• Ingen resultater fundet

2.1 Beskrivelse af væksthuset

N/A
N/A
Info
Hent
Protected

Academic year: 2022

Del "2.1 Beskrivelse af væksthuset"

Copied!
140
0
0

Indlæser.... (se fuldtekst nu)

Hele teksten

(1)
(2)
(3)

ENERGITILFØRSEL

0 0 0

Ttto h Ui

' Ta '

d v—

X . 4>h .

X d t +

d vi

VT, = li + : +

1 + 6lB + 67B 7 + 63B :i o "f" ^2 B m / - , p 1 — Q\B

• V Gt +

B • V-P-Rf 1+«5,S + <52S2 Qt

C arsten Henrik W achm ann K laus Juel Olsen K ristian Kristensen

A n n ette Ersbøll

A fd e lin g f o r B i o m e t r i o g I n f o r m a t i k

Henrik M adsen M ogens Lynnerup

I n s t i t u t f o r M a t e m a t i s k S t a t is t ik o g O p e r a t i o n s a n a l y s e

O tto Frøsig Nielsen M arius Am sen

L a b o r a t o r i e t f o r G a r t n e r it e k n ik

Steen Traber g-B oru p S t a t e n s B y g g e f o r s k n i n g s i n s t it u t

JU LI 1991

(4)

2.1.2 V æ ksthusets fo rm ... 14

2.1.3 Væ ksthusets konstruktion... 15

2.1.4 Dæ kkem aterialer... 17

2.2 Varm eanlæ g o g te m p e ra tu rk r a v ... 17

2.2.1 V a r m e t a b ... 17

2.2.2 V a r m e fo r b r u g ... 19

2.2.3 V a r m e a n læ g g e t... 20

2.2.4 Varm eflader ... 20

2.2.5 Varm eanlæggets p la c e r in g ... 21

2.2.6 Skygge- o g is o le r in g s g a r d in e r ... 24

3 Varm eanlæ g og regulering 25 3.1 A u t o m a t is e r in g ... 25

3.2 R e g u le r in g s s y s te m e r ... 26

3.2.1 P e n d lin g e r... 28

3.2.2 R e g u la t o r e r ... 29

3.2.3 V e n t i l a t i o n ... 37

3.3 K lim astyring i v æ k s t h u s e ... 37

3.3.1 K lim a c o m p u t e r e ... 38

3.3.2 Energi forb ru g og d ig it a lt e k n ik ... 38

4 Generelle modeller for dynamiske systemer 40 4.1 Tilstandsm odeller ud fra fy s ik k e n ... 40

4.1.1 O rdinæ re differentialligninger som en a pproxim ation af et di­ stribueret system 41 4.1.2 A lm indelige antagelser i m odeller af bygningers varmedynamik. 42 4.1.3 N ogle forslag til m odeller for væksthuses varm edynam ik... 46

4.2 A R IM A m o d e l l e r ... 50

(5)

4.2.1 O pskrivning a f A R IM A m odellen ... 50

4.2.2 M o d e l identifikation... 53

4.2.3 Param eter estim ation... 56

4.2.4 In p u t-ou tp u t m odeller... 57

4.3 Identifikation af lineære stokastiske tilstandsm odeller i kontinuert tid. 61 4.3.1 N ogle bem ærkninger om param eter-identificerbarhed... 63

4.3.2 Fra kontinuert til diskret tid ... 64

4.3.3 M axim u m likelihood estim ater... 65

4.4 M etoder fo r m odelkontrol... 67

4.4.1 Test i autokorrelationsfunktioner... 67

4.4.2 Test i det kumulerede p eriodogra m ... 67

4.5 R elationer m ellem overføringsfunktions- o g tilstandsform ... 68

4.5.1 B eregning af t id s k o n s ta n te r ... 69

5 O p e r a t i o n e l le k li m a m o d e l le r . 71 5.1 Beskrivelse a f d a t a ... 72

5.2 E stim erede m o d e l l e r ... 72

5.2.1 M o d e l for u d e t e m p e r a t u r ... 72

5.2.2 In p u t-ou tp u t-m odel for u d e te m p e r a tu r... 76

5.3 D is k u s s io n ... 83

5.3.1 A ltern ative m o d e l l e r ... 88

6 V æ k s t h u s e s v a r m e d y n a m ik 8 9 6.1 Beskrivelse a f dataopsam ling og fo r s ø g s d e s ig n ... 89

6.1.1 V æ k s t h u s ... 89

6.1.2 F o r s ø g s d e s ig n ... 89

6.1.3 R e g is tr e r in g ... 91

6.2 A nvendte D a t a ... 93

6.3 E stim ation i diskret t i d ... 97

6.3.1 E stim ation af “ fysisk” transfer-m odel ... 99

6.3.2 E stim ation af beslæ gtede m o d e l l e r ... 104

6.4 E stim ation i kontinuert tid ... 107

6.4.1 M o d e l k o n t r o l ...109

6.5 D is k u s s io n ...109

6.5.1 D e to estim ationsm etoder... 112

6.5.2 Tidskonstanter i andre bygninger...113

6.5.3 V urdering a f det effektive areal... ... 113

6.5.4 U dvidelse af m odel m ed hensyn til latent varm e... 115

6.5.5 A n d re f o r h o ld ...117

7 R e g u le r in g s - s t r a t e g i e r 1 1 8 7.1 System b e tra g tn in g e r... 118

7.2 M atem atiske m odeller for r e g u l e r i n g ... 119

7.3 R egu lerin gsk riterier...121

(6)
(7)

2.1 Transm ission a f lys- o g varm estråling gennem maskinglas i afhængig­

hed a f b ølgelæ n gden ... 14 2.2 V en lo-blok . 6.40 m fagbredde. Søjleafstand 3.00 m ... 15 2.3 20 m b redt væksthus m ed gitterspæ rkonstruktion. Spærafstand 4.06

m ... 16 2.4 K analpladen leveres i 8 eller 16 m m tykkelse og i bredder på 600 eller

1200 m m . Standardlæ ngder p å 2, 4 eller 6 m eller efter ønske...18 2.5 B undvarm erør tilsluttes fordelerrør ved hjæ lp a f dam pslange (syntetisk

gu m m islan ge)... 22 2.6 Undervarm erørene ophæ ngt under bordene, i dette tilfælde under faste

b o rd e ... 23 2.7 Skematisk placering a f forskellige varm eanlæ g... 24 3.1 B lokdiagram a f autom atiksystem et for en rum tem peraturregulering. . 26 3.2 Æ ndringer i om verdenen virker på regulerings-system et som forstyr­

relser, der tvinger det til at ændre tilsta n d ... 27 3.3 Generelt blokdiagram for et reguleringssystem ... 28 3.4 Forløbet a f den regulerede størrelse, f.eks. en tem peratur, ved en p lu d ­

selig æ ndring a f energitilførslen... 30 3.5 T em peratu rforløb i et væksthus uden term ostatregulering ved pludselig

belastningsæ ndring... 32 3.6 T em peratu rforløb i et væksthus med proportion alt virkende regulator

ved en pludselig belastningsæ ndring... 33 3.7 T em peratu rforløb i et væksthus m ed proportional-integral regulator

ved en pludselig belastningsæ ndring... 34 3.8 Seks ventilkoblinger til brug i varm eanlæ g... 36 4.1 Et distribueret system (f.eks. en hom ogen væ g) kan approxim eres af

et ’lu m p e d ’ system ... 42 4.2 (a) En sim plificeret m odel for bygningers varm edynam ik. (b ) Et ækvi­

valent elektrisk kredsløb... 44 4.3 En m od el for væksthuses varm edynam ik m ed to tidskonstanter, samt

et ækvivalent elektrisk k redsløb... 47 4.4 En m od el for væksthuses varm edynam ik m ed tre tidskonstanter, samt

et analogt elektrisk kredsløb... 49

S

(8)

