Prenumerera gratis på vårat nyhetsbrev
med platsannonser, produktnyheter,
utbildningar och mycket mer.
Rumsgivare är en viktig men ofta underskattad del av HVAC-system. Få människor vet hur mycket planering och arbete som krävs för att skapa en enhet som kan mäta korrekt temperatur – ner till en tiondels grad – för olika yttre förhållanden. Dr Sebastian Eberle, utvecklingschef för miljösensorteknik och Yoram Mottas, systemingenjör för sensorutveckling på Belimo ger en insyn i de utmaningar som man ställs inför vid utvecklingen av rumsgivare och hur företaget använder innovativa lösningar för att möta dessa utmaningar för att leverera exakta rumsgivare med kort responstid.
Människor känner sig bekväma under vissa specifika miljöförhållanden. Det får inte vara för varmt eller för kallt – otroligt nog kan många människor urskilja temperaturförändringar på ±0,5 °C – och den relativa luftfuktigheten måste vara lagom hög (figur 1). Detta sätter stor press på VVS-system, och eftersom de flesta högpresterande sensorelement har en precision på ±0,2 °C, återstår bara en felmarginal på ±0,3 °C för att utforma en rumsgivare som kan uppfylla komfortkraven och uppfylla industristandarderna.
Figur 1: Det fönster för temperatur och luftfuktighet där människor känner sig bekväma. (Illustration av Prof. Dr. Ing. Wolfram Frank, ordförande i strömningsmekanik och professor emeritus vid fakulteten för naturvetenskap och teknik, Siegen University, Tyskland).
Att mäta temperaturen med sådan noggrannhet är svårt i sig självt och kompliceras ytterligare av externa faktorer som kan påverka temperaturmätningarna, till exempel luftflöde, luftfuktighet, värmekällor och spänningsvariationer. Dessutom måste det uppmätta värdet representera temperaturen i mitten av ett rum, medan sensorn är monterad på en vägg. Detta medför ytterligare utmaningar, eftersom tillverkaren av givaren inte har någon kontroll över hur den installeras. Detta innebär att enheten måste utformas på ett sådant sätt att denna ytterligare parameter inte påverkar mätvärdena.
Att förstå vilken värmeöverföringsmekanism – konduktion, konvektion eller strålning – som är ansvarig för ett visst fenomen kan hjälpa konstruktörerna att hitta rätt riktning. Denna typ av testning kräver noggrann styrning av omgivningens parametrar med hjälp av en testrigg som den som visas i figur 2.
Figur 2: Visualisering av Belimos testrigg för rumsgivare som används för att utforma och bedöma givarens prestanda under varierande miljöförhållanden.
Testkammaren som givaren befinner sig i (till höger i figuren) förses med ett konstant, laminärt luftflöde som kan regleras exakt från 0,05 m/s till 0,3 m/s, vilket efterliknar en inomhusmiljö. Enheten placeras sedan i ett värmeisolerat hölje som kan reglera temperaturen med en noggrannhet på 0,1 °C. Eftersom luftflödet i höljet är mycket högre än i testkammaren kan den önskade temperaturen uppnås (eller ändras) mycket snabbt. Med denna testrigg går det även att styra parametrar som luftfuktighet och strömförsörjningsspänning, vilket ger ett kraftfullt verktyg för att skapa en detaljerad kalibreringsprofil och för att separat bedöma den individuella påverkan från varje värmeväxlingsmekanism.
De omfattande data som samlats in med hjälp av testriggen kan användas vid designen av rumsgivaren för att maximera dess prestanda, minska påverkan från strålning och eliminera självuppvärmning. Testerna visade till exempel att en optimering av utformningen av luftventilerna i höljet kan förbättra kopplingen mellan detekteringselementet och den faktiska temperaturen i rummet. Detta kan optimeras ytterligare genom att ändra formen och placeringen av luftflödeskanalerna i enheten.
Ett annat viktigt övervägande vid utformningen av rumstemperaturgivare är att mätningarna inte ska påverkas av den värme som genereras av de elektroniska komponenterna inuti själva givaren. Detta kräver strategier för att isolera sensorelementet utan att påverka formfaktorn i den övergripande konstruktionen. En metod för att uppnå detta visas i värmekartan i figur 3.
