ett externt genererat elektrostatisk fält. Beroende på spänning och
filtermediets struktur, varierar adsorptionseffekten mellan 15-90 %.
Endast för utvärdering
6.2.3.8 Automatiska filter
I dessa filter kan filtermediet eller skiktet förnyas eller rengöras, antingen fortlöpande
eller vid enskilda tillfällen, under drift. Man skiljer mellan:
– Automatiska rullfilter
– Automatiska viskösa filter
går ej att skriva ut
I automatiska rullfilter rullas det rena filtermediet upp från en rulle och spolas upp på en
annan rulle när det blir smutsigt. Spolningsmekanismen drivs en elmotor.
Dessa filter har ett mer eller mindre konstant tryckfall, men luftdistributionen varierar
beroende på höjden (t.ex. en högre lufthastighet nära toppen där filtermaterialet är
relativt rent och en lägre lufthastighet nära botten där filtret är smutsigare).
Fig. 6-13 Rullfilter
Automatiska viskösa filter drivs med en rulle av celler eller plattor som hela tiden är i
rörelse. Under rörelsen passerar de ett oljekärl där de rengörs. De rengjorda ytorna
vänds sedan mot luftintaget. Det damm som tvättas bort av processen samlas på
botten av oljekärlet och avlägsnas genom att oljan tappas av och sedimenten skrapas
bort, eller med hjälp av en självrengörande oljekrets.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
139

Funktion
Konstruktion och funktion
Radialfläktar
Axialfläktar
140
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.4 Fläktar
Fläktar genererar det erfordrade flödet genom att skapa en tryckökning som motsvarar
tryckfallet i systemet.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-14 Radialfläkt med separat motor och fläktrem (för installation i ett ventilationsaggregat)
Åtskillnad görs mellan radialfläktar (Fig. 6-15) och axialfläktar (Fig. 6-16). I
ventilationssystem används radialfläktar i princip för relativt små luftvolymer (upp till
cirka 50 000 m 3 /h) som matas med högt tryck (upp till 3 000 Pa). Axialfläktar används
för relativt stora luftvolymer (>50 000 m3/h) som matas med lågt tryck (upp till 1 000
Pa).
Radialfläkten suger in luften axiellt och matar det radiellt. Spiralkåpan har utformats för
att leda luften på detta sätt. Fläkthjulen kan ha framåtböjda, bakåtböjda eller raka
skovlar.
Mekanisk konstruktion Användning
Bakåtböjda skovlar Ger låga fläkttryck
Verkningsgrad cirka 80-85 %
Framåtböjda skovlar Ger höga fläkttryck
Verkningsgrad cirka 55-75 %
Raka skovlar Självrensande. För specialapplikationer
4
1
Fig. 6-15 Radialfläkt med fläkthjul (1), spiralkåpa (2), luftintag (3) och luftutlopp (4) (källa: LTG)
Axialfläkten får luften att strömma parallellt med drivaxeln. Hos de bättre, högpresterande
axialfläktarna fångas virveln, som pumphjulet skapar, av en fast skovelkrans.
Mekanisk konstruktion Användning
Väggmonterad fläkt För montering på fönster eller väggar
Utan fast skovelkrans För tryck upp till cirka 300 Pa
Med fast skovelkrans För tryck upp till cirka 1 000 Pa
Kontraroterande fläkthjul (två fläkthjul För tryck >1 000 Pa och för
som rör sig i motsatta riktningar) specialapplikationer
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2
3

Affinitetslagar
Affinitetslag 1
Affinitetslag 2
Affinitetslag 3
Vad visar ekvationerna?
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Fig. 6-16 Axialfläkt med fläkthjul (1), fast skovelkrans (2), luftintag (3) och luftutlopp (4) (källa: LTG)
6.2.4.1 Fläkt- och systemkarakteristik
I system med kvadratisk karakteristik (vanligast, se fig. 6-17, systemkarakteristik I och
II) och konstant densitet, gäller de affinitetslagar (fläktlagar) som härleds från
proportionalitetslagarna inom vätskemekaniken.
Volymflödet varierar i direkt förhållande till varvtalet.
V &
1
V&
n1
=
n
(Ekvation 1)
2
2
Fläkttrycket stiger som en kvadrat av varvtalet eller volymflödet.
p
p
1
2
2
⎛ V&
1 ⎞ ⎛ n1
⎞
= ⎜
V ⎟ = ⎜
2 n ⎟
&
⎝ ⎠ ⎝ 2 ⎠
2
(Ekvation 2)
Motorns uteffekt varierar i förhållande till kubiken av varvtalet eller volymflödet (under
förutsättning att fläktens verkningsgrad är konstant).
P
P
1
2
=
⎛
⎜
⎝
V&
V&
1
2
⎞
⎟
⎠
V & = Luftflöde (m 3 /s)
3
=
⎛
⎜
⎝
n = Varvtal (varv/min)
p = Tryck (Pa)
P = Fläkteffekt (W)
n
n
1
2
⎞
⎟
⎠
2
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
4
3
(Ekvation 3)
• Ekvation 1 visar att volymflödet kan fördubblas genom att varvtalet fördubblas.
Exempel:
Om fläktens varvtal ökas från 1 000 till 2 000 varv/min, ändras volymflödet från 4 000
m 3 /h enligt följande:
V&
1 n1
n2
3 2000 varv/min
3
= ⇒ V&
2 = V&
1 4'000 m /h
8'000 m /h
V&
⋅ =
⋅
=
n2
n1
1000 varv/min
2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
1
3
141

142
• Ekvation 2 visar att en fördubbling av volymflödet medför en fyrfaldig tryckökning.
Exempel:
Fläkten ger 4 000 m 3 /h vid ett tryck på 350 Pa. Om varvtalet nu fördubblas (och
därmed volymflödet), enligt beräkningen ovan, stiger trycket enligt följande:
2
2
2
2
p ⎛ V&
⎞ ⎛ n ⎞
⎛ V&
⎞
3
1 1
1
2 ⎛ 8'000 m /h ⎞
= ⎜
⎟ = ⎜
⎟ ⇒ p = p
350 Pa
1'400 Pa
p V n 2 1 ⋅ ⎜
⎟ = ⋅ ⎜
=
3 ⎟ &
V&
4'000 m /h ⎠
2
⎝
2
⎠
⎝
2
⎠
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
⎝
• Ekvation 3 visar att om volymflödet fördubblas så krävs åtta gånger så mycket
energi, eller i en omvänd process, om volymflödet halveras så sjunker
energianvändningen till 1/8.
1
⎠
Exempel:
Om fläkten exempelvis används i en VAV-anläggning och körs på låglast, behöver
den endast leverera 4 000 m 3 /h istället för 8 000 m 3 /h. Då sjunker
energianvändningen enligt följande från ursprungliga 3,0 kW (vid axeln) till:
3
3
3
3
3
p ⎛ V&
⎞ ⎛ n ⎞
⎛ V&
⎞
⎛ 4'000 m /h ⎞
1 1
1
2
= ⎜ ⎟
p2
p ⎜ ⎟ 1 = 3.0 kW ⋅ ⎜
⎟ = 0.375 kW
3
p2
V
⎜
2 n ⎟
⎜
= ⇒ = ⋅
& ⎟
⎜
2
V&
⎟
⎜
1
8'000 m /h ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠
⎝ ⎠
⎝
⎠
Δp 3
Δp 2
Δp 1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-17 Fläkt- och systemkarakteristik (inte log-log)
n1 … n4 Fläktkarakteristik vid olika varvtal
I, II Systemkarakteristik 1 och 2
1-4 Arbetspunkter
1 Normal arbetspunkt
1→2 Växling av arbetspunkt, t.ex. på grund av ett smutsigt filter
3 Som 2, men med önskat luftvolymflöde
1→ 4 Växling av arbetspunkt på grund av varvtalshöjning
2
V &
1
3
1
n 1
II
n 3
V4 &
4
n 4
⎝
I

Funktion
Värmemedium
Vattenburna luftvärmare
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.5 Luftvärmare
Används för att värma tilluften till erforderlig temperatur.
– Luftvärmare med lamellväxlare, drivs med lågtempererat varmvatten,
högtempererat varmvatten eller ånga (Fig. 6-19)
– Elektriska luftvärmare (Fig. 6-21)
Endast för utvärdering
Luftvärmare används som förvärmare eller återvinningsvärmare i system för
luftuppvärmning och luftkonditionering.
går ej att skriva ut
Fig. 6-19 Luftvärmare med lamellväxlare
Vattenburna luftvärmare uppvisar normalt en olinjär statisk karakteristik vad gäller
vattenflödet genom dem och den uteffekt som uppstår. Beroende på hur de är
konstruerade och på försörjningstemperaturerna, varierar karakteristiken för
värmeöverföringen från en brant till en flack kurva, vilket uttrycks av ”a-värdet”.
Luftvärmarens karakteristikkurva visas i Fig. 6-20 i förhållande till det maximala
volymflödet V100 & och den maximala uteffekten Q100 &
.
Fig. 6-20 Karakteristikkurvor för luftväxlare och de associerade a-värdena
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
143

Frysvakt
Fryssäker luftvärmare
Elektriska luftvärmare
144
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Frysvaktens uppgift är att skydda luftvärmaren mot sönderfrysning genom att stoppa
fläktarna om temperaturen i luftvärmaren underskrider inställt värde.
Frysvaktens larmbörvärde är beroende av givarens utförande och placering enligt
nedan.
Endast för utvärdering
Alt.1: Insticksgivare i luftvärmare 4-6 °C
(rekommenderas)
går ej att skriva ut
Alt. 2: Anliggningsgivare i samlingsrör 7-9 °C
Alt. 3: Dykgivare i returledning 7-9 °C
Anliggningsgivare i returledning 10-12 °C
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
Alt. 3
Alt. 2
Alt. 1
Fryssäkra luftvärmare är försedda med en säkerhetsventil, vilken tryckavlastar rören i
luftvärmaren. Detta minskar risken för sönderfrysning, se nedan.
Fryssäker luftvärmare, källa: ThermoGuard
Elektriska luftvärmare har ett antal inbyggda spiralformade värmespiraler som blir
varma när strömmen leds genom dem. De avger då sin värme till luften. De monteras
på platser där det inte finns varmvatten, eller där anslutningspunkten är för långt bort
eller där en vattenvärmd luftvärmare inte kan användas av andra skäl. På grund av
brandrisken kräver luftvärmare särskilda säkerhetsarrangemang och
säkerhetsanordningar (t.ex. säkerhetstermostat, efterkylning med fläkten etc.)
Fig. 6-21 Elektrisk luftvärmare (stålrör med integrerade luftvärmare, källa: Loysch)

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.6 Kallvattenluftkylare
Kallvattenluftkylare är lamellväxlare som drivs med framlednings-/returtemperaturer på
t.ex. 6/12°C eller 8/14°C. Luftkylare kräver normalt en större värmeöverföringsyta än
luftvärmare, eftersom den genomsnittliga temperaturdifferensen mellan luftkylarens yta
och luften är mindre. Luftkylaren byggs därför upp av flera rader med rör som placeras
efter varandra. Om luften både ska avfuktas och kylas måste luftkylaren vara
hydrauliskt ansluten enligt bilden nedan, dvs. i en fördelningskrets. Om luften bara ska
kylas kan en blandningskrets användas.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-22 Exempel på installation av en kallvattenluftkylare
1 Kallvatteninlopp
2 Luftintag
6.2.7 Direktexpanderande luftkylare (DX-kyla)
En lamellväxlare som fungerar som förångare i en köldmediekrets monteras direkt i
luftflödet som en luftkylare. Denna lösning används normalt enbart i kompakta
kylenheter som även har en inbyggd kompressor och kondensor.
Fig. 6-23 Direktexpanderande luftkylare
Olika typer (vänster)
Detalj som visar anslutningen av köldmediefördelaren (höger)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
145