5.1 U detem peratur i perioden 6 maxts 1988 til og m ed 30 april 1988. . . . 74

5.2 E stim eret autokorrelationsfunktion for u detem peratu ren ... 75

5.3 E stim eret partiel autokorrelationsfunktion for udetem peraturen. . . . 75

5.4 E stim eret autokorrelationsfunktion for residualem e til udetem peraturen. 77 5.5 E stim eret partiel autokorrelationsfunktion for residualerne til udetem ­ p eratu ren ... 78

5.6 N orm eret kumuleret p eriodogram for residualerne til udetem peraturen. 78 5.7 Predikteret ( ---) o g observeret (--- ) u detem peratur i perioden 24 april 1988 til og m ed 30 april 1988... 79

5.8 G lobalstråling i perioden 6. m arts til og m ed 30. april 1988 ... 79

5.9 U detem peratur (____) og global stråling (--- ) i p eriod en 24 April 1988 til o g m ed 30 A pril 1988... 80

5.10 E stim eret krydskorrelationsfunktion for u detem peratur o g global strå­ lin g... 81

5.11 E stim eret autokorrelationsfunktion for residualerne i udetem peraturen. 82 5.12 E stim eret partiel autokorrelationsfunktion for residualerne i udetem ­ peraturen... 82

5.13 Estim eret autokorrelationsfunktion for residualem e til udetem peraturen. 84 5.14 E stim eret partiel autokorrelationsfunktion for residualerne til udetem ­ p eratu ren ... 85

5.15 N orm erede kum ulerede p eriodogram for residualerne til udetem pera­ tu ren ... 85

6.1 P R B S -signal m ed n = 4 og T = 2 0 t i m e r ... 92

6.2 Skitse a f væksthuse o g m ålesteder ... 95

6.3 P lot a f rum tem peratur, udetem peratur, beregnet indstråling og bereg­ net varm etilførsel. 4.Juli 1989 ... 97

6.4 Tre forskellige en ergiforbrug... 99

6.5 Im pulsrespons-koefficienter for P R t — ► Tt ... 101

6.6 Im pulsrespons-koefficienter for /< — ► T t ... 101

6.7 K rydskorrelation m ellem \jTt o g y /< efter filtrerin g... 102

6.8 A utokorrelation af residualer ... 105

6.9 Partiel autokorrelation af residualer ... 105

6.10 E stim eret autokorrelationsfunktion for residualer til indetem peraturen. 111 6.11 E stim eret partiel autokorrelationsfunktion for residualerne til indetem ­ p eratu ren ... 111

(9)

6.12 Estim eret norm eret kumuleret periodogram for residualem e til inde- tem peratu ren ...112 6.13 Illustration a f indstrålingen på et væksthus m ed en solh øjde 0 på a.

under 25 ° b. over 25 ° ... 115 7.1 System regulerings diagram. Enkelt pile repræsenterer data flow. D o b ­

belt pile repræsenterer fysiske p å v i r k n i n g e r ...121 7.2 Skitse a f økonom isk planteudbytte som funktion a f tem peraturen. . . 123 7.3 Skitse a f planteudbytte som funktion a f lysm æ ngde hhv. kuldioxid­

k on cen tration ...124

(10)

6.1 R egistrerede variable ... 94

6.2 Estim erede p a r a m e t r e ...103

6.3 Estim erede p a r a m e t r e ...107

6.4 Estim erede param etre for m odellen ( 6 . 6 ) ... 109

6.5 Sam m endrag a f to e s tim a tio n s m e to d e r ...113

6.6 Den effektive bredde a f væksthuset figur 6.13, som fun k tion af solhøjde, 6, o g h øjd e a f det absorberende m edie i væ ksthuset, h\... 114

(11)

Indledning

There was a young man o f Japan whose verses would n ever scan.

Yes, he said, I know this is really so

because I always try to put as m any words into the last line as I possibly can.

Lim Erik

H ovedsigtet m ed dette projekt er, ved hjæ lp af en bedre tem peratur regulering, at kunne reducere energiforbruget i væksthuse. I almindelighed regnes der i Danm ark med, at udgifierne til energi i et kom m ercielt væ ksthus-gartneri udgør om kring 2 0% af om sætningen. Selvom energiforbruget efter de to oliekriser er blevet n edbragt en del i kraft a f almindelige isolerings foranstaltninger vil der stadig væ re m eget at hente ved en bedre styring a f energi tilførelsen. D erudover vil man ofte, hvis energien hentes fra et fjernvarmeværk, udover forbrugte m 3-vand (eller forbru gte antal calorier), skulle betale for retten til at belaste systemet op til en vis “ spidsbelastnings-græ nse” . D enne ekstra om kostning u dgør en væsentlig del a f energi-budgettet og det er derfor af vigtighed at kunne sætte sin “ spidsbelastnings-græ nse” så lavt så m uligt.

Den forbedrede styring tænkes at foregå ved at udnytte nye m uligheder for at lade klim acom putere styre energitilførsel, ventilation og skygge gardiner. D erim od er tilførsel a f C 0 2 og kunstlys ikke inddraget, for ikke at gøre opgaven for om fattende.

Styringen vil være digital og baseret på m ålinger og forudsigelser a f ude- og indeklim a.

Endvidere vil styringen væ re baseret p å avancerede m atem atisk-statistiske m odeller.

Det er hensigten at benytte selvregulerende styring, således at program m elet selv foretager en tilpasning til et konkret væksthus. Ligeledes vil det selv tilpasse sig ændrede vilkår, som f.eks. når planterne, ved salg, skiftes ud.

M etoden er rettet mod at forbedre reguleringen i eksisterende væksthuse, og kan ikke benyttes til at designe nye væksthuse.

(12)

læ ggende for de benyttede m etod er at man n etop skal beskrive det dynam iske aspekt a f varm eforholdene. Hvis m an nøjes m ed en statisk betragtning er det ikke m uligt at vide hvor hurtigt væksthuset vil reagere på æ ndrede ydre vilkår.

Denne viden er uundvæ rlig, hvis m an skal finde en optim al regulering. Der er i dette forp rojek t udviklet foreløbige m odeller for udeklim a og væ ksthusdynam ik.

M odellerne er udviklet på data fra forsøg ved Årslev (IfV ).

• Den tredie m od el om handler strategier for regulering a f varm etilførslen. Denne problem stilling har ikke været behandlet udførligt i dette projekt.

H ele system et kom m er så, i grove træk, til at virke ved, at klimamodellen fø rst foru d siger udeklimaet f.eks. en tim e frem i tiden. På baggrund af det progn ostice­

rede udeklima beregnes væksthusets indetem peratur en tim e frem ved uændret en er­

gitilførsel, under anvendelse a f m odellen fo r væksthuses varmedynamik. E r denne frem skrevne indetem peratur nu f.ek s. højere end den ønskede kan der så allerede foreta ges en form indskelse a f energitilførelsen.

Endelig kan man, ved hjælp a f en given regulerings strategi, afveje plantekom fort mod energiom kostninger. Hvis man således er villig til, m idlertidigt at lade indetem - peraturen falde lidt under den optim ale plantetem peratur, vil det være muligt at opnå

en yderligere energi-reduktion.

System et forventes at have særlig stor betydning ved pludselige, m en forudsi­

gelige, skift i udeklim aet, som f.eks. ved solopgang. Idag betyd er regulering efter en sæ tpunkt-tem peratur, at der ofte lige før solopgang bruges en masse energi på opvarm ning. Ikke så lang tid efter, når solen begynder at skinne, m å energien bort- ventileres som overskudsvarme.