Figur 3: En värmekarta som visar temperaturvariationer över en givares kretskort.
Givarens kretskort består av två fysiskt åtskilda delar. Den ena delen innehåller sensorelementet, medan den andra delen innehåller elektroniska komponenter – t.ex. mikrokontrollern och strömkällan – som genererar värme under normal drift. Som det framgår i figuren blir detta område av kretskortet mycket varmare än den del som innehåller sensorelementet. Värmen hindras från att påverka sensorelementet via konduktion tack vare den fysiska separationen och det faktum att jordplanen i koppar för de två kretsarna inte är sammankopplade. Eftersom koppar är en mycket effektiv värmeledare kan detta minska självuppvärmningseffekterna avsevärt.
Även om många problem kan lösas under designfasen finns det fortfarande externa faktorer som tillverkaren inte kan påverka – t.ex. luftflöde, luftfuktighet, olika värmekällor och varierande strömförsörjning. Det sistnämnda problemet hanteras till exempel av en intern realtidsmätning och en kompensationsalgoritm. Om man förlitar sig för mycket på kompensation kan dock en enhet bli långsam att reagera och mindre känslig.
Det finns många krav när det gäller rumsgivare; de måste vara exakta, snabba och lämpliga för användning över hela världen och i en mängd olika tillämpningar. Detta kräver noggrann planering vid utformningen av enheten för att eliminera potentiella interna felkällor, samtidigt som man kompenserar för oundvikliga externa variationer. Den här artikeln har endast tagit upp de svårigheter som är kopplade till temperaturmätningar och har inte ens berört övervakning och kontroll av andra parametrar som behövs för att garantera komfort och säkerhet i inomhusutrymmen, t.ex. luftfuktighet, CO2-nivåer, partiklar eller flyktiga organiska föreningar (VOC). Förhoppningsvis har detta bidragit till att belysa komplexiteten i skapandet av en högpresterande rumstemperaturgivare, och kommer att ge denna ofta förbisedda anordning en välförtjänt uppskattning.
Dr Sebastian Eberle, utvecklingschef miljösensorteknik
Yoram Mottas, systemingenjör sensorutveckling
| Dela |
 |
Tillbaka |
Pålitlig, innovativ och mycket kompakt: Ställdon, ventiler, givare och mätare från Belimo har en enorm inverkan på värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem. Välkommen till vår monter A16:40 på Nordbygg så berättar vi mer.
Missa inte vårt online-event den 7 mars där vi lanserar nästa generations vridspjällventiler.
Vi söker nu en Technical Support som kommer inneha en nyckelroll i det operativa arbetet med att hjälpa både kunder och kollegor i tekniska frågor.
Belimo förstärker sin närvaro i norra Sverige med en dedikerad försäljningsansvarig. Även tekniksupporten förbättras ytterligare med ett nytt tillskott för att erbjuda kunderna mer tillgänglighet och spetskompetens.
Vill du arbeta i ett innovativt och expansivt företag som är i framkant när det gäller energi- och hållbara lösningar? Är du lösningsorienterad och har gedigen teknisk kompetens? Då kan detta vara rätt möjlighet för dig!
VVS-branschens kanske mest imponerande roadshow kommer tillbaka till Sverige med stopp i Umeå, Sundsvall och Stockholm! Läs mer och anmäl ditt besök.
De populära dricksvattenventilerna från Belimo kommer nu i nytt utförande i avzinkningshärdigt material. Dessutom har vi optimerat ventilerna så att de passar våra allra minsta ställdon, vilket gör dem mer energi- och kostnadseffektiva. Läs mer.
Vi är glada att presentera Johan Borenstam, ny försäljningsansvarig för Region Mitt! Johan kommer senast från Dafo Brand och har tidigare drivit eget VVS-företag.
Brinner du för försäljning och marknad och har erfarenhet från teknisk försäljning inom värme/kyla, ventilation, fastighetsautomation, energiteknik eller liknande? Nu söker vi tekniska säljare med ansvar för region Svealand, Norrland samt OEM.