Metoder
Dysfuktare
Aerosolfuktare
146
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.8 Luftfuktare
– Fuktning genom förångning av vatten
– Fuktning genom tillförsel av ånga
Endast för utvärdering
6.2.8.1 Förångningsluftfuktare
Förångningsluftfuktare kan utgöras av dysfuktare, aerosolfuktare och våt yta.
Vatten pumpas från en behållare till dysor som är placerade i luftflödet.
Huvuddelen av de fina dropparna förångas och bildar ånga. Under denna process
utvinns den latenta förångningsvärmen från luftflödet. Eftersom den energi som krävs
för förångningen uteslutande hämtas från luften, kyls luften (adiabatisk kylning). De
vattendroppar som inte förångas avskiljs i en droppskärm vid dysfuktarens utlopp och
leds sedan tillbaka till uppsamlingstråget.
går ej att skriva ut
1
3
4
Fig. 6-24 Dysfuktarens funktionsprincip och exempel (källa: Baehr)
1 Dysor (flera rader bredvid varandra, ofta riktade mot luftflödet)
2 Droppavskiljare
3 Uppsamlingstråg
4 Cirkulationspump
Vattnet förvandlas till en fin spraydimma med spridarmunstycken. Vattendropparna
eller ”aerosolerna” är så små att de först svävar i luften och sedan förångas helt. Den
latenta förångningsvärmen avlägsnas från luften som blir något svalare (adiabatisk
kylning).
Fig. 6-25 Fuktning med våt yta (inbyggd i ventilationsaggregat)
2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
2

Våt yta
Ultraljudfuktare
Princip
Ångfuktare med
inbyggd ångförsörjning
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Porösa keramiska plattor med en stor ytarea placeras efter den vattenspridare som
beskrivs ovan. Alla aerosoler som ännu inte förångats fångas av dessa plattor och
förångas därefter fullständigt (se fig. 6-25).
I system med stränga hygienkrav, kan ultraljudfuktare användas. Jämfört med de
fuktningsmetoder som beskrivs ovan använder ultraljudfuktare mindre vatten och
energi.
Vibrationer skapas i den inkommande luften med hjälp av en ultraljudgenerator, eller
genom att luften leds genom en cyklon. Vattnet sprutas sedan in i luften vid högt tryck
(20-150 bar) genom munstycken. Vibrationen eller turbulensen säkerställer att luften
blandas väl i processen. Även i det här fallet absorberar den latenta förångningsvärmen
fukten i luften. Det orsakar ett temperaturfall i den fuktade luften.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1 2
3
Fig. 6-26 Konstruktionsprincipen hos ultraljudfuktare och exempel (källa: Klingenburg)
1 Luftturbulens
2 Spridarmunstycke(n)
3 Blandningszon
4 Droppavskiljare
I ultraljudfuktare, sprids endast så mycket vatten som erfordras. Därför sker ingen
återcirkulation hos vattnet och det finns inte något uppsamlingstråg. Alla droppar som
inte förångas fångas i droppavskiljaren.
Ultraljudfuktare fungerar mycket bra som luftfuktare (med en fuktningsgrad nära
100 %). Uteffekten styrs genom att vattentrycket i spridarmunstycken justeras.
6.2.8.2 Ångfuktare
Vatten förångas helt och sprutas sedan in i luften varför ingen kylning av luften sker.
Fuktning med ånga är att föredra framför användningen av förångningsluftfuktare där
det inte finns något samtidigt behov av att kyla luften. Ångan är hygienisk och
bakteriefri.
Ångfuktaren innehåller ett förångningskärl med uppvärmningselektroder vars
verkningsgrad försämras med tiden (se fig. 6-27). Eftersom kalkavlagringarna från
vattnet stannar kvar i förångaren måste hela förångningskärlet bytas ut med jämna
mellanrum. Ångfuktaren kan effektstyras.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
4
147

Ångfuktare med extern
ångförsörjning
Kylning med
kondensation
148
5
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
4
3
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
B17-15
Fig. 6-27 Ångfuktare med självgenererad ånga
1 Förångningskärl
2 Elektroder
3 Ångejektor
4 Kondensatledning
5 Anslutning till vattenförsörjning
I stora system (industriella anläggningar) med hög luftfuktarkapacitet, genereras ångan
i en separat ångpanna. Ångan, som är fri från kondensvatten, sprutas in i luftflödet via
ångspjut (fig. 6-28). Allt kondensvatten som samlas i ångröret måste återföras till
ångpannan. En styrventil avger önskad ångmängd.
1
1
2
Fig. 6-28 Ångfuktare med styrventil (1) och ångspjut (2) för externt genererad ånga
6.2.9 Avfuktning
1
2
2 2
Det finns tre huvudmetoder för avfuktning av luften:
• Kylning av luften så att vatten kondenserar
• Absorption (uppsugning) av vatten i hygroskopiska vätskor
• Adsorption (vidhäftning) av vattenånga på fasta ytor
Denna metod för torkning av luften innebär kylning av luften med ett köldmedium som
är tillräckligt svalt för att kondensera vattnet i luften. Denna avfuktningsprocess är
därför samtidigt en metod för kylning av luften.
Det är värt att observera att luften inte nödvändigtvis måste kylas till daggpunkten. Det
räcker att temperaturen hos kylytan är lägre än temperaturen för luftens daggpunkt.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
S0132

Absorption
Adsorption
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Kylaren eller luftkylaren behöver inte ens vara särskilt stor. Även en mycket liten kylyta
orsakar kondensation.
Samma köldmedium kan användas för avfuktning som normalt används för kylning,
dvs. kallvatten producerat av en kylmaskin, vatten från sjöar och floder, grundvatten
etc. Dessutom kan de olika köldmedier som används för direktkylning användas.
I luftkonditioneringssystem används ofta metoden att avfukta luften samtidigt som dess
temperatur sänks.
Metoden med kondensationsavfuktning är också vanligast i mobila avfuktare.
Endast för utvärdering
Här sugs vattnet upp i en hygroskopisk vätska, som därigenom späds. Mängden fukt
som absorberas ökar med stigande relativ luftfuktighet, ökande tryck och med
sjunkande temperatur. Hygroskopiska vätskor regenereras normalt genom
uppvärmning.
De vanligaste hygroskopiska vätskorna är saltlösningar med litiumklorid, litiumbromid
eller kalciumklorid i vatten.
går ej att skriva ut
Med denna avfuktningsmetod fastnar vattenångan på ytan hos ett fast, poröst material,
”adsorbenten”, som utgörs av så små porer som möjligt.
Det vanligaste materialet för adsorption av vattenånga är natriumsilikat, mer känt som
2
silika-gel. Det består till 90 % av SiO2 och har en intern ytarea på upp till 1 000 m /g.
I adsorptionsprocessen avges adsorbentens adsorptionsvärme, vilket får luftens
temperatur att stiga. Det kan därför vara nödvändigt att kyla luften efter avfuktning med
denna metod.
Adsorbenten regenereras genom uppvärmning till cirka 150-200 °C. När den har
svalnat igen är den klar för användning på nytt.
Vid kontinuerlig drift av ett adsorptionssystem, krävs två silika-gelbehållare. Den ena
adsorberar fukten i luften medan den andra regenereras och kyls.
Adsorptionsprincipen för avfuktning av luft sker i sorptiva kylsystem (uttorknings- och
förångningskylning) (Fig. 6-29). Den roterande växlaren i dessa system består av en
sammansättning av keramiska material och silika-gel. De temperaturer som krävs för
regenerering är dock inte lika höga och det betyder att spillvärme kan utnyttjas.
Fig. 6-29 Torkrotorn och funktionsprincipen (källa: Klingenburg)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
149

Funktion
Blandning av
åter-/uteluft
Rekuperativ återvinning
150
6.2.10 Återvinning
Syftet med återvinning är att utnyttja den värme eller kyla som finns i frånluften.
Återvinningssystem är bland de viktigaste ventilationskomponenterna, eftersom de
minskar energianvändningen betydligt. Oftast är det ett lagstiftat krav att
värmeåtervinning används.
6.2.10.1 Typer av återvinning
Vid behov blandas en del av rummets frånluft direkt med uteluften via en
blandningsdel. Resultatet blir en blandningstemperatur och en blandningsluftfuktighet.
Spjäll för uteluft, avluft och återluft är i normalfallet mekaniskt sammanlänkade, enligt
Fig. 6-30 nedan. Blandning av åter-/uteluft används oftast vid luftburen uppvärmning,
och betraktas inte som ett värmeåtervinningssystem.
2
1
Fig. 6-30 Blandning av åter-/uteluft
1 Spjäll för uteluft
2 Spjäll för avluft
3 Spjäll för återluft
3
Fasta väggar skiljer frånluftflödet från uteluftsflödet. De är normalt konstruerade som
kuber bestående av plattor, men några är konstruerade med rör. Materialet (t.ex.
aluminium, rostfritt stål, glas eller syntetmaterial) väljs med hänsyn till applikationen och
luftens tillstånd och kvalitet. Återvinningsgraden styrs av ett förbigångsspjäll (vanligtvis i
tillluftskanalen) vilket tvingar en del av uteluften genom värmeväxlaren. Påfrostning av
värmeväxlaren kan förhindras med hjälp av förbigångsspjället eller med hjälp av tillfällig
avskärmning (sektionsavfrostning).
4
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1
Fig. 6-31 Rekuperativ återvinning: Plattväxlare (källa: Klingenburg)
1 Uteluft 3 Frånluft
2 Tilluft 4 Avluft
(Temperaturerna i exemplet vid 100 % temperaturverkningsgrad)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
2
B73-9

Regenerativ återvinning
Roterande värmeväxlare
Vätskeburen återvinning
Skydd mot isbildning
Uteluft och frånluft leds genom en roterande, cellformig ackumulator.
Återvinningsgraden kan varieras genom att rotorns hastighet ändras. Med en
hygroskopisk rotoryta kan även luftfuktighet återvinnas (entalpiåtervinning).
1
4
Fig. 6-32 Regenerativ återvinning: Roterande växlare
Genomskärning och funktionsprincip
1 Uteluft
2 Tilluft
3 Frånluft
4 Avluft
(Temperaturerna i exemplet vid 100 % temperaturverkningsgrad)
B17-9
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2
3
Två värmeväxlare monteras, en i uteluftsflödet och en i frånluftflödet.
En cirkulationspump överför en blandning av vatten och glykol mellan de två enheterna.
En 3-vägsventil används för att styra återvinningsgraden.
Denna typ av återvinning används i första hand där uteluften och frånluften är fysiskt
åtskiljda, eller vid installationer där lukter och liknande inte får överföras till tilluften.
Skydd mot isbildning är särskilt viktigt för vätskeburen återvinning (Fig. 6-33). Vid låga
utomhustemperaturer kyls vätskan betydligt av uteluften. Om temperaturen faller under
frånluftens daggpunkt (på grund av den kalla vätskan), kondenseras fukten i luften och
is kan bildas på värmeväxlarens frånluftssida. En påfrostningsgivare (5) förhindrar detta
genom att styra 3-vägsventilen (4) att tillfälligt minska återvinningsgraden.
En differenstryckgivare över värmeväxlaren i frånluftskanalen kan övervaka både
försmutsning och isbildning.
2
1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
5
3
4
B17-10
Fig. 6-33 Vätskeburen återvinning
1 Uteluft
2 Avluft
3 Cirkulationspump
4 3-vägsventil (bör placeras som blandningsventil mot frånluftsväxlaren)
5 Påfrostningsgivare
151