De praktiske forudsæ tninger for at de beskrevne tanker kan føres ud i livet er i vid udstrækning allerede idag til stede i gartneri erhvervet. Ved m ange gartnerier måles de relevante udendørs klim avariable såsom tem peratur, stråling, vin d og regn.

Indendørs måles tem peratur og lu ftfu gttighed. E n dvidere har m ange gartnerier al­

lerede idag en klim acom puter, der registrerer disse variable, og foretager en styring, blot ikke efter så avancerede m etod er som de i dette p rojek t undersøgte.

1.1 Rapportens indhold.

R app orten falder i tre hoveddele.

(13)

1. En gennem gang a f den tekniske baggrund:

Kapitel 2 o g 3 i rapporten giver en generel beskrivelse af væksthuses konstruk­

tion, varm esystem er og den deterministiske tem peratur-regulering m ed analog teknik, sådan som den foregår idag.

2. En gennem gang a f den statistiske baggrund:

Kapitel 4 er en gennem gang a f de m atem atisk-statistiske teorier, som benyttes i de senere dele a f rapporten. Det er et relativt teoretisk kapitel. Hvis m an er villig til at springe de m atem atiske detaljer over, vil det i store træk væ re muligt at forstå de senere kapitler uden at have læst kapitel 4. K apitlet falder i tre dele:

Først diskuteres varm edynam iske m odeller for et væksthus, uden hensyntagen til stokastik. M odellerne opskrives som lineære system er a f ordinæ re differen­

tialligninger.

Dernæst tilføjes stokastiske led, o g m an får de såkaldte lineære stokastiske til­

standsm odeller.

Endelig er de generelle tidsrække m odeller undersøgt.

3. En beskrivelse a f de udførte forsøg, analyser og fundne m odeller:

Kapitel 5 beskriver den foreløbige klim am odel der er beregnet på data fra Årslev, vinteren 1988/89. Klim aet beskrives ved en tidsræ kkem odel m ed tids- trin på en tim e, svarende til sam plingstiden for de indsam lede data.

Kapitel 6 om handler udviklingen a f de to forskellige m odeltyper til beskrivelse af væksthusets korttids varm edynam ik: tilstandsm odeller o g tidsræ kkem odel­

ler. De d ata, der ligger til grund, stam m er fra et designet forsøg u dført på et eksperim ental væksthus ved Årslev. Sam plingstiden har været 2 m inutter.

Kapitel 7 om handler nogle foreløbige overvejelser af, hvilke reguleringsstrategier det vil væ re hensigtsmæssigt at anvende. Disse er m edtaget for at give en afrundet beskrivelse a f det sam lede system , som består a f korttids prognose modeller, m odeller for væksthusets varm edynam ik og reguleringsystem et.

Endelig indeholder kapitel 8 sam m endrag og konklusion.

I A ppendix A og B er organisationen bag dette p rojek t, og planerne for en fo rt­

sættelse af d et, beskrevet.

Dette p rojek t bygger naturligvis p å tidligere indsats fra m ange kanter. Her i lan­

det har der væ ret arbejdet en del m ed energi-spørgsm ål i forbindelse m ed væksthuse.

En opsum m ering foreligger i publikationen [Strøm et a l.,1987] fra Statens B ygge­

forskningsinstitut. Den i første om gang m ere teoretiske indfaldsvinkel, der ligger bag denne rapport, hax ikke været anvendt m eget i Danm ark. Et vigtigt arbejde i denne forbindelse er [Udink ten C ate, 1983], der indeholder mange resultater, dels inden

(14)
(15)

Væksthuse og energi

En samlet reference for dette afsnit er [Nielsen et al., 1980], der er den eneste generelle oversigt på dansk over væksthuse og væksthus-teknik.

2.1 Beskrivelse af væksthuset

Væksthuset er et dyrkningsrum , hvori klimaet søges behersket, således at der kan skabes de b edst m ulige væ kstbetingelser for de kulturer, der skal dyrkes i det.

De klim afaktorer, som væksthusets konstruktion o g u dform ning har indflydelse på, er lys- o g varm estråling, tem peratur, luftfugtighed og luftbevæ gelse.

2.1.1 Lysindstråling.

Den klim afaktor, der m å lægges mest væ gt på ved væksthusets udform n in g o g kon­

struktion, er lyset.

Når lyset træffer en glasrude vil en del a f lyset reflekteres, en del vil absorberes og resten vil passere gennem glasset. H vor m eget, der reflekteres, afhænger a f lysets indfaldsvinkel. V ed stråling vinkelret m o d en glasflade (indfaldsvinkel = 0 °) er re- flektionen for hver side a f glasset ca. 4 % , altså ialt ca. 8% . A bsorp tion en kan variere fra 1.6 til 2.5% afhæ ngig af glassets sam m ensætning. Lys- og varm etransm issionen er ikke ens for alle bølgelæ ngder, se figur 2.1.

Med hensyn til lysindstrålingen er den væsentligste forskel på de enkelte hustyper, at den indstråling, der tilføres gennem trem plen (væ gfladerne), pr. arealenhed, er større i smalle huse end i brede, idet indstrålingen gennem tagfladen praktisk taget er ens for alle hustyper. Det gælder d og kun når solhøjden er større end taghæ ldningen.

Er solhøjden lavere, er indstrålingen n oget mindre i blokhuse end i fritliggende huse.

I gennemsnit regner m an m ed, at ca. 2 /3 af den stråling, der ram m er et væ ksthus, slipper indenfor. H eraf vil om kring halvdelen bindes som latent varm e ved ford am p ­ ning (forudsat, at der er planter i huset). En fjerdedel vil forlade huset igen, o g den sidste fjerdedel vil gå til forøgelse a f luftens tem peratur.

(16)

B Ø L G E L Æ N G D E I nm

Figur 2.1: Transm ission a f lys- o g varm estråling gennem maskinglas i afhæ ngighed af bølgelæ ngden.

2.1.2 Væksthusets form.

Taghældning.

D en alm indeligste taghæ ldning for væksthuse er 25 — 27°. T y pisk e danske væ ksthuse har en taghæ ldning på 25.6°. Det tyske normvæksthus har en taghældning p å 26.5°.

Læ ngere m od n ord bruges ofte en taghældning på 30 — 33° o g i Sydeuropa 22 — 23°.

Trem pel.

Trem pelh øjden (langvæ ggens h øjd e) vil norm alt væ re m indst 2.25 m svarende til 2 1 /2 rude p å 90 cm ’ s længde. T il visse kulturer f.eks. tom ater kan en trem pelh øjde på 2.70 m væ re hensigtsmæssig. I en V enlo-blok (væ ksthus a f Hollandsk oprindelse), se figur 2.2, til tom ater og agurker vil trem pelhøjden ofte væ re noget højere.

Jo højere trem plen er, desto større vil lysindfaldet blive, isæ r i vinterhalvåret, m en sam tidig øges byggeom kostningerne og bræ ndselsudgifterne.

Danske hustyper.

D er findes ingen officiel dansk standard for væksthuse, m en størstedelen af dansk væ ksthusbyggeri foregår d og efter så ensartede retningslinier, at der i praksis er tale om visse standardtyper. Disse er karakteriserede ved b redder på 12, 16, 20, 24 ell. 25

(17)

m. Væksthusene kan væ re fritliggende eller sam m enbyggede i blokke p å 2 ell. flere enheder, se figu r 2.2.

Tyske hustyper.

I Vesttyskland er væksthuses bredde betinget a f et DIN norm eret breddem odu l på 3.065 m. D et m est anvendte norm væksthus består a f 4 b reddem odu ler svarende til en bredde er 12.26 m . Der bygges ofte i blokke.

Hollandske hustyper.

De hollandske såkaldte Venlo-huse, der på grund a f deres prisbillighed har fået stor udbreddelse båd e i og uden for H olland, har et bred dem od u l på 3.20 m . A fstanden mellem søjleræ kkem e kan være 3.20, 6.40 ell. 9.60 m , se figur 2.2.

Figur 2.2: V enlo-blok. 6.40 m fagbredde. Søjleafstand 3.00 m.

2.1.3 Væksthusets konstruktion.

Den bærende konstruktion udform es således, at skyggevirkningen bliver mindst m u­

lig. Konstruktionen kan udføres af stål eller alum inium . Her i landet anvendes kun stål, da alum inium hidtil har været for dyrt.

Konstruktionen i de danske væksthuse kan enten være en gitterspæ r- eller en rammekonstruktion.

(18)

Figur 2.3: 20 m bredt væksthus m ed gitterspæ rkonstruktion. Spærafstand 4.06 m . G itterspæ r udføres a f alm indelige cirkulære rør, firkantrør eller specielle tyn d p la- deprofiler. D e opstilles p å søjler af I- eller H-profiler eller specielle tyndpladeprofiler, der indstøbes i eller boltes fast til fundam entet.

R am m ekonstruktioner udføres af sam m ensvejste I-profiler. Jernforbruget til en gitterkonstruktion er m indre end til en ram m ekonstruktion, til gengæld er o m k o st­

ningerne ved frem stillingen større.

T il understøtning af sprosserne anvendes åse a f stål eller aluminium. Der findes talrige alum inium profiler specielt konstrueret til form ålet.

Dækkem aterialet (glas eller kunststofplader) oplæ gges p å sprosser. A f hen syn til lysindfaldet vil de ofte væ re m eget smalle. Sprosser kan udføres af træ, stål, alum inium og plast. Der anvendes fortrinsvis alum inium sprosser i Skandinavien.

E ftersom en alum inium sprosse kan gives enhver tænkelig form , findes der et m e ­ get stort antal sprosseprofiler p å markedet. Der benyttes forskellige m etoder til fastholdelse af glasset nem lig: kit og glasklem mer a f rustfrit stål, kit og dæklister a f alum inium samt kitløs oplæ gn in g m ed dæklister a f neopren. T il huse af V en lo-typen er sprosserne ofte forsynet m ed en not svarende til glassets tykkelse, og der anvendes hverken kit eller glaslister.

Luftvinduer frem stilles a f samme m ateriale som sprosserne, m en det bedst egn ede er alum inium . I danske væksthuse anvendes kun gen nem gående luftvinduer løb en d e i hele husets læ ngde langs tagryggen. I Venlo-huse anvendes enkelte vinduer i en , to eller tre sprossefags bredde. I Danm ark er det mest anvendte system gennem gående vinduer m ed tandstangsopluk, hvor tandstængerne er a f alum inium og drivakselen a f

(19)

galvaniseret rør.

2.1.4 Dækkematerialer.

Glas.

I de nordiske lan d e bruges kun almindeligt vinduesglas (blankglas). I udlandet, især i Tyskland og H olland, bruges i stor udstrækning det såkaldte klarglas (råglas). K lar­

glas er ugennem sigtigt, idet det er glat p å den ene side og ujæ vnt p å den anden side.

Det spreder d erfor lyset mere end almindeligt vinduesglas.

En glasdim ension på 900 x 800 x 3.8 m m er den m est anvendte her i landet. V ed gavlene anvendes der i trem pel og tag glas i en smallere bredde. D ette gøres på grund af større belastninger fra vind og evt. sne.

Kunststofplader.

Siden energikriserne hax der i større eller m indre udstrækning væ ret anvendt kun­

ststof plader i stedet for glas som dækkem ateriale. Pladerne lægges o p i alum inium sprosser på sam m e m åde som glas, d og ofte i bredder på 1200 m m og længder sva­

rende til tagfladens bredde og tremplens højde, således at man får en hel plade.

Pladerne er frem stillet a f akryl (plexiglas) eller polykarbonat i tykkelser fra ca. 8 - 16 mm. P lad erne fremstilles i form af kanalplader (ribb eplad er), se figur 2.4.

Lige efter energikriserne benyttede m an udelukkende kanalplader, m en da kanal­

pladernes lystransm ission ligger på ca. 80% m od glassets ca. 90% fik m an for lidt lys til visse kulturer, hvorfor m an i dag kun benytter kanalplader i trem pler o g gavle.

2.2 Varmeanlæg og temperaturkrav

2.2.1 Varmetab

Formålet m ed varm eanlæ gget i et væksthus er i første række at op reth olde den for kulturerne n ødven dige tem peraturtilstand, men desuden benyttes varm eanlægget i visse perioder alene til at regulere luftfugtigheden og til at frem m e luftcirkulationen.

Som mål fo r tem peraturtilstanden i et væksthus benyttes luftens tem peratur målt i °C selv om det er åbenbart, at lufttem peraturen alene ikke giver et sandt udtryk for planternes virkelige tem peraturtilstand.

I et væksthus vil varmestrålingen, enten den virker i positiv eller negativ ret­

ning for væksthusets varm ebalance, have overordentlig stor indflydelse på luftens og planternes tem peraturtilstand.

Varmetabet fra et rum sker gennem den om liggende skal o g fordeler sig m ellem ledning, konvektion, stråling, fordam pning eller fortæ tning og ventilation (fu getab).

Beregningen a f et rum s varm etab sker på grund a f de om givende fladers U -væ rdier (varmetransm issionskoefficienter, tidligere kaldet k-væ rdier). U -væ rdien angiver den samlede varm etransm ission gennem 1 m 2 a f den samlede væ gkonstruktion ved en tem ­ peraturforskel p å 1 °C m ellem de to sider a f væ ggen. U -væ rdien angives i W / m 2oC .

(20)

Figur 2.4: K analpladen leveres i 8 eller 16 m m tykkelse o g i bred d er på 600 eller 1200 m m . Standardlæ ngder på 2, 4 eller 6 m eller efter ønske.

For et alm indeligt væksthus m ed enkelt lag glas og g o d vedligeholdelse af fuger, gla­

skitning, døre og vinduer kan der dimensioneringsm æssigt regnes m ed en U -væ rdi på 7.6 W / m 2oC .

Ledningstab sker m ellem dele, der berører hinanden og konvektionstab sker i en strøm m ende væske eller luftart, hvor væskedelene undervejs afgiver varme ved ledn ing til andre væskedele.

V ed faste begræ nsningsflader sker konvektionen ved at væskedelene, der b erører det faste legem e, opvarm es og transporterer den op tagn e varm e væk, og denne fo rm for varm eoverføring ved en fast flade kaldes varm eovergang.

V ed konvektion skelnes m ellem fri strøm ning eller term isk varm estrøm ning, når strøm ningen alene forårsages a f de væ gtfylde forskelle, der er en følge af tem p era ­ turforskellene, og tvungen strøm ning, når den udefra p åtv u n g n e strømning er d o ­ minerende. Strålingstab sker, når et legem e eller en flade udsender varme i fo rm a f strålingsenergi i rum m et. Når denne strålingsenergi træffer et andet legeme, op v a r­

mes det. Strålevarm e sker ved bølgelæ ngder m ellem 1550 o g 40000 nm (lan gbølget stråling) afhæ ngig af de strålende fladers tem peratur. F ordam pn in g sker, når et v å d t legem e tørrer. V ed en våd flade bruges varme til tørringen. D ette varm eforbrug vil nedsæ tte overfladetem peraturen og herm ed forøge varm etabet. Fugetab er et u d tryk for det luftskifte, der vil væ re ved alle utæ theder i en flade (om k rin g vinduer o g d øre, glasoverlæ g i væksthuse, rørgennem føringer m .v .).