Återvinningens
”verkningsgrad”
Egenskaper hos olika
system för återvinning
152
Effektiviteten hos temperatur- eller fuktöverföringen uttrycks i verkningsgrad. Det är
förhållandet mellan den faktiska förändringen av temperatur eller luftfuktighet och den
förändring som är teoretiskt möjlig.
2
12
21
11
22
1
Temperaturverkningsgrad
Tilluft
Fuktverkningsgrad
Φ2
t22
− t21
=
x 22 − x 21
Ψ2
=
x − x
Frånluft
Φ
2
t
t
=
t
11
11
11
− t
− t
− t
21
12
21
t11 Frånluftstemperatur x11 Luftfuktighet hos frånluften
t12 Avluftstemperatur x12 Luftfuktighet hos avluften
t12 Uteluftstemperatur x21 Luftfuktighet hos uteluften
t22 Tilluftstemperatur x22 Luftfuktighet hos tilluften
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
11
För luftkonditionering av, exempelvis, badhus kan återvinningens effekt beskrivas i form
entalpiverkningsgrad
Φ
h2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Avluft
h
=
h
22
11
− h
− h
21
21
System för
värmeåtervinning
Rekuperatorer
Frånluft
Endast för utvärdering
Uteluft Tilluft
går ej att skriva ut
Krav på tilluft
och frånluft
tillsammans
21
Ofrivilligt läckage
mellan frånluft/tilluft
Temperaturverkningsgrad
1)
Tryckförlust på
luftsidan 1)
Korsströmsväxlare
Motströmsväxlare
Regeneratorer
Roterande värmeväxlare
Ja Nej
50 … 60 %
70 … 90 %
150-300 Pa
utan hygroskopisk yta
Roterande värmeväxlare
Ja Ja (endast lite) 75 … 85 % 50-100 Pa
med hygroskopisk yta Ja Ja (troligen) 75 … 85 % 50-100 Pa
Vätskeburen återvinning Nej Nej 50 … 60 % 100-200 Pa
Fig. 6-34 Egenskaper hos olika återvinningssystem
1)
Endast riktvärden. Kontrollera hos tillverkaren.

Den smarta
kombinationen av
adiabatisk kylning och
adsorptiv avfuktning
Funktionsprincip
(på sommaren)
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.11 Sorptiv kylning
Grundtanken bakom sorptiva kylsystem är att den konventionella eldrivna kompressorn
för generering av kylenergi i luftkonditioneringssystem byts ut mot en metod med
luftavfuktande funktioner. För detta används en specialprocess som kombinerar den
normala processen med adiabatisk kylning med adsorptiv avfuktning (se 6.2.9).
Vanligen används fasta sorbentmedier som t.ex. silika-gel. Drivkraften i processen (se
5 i fig. 6-35) är värme, som oftast är tillgänglig i form av spillvärme – särskilt under
sommaren. Av Fig. 6-35 framgår att denna process sker vid en relativt hög temperatur
(regenerativa luftvärmare upp till 70°C).
Efter den normala filtreringsprocessen avfuktas uteluften (t.ex. vid 32°C och 35 % rh) i
ett adsorptionssystem (1). Denna avfuktning är en kontinuerlig process och den är i
stort sett adiabatisk. Adsorptionsvärmen som avges i den här processen värmer upp
tilluften.
Den torra varma luften kyls i en roterande växlare (2) (som under vintern används för
att återvinna värme ur frånluften). Den kylda luften leds sedan genom en
förångningsluftfuktare (3) så att den når erforderlig tilluftstemperatur och luftfuktighet.
I en andra förångningsluftfuktare (4) sänks frånluftstemperaturen för att öka kylningen
av tilluften i roterande växlaren (2). Frånluften värms under processen. Värmen (5)
används sedan för återuppvärmning för att regenerera adsorptionsväxlaren (1). Det
kyler och ökar luftfuktigheten i avluften.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
AVL FRL
4
1
3
UL TL
Fig. 6-35 Funktionsprincip hos ett sorptivt kylsystem – användning under sommaren (källa: Klingenburg)
1 Sorptionsväxlare (torkning av uteluft)
2 Roterande växlare
3 Luftfuktare för tilluft
4 Luftfuktare för frånluft (evaporativ kylning)
5 Regenerativ luftvärmare (värmer luften till exempelvis 70°C)
I Tillståndsförändring, uteluft – tilluft
II Tillståndsförändring, frånluft – avluft
5
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2
I
2
3
1
4
II
5
2
1
153

154
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.2.12 Tilluftsdon
När luften har behandlats på erforderligt sätt i luftkonditioneringsaggregatet, leds den
genom kanaler till de olika rummen. Luften måste ledas in i rummet så att den inte har
en negativ inverkan på komforten i rummet. För att luften ska avges på bästa sätt i
rummet finns många typer av tilluftsdon från olika tillverkare.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-36 Olika tilluftsdon
Virvelspridare, dysdon, takspridare (källa: Trox)
6.3 Strategier för luftkonditionering
Ett luftkonditioneringssystem är konstruerat för att leverera filtrerad luft med önskad
lufttemperatur och, eventuellt, luftfuktighet året om. För att klara detta har systemet de
komponenter som krävs för rening, återvinning, uppvärmning, kylning, fuktning eller
avfuktning av luften.
Det är viktigt att överväga vilket behov som finns. Nedan följer några förhållanden som
bestämmer kravnivån.
– Höga temperaturer, kvav luft
– Arkitektoniska begränsningar som stora fönsterytor, kontorslandskap, ingen
skugga etc.
– Höga krav med avseende på luftfuktighet och temperatur
– Stora personbelastningar
– Datorrum och maskinrum
Uppvärmning och kylning av lokaler inordnas efter metod, dvs. beroende på om
energin överförs enbart via tilluften, eller enbart via varm-/kallvattenledningar eller
genom en kombination av båda metoderna. Följande systemvarianter förekommer
• Luftburna system
• Luft-/vattenburna system
Observera att betydligt mer energi krävs vid luftburna system än vid vattenburna
system för att överföra samma värme- och kyleffekt.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Luftburna system
Uppvärmning och kylning av rum med luft
i låghastighets- eller höghastighetssystem
Endast för utvärdering
Enkanalssystem Tvåkanalssystem
Luftkanal för varm och kall luft
går ej att skriva ut
med varierande med konstant med varierande med konstant
flöde flöde flöde flöde
Utan Med
efterbehandling efterbehandling *
* med lokala eftervärmare/efterkylare
Luft-/vattenburna system
Energiöverföring via luft och vatten· med lokala växlare i rummet
Lokala Induktions- Fläkt- Kyltak/
vattenburna apparater konvektorer deplacerande
värmare/
luftkylare
luftföringssystem
2-rörs- 3-rörs- 4-rörssystem
system system
Framledning Värmevatten- och Framledning och retur
och returledning kylvattenframledning värmevatten och kylvatten
Gemensam retur
– Med omkoppling - Med fläktstyrning
Sommar: kylvatten - Med spjällstyrning
Vinter: värmevatten
- Utan omkoppling
Fig. 6-37 Olika strategier för uppvärmning/kylning av lokaler
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
155

156
6.3.1 Luftburna system
Den energi som krävs för uppvärmning och kylning av rummen försörjs uteslutande via
tilluften.
1
2
9
6
7
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
8
8
10
Fig. 6-38 Luftburet system
1 Uteluft
2 Avluft
3 Tilluft
4 Frånluft
5 Rum
6 Värmeåtervinning och, eventuellt, återluft
7 Luftkonditioneringsaggregat
8 Luftkanaler (tilluft och frånluft)
9 Värmekälla
10 Kylmaskin
6.3.1.1 Enkanalssystem utan efterbehandling
I denna typ av system (Fig. 6-39), behandlas tilluften i luftkonditioneringsaggregatet och
transporteras sedan till rummen via kanaler. Uteffekten styrs utifrån uteluftens och,
eventuellt, rummens tillstånd.
Dessa system lämpar sig för luftkonditionering av byggnader där lastvariationerna är
liknande i alla rum.
1
2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
6
7
4 3
Fig. 6-39 Enkanalssystem utan efterbehandling
1 Uteluft
2 Avluft
3 Tilluft
4 Frånluft
5 Rum eller zon
6 Värmeåtervinning och, eventuellt, återluft
7 Luftkonditioneringsaggregat
5
3
4
5
B17-21
B17-22

6.3.1.2 Enkanalssystem med efterbehandling
I denna typ av system, (Fig. 6-40 och Fig. 6-41), förbehandlas tilluften i luftkonditioneringsaggregatet
och transporteras via kanaler till rummen eller zonerna.
Den förbehandlade tilluften efterbehandlas efter behov för varje rum eller zon. Det kan
bestå av värmning, kylning, avfuktning eller fuktning. Oftast brukar dock
efterbehandlingen begränsas till värmning.
Ledningar för energiförsörjning i form av värmevatten, kylvatten eller ånga måste
installeras i hela byggnaden.
1
2
6
7
4 3
8
9 9
9
5 5 11
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
B17-23
10
10
Fig. 6-40 Enkanalssystem med lokal efterbehandling
1 Uteluft 7 Förbehandlingsaggregat
2 Avluft 8 Luftkanaler
3 Tilluft 9 Eftervärmare
4 Frånluft 10 Efterkylare
5 Rum 11 Rum med mycket sekundärvärme
6 Värmeåtervinning och, eventuellt, återluft
I enkanalssystem med central zonefterbehandling (Fig. 6-41) sker efterbehandlingen
direkt efter luftkonditioneringsaggregatet. I det här fallet behövs ledningar för energiförsörjning
i form av värmevatten, kylvatten eller ånga enbart i fläktrummet. Luftkanalerna
till zonerna måste dock vara isolerade så att den energi som överförts till luften i
efterbehandlingsprocessen inte går till spillo under distributionen.
2
1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
5
6 7 8 9 10
11
11
13
12
I
II
III
4
3
B17-24
Fig. 6-41 Enkanalssystem med central zonefterbehandling
1 Uteluft 8 Luftkylare
2 Avluft 9 Luftfuktare
3 Tilluft 10 Eftervärmare
4 Frånluft 11 Fläktar
5 Värmeåtervinning, och, 12 Zoneftervärmare· och, eventuellt, återluft
eventuellt, återluft 13 Zonventiler
6 Filter
7 Förvärmare
157

158
Efterbehandlingsenheterna är luftvärmare och luftfuktare som beskrivs i avsnitt 6.2.
Valet av luftfuktare beror till stor del på var den ska installeras.
Den här typen av installationer används i byggnader med ett litet antal relativt stora
zoner, med ett högt luftflöde.
De lämpar sig inte för byggnader mer flera små zoner eftersom kanalerna är mycket
utrymmeskrävande. Av samma anledning får zonerna inte ligga för långt ifrån varandra
eller för långt bort från luftkonditioneringsaggregatet.
6.3.1.3 Tvåkanalssystem
Termen ”tvåkanal” innebär att två parallella luftkanaler, en varm och en kall, dras till
varje rum (Fig. 6-44). För att minimera utrymmesbehovet så mycket som möjligt
konstrueras kanalsystemet oftast som ett högtryckssystem. Luftströmmarna
expanderar från högt till lågt tryck och varm- och kalluft blandas i specialkonstruerade
blandningsboxar installerade i rummen. Blandningsförhållandet styrs av rummets
temperaturregulator.
1
2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
6
7
8 9
4
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
12
3
5
10
11
B17-27
Fig. 6-44 Tvåkanalssystem med avfuktning av tilluften
1 Uteluft 7 Förbehandlingsaggregat
2 Avluft 8 Eftervärmare
3 Tilluft 9 Ångfuktare
4 Frånluft 10 Varm kanal
5 Rum 11 Kall kanal
6 Värmeåtervinning och,
eventuellt, återluft
12 Blandningsbox
När luftkonditionering var en ny teknik var energianvändningen inte en faktor som
ansågs vara särskilt viktig och då drevs varm- och kalluftskanalerna vid samma
temperaturer året om, med en onödigt hög energianvändning. Detta särskilt vid låga
laster, eftersom värmeenergin användes för att kompensera för kylenergin. Exempelvis
värmdes tilluften upp till 20°C i förbehandlingsaggregatet. Hälften av detta kyldes till
10°C medan den andra hälften värmdes till 30°C. Vid slutet av processen blandades
båda luftströmmarna (igen!) i blandningsboxarna till en temperatur på cirka 20°C.
När stor energianvändning blev ett allvarligt problem, slutade man att använda
tvåkanalssystem tills reglertekniken slutligen övervann problemet med onödig
energianvändning i denna för övrigt praktiska lösning. Numera är börvärdena för
tilluftstemperaturen inte längre konstanta. Istället behovsstyrs temperaturen i varm och
kall kanal av det högsta respektive lägsta börvärdet från rumstemperaturregulatorerna.
Med modern digital teknik kan man läsa av de aktuella värdena via en buss i
byggnaden och när som helst välja max-, medel- och minimivärden. Detta bidrar till att
minska blandningsförlusterna. Rum med maximal kyllast erhåller bara kalluft, medan de
med maximal värmelast bara erhåller varmluft. Rum med mellanhög värme- eller kyllast
erhåller en blandning av varm och kall luft.

Förbehandlingsaggregatets luftkylare, som visas i Fig. 6-44, gör det möjligt att avfukta
tilluften. Om detta kombineras med ångfuktning i varmluftkanalen erhålls ett fullständigt
luftkonditioneringssystem med reglering av rummets temperatur och luftfuktighet.
Denna komfortnivå måste betalas i form av en relativt hög energianvändning för att
avfukta och sedan återuppvärma tilluften och är därför enbart tillåten i specialfall.
Blandningsboxarna är konstruerade för installation i mellantak eller under fönster.
Luftutloppen är utloppsgaller eller takdon.
Fig. 6-46 visar konstruktionsprincipen för blandningsboxar. Blandningsboxen fungerar
som expansionsenhet, luftblandningsanordning (ventil eller spjäll) och ljudisolerande
element i en enhet. De innehåller också en mekanisk flödesregulator, som håller
tilluftsflödet på en konstant nivå även vid fluktuerande tryck i tilluftskanalerna.
Blandningsboxar finns också med separat variabelt kalluftsvolymflöde (Fig. 6-47).
T
2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
3
Fig. 6-46 Blandningsbox
1 Kalluft
2 Varmluft
3 Blandningsspjäll
4 Konstantflödesreglering
5 Tilluft
T Temperaturgivare
5
4
1
B17-29
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
T
2
5 4
3
6
M
1
B17-30
Fig. 6-47 Blandningsbox med variabelt kalluftsflöde
1 Kalluft
2 Varmluft
3 Blandningsspjäll
4 Konstantflödesreglering (50 %)
5 Flödesreglering av kalluft (upp till 100 %)
6 Tilluft
T Temperaturgivare
6.3.1.4 Variabelflödessystem (VAV)
VAV (Variable Air Volume) -systemet är i grund och botten ett kylsystem och därför
måste det kombineras med ett lämpligt värmesystem när det finns behov av
uppvärmning (radiatorer, konvektorer eller golvvärme). Hela kyleffekten erhålls via
tilluften. Tilluftstemperaturen är konstant och rumstemperaturen regleras genom att
styra tilluftsflödet. Det finns inte något behov av att dela in byggnaden i zoner, eftersom
tilluftsflödet kan styras individuellt i varje rum. I en byggnad med rum i alla fyra
väderstreck utgör solstrålningen en av de största kyllasterna. Eftersom solen rör sig
runt byggnaden, är inte den maximala kyllasten i alla rum samtidigt.
Kyleffekten är proportionell mot tilluftsflödet. Eftersom alla rum inte har maximalt
kylbehov samtidigt, blir det maximala totalflödet betydligt mindre än summan av de
maximala flödena för varje enskilt rum. Genom att använda speciella tilluftsdon kan
temperaturdifferensen mellan rumsluften och tilluften också ökas betydligt jämfört med
konventionella system, så att det blir möjligt att reducera tilluftsflödet ännu mer.
I VAV-systemet som visas i fig. 6-48 förs tilluften som behandlats i luftkonditioneringsaggregatet
via ett enkanalssystem till rummen som ska luftkonditioneras. Kanalsystemet
är oftast konstruerat som ett högtryckssystem. Mindre installationer kan dock
även vara konstruerade som lågtryckssystem.
159

Tilluftstemperaturen lägre
än rumstemperaturen
160
1
2
5
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6
7
4
8
3
7
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
9
Fig. 6-48 Variabelflödessystem (VAV)
1 Uteluft 6 Luftkonditioneringsaggregat
2 Avluft 7 VAV-boxar (tilluft och frånluft)
3 Tilluft 8 Grundlastvärme via värmesystemet
4 Värmeåtervinning och,
eventuellt, återluft
9 Rum
5 Spjäll
Fördelarna med luftkonditionering med VAV-system jämfört med konstantflödessystem
med varierande temperatur har varit kända länge. Tidigare var det dock besvärligt och
kostsamt att hålla en stabil distribution av tilluften när tilluftsflödet varierade. Detta var i
stort sett omöjligt med fasta utloppsventiler som perforerade tak eller tilluftsdon av
gallertyp. Tekniken blev vanligare i och med att särskilda tilluftsdon med inbyggd
reglering av luftvolymen blev tillgängliga till ett rimligt pris.
Fig. 6-49 VAV-box med en kompaktregulator (kombination av
regulator och spjällställdon, källa: Siemens)
6.3.2 Luft-/vattenburna system
6.3.2.1 Undanträngande (deplacerande) luftföring
I luftburna system förflyttas stora luftvolymer i rummet, vilket leder till höga
lufthastigheter i utrymmen där människor vistas. Undanträngande luftföring kan i stor
utsträckning uppfylla de växande krav som ställs på luftkonditioneringssystem vad
gäller avsaknad av drag och avlägsnandet av värme och föroreningar.
Vid undanträngande luftföring leds luften in i rummet nära golvet med en temperatur
som är något under rumstemperatur och med laminärt flöde eller minimal turbulens
(Fig. 6-50). Tilluftstemperaturen är 1-3 K under rumstemperaturen i kontor (och ned till
8 K i industrilokaler). Utloppshastigheten är cirka 0,2 m/s på kontor och upp till 0,6 m/s i
andra applikationer. Den tillförda luften bildar en ”bubbla” av sval ren luft i
vistelsezonen. Den termiska stigkraft som skapas av människor och utrustning i
rummet får luften att stiga mot taket, där den sugs ut. Eftersom luften bara stiger mot
taket i närheten av värmekällor, försvinner värme- och eventuell föroreningslast direkt
när den stiger, utan att cirkulera genom rummet. På så sätt blir det möjligt att
upprätthålla god luftkvalitet med relativt liten luftomsättning.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
B17-31

Uppvärmningsbehovet
täcks av andra system
Enbart små kyllaster
kan avlägsnas
Användningsområden
Kyltak, kylpanel,
kylbaffel
Kondensering vid
temperaturer under
daggpunkten
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Installationer med undanträngande luftföring lämpar sig inte för uppvärmning av rum,
eftersom varmluften från donet skulle stiga direkt upp till taket. Av denna anledning
finns ett behov av uppvärmning med t.ex. radiatorer eller konvektionsvärmare under
fönster.
För att inte hindra luftföringen och för att bevara värmekomforten måste ett visst
avstånd hållas från tilluftsdonen (se 3 i Fig. 6-50).
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
1
3
ca. 2 m
0,2 m/s
19 °C
23 ... 24 °C
Fig. 6-50 Exempel på undanträngande luftföring
1 Undanträngande tilluftsdon
2 Frånluftskanal
3 Fri zon
0,1 m/s
21 − 23 °C
På grund av att tilluftstemperaturen enbart är 1-3 K lägre än rumstemperaturen, kan
endast mycket små kyllaster avlägsnas med ventilationen. Vid större behov av kylning
måste system med undanträngande luftföring kombineras med ytterligare kylytor i
rummet, t.ex. kyltak.
Undanträngande luftföring lämpar sig särskilt väl för lokaler där lasterna inte varierar så
mycket, eller i områden där luftkvaliteten är särskilt viktig (t.ex. tillverkningsindustrier,
sporthallar och teatrar). Detta system, framför allt vid användning i samband med
kyltak, klarar mycket höga komfortkrav.
6.3.2.2 Kyltak
Eftersom luft är en dålig värmeledare, går det sällan att försörja rummet med tillräcklig
kylenergi via luftkonditioneringssystemet. Tilluftstemperaturen kan, av komfortskäl, inte
vara så låg som ibland skulle krävas. Av denna anledning kombineras ett
luftkonditioneringssystem ofta med statiska kylkomponenter. Luftkonditioneringens
huvuduppgift är i det här fallet att ersätta den unkna inomhusluften. De statiska
kylkomponenterna kan monteras under innertaket eller utgöra en integrerad del av det
(därför kallas det ”kyltak”). Dessa kyler rummet till erforderlig temperatur, med vatten
som köldmedium. De mekanismer som får värme att avges är värmestrålning (från alla
varmare ytor till taket) och konvektion (luft kyls vid taket och rör sig nedåt).
För slutna kyltak och kylpaneler är förhållandet cirka 60 % strålning och 40 %
konvektion – därför kallas de strålande kylapparater. Med kylbafflar är förhållandet
omvänt, med mer konvektion än strålning och dessa kallas konvektiva kylapparater.
De strålningskyltak som finns på marknaden idag har en kyleffekt på upp till 125 W/m 2 ,
medan konvektiva kylbafflar klarar upp till 160 W/m 2 .
Den maximala kapaciteten hos ett kyltak bestäms av kylvattnets temperatur (normalt
cirka 15°C … 16°C). Temperaturen på kylvattenrörens ytor och hela kyltaket får aldrig
sjunka under inomhusluftens daggpunkt för att undvika kondensbildning.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
2
20 °C
161