(21)

2.2.2 Varmeforbrug

Den varm em ængde, der skal til for at op reth olde den ønskede tem peraturtilstand, som i mangel a f bedre defineres ved lufttem peraturen, er afhæ ngig af forskellen m el­

lem tem peraturerne i væksthuset og i det frie samt a f væksthusets ydre begræ ns­

ningsfladers areal og a f disses isoleringsevne. V arm eforbruget kan m ed en for praksis tilstrækkelig n øja gtigh ed (se e.v.t. afsnit 4.1.2) beregnes efter følgende form el:

<t> = U DSA(Ti - Tu), hvor

• <j> = varm eforbrug (varm etab) i W att.

• A = areal i m 2 a f væksthusets yderflader (tag, trem pel og gavle).

• U DS = yderfladernes varmetransmissionskoefficient i W / m 2oC.

• Ti — tem peratu ren i væksthuset.

• Tu — tem peraturen i det frie.

Betragtes væ ksthusets glasareal som en hom ogen flade m ed samm e U -væ rdi, vil U-værdiens størrelse væ re afhængig a f tem peraturforholdende, a f lufthastigheden på begge sider a f glasfladen, a f varmeanlæggets placering (i forh old til glasfladen) og udformning, a f sprossearealet i forhold til glasarealet, af sprossem aterialet (træ , alu­

minium, stål) o g a f utæ theder ved glasoverlæg, vinduer m .m ., hvorim od glastykkelsen i praksis er u den betydnin g. U -værdien kan derfor variere m eget fra dag til dag og fra sted til sted.

Dim ensioneringstem peraturem e i væksthuset og i det fri, T, o g Tu, m å fastsættes under hensyntagen til, hvilke kulturer huset skal anvendes til, og på hvilken tid af året de skal dyrkes.

Da de ugunstigste forh old normalt indtræffer om natten, fastsættes lufttem pera­

turen i væksthuset, 7 ;, som den tem peratur den pågæ ldende kultur kræver o m natten.

Hvis kulturens tem peraturkrav varierer m ed årstiden, vælges den tem peratur, som er nødvendig på den årstid, hvor de laveste tem peraturer i det fri kan forekom m e.

Hvis andet ikke er givet regnes der norm alt m ed, at varm eanlæ gget skal dim en­

sioneres til at kunne holde en minimums indetem peratur p å + 1 8 °C ved en ude- temperatur p å -12 °C , altså en tem peraturdifferens på 30 °C . Fastsættelsen a f den udvendige dim ensioneringstem peratur m å i nogen grad bero på et skøn, ved hvilket der tages hensyn til såvel de foreliggende statistiske oplysninger om landets klim a som kulturens væ rdi, og hvor lange kuldeperioder der kan forventes p å den årstid, hvor den pågæ ldende kultur skal dyrkes.

Almindeligvis vil det ikke være økonom isk forsvarligt at dim ensionere varm e­

anlægget således, at den ønskede tem peratur vil kunne op reth oldes ved den lavest tænkelige udetem peratur. Det vil være nødvendigt at tillade en vis afvigelse fra den ønskede tem peratur under særligt ugunstige forhold. H vor lange og hvor store tem peraturfald der kan tolereres, vil afhænge a f kulturerne.

2*

(22)

have interesse er em ission (stråleudsendelse) og a bsorp tion (stråleoptagelse). Disse egenskaber er afhæ ngige a f overfladens beskaffenhed og form .

K on vektionsvarm e er varm e, der overføres til den om kring-liggende luft o g herfra, enten ved naturlig eller mekanisk cirkulation, forplanter sig u d i rummet. F.eks.

varm e fra rør under bord e eller fra en varm luftovn (kalorifer).

Anlæ gget

Vandvarm eanlæ g er det alt dom inerende, og under de nuvæ rende forhold m å det karakteriseres som det bedst egnede væksthusvarm eanlæg. Fordelene ved et va n d ­ varm eanlæg sam m enlignet m ed f.eks. et dam pvarm eanlæ g er, at anlæggets varm eaf­

givelse kan reguleres ved at variere tem peraturen p å varm efladerne (varm erørene), at tem peraturreguleringen forholdsvis let kan autom atiseres, o g at varmefladerne kan placeres, hvor det tjener kulturerne bedst uden hensyn til højdeforskelle og u den risiko for, at strålevarm epåvirkningen bliver for stor.

I vandvarm eanlæg sker varm etransporten fra kedelanlægget til forbrugsstedet som navnet antyder m ed vand, der cirkulerer gennem kedel o g varm eflader. I alle m od ern e anlæ g tilvejebringes cirkulationen m ed cirkulationspum per.

Forudsætningen for, at anlægget kan fungere tilfredsstillende er, at hovedlednin­

ger og cirkulationspum per er dim ensioneret således, at vandcirkulationen gennem det enkelte varm erør svarer n øje til varm ebehovet. D et kan i praksis være et ret om stæ ndeligt arbejde, at dim ensionere et vandvarm eanlæg n øjagtigt.

2.2.4 Varmeflader

Jernrør

Den mest anvendte form for varmeflade i væ ksthuse er runde jernrør i dim en sio­

nerne 25 og 32 m m , m en også firkantrør eller andre form er anvendes. A lum inium rør m ed forskelligt udform ede finner anvendes også, d og m est ved fjernvarm eforsynede gartnerier.

H vor store m æ ngder varm erør der findes i væksthuset for at tilføre den n ø d v e n ­ dige varm em æ ngde afhænger af væksthusets varm ebehov, a f varmerørets U-væ rd i og overfladeareal, a f cirkulationsvandets m iddeltem peratur og den ønskede lufttem pera­

tur.

(23)

Typisk vil jern rør afgive om kring 12 W att pr. grad pr. m 2 overflade, og ved spidsbelastning (h vor rør-tem peraturen er om kring 90°C , o g lufttem peraturen o m ­ kring stuetem peratur) er varmeafgivelsen a f størrelsesordenen 100 W att pr. løben d e m eter rør.

Kedelvandets frem løbstem peratur kan for alm indelige varm tvandsanlæg sættes til 90 °C og returtem peraturen sættes norm alt til 75 °C , m en kan ved m eget udstrakte anlæg være på 70 °C . Det samme er tilfæ ldet, hvis el-prisen er m eget høj. Når re­

turtem peraturen sænkes, mindskes udgifterne til hovedledninger, cirkulationspum per o g el-kraft. T il gengæ ld vokser udgifterne til varm einstallationen i selve væksthuset, fordi rørm æ ngderne m å forøges.

A f såvel varmetekniske som økonom iske grunde b ø r der anvendes så små rørd i­

mensioner som teknisk og praktisk m uligt. Jo m indre dim ensioner der anvendes, desto mindre bliver vandindholdet i anlægget. N år anlægget arbejder under kons­

tante forh old, er det ligegyldigt, om vandindholdet er stort eller lille. M en så snart der sker en ændring a f varm ebehovet, er det af stor betydnin g for anlæggets evne til at følge m ed det æ ndrede beh ov, at vandindholdet er så lille som m uligt.