162
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Problemet minimeras med en daggpunktsgivare på kylvattenröret. Om den identifierar
en risk för kondensering
– Stängs kylvattenflödet av eller
– Höjs kylvattnets temperatur.
Endast för utvärdering
Fönster i byggnader med kyltak bör normalt inte öppnas, eftersom den varma uteluften
kan kondensera på kylapparaterna.
går ej att skriva ut
Fig. 6-51 Kylpaneler
6.3.2.3 Fan coil-apparater (fläktkonvektorer)
Det traditionella luft-/vattensystem som oftast används vid komfortluftkonditionering är
”fan coil-apparater”. ”Fan coil” avser i det här sammanhanget fläkten och lamellväxlaren
inuti enheten. Denna kombination av fläkt, lamellväxlare, filter för återluft samt
reglerutrustning marknadsförs som en enhet. Fan coil-apparater (fig. 6-52) kan
monteras på valfri vägg i rummet och de ansluts till varm- och kallvattennätet och
strömförsörjningen. Den inbyggda fläkten suger in luft från rummet och avger den igen
via lamellväxlaren (där den värms eller kyls) och tilluftsgallret. Om enheten är monterad
på en yttervägg kan en liten del utomhusluft sugas in genom ett spjäll, och blandas
med återluften.
Fig. 6-52 a) Fan coil-apparat och komponenter b) Fan coil-apparat med uteluftsinblandning
1 Börvärdesinställning 5 Fan coil-apparat
2 Lamellväxlare 6 Uteluftenhet med spjäll
3 Fläkt 7 Varmvatten- eller kallvattenkrets
4 Justerbart tilluftsgaller
Ett bra sätt att driva ett fan coil-system är med hjälp av ett vatten/vattenvärmepump,
där kondensorn genererar värmen för luftvärmaren och förångaren genererar
kylenergin för kylkretsen. Denna konfiguration ger även optimal värmeåtervinning
mellan värme- och kylkretsen. Dessutom kan ackumulatorn som behövs för jämn drift
av värmepumpen kombineras med en solfångarkrets, eftersom vattentemperaturen för
värmekretsen kan vara relativt låg.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
7
6
5
B17-33

Fan coil-apparater
med primärluft
Induktionssystem
Fan coil-apparater med en direktverkande luftkylare utgör ventilationsdelen av ett ”Splitaggregat”
(se 6.4.4). För uppvärmningssyfte har enheten också en varmvattenslinga –
eller i undantagsfall, ett elektriskt värmeelement.
Fan coil-apparater är idealiska för uppvärmning och kylning av luften i t.ex. hotellrum. I
uppvärmningsläge håller ett centralvärmesystem grundvärmen, exempelvis genom att
hålla rumstemperaturen vid cirka 17°C i ekonomiläge. Efter växling till komfortläge når
fan coil-apparaten önskad komforttemperatur på bara några minuter. Fan coilapparaterna
i tomma rum förblir avstängda.
6.3.2.4 Fan coil-apparater med primärluft och induktionssystem
Vid krav på stora luftväxlingar krävs distribution av förbehandlad uteluft (primärluft) till
lokalerna. Primärluften distribueras i byggnaden via ett högtrycks- eller
lågtryckskanalsystem och den kan avges i rummet, antingen via fan coil-apparater (Fig.
6-53) eller genom separata tilluftsdon (Fig. 6-54).
1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
8
7
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
9
2
3
Fig. 6-53 Fan coil-apparat med primärluft som tillförs via fan coil-apparaten
1 Uteluft 6 Rum
2 Avluft 7 Luftkonditioneringsaggregat för primär luftbehandling
3 Tilluft 8 Värmare
4 Sekundärluft (rumsluft) 9 Kylare
5 Fan coil-apparat 10 Alternativ distribution av primärluft
7
2
1
4
5
3
4
B17-35
6
10
5
1
6
B17-34
Fig. 6-54 Fan coil-apparat med primärluft som tillförs direkt till rummet
1 Primärluft 5 Fan coil-apparat
2 Frånluft 6 Yttervägg
3 Tilluft 7 Innervägg
4 Sekundärluft (rumsluft)
I princip kompenseras värme- eller kyllasten i rummet eller zonen av lamellväxlaren i
Fan Coil-apparaten. För att undvika att störa rumstemperaturregleringen, avges
primärluften normalt i rummet med en konstant tilluftstemperatur.
Induktionssystemet är det vanligaste och mest använda luft/vattensystemet för
efterbehandlingar. Det lämpar sig för samma användningsområden som ett fan coilsystem
med primärluft. Liksom fan coil-apparater, rymmer induktionsapparater de
nödvändiga lamellväxlarna som värmer eller kyler inomhusluften. När
induktionsapparater används finns dock inget behov av fläktar. Den centralt
förbehandlade uteluften fördelas i byggnaden i form av primärluft via ett
högtryckskanalsystem och matas till de enskilda induktionsapparaterna (Fig. 6-55).
163

164
Istället för en fläkt har induktionsapparaterna en ljudabsorberande kammare försedd
med munstycken. Primärluften sprutas med hög hastighet genom munstyckena in i en
blandningskammare där negativt tryck genereras. Det negativa trycket gör att
rumsluften sugs in (eller ”induceras”) i form av ”sekundärluft” och leds genom
lamellväxlaren där den värms eller kyls efter behov (fig. 6-56).
Beroende på apparatens konstruktion är induktionsförhållandet för primär- till
sekundärluft normalt mellan 1:2 och 1:4.
1
9
7
Fig. 6-55 Induktionssystem
1 Uteluft
2 Frånluft
3 Tilluft
4 Sekundärluft (rumsluft)
5 Rum
6 Induktionsapparat
7 Luftkonditioneringsaggregat för primär luftbehandling
8 Primärluftkanal
9 Värmare
10 Kylare
2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
6
3
4
1
5
B17-37
Fig. 6-56 Induktionsapparat
1 Primärluft
2 Sekundärluft (rumsluft)
3 Tilluft
4 Primärluftsanslutning
5 Induktionsmunstycken
6 Lamellväxlare
8
10
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
6
Lamellväxlaren försörjs med varm- eller kallvatten efter behov.
I växlaren absorberar den inducerade sekundärluften erforderlig värme- eller kylenergi
och blandas därefter med primärluften.
Blandningen av sekundär- och primärluft avges sedan till rummet.
3
4
2
5
B17-36

Induktionssystem
för kyltak
2-rörssystem
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Eftersom primärluftsflödet endast utgör den delen av uteluften som behövs för
luftväxling, behöver kanalerna bara dimensioneras för en fjärdedel till en femtedel av
det flöde som behövs i ett luftburet system. Det innebär också att kanalsystemet blir
mindre utrymmeskrävande. I induktionssystem extraheras frånluften i normalfallet inte
direkt från de luftkonditionerade rummen. Den totala frånluften, som motsvarar
primärluftvolymen, extraheras via överluftsdon från korridorer, förrådsrum, toaletter etc.
Detta skapar ett lätt positivt tryck i de luftkonditionerade rummen, vilket förhindrar att
luften från olika rum blandas.
I princip kompenseras värme- eller kyllasten i rummet eller zonen av lamellväxlaren i
induktionsapparaten. För att undvika att störa rumstemperaturregleringen, avges
primärluften normalt i rummet med en konstant tilluftstemperatur.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Induktionssystem för kyltak kan betraktas som en särskild typ av induktionsenhet.
3 3
4 4
1
5 2 2 5
Fig. 6-57 Induktionsenhet för kylbafflar (FAREX-system)
1 Primärluftskanal
2 Munstycken för primärluft
3 Sekundärluft
4 Luftkylare
5 Tilluft
Induktionsenheter som är konstruerade som kylbafflar (fig. 6-57), avger primärluften
och kyler rumsluften. Rummet värms med radiatorer, golvvärme eller konvektorer.
Resultatet är idealisk dragfri ventilation, eftersom systemet fungerar baserat på luftens
naturliga självcirkulation. Luften som värms i rummet, och därigenom blir lättare, stiger
mot taket där den kyls och blandas med primärluft. Den sjunker sedan igen eftersom
dess densitet nu ökat.
6.3.2.5 Hydraulisk anslutning av fan coil- och induktionssystem
Den energi som krävs för uppvärmning och kylning av rummen försörjs uteslutande via
de hydrauliska kretsarna. Varm- eller kallvattnet, som bereds i ett primärt system,
överför sin värme- eller kylenergi till rumsluften via en fan coil-apparat (fläktkonvektor)
eller en induktionsapparat.
När det gäller hydrauliska kretsar görs åtskillnad mellan 2-rörs-, 3-rörs- och 4-rörssystem.
2-rörssystemet (fig. 6-58) kan enbart användas för värmning eller kylning,
eftersom samma hydrauliska krets används både för värmning och för kylning.
Systemet kopplas om från värme- till kylläge i det primära systemet för
energiproduktion. Med 2-rörssystem kan det uppstå problem under övergångstiden
mellan värme- till kylläge och vice versa, eftersom vissa rum kan behöva värmas
medan andra måste kylas om värmelasterna varierar.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
B17-38
165

3-rörssystem
4-rörssystem
166
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
4
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
5
7
1
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
7
2
6
3
B17-32
Fig. 6-58 Hydraulisk anslutning av ett 2-rörs fan coil-system
1 Sekundärluft (rumsluft)
2 Tilluft
3 Enhet för värmning och kylning av rumsluft
4 Rum
5 Värmare
6 Kylare
7 Omkopplingsventiler
3-rörssystemet har separata framledningskretsar för kall- och varmvatten och en
gemensam returledning. Trots att detta löser problemet med samtidig uppvärmning och
kylning blir energianvändningen mycket hög, eftersom den värmeenergi som finns i den
gemensamma returen måste återkylas i kylaren och återvärmas i värmaren.
En smidig lösning på de problem som beskrivs ovan är 4-rörssystemet med två
separata hydrauliska kretsar, en för uppvärmning och en för kylning.

Funktionsprincip
6.4 Enhetsaggregat
Enhetsaggregat är konstruerade för luftkonditionering av ett enskilt rum och monteras
vanligtvis direkt i det aktuella rummet. Deras huvudfunktion är kylning av rumsluften.
De har bara en begränsad kapacitet för avfuktning, uppvärmning och luftfiltrering och
kan inte användas alls för luftfuktning. Dessa enheter är alltså partiella
luftkonditioneringsenheter försedda med alla erforderliga komponenter, som
kompressor, förångare, luft- eller vattenkyld kondensor, fläktar styr- och
reglerutrustning samt säkerhetsutrustning. De levereras färdigmonterade. I den här
gruppen finns:
– Fönsteraggregat
– Konsolaggregat
– Skåp-/rumsaggregat
– Splitaggregat
6.4.1 Fönsteraggregat
Fig. 6-59 visar ett fönsteraggregat och dess komponenter. Aggregatet monteras
vanligtvis i en fönsteröppning. Den kan även installeras ”genom väggen”.
Kylkapaciteten hos dessa enheter sträcker sig från 1 kW till 10 kW. Elektriska
luftvärmare med låg kapacitet kan fås som tillbehör. Möjligheten till blandning med
uteluft är begränsad. I fönsteraggregat med uppvärmnings- och kylfunktion
(värmepumpar), kopplas systemet om från värmning till kylning genom att man byter
riktning på köldmediets flöde med hjälp av en 4-vägsventil. Då verkar förångaren och
kondensorn i omvänd riktning.
44 °C
32 °C
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
2
1
15
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
16
14
7
12 12
10
8
5 5
9
6 11
13
3
4
15 °C
25 °C
B17-17
Fig. 6-59 Fönsteraggregat
1 Uteluft 9 Expansionsventil
2 Avluft 10 Köldmediekrets
3 Tilluft 11 Luftfilter
4 Återluft 12 Ventilationsgaller
5 Fläktar 13 Kondensvattenuppsamling
6 Förångare 14 Kåpa
7 Kompressor 15 Fönster
8 Kondensor 16 Rum
Rumsluften sugs in av en fläkt, den kyls och avfuktas delvis i förångaren och återförs
sedan till rummet via ett utloppsgaller. Den erforderliga andelen utomhusluft kan
justeras manuellt via ett internt spjäll. En andra fläkt suger in uteluft för att kyla
kondensorn och avger den sedan utomhus igen. Kondensvattnet från rumsluten som
samlas i förångaren tappas antingen av externt, eller sprutas på kondensorn där det
förångas. Fönsteraggregat är alltså ett litet enhetskylsystem med en hermetiskt
tillsluten kompressor och en luftkyld kondensor. Värmedynamiken i kylkretsen beskrivs
i avsnitt 4, ”Kylteknik”.
167

168
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.4.2 Konsolaggregat
Fig. 6-60 visar ett konsolaggregat och dess komponenter. Denna enhet kan installeras
permanent i rummet under ett fönster, eller så kan den flyttas runt i rummet på hjul.
Aggregat med inbyggda luftkylda kondensorer kan endast monteras på ytterväggar,
eftersom en öppning i väggen är nödvändig för kondensorns uteluftsförsörjning. Hos
mobila enheter är den luftkylda kondensorn placerad utomhus och den har då en slang
som matar köldmediet till konsolaggregatet. Enheter med vattenkylda kondensorer kan
installeras med fasta hydrauliska anslutningar eller som portabla enheter där vattnet
ansluts via en slang.
Elektriska luftvärmare eller varmvattenluftvärmare kan installeras som tillbehör till
dessa enheter. Konsolaggregat som klarar omkoppling mellan uppvärmning och
kylning finns också på marknaden. Även i dessa enheter kopplas systemet om från
uppvärmning till kylning via en 4-vägsventil, genom att köldmediets flödesriktning
vänds.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
5 6 7 8 9 10
1
2
Fig. 6-60 Konsolaggregat
1 Kompressor
2 Startkondensator
3 Kondensor
4 Hög-/lågtryckspressostat
5 Luftfilter
6 Förångare
7 Rumstermostat
8 Regulator
9 Fläkt
10 Justerbart utloppsgaller
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
4

6.4.3 Skåpaggregat (rumsaggregat)
Som namnet anger är alla komponenter hos dessa enheter placerade i en skåpsliknande
kåpa. Skåpaggregat är klara för anslutning och kan fås med en kylkapacitet på
10 till 250 kW. De monteras direkt i rummet som ska luftkonditioneras och kan avge
luften fritt i det aktuella rummet. Ibland monteras de i ett angränsande rum och ansluts
till ett kanalsystem för att undvika problem med buller.
Fläkten är konstruerad så att det statiska trycket är tillräckligt högt för att kompensera
luftmotståndet från ett kort lågtryckskanalnät.
Skåpaggregat är vanligtvis försedda med inbyggda vattenkylda kondensorer. Det finns
också varianter med luftkylda kondensorer.
Den luftkylda kondensorn sitter inte i själva skåpet, utan placeras utomhus som en
separat enhet.
Fig. 6-61 visar konstruktionsprincipen hos ett skåpaggregat. Principerna är de samma
som hos konsolaggregat.
1
2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
16
5
15
6
14
13
9
8
7 10 11
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
5
12
4
2
3
17
B17-19
Fig. 6-61 Funktionsprincip hos ett skåpaggregat
1 Uteluft 10 Köldmedieledning
2 Avluft 11 Kåpa
3 Tilluft 12 Ventilationsgaller
4 Sekundärluft 13 Spjäll
5 Fläktar 14 Luftfilter
6 Förångare 15 Elektrisk luftvärmare
7 Kompressor 16 Yttervägg
8 Kondensor 17 Rum
9 Expansionsventil
169

Användning
170
Minde skåpaggregat kan användas som luftkonditioneringsenheter för enskilda rum med
eller utan kanalnät. Större enheter används vanligtvis för en grupp av rum eller för en zon.
Exempel på vanliga användningsområden är kontor, skolsalar, butiker etc.
En specialversion av dessa skåpaggregat kan användas för avfuktning av luften i
simhallar. Återluften kyls först och avfuktas i direktförångaren och därefter värms den
upp i den inbyggda luftkylda kondensorn.
6.4.4 Splitaggregat
Fig. 6-62 visar funktionsprincipen och komponenterna hos ett splitaggregat.
Splitaggregat består av en kylteknisk del och en återluftsdel med en cirkulationsfläkt
och en luftkylare. Den kyltekniska delen kan finnas utomhus eller i ett teknikutrymme,
medan luftkonditioneringsdelen kan utgöras av en separat rumsenhet i det aktuella
rummet eller av en central kylenhet som är ansluten till byggnadens kanalnät. De två
delarna kopplas samman av köldmedieledningarna.
Splitaggregatets köldmediekrets består av en kompressor, en luftkyld kondensor, en
expansionsventil och en luftkylare i form av en direktförångare. Om luftkylaren även
måste användas för att avfukta luften, kan en luftvärmare monteras som eftervärmare i
återluftenheten.
2
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
11
8
10
Fig. 6-62 Uppbyggnaden av ett splitaggregat
1 Uteluftintag
2 Luftutlopp
3 Tilluft
4 Återluft
5 Rum
6 Förångare
7 Kompressor
8 Kondensor
9 Expansionsventil
10 Köldmedieledning
11 Kylenhet
12 Återluftsenhet
13 Ventilationsgaller
14 Filter
7
1
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
4
9
6
14
5
12
3
13
B17-20

Ventilationsförluster stor
del av värmebehovet
Styrd mekanisk
ventilation minskar
värmebehovet
Begränsa
elanvändningen
Rumsaggregat för
enskilda rum
Enskilt ventilationsaggregat
(för en
lägenhet)
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
6.5 Bostadsventilation
Under senare år har energibehovet minskat i nya byggnader tack vare förbättrad
isolering, bättre fönster och bättre konstruktion av byggnadens skal. Det har lett till att
ventilationsförluster utgör en växande andel av det totala värmebehovet.
En minskning av energianvändningen, vilket krävs av standarder och bestämmelser i
olika europeiska länder, kan uppnås med hjälp av lufttäta konstruktioner, fönster med
energiglas och korrekt isolerade ytterväggar, golv och tak. Utan ordentlig luftväxling blir
dålig luftkvalitet ett allvarligt problem, på grund av luftfuktighet, radon, organiska
föreningar, formaldehyd och andra ämnen som avges från byggmaterial, möbler,
armaturer etc.
Självdragsventilation med uteluftsintag vid fönster ger otillräcklig ventilation i täta och
välisolerade byggnader, samt leder till onödigt höga energikostnader. Därför kan det
vara lönsamt att installera ett ventilationssystem med värmeåtervinning.
Inomhuskomforten ökar dessutom när mekanisk ventilation installeras eftersom:
– störande utomhusbuller kan reduceras (inget behov av att öppna fönstren
sommartid)
– tilluftstemperaturen kan hållas på en lämplig nivå
– uteluften filtreras och är fri från smuts, damm, insekter och pollen när den kommer
in i rummet. Detta är en stor fördel för allergiker.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
6.5.1 System för mekanisk bostadsventilation
System för styrd mekanisk bostadsventilation kan klassificeras enligt följande:
• Rumsaggregat
• Enskilda ventilationsaggregat (för en lägenhet)
• Centrala ventilationssystem (för flerfamiljsbostäder)
Ett system för mekanisk ventilation ska alltid innehålla ett värmeåtervinningssystem,
annars blir det omöjligt att uppfylla de olika standarder och bestämmelser för
energianvändning som gäller. Eleffektiva fläktar är en lika viktig faktor att ta hänsyn till,
och det är inte möjligt med trefas växelströmsmotorer. Mindre ventilationsaggregat för
bostäder förses därför ofta med likströmsmotorer.
Rumsaggregat monteras direkt på ytterväggen eller på fönsterbänken. De är enkla att
montera och förser rummet med filtrerad uteluft som förvärms med den värme som
återvunnits ur frånluften. Nackdelarna med rumsaggregat är buller och ineffektiva
fläktar.
Fig. 6-63 Rumsaggregat monterat på ytterväggen
Ett ventilationsaggregat installeras för varje lägenhet. Uteluften filtreras och värms via
värmeåtervinningssystemet innan den leds ut till vardags- och sovrum. Frånluften sugs ut
i kök, badrum och toaletter via överluft. De här systemen har ofta fläktar med möjlighet att
välja hastighet, så att användaren kan anpassa luftvolymen efter behov. Med det här
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
171

Centralt ventilationssystem
för flerfamiljsbostäder
Underhåll av
ventilationssystem i
bostäder
172
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
systemet uppstår inga problem med buller, eftersom själva ventilationsaggregatet kan
monteras på en plats där det inte stör.
Vissa enskilda ventilationsaggregat är även försedda med värmepumpar. De kan
återvinna värme ur frånluften och använda den för uppvärmning av huset och värmning
av tappvatten.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 6-64 Enskilt ventilationsaggregat
I ett centralt ventilationssystem för flerfamiljsbostäder behandlas luften centralt och leds
sedan till de enskilda lägenheterna. Det betyder att kanalsystemet kräver ett visst
utrymme. En fördel med denna lösning är att fläktarnas mekaniska verkningsgrad blir
mycket hög.
Inget av de ventilationssystem för bostäder som beskrivs ovan kräver mycket underhåll,
vid sidan av att filtren regelbundet måste bytas. Det kan vara ett problem i praktiken,
särskilt när enheter för enskilda rum och individuella system används, eftersom inte alla
användare utför denna uppgift regelbundet. I ett centralt ventilationssystem kan
driftorganisationen göra detta.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Självstudiekurs
på CD
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
7 Mät- och reglerteknik
7.1 Introduktion
Det här avsnittet innehåller basdefinitioner och beskriver basfunktioner, men för vidare
studier av reglerteknik rekommenderar vi den Självstudie CD ”Automatic control in
HVAC systems” som erbjuds av Siemens Building Technologies. Det är ett idealiskt
program för självstudier.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Om du är intresserad av självstudie-CD:n ”Automatic control in HVAC systems”,
kontakta ditt Siemenskontor.
VILL DU VETA MER?
Självstudier i ämnet reglerteknik finns i kompendiet
”Reglerteknik, Allmänna grunder”
utgivet av Siemens AB BT, Utbildning
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
173