P E L -rør

T il varmerør, nedgravet i jo r d eller, hvor varmerørene er særligt udsatte for gødnings­

vand, anvendes P E L -rør. D e mest anvendte dim ensioner er udv. diam eter 16, 20 og 25 m m . Hvilke dim ensioner, der anvendes, afhænger a f rørenes læ ngde o g cirkula­

tionspum pens løfte-h øjde. P E L -rør kan ikke anvendes ved vandtem peraturer højere end 60 °C , da det tilladelige arbejdstryk falder kraftigt m ed stigende tem peratur.

2.2.5 Varmeanlæggets placering

Væksthusets indretning og kulturarten er tit afgørende for, hvilket opvarm ningssy­

stem eller kom bination, der anvendes.

Jordvarme

T il opvarm ning a fjo r d benyttes udelukkende nedgravede P E L -rør. Jordtem peraturen ved overfladen er afhængig af jorden s beskaffenhed o g fugtighedsgrad. H vor d ybt rørene graves ned afhænger af hvilken jordbeh an d lig, der anvendes. Jo dybere rørene ligger, jo trægere bliver anlægget og jo længere tid tager opvarm ningen til den ønskede jordtem peratur.

Bundvarme, rør på jorden

For varmekrævende bundkulturer er det nødvendigt, selv om der er jordvarm e, at lægge rør ud på jorden . Disse rør er oftest jernrør, og skal holdes 5 til 10 cm over jord en , så de altid kan holdes tørre, m en også for at op nå m aksim al varmeafgivelse.

(24)

Figur 2.5: B undvarm erør tilsluttes fordelerrør ved hjæ lp a f dam pslange (syntetisk gu m m islan ge).

U ndervarm e, rør under borde

Ved faste bord e ophæ nges norm alt fire længder varm erør under et bord (to frem løb og to returløb). V ed rulleborde ophæ nges to længder (et frem løb og et retur) eller tre læ ngder (et frem løb o g to retur). A fstanden fra b ord p lad e til varm erør skal væ re 25-30 cm for at op n å en ensartet tem peratur på bordpladen . Der kan opnås en pottetem p eratu r p å 2-3 °C over rum tem peraturen, hvis bordene forsynes m ed

’skørter’ . For at få en ensartet varm efordeling under sam tlige b ord e, skal der væ re ens vandstrøm gennem sam tlige varmerør. D ette opnås nem m est ved at anvende princippet ’vendt frem løb ’ eller ’vendt retur’ , se figur 2.6.

D esuden skal sam tlige tilslutninger til hovedledning bores ud m ed sam m e diam eter (6 ell. 8 m m ). B ræ ndes hullerne ud m ed en svejseflam me, kan det ikke undgås at give forskellig hulstørrelse, m ed deraf følgende skæv varm efordeling.

(25)

Figur 2.6: U ndervarm erørene ophæ ngt under bordene, i dette tilfæ lde under faste borde.

Bordvarme, rør i borde

For at holde pottetem p eratu ren ca. 5 °C over rum tem peraturen kan der f.eks. u d ­ lægges 12 læ n gder P E L -rør ca 0.5-1 cm under bordpladen . Frem løbstem peraturen kan med dette system tillades o p til 60 °C , m en afkølingen m å ikke overstige 5-10 °C . En slangelængde vil norm alt væ re 55-85 m eter, og m odstan den vil i denne læ ngde være så stor, at m odstanden i fordelerledningen ingen indflydelse vil få for varm e­

fordelingen. D et er derfor ikke nødvendigt at udføre fordelerledningen efter ’vendt frem løb’ eller ’ vendt retu rløb ’ m etoden, når forsyningsledningens læ ngde m ax. er ca.

50 m.

Topvarme

Topvarme u dføres a f jernrør. A fstanden m ellem rørene m å ikke væ re over 2 meter.

Topvarmens prim æ re opgave er at hindre en underafkøling af kulturen ved udstråling.

Toprørene vil opvarm e glasfladen ved stråling og herved form indske udstrålingen fra kulturen. S am tidig vil den del a f toprørene, der vender m od kulturen opvarm e denne.

Figur 2.7 viser skematisk placeringen af de om talte varmesystemer.

(26)

Figur 2.7: Skematisk placering a f forskellige varmeanlæg.

2.2.6 Skygge- og isoleringsgardiner

O fte forsynes væksthuset m ed et eller flere gardinanlæg. Et gardinanlæ g har til fo r­

mål at skygge for sollyset ved for kraftig indstråling og at varmeisolere om natten.

Gardinerne m onteres indvendigt i væksthuset, som regel ved, at gardinerne ophæ n ges lodret langs trem pler og gavle, m ellem glasset og varm erørene, o g følger tagkonstruk­

tionen p å skrå fra spæ rfoden og op til rygningen eller vandret fra trempel til trem pel oven over topvarm erørene.

G ardinerne frem stilles a f kunststoffer som polyethylen, n y lo n og p olypropylen samt alum inium sstrim ler. Gaxdindugen er væ vet m ere eller m indre tæt m ed eller uden aluminium sstrimler.

For at nedsæ tte luftskiftet skal gardinet være tæt og virke som et telt i væksthuset.

G ardinet skal derfor m onteres i størst mulige sam m enhæ ngende flader. K lim aregu­

leringen sker kun i det afgrænsede luftvolum en under gardinet, medens luftm assen m ellem gardin o g glas kan væ re koldere eller varmere.

For at sikre m od for høj luftfugtighed under gardinet, m on teres en hygrostat, der styrer gardintrækket således, at der ventileres til luftrum m et over gardinet i stedet for til yderluften, hvorved der spares energi, o g u nødig træk undgås. Ved n orm al ventilation til yderluften fjernes vanddam pene m ed luftm assen, m en ved intern ven ­ tilation til luftrum m et over gardinet sker en kondensation p å glassets indvendige side, hvor fordam pningsvarm en frigives.

(27)

Varmeanlæg og regulering

D ette afsnit beskriver den traditionelle analoge regulering, der idag stadig er den anvendte teknik i væksthuses varme regulering.

3.1 Automatisering

Autom atisering er en proces, der begynder ved valg a f varm eanlæ g, projek terin g og dimensionering a f installationerne i et væksthus. En korrekt autom atisering opnås kun, når autom atik o g anlæg passer samm en, o g når der ved udform ningen a f anlæ g­

get er opnået en “ autom atikvenlig” konstruktion.

A utom atisering kan for et givet anlæg udføres mere eller m indre vidtræ kkende.

M an taler ofte o m en “ autom atiseringsgrad” , der er vanskelig at definere, m en som er et udtryk fo r det om fan g, hvori anlægget er i stand til at op fyld e de ønskede funktioner uden stadig manuel indgriben.

Til autom atiseringen hører også instrum enter til kontrol a f anlæggets funktioner, herunder m elding om indtrådte fejl o g /e lle r begyndende svagheder i system et, den såkaldte tilstandskontrol.

Automatiseringens formål Formålet m ed autom atisering er

• at anlæggets funktion, f. eks. opvarm ning af et væksthus, autom atisk opfyld er de opstillede krav til tem peraturforløb over døgnet, og tilpasser sig ændrede b e­

tingelser, f.eks. æ ndring a f udetem peraturer eller a f den interne “gratisvarm e”

fra f. eks. belysningsarm aturer.

• at anlæggets funktion opfyldes mest energiøkonom isk. T il dette punkt hører f.eks. overvejelser om sænkninger a f tem peraturer i kulturperioden samt andre former for tidsstyringer.

• at anlægget fungerer driftsikkert, dvs. at de opståede fejl er relativt få o g k ort­

varige, o g ikke kan forårsage om fattende skader, f. eks. kulturskader. D ette

(28)

Figur 3.1: B lokdiagram a f autom atiksystem et for en rum tem peraturregulering.

tilgodeses dels ved valget a f autom atik og eventuelle “ dobbeltsikringer” , dels ved en hensigtsm æssig instrum entering, der giver m ulighed for fejlfinding og nem inspektion af anlæggets tilstand.