Grundenheter
Härledda enheter
174
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
7.2 Mätning
Begreppet ”mätteknik” täcker alla metoder och all utrustning som används för att
empiriskt fastställa (dvs. för att mäta) numeriskt kvantifierbara storheter inom vetenskapen
och tekniken. Mättekniken används också för att kontrollera att mättoleranser
följs, för mätning av förbrukning, produktionsövervakning och allmänt (inom
reglertekniken) för att styra tekniska processer baserat på uppmätta värden.
Det har varit en lång och besvärlig väg under tusentals år av människans historia, från
det att de första försöken att fastställa längd och tid gjordes, till de mekaniska och
elektroniska mätinstrument som används idag.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
I dagens värld av byggnadsautomation och reglering samt administration, drift och
underhåll av byggnader, är exakta mätningar av fysiska storheter av högsta vikt. De
beslut som fattas rörande systemförändringar, eller påståenden om kostnader rörande
energianvändning och byggnadsunderhåll, är alla beroende av att de registrerade
mätvärdena är korrekta. I ett reglersystem är exakta mätvärden avgörande för en
noggrann och stabil reglering. Valet av rätt mätutrustning är en tungt vägande faktor för
att korrekt mätvärde ska erhållas, och de korrekta (tillförlitliga) mätvärdena är
avgörande för välgrundade beslut.
De grundbegrepp som är förknippade med mättekniken definieras i DIN-standard 1319
och VDI/VDE26000, blad 2.
Det internationella enhetssystemet (SI-enheter) som vi använder idag (från franskans
Système International d'Unité) utgör en tydlig struktur för de olika mätenheterna:
Storhet Enhet
[Förkortning] Definition
Temperatur Kelvin [K] 273,16 -1 av temperaturen vid vattnets trippelpunkt
Längd Meter [m] Den sträcka som ljuset tillryggalägger i absolut vakuum över
299 792 458 -1 sekunder
Tid Sekund [s] Varaktigheten av 9 192 631 770 perioder av den strålning
som motsvarar övergången mellan de två hyperfinnivåerna i
grundtillståndet hos atomen cesium-133
Elektrisk ström Ampere [A] Den konstanta elektriska ström som ger upphov till en kraft
om 2·10 -7 Newton per meter mellan två raka ledare av
oändlig längd med försumbart tvärsnitt placerade en meter
ifrån varandra i absolut vakuum
Massa Kilogram [kg] Massan av SIS kilogramprototyp. Tidigare 1000cm3 vattens
massa, vid 273,16K
Ljusstyrka Candela [cd] Ljusstyrkan i en given riktning från en källa som utsänder
monokromatisk strålning med frekvensen 5,40·10 14 hertz och
vars strålningsstyrka i denna riktning är 683 -1 watt per
steradian
Substansmängd Mol [mol] Antal systemelement motsvarande antalet atomer hos
isotopen 12 C som ger massan 12g som medelvärde för
antalet nukleoner som ger 1g.
De sju grundenheterna i SI-systemet
Härledda enheter formas genom att basenheterna multipliceras eller divideras.
Exempel:
Volym: kubikmeter (m 3 )
Hastighet: meter per sekund (m/s)
Densitet: kilogram per kubikmeter (kg/m 3 )
Frekvens: hertz (Hz) cykler/s
Kraft: newton (N) kgm/s 2
Tryck: pascal (Pa) N/m 2
Energi: joule (J) Nm
Effekt: watt (W) J/s
Elektrisk spänning: volt (V) W/A
Ljusflöde: lumen (lm) candelasteriadan (rymdvinkel)
Illuminans (belysning): lux (lx) lm/m 2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Multipelenheter
Mätning
Temperaturmätning
Resistansgivare
Termistorgivare
Termoelementgivare
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Ett prefix kombinerat med en enhet anger att enheten multipliceras med en faktor
motsvarande en viss tiopotens. Den nya enheten kallas en multipelenhet. Det finns 20
standardiserade prefix. Valet av prefix görs med hänsyn till rent praktiska krav. I
allmänhet bör prefixet väljas så att mätetalet ligger mellan 0,1 och 1000 och i första
hand bör man välja sådana prefix som innebär en multiplikation med 1000 eller 1/1000.
Endast för utvärdering
Faktor Prefix Symbol
10 24 yotta Y
10 21 zetta Z
10 18 exa E
10 15 peta P
10 12 tera T
10 9 giga G
10 6 mega M
10 3 kilo k
10 2 hekto h
10 1 deka da
10 -1 deci d
10 -2 centi c
10 -3 milli m
10 -6 mikro µ
10 -9 nano n
10 -12 piko p
10 -15 femto f
10 -18 atto a
10 -21 zepto z
10 -24 yokto y
går ej att skriva ut
Mätning är processen för att fastställa en fysisk storhet (den uppmätta storheten) till
exempel temperatur, luftfuktighet, tryck med rätt mätutrustning och visa den som en
känd och jämförbar storhet, eller konvertera den till en standardsignal t.ex. 0 … 10 V,
4 … 20 mA
De tre vanligaste mätelementen för temperaturmätning i byggnadsautomationssystem
är:
Resistansgivare
Termistorgivare
Termoelementgivare
Resistansgivarna bygger på principen att elektriska ledares resistans ändras med
temperaturen. De vanligaste grundmetallerna är Nickel [Ni] och Platina [Pt].
Termistorgivarna bygger på samma princip, men istället för att använda en elektrisk
ledare används en halvledare eller blandningar av metalloxider.
Termoelementgivarna består av två metalltrådar av olika material med en gemensam
lödpunkt. Kretsen alstrar en elektromotorisk kraft (EMK), dvs. en spänning som normalt
ligger mellan 0-100mV.
Exempel på resistansgivare Exempel på termistorgivare Exempel på termoelementgivare
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
175

7.2.1 Mätelement
Resistansgivare nickel
LG-NI 1000
Resistansgivare Platina
Pt 100
Resistansgivare Platina
Pt 1000
Termistorgivare NTC
Negative Temperature
Coefficient
LG-NTC 575
Termistorgivare PTC
Positive Temperature
Coefficient
LG-T1
176
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
R Motståndsvärde i Ohm
ϑ Temperatur i grader Celsius, betecknas enligt standard med t
Δϑ Temperaturdifferens i Kelvin, betecknas enligt standard med ΔT
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Styrning
Styrutrustning
Styrd storhet
7.3 Styrning
En ladugård (Fig. 7-1) ventileras på ett sådant sätt så att när utetemperaturen faller, så
tillförs en ökande mängd återluft och volymen av uteluften reduceras i motsvarande
utsträckning. Automatisk styrning kan användas för att driva spjället för uteluft/återluft
så att uteluftskanalen stängs av allt mer när uteluftstemperaturen faller.
I det här fallet måste styrningen (2) beräkna spjällets position baserat på den uppmätta
uteluftstemperaturen (1) och sända rätt styrsignal till ställdonet som driver spjället för
uteluft/återluft (3).
1
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 7-1 Exempel på automatisk styrning
2
3 4
1 Utetemperaturgivare
2 Styrutrustning
3 Spjäll för uteluft/återluft
4 Fläkt
5 Rumstemperatur
z Störstorheter (t.ex. sol, vind etc.)
Styrningen arbetar i enlighet med uteluftstemperaturen och får ingen
återföringsinformation om den aktuella rumstemperaturen. Vid en given utetemperatur
är därför spjället för uteluft/återluft inställt i exakt samma position, oavsett om solen
lyser rakt på ladugården och oavsett hur många djur som finns i den. Med detta
styrsystem är det inte möjligt att hålla rumstemperaturen vid ett konstant värde, utan
enbart inom ett givet intervall.
7.3.1 Begrepp rörande styrning
Avsiktlig påverkan. En eller flera ingångsstorheter (ärvärden) i en styrprocess påverkar
utgångsstorheterna (styrsignaler) utan hänsyn till återföring (ärvärde), baserat på
systemets interna karakteristik. En styrning kan även vara manuell.
Utrustning som påverkar den styrda processen i enlighet med styrområdet.
Fysisk storhet (temperatur, luftfuktighet etc.) som påverkas av styrsystemet.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
5
177

Minimera avvikelser
Exempel manuell styrning
178
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
7.4 Reglering
Styrprocesser finns inte enbart inom tekniken, utan även i naturen och i vårt dagliga liv.
I samtliga fall är utgångspunkten ett specifikt önskat tillstånd (börvärde) jämfört med det
faktiska aktuella tillståndet (ärvärde). Om det inte finns någon skillnad (avvikelse)
mellan de båda tillstånden är situationen tillfredsställande, och det finns inte något
behov av att försöka ändra det faktiska tillståndet. Om det finns en skillnad söker man
däremot efter sätt att eliminera avvikelsen.
Endast för utvärdering
Personen som befinner sig i ett rum (Fig. 7-2) vill ha en rumstemperatur på 20°C
(börvärde), men ser på termometern att den aktuella rumstemperaturen är 24°C
(ärvärde).
går ej att skriva ut
Problemet är avvikelsen mellan ärvärdet (x = 24°C) och börvärdet (w = 20°C). I det här
fallet uppgår avvikelsen till (x-w = 24 - 20) 4 K (Kelvin). För att sänka rumstemperaturen
till 20°C, måste personen i rummet känna till en metod för att sänka värmeuteffekten
från radiatorn (i det här fallet innebär det att manuellt justera radiatorventilen) och
därefter måste personen förstå om ventilen ska öppnas eller stängas. När personen har
stängt ventilen något kommer han att titta på termometern med jämna mellanrum och
justera radiatorventilen tills rumstemperaturen är 20°C.
Fig. 7-2 Exempel på manuell styrning
w Börvärde, önskad temperatur (t.ex. 20°C)
x Visning av ärvärde, rumstemperatur (t.ex. termometer 24°C)
y Manuell ventil för styrning av värmeuteffekten
z Störstorheter (t.ex. sol, vind etc.)
Denna process (Fig. 7-3), som utförs av en människa, är en manuell styrprocess.
Personen i rummet läser av temperaturen, x, från termometern, jämför den med det
önskade börvärdet, w, noterar skillnaden och funderar över hur den ska korrigeras.
Personen korrigerar sedan ventilpositionen, y. Rumstemperaturen ändras och kan
avläsas på nytt. En reglertekniker kallar denna process ”manuell styrning”.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Reglersystem
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 7-3 Manuell styrning (jämförelse mellan faktiska och önskade värden)
I ett reglersystem (Fig. 7-4), utför reglerutrustningen mätning, jämförelse och
korrigering. En givare (1) mäter rumstemperaturen, x, och sänder den till regulatorn (2).
Regulatorn jämför det uppmätta värdet med det inställda börvärdet, w, och sänder en
relevant styrsignal, y, till radiatorventilen (3). Justeringen av ventilen medför en ändring
av rumstemperaturen som mäts av givaren.
Inom reglersystemet registrerar rumstemperaturgivaren alla regleravvikelser. Om
rumstemperaturen stiger till följd av störningar, z, till exempel:
Yttre störningar
- utetemperaturförändring
- solstrålning
- vind
Inre störningar
- tillskottsvärme i rummet
- elektrisk utrustning
- antal människor
ändras värmeventilens läge tills den önskade temperaturen har nåtts igen.
1
Fig. 7-4 Exempel på reglering
1 Rumstemperaturgivare
2 Regulator
3 Radiatorventil
z Störstorheter (t.ex. utetemperatur, sol, vind, personer, elektrisk utrustning etc.)
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
3
2
179

Jämförelse mellan
styrning och reglering
Kombination av styrning
och reglering av ett
värmesystem
180
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Skillnaden mellan styrning och reglering kan påvisas med ett system för blandning av
uteluft/återluft.
Fig. 7-5 visar till vänster styrning av den blandade luften via uteluftstemperaturen. Alla
temperaturvärden för uteluft som mäts av givaren (1) motsvarar en specifik position hos
spjället efter en utsignal från styrutrustningen (2). Temperaturen hos den blandade
luften ändras i motsvarande utsträckning, men den nya temperaturen återkopplas inte
tillbaka till styrutrustningen.
Endast för utvärdering
Fig. 7-5 visar till höger reglering av den blandade luften. Börvärdet, w, för temperaturen
hos den blandade luften ställs in på regulatorn (4). I reglerutrustningen jämförs det
uppmätta värdet, x, som registrerats av givaren (3) med börvärdet, w. Vid eventuella
avvikelser justerar regulatorn spjällets position tills temperaturen hos den blandade
luften är lika med det inställda börvärdet.
går ej att skriva ut
1
Fig. 7-5 Styrning av temperaturen hos den blandade luften (vänster); reglering av temperaturen hos den
blandade luften (höger)
1 Utetemperaturgivare
2 Styrutrustning
3 Temperaturgivare för den blandade luften
4 Reglerutrustning
w Börvärde för den blandade luften
x Ärvärde för den blandade luften
y Styrsignal
Den vanligaste typen av värmereglering i bostäder, utetemperaturkompenserad
framledningstemperaturreglering, är en kombination av styrning och reglering.
Fig. 7-6 visar principen för detta kombinerade system.
4
z
t R
y
2
3 2
w
Fig. 7-6 Utetemperaturkompenserad reglering av framledningstemperaturen
1 Utetemperaturgivare
2 Styrning med värmekurva (sänder börvärdet w till regulatorn (3))
3 Regulator
4 Styrventil
x Framledningstemperatur
z Störstorheter (t.ex. panntemperatur, vattnets flödeshastighet, temperatur returledning radiatorer )
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
x
1
t
U
4
3
x

Styrsystemet i
värmesystemet
Reglersystemet i
värmesystemet
Mätpunkt
Givare
Ärvärde x
Reglerstorhet x
Referensstorhet w
Störstorhet z
Felstorhet e
Reglering
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Utetemperaturgivaren (1) sänder den uppmätta signalen till styrsystemet (2). Med
utgångspunkt från den inställda styrkurvan, beräknar styrutrustningen den
framledningstemperatur som behövs för att uppnå en (minimi-)rumstemperatur på t.ex.
20°C vid den aktuella uteluftstemperaturen. En rumstemperatur på minst 20°C önskas,
men denna temperatur mäts inte av någon givare och den justeras inte heller av någon
regulator. Solstrålning, värme som genereras av elektrisk utrustning eller ett stort antal
människor kan få rumstemperaturen att stiga över det värde som beräknats, eller – om
fönster öppnas – sjunka under det beräknade värdet. Detta är ett styrsystem för
rumstemperaturen.
Endast för utvärdering
Som nämnts tidigare beräknar styrsystemet (2) börvärdet, w, för den regulator av
framledningstemperaturen som finns i reglersystemet (3). Regulatorn jämför den
faktiska, uppmätta framledningstemperaturen, x, med börvärdet, w. Baserat på
differensen (x-w) beräknar regulatorn sedan styrsignalen, y, som får ställdonet (4) att
justera styrventilen så att framledningstemperaturen är lika med börvärdet. Eftersom
framledningstemperaturen mäts kontinuerligt, och det uppmätta värdet hela tiden matas
tillbaka till regulatorn, är det en framledningstemperaturreglering.
går ej att skriva ut
7.4.1 Begrepp kring reglering (enligt definitionen i DIN 19226)
Givarens placering, dvs. där reglerstorheten (ärvärdet) mäts.
Enhet som registrerar värdet för den avlästa storheten (ärvärde).
Det nuvarande värdet hos den reglerade storheten x som mäts av givaren.
Den fysiska storhet (temperatur, luftfuktighet etc.) som mäts i reglersystemet och som
ska hållas, dvs. regleras till ett visst värde eller en viss mängd. Den reglerade storheten
är utgångsstorheten från objektet och ingångsstorheten för regulatorn.
Instorheten till reglersystemet. Referensstorheten fastställer det aktuella börvärdet.
Extern storhet som påverkar regleringen och har en oönskad inverkan på den
reglerade storheten, t.ex. extern tillskottsvärme, solstrålning etc.
Differens mellan referensstorhet w (börvärde) och reglerad storhet x (ärvärde) uttryckt i
enheter av den reglerade storheten: e = x-w
Ett annat vanligt begrepp för felstorheten är regleravvikelse x-w
Syftet med regleringen är att föra en fysisk storhet (reglerad storhet x) till ett angivet
värde (referensstorhet w) och behålla den vid detta värde oavsett eventuella
störstorheter z. För att uppnå detta måste den reglerade storheten x kontinuerligt
mätas, jämföras med referensstorheten w och anpassas.
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
181

Reglerutrustning
Ställstorhet y
Ställdon
Styrelement
Styrpunkt
Objekt
182
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Utrustningen som utför regleringen inom processen, dvs. mäter differensen mellan det
faktiska och det önskade värdet på den reglerade storheten och därefter ställer in
styrsignalen så att avvikelsen elimineras.
– Ingångsstorhet: Reglerstorhet x
– Utgångsstorhet: Ställstorhet y
Endast för utvärdering
Styrsignal, storhet som kan justeras av regulatorn och som, i sin tur, påverkar värdet
hos den reglerade storheten (t.ex. ventilens lyfthöjd). Ställstorheten är både
utgångsstorheten från regulatorn och ingångsstorheten för objektet.
Justerar styrutrustningen i den angivna riktningen i enlighet med utgångssignalen från
regulatorn (t.ex. elmotor, elektromagnetiskt ställdon).
Enhet (exempelvis en ventil) som installeras i styrningen för att styra flödet av energi
eller annan mängd.
går ej att skriva ut
Punkten i reglersystemet där energiflödet påverkas (ställdon och styrelement)
Systemet som ska regleras, dvs. den del av styrningen där reglerstorheten x ska hållas
vid ett konstant värde trots eventuella störstorheter. Objektet börjar vid styrpunkten (där
styrelementets funktion utförs) och slutar vid mätpunkten (där reglerade storheten
mäts). Det består alltså av styrelementet, de olika delarna av anläggningen (t.ex.
rörledningar, värmeväxlare, rum etc.) och givaren.
– Ingångsstorhet: Ställstorhet y
– Utgångsstorhet: Reglerstorhet x
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

7.5 Byggnadsautomationssystem
Begreppet byggnadsautomationssystem syftar på central administration, övervakning
och optimering av byggnadstekniska installationer med ett datorbaserat system för
byggnadsautomation och reglering. Byggnadsautomationssystem installeras i
kontorsbyggnader, shoppingcentra, sjukhus, järnvägsstationer, flygplatser etc., där
komplexa elektriska och mekaniska anläggningar samverkar på ett sätt som gör att det
finns goda möjligheter att optimera både byggnadsprestanda och energianvändning
(Fig. 7-7). Moderna byggnadsautomationssystem påverkar även mät- och
reglertekniken i dessa installationer. Detta uppnås genom att avancerade styr- och
reglerfunktioner tillämpas med programmerbar DDC-teknik (Direct Digital Control).
Fig. 7-7 Byggnader med olika typer av driftteknisk utrustning (hissar, belysning, rördragningar, kylning,
ventilations- och luftkonditioneringssystem, säkerhets- och larmsystem, etc.), som samordnas och drivs vid
med maximal effektivitet av ett byggnadsautomationssystem.
Byggnadsautomationssystem har en hierarkisk struktur och är indelat i minst följande
tre nivåer:
• Informationsnivå
• Automationsnivå
• Fältnivå
1
2
3
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Fig. 7-8 Hierarki i ett byggnadsautomationssystem
1 Informationsnivå
2 Automationsnivå
3 Fältnivå
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
183

Informationsnivå
Automationsnivå
Fältnivå
184
Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Informationsnivån med ett övervakningsprogram och den in- och utgångsutrustning
som krävs för drift och övervakning (t.ex. arbetsstationer och skrivare för larm,
rapporter och grafik).
På informationsnivån sker hantering, övervakning och samordning av de underliggande
nivåerna. Här utförs funktioner som:
• Start, stopp och börvärdesändringar
• Överföring av meddelanden om drift, fel och larm
• Optimering av energianvändningen inom systemet
• Analys och visning av mät- och driftdata
Databearbetningen ger bl.a. uppgifter om energianvändning, felstatistik och information
för underhållsadministration.
Endast för utvärdering
går ej att skriva ut
Automationsnivån reglerar och övervakar drifttekniken i elektriska och mekaniska
anläggningar. Driften på den här nivån är i stor utsträckning autonom, vilket innebär att
driften av systemen löper vidare utan avbrott vid eventuella fel på informationsnivån.
Under dessa förhållanden fungerar dock inte systemövergripande optimeringsfunktioner.
Maskinvaran på automationsnivån finns normalt i apparatskåp placerade i
teknikutrymmen och har lokala manövreringsmöjligheter. Modulära in-/utgångsenheter
(I/O-moduler) representerar kommunikationsgränssnittet mellan processregulatorerna
och mät-, positionerings-, kopplings- och signaleringsutrustningen på fältnivån. In- och
utgångssignalerna (I/O) bearbetas av processregulatorerna och skickas enbart till
informationsnivån vid behov.
Binära signaler (på/av, 1/0, hög/låg etc.) kan bearbetas direkt, medan analoga signaler
(elektrisk resistans, spänning, ström eller tryck) måste omvandlas för ingångssignaler
till digitala signaler med analog/digital-omvandlare (A/D) eller för utgångssignaler till
analoga signaler med digital/analog -omvandlare (D/A).
På automationsnivån utförs funktioner som:
• Mätning, styrning och reglering
• Omkoppling, signalering och räkning
• Optimering
• Övervakning
• Manövrering
• Förregling
På fältnivån finns mät-, positionerings-, kopplings- och signaleringsutrustning för de
drifttekniska systemen samt styrningen för det enskilda rummet eller den enskilda
zonen. I de drifttekniska systemen identifieras den aktuella driftstatusen via givare och
den modifieras med hjälp av ställdon. I praktiken omfattar det:
• Insamling via givare av mätvärden som temperatur, tryck, volym, luftfuktighet eller
räknarimpulser.
• Manövrering av motorer och elektriska värmare via styrdon.
• Överföring av signaler som indikerar brytarläget hos övervakningsutrustning såsom
rökdetektorer, termostater, vakter.
• Positionering av ventiler och spjäll via ställdon.
På fältnivån finns även utrustning för driftteknik i enskilda rum. På den här nivån
regleras enskilda rums- eller zontemperaturer direkt via styrsignaler från regulatorerna,
t.ex.
– Radiatorventiler
– Värme- och kylventiler i fan coil- eller induktionsapparater
– Flödesregulatorer i VAV-anläggningar
– Blandningsspjäll i tvåkanals blandningsboxar
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011

Boken går att beställa från www.siemens.se/sitrain
Byggnadsautomationssystemet kan justera börvärden eller läsa ändrade storheter i en
mängd processer och använda denna information för att fastställa den totala
laststatusen i värme-, kyl- och luftkonditioneringssystemen. Det möjliggör lasthantering
i den primära värme- och kylinstallationen.
Inom byggnadsautomationssystemet, utbyts data via LAN (Local Area Network), WAN
(Wide Area Network) och/eller en systemspecifik databuss med olika form (t.ex. linje,
stjärna, ring eller träd), beroende på befintlig infrastruktur, systemstorlek,
överföringshastighet, framtida möjlighet till utökning, driftstabilitet, etc.
Endast för utvärdering
Följande principer gäller för datautbytet:
– Data kan utbytas horisontellt (dvs. på samma nivå) eller vertikalt (mellan
nivåer).
– Varje nivå drivs med de data som är tilldelade denna nivå.
– Data som ska överföras till högre nivåer måste först komprimeras eller
reduceras till grunduppgifter.
Genom att konsekvent följa dessa principer överbelastas inte en nivå med data från en
annan nivå, vilket skulle leda till långsammare bearbetning och längre responstider.
går ej att skriva ut
Bussystem för byggnadsautomation och reglering måste uppfylla bl.a. följande krav:
• Överföring av data som omfattar allt från enkla händelser till komplexa
datastrukturer.
• Integration av identiska och olika system på den nivå som är mest fördelaktig.
• Anslutning till kundens befintliga infrastruktur (LAN, WAN).
• Central drift och övervakning, men även lokal flexibilitet.
• Minimering av installations- och underhållskostnader.
• Fjärrövervakning.
• Effektiv nätverksbildning av ett stort antal operatörsstationer över långa avstånd.
• Flexibel installationsteknik.
Dessa krav kan bara uppfyllas med standardbussystem. Fler än ett bussystem krävs
för att uppfylla alla behov.
Det finns numera branschstandarder för dataöverföring och kommunikationssystem.
Sammanfattningen nedan visar statusen för standardiseringen i Europa (CEN TC247).
Protokoll Standard
BACnet EN ISO 16484-5 och -6
LonWorks EN 14908-1 … -4
KNX EN 50090-3-2; 4-1; 4-2; 5-2; 7-1
EN 13321-1 och -2
Siemens Building Technologies Byggnadsautomationens grunder B01HV_sv
februari 2011
185