• at o p fy ld e sikkerhedsmæssige, ofte lovpligtige krav, f.eks. styring og b egræ ns­

ning a f kedeltem peraturer.

A utom atisering begrænser energiforbruget. En korrekt u d fø rt autom atisering b e­

grænser un ødvendigt energiforbrug, da man herved opnår:

• at gratisvarm e udnyttes

• at “ p lan tekom fort-tem peratur” kun opretholdes der, h vor det er nødven digt, og når det er nødvendigt

• at fejltilstande bliver sjældnere og mere kortvarige.

Størrelsen a f energibesparelserne kan ikke angives generelt, da den afhæ nger a f m ange forh old.

3.2 Reguleringssystemer

En g o d generel reference til dette afsnit er [Heilmann og H ansen, 1985], for de mere væ ksthus-relaterede spørgsm ål henvises i alm indelighed til [Nielsen et al., 1980] og [Udink ten C ate, 1983].

Et reguleringssystem består a f autom atikken og den del a f varmeanlægget og væksthuset, der indgår i system et, og sørger for en rum tem peraturregulering, se blokdiagram m et figur 3.1.

(29)

Det er autom atikkens opgave at måle den tem peratur ( “ tem peraturføler” ), der skal reguleres, o g samm enligne den m ed en ønsket væ rdi. Hvis der ikke er overens­

stemmelse, skal autom atikken påvirke energitilførslen (f.eks. en frem løbstem peratur via et blandearrangem ent eller en vandstrøm via en tovejs m otorven til) således, at rum tem peraturen går i den rigtige retning, og efterhånden finder ind til en a cceptabel værdi (toleranceinterval).

Et reguleringssystem eksisterer ikke isoleret fra om verdenen - det har forbindelse til den gennem sin effekttilførsel og gennem forskellige andre “om verdensstørrelser” , der har indflydelse på system ets balance og på den regulerede tem peraturs væ rdi.

Ved en rum tem peraturregulering har varm em ediets tem peratur, antallet a f varm e­

kilder i huset (belysningsarm aturer), udetem peraturen og luftvinduernes åbningsgrad betydning for reguleringssystem ets indstilling.

Alle æ ndringer i de nævnte “om verdensstørrelser” virker p å reguleringssystem et som “forstyrrelser” , der tvinger det til at ændre sin tilstand, se figur 3.2.

Figur 3.2: Æ ndringer i om verdenen virker på regulerings-system et som forstyrrelser, der tvinger det til at ændre tilstand.

Systemets “ evn e” til at m odvirke ” forstyrrelsernes” indflydelse p å den regulerede temperatur (eller en anden fysisk størrelse) kan væ re større eller m indre alt efter systemets sam m ensæ tning. Ikke blot forstyrrelsernes styrke, m en også deres tids­

forløb (om de varierer hurtigt eller langsom t) har b etyd n in g for deres indflydelse på reguleringssystem et.

Det karakteristiske for et reguleringssystem er den “ lukkede sløjfe” , der opstår ved følerens tilbagem eldin g om f.eks. en tem peratur, sam m enligningen m ed den øn ­ skede værdi, autom atikken og energistrøm m en til anlæg-(-bygning, resulterende i en vis rum tem peratur, som måles, sammenlignes o .s.v. - altså en stadig cirkulation af målinger, energistrøm m e og tem peraturer.

Det generelle blokdiagram for et reguleringssystem er vist på figur 3.3.

(30)

storrelse

-c=>

Måleudstyr

■ Reguleringsudstyr -

størrelse

Folec

Figur 3.3: Generelt blokdiagram for et reguleringssystem .

3.2.1 Pendlinger

S om næ vnt består et autom atiksystem a f en lukket sløjfe, hvori data- o g energi­

strøm m e cirkulerer.

J o kraftigere ændring i energistrøm m en, der forårsages a f en ændring a f fejlen - dvs. forskellen m ellem ønsket tem peratur og virkelig tem peratur - jo kraftigere er reguleringssløjfens “forstæ rkning” . En stor “forstæ rkning” i systemet kan i n ogle tilfæ lde give et n øjagtigt system (selv en lille fejl vil udløse en kraftig energiæ ndring), der hurtigt vil føre tem peraturen tilbage igen på plads.

Hvis reguleringssystem ets forstæ rkning er for stor, begyn d er systemet at “ p en d le” , d.v.s. den regulerede størrelse, f.eks. rum tem peraturen, svinger o p og ned. M a n er kom m et i den situation, at autom atikkens egenskaber (forstæ rkning og energiakku­

m ulerende forh old , f.eks. følerens termiske træ ghed) ikke passer samm en m ed varm e­

anlæggets o g eventuelt bygningens (væ ksthusets) egenskaber.

I den stokastiske regulerings teori (se nærmere [Å ström , 1970]) forklarer m an sådanne pendlingers opståen ved hjæ lp a f fænom enet “ s tø j” .

Jo større forstæ rkning reguleringssløjfen har, jo n øjagtigere virker reguleringen i p rincippet- m en kun indtil det punkt, hvor system et b e g y n d e r at pendle. Det er derfor vigtigt, at reguleringssystem et dimensioneres og indstilles til størst m ulig forstærkning, m en d og ikke mere end at systemet er i passende afstand fra p endlin gs­

situationen.

Faren for pendlinger er størst i system er m ed tidsforsinkelse. Tidsforsinkelsen er den tid, det tager fra det øjeblik energistrøm m en ændres (f.eks. ved ændring a f ven ­ tilstilling) og til det øjeblik, hvor m åleudstyret begyn der at registrere denne æ ndring.

Tidsforsinkelser kan undgås, f.eks. ved en rimelig hurtig cirkulation, så æ ndringer i frem løbstem peraturen hurtigt forplanter sig fra varm ecentralen o g ud i varmerørerne og videre til rum m et (væ ksthuset).

De reguleringsform er, der alm indeligvis anvendes i varm eanlæ g, er ikke særligt

(31)

tilbøjelige til pendlinger, hvis b lot ovennævnte forh old tages i betragtning.

3.2.2 Regulatorer

D e regulatorer, der oftest bruges i varmeanlæg, er:

1. 2-stillings regulering eller O N -O F F regulering 2. Flydende regulering

3. P roportional regulering

4. Proportional-integral regulering

I praksis findes en del sam m enblandinger a f disse reguleringsform er.

Reguleringsform erne 2-4 kan kombineres m ed seriestyring, d.v.s. en op delin g af motorventilen p å flere enheder, der er koblet i serie således, at ventil nr.2 først p å ­ begynder sin vandring, når ventil n r .l har vandret 100 p ct. Således fortsæ ttes m ed nr.3, 4 osv. V ed påvirkning i m odsat retning påvirkes den sidste ventil først, derefter den næstsidste osv.

2-stillings regulering eller O N -O F F regulering

Denne regulering har kun to stillinger for energistrøm m en, f.eks. som en oliefyrs­

term ostat, der slår fyret til ved en indstillet m inim um svæ rdi, f.eks. 85°C o g fra igen ved en højere tem peratur, f.eks. 92°C . Den ene stilling fås, når fejlen er over en vis, positiv væ rd i, den anden når fejlen er under en vis negativ væ rdi. Intervallet m ellem disse væ rd ier kaldes for egendifferencen. Egendifferencen er i det ovenstående eksempel med oliefyrs-term ostaten 7 °C.

Hvornår en 2-stillingsregulering egner sig, afhænger af reguleringssystem ets d y ­ namiske forhold.

De dynamiske forh old kan iagttages ved at registrere, hvorledes den regulerede størrelse, f.eks. kedeltem peraturen eller en rum tem peratur, æ ndrer sig, når energi­

strømm en pludseligt ændres, eksem pelvis et oliefyr, der går igang (se figur 3.4 A og B , side 30) eller en ventil, der pludseligt åbnes ( figur 3.4 A og C ).

Tem peraturstigningen på figur 3.4 B siges at følge et tidskonstantforløb. Et forløb m ed en tidskonstant får m an, når anlægget dom ineres a f en enkelt stor energiakkum u­

lator, f.eks. opvarm n in g af en oliefyrs-kedel eller en varm tvandsbeholder. A f figur 3.4 B ses, at tem peraturen efter et tidsforløb svarende til en halv tidskonstant ( T / 2 ) er ændret 39% a f sin fulde ændring, efter tiden T (svarende til tidskonstanten), 63% , efter tiden 2 T , 87% , og efter tiden 3 T , 95% . P å figur 3.4 B er linjen for stignin­

gens begyndelses-hæ ldning optegnet. Det ses, at den netop skærer linjen for 100%

ændring til tiden T , lig m ed tidskonstanten.

En 2-stillingsregulator egner sig kun, når tem peraturstigningen (eller en anden størrelse, f.eks. en trykstigning) har et forløb, der er lig m ed, eller m eget nær tids­

konstantforløbet som på figur 3.4 B.

(32)

Figur 3.4: Forløbet a f den regulerede størrelse, f.eks. en tem peratur, ved en plu dselig ændring a f energitilførslen. A viser den pludselige æ ndring, B hvordan tem peraturen forløber i et system uden d ød tid , og C hvordan tem peratu ren forløber i et system m ed d ød tid . T j er dødtiden, T er stigetiden. Jo m indre forh old et T^/T, er, j o m ere reguleringsvenligt er system et. Bem ærk, at tidsakserne p å figur B og C er forskellige.

(33)

Stigningsforløbet på figur 3.4 C er præ get af, at anlæ g-f eventuelt en del a f huset indeholder flere varmeakkum ulerende elementer (tidskonstanter) o g eventuelt en eller flere tidsforsinkelser (f.eks. lang transporttid mellem blandearrangem ent o g tem pe­

raturføler). Situationen i figur 3.4 C er langt den alm indeligste i varm eanlæg. Som vist på figuren, kan forløbet inddeles i to tidsintervaller: “ d ødtid en ” ,Td, og “ stigeti­

den” , T,. J o m indre forholdet T^/T, er, jo m ere reguleringsvenligt er system et, o g jo nøjagtigere o g hurtigere kan reguleringen indstilles.

Flydende regulering

Flydende regulering er betegnelse for en regulering, hvor m otorventilen (elektrisk, pneumatisk eller hydraulisk) bevæ ger sig m ed konstant fart m od sin ene yderstilling, når fejlen (forskellen m ellem den ønskede o g den virkelige væ rd i) er over en vis, positiv væ rdi, o g m od sin anden yderstilling, når fejlen er under en vis, negativ værdi. I intervallet m ellem disse væ rdier (den neutrale zone eller “ d ød zon en ” ) er motorventilen i ro.

Flydende regulering anvendes kun, hvor m otorventilens “lø b e tid ” , d.v.s. den tid, det tager for ventilen at bevæ ge sig fra sin ene yderstilling til den anden m ed konstant fart, er væ sentlig større end reguleringssystemets tidskonstant, se figur 3.4 B .

Som tom m elfingerregel gæ lder, at m otorventilens løb etid skal væ re ca. 10 gange så stor som reguleringssystem ets tidskonstant (se figur 3.4 B ) eller ca. 15 gange så stor som T j 4- T, (se figur 3.4 C ).

Da m otoren skal arbejde så langsom t som angivet, vil en flydende regulering væ re meget langsom t regulerende, set i forh old til anlæggets reaktionstid.

Flydende regulering anvendes først og fremm est til regulering a f frem løbsvandets temperatur til varm erørene i afhængighed a f udetem peraturen.

R eguleringsobjektet i reguleringssystemet udgøres her kun a f ventilens vandind­

hold samt rør- o g vandstrækning hen til dykrørsføleren, der m åler blandingstem pera­

turen. Den eneste tidskonstant, der kom m er ind i system et, er følerens tidskonstant, der for en d yk rørsføler m ed kontaktolie i røret sjældent overstiger ca. 30 sek. M o t o ­ rens “ lø b e tid ” skal derfor være mere end ca. 10 gange 30 se k .= 300 sek.

Proportional-regulering

Denne reguleringsform er endnu den m est anvendte inden for autom atisering a f var­

meanlæg.

Navnet p å denne reguleringsform kom m er af, at påvirkningen p å ventilen er p ro ­ portional m ed afvigelsen mellem den ønskede og den virkelige tem peratur (fejlen ):

Ventilsignal — K on stan t gange (T0(,ser„eret — Tsp) , eller

5 ( 0 = K • (Tobs(t) - T,p( t )) = K ■ e (t) (3.1 )

(34)

Figur 3.5: T em peraturforløb i et væksthus uden term ostatregulering ved pludselig belastningsændring.

hvor altså K er en konstant, o g Tsp står for sætpunkt, der er den tekniske betegnelse for den ønskede væ rdi a f den regulerede variabel, her tem peraturen.

e ( t ) = (T oha - Tsp) er fejle n til tid t.

M an arbejder her m ed det vigtige begreb: p rop ortion al-b ån d et (P-bånd eller P B ), der defineres som den stigning i den regulerede tem peratu r, der skal til for at få ventil stillingen til at ændre sig fra fuld, dim ensioneret van dstrøm til lukket stilling.

Jo m indre proportion albån det er, jo m indre vil afvigelsen blive. D erim od kan et lille prop ortion albå n d give system et større tilbøjelighed til pendlinger.

En proportion alregulator m indsker afvigelsen fra den ønskede værdi, men den fjerner ikke fejlen helt. N øjagtigheden a f regulatoren bestem m es cif dimensioneringen a f det valgte, eventuelt indstillede prop ortion albån d, P B . D en afvigelse, der efter en indtrådt påvirkning (forstyrrelse) bliver tilbage, kaldes belastningsafvigelsen eller oftere, off-set.

At tale om en proportional-regulators nøjagtighed er m eningsløst, hvis påvirknin­

gens størrelse o g dim ensioneringen a f system et ikke kendes.

På figur 3.5 er vist, hvordan lufttem peraturen i et væ ksthus kan tænkes at variere efter en indtrådt påvirkning (f.eks. ved tilførsel af 25 w att pr. m 2 fra belysning).

Figuren viser, hvad der sker m ed lufttem peraturen uden term ostat, figur 3.6 derim od reaktionen når huset er forsynet m ed en p roportion alt regulerende termostatventil.

I figur 3.5 stiger tem peraturen ca. 2 °C i løbet a f en tim e.

Ifølge figur 3.6 vil term ostatens føler efter 5-15 m inutter b e g y n d e at påvirke v e n ­ tilen m od lukning. Efter ca. 30-50 m inutter vil tem peraturen atter have fundet en stabil tilstand, der d o g afviger fra den ønskede m ed en vis væ rd i, belastningsafvi­

gelsen, som i dette tilfæ lde er beregnet til 1 /3 °C , altså en afvigelse, der er 6 gan ge m indre end tilfældet uden term ostat.

Ved tilført gratisvarm e kan tem peraturen d og aldrig i læ ngere tid overstige 21 °C , uden at ventilen lukkes helt (foru dsat P B = 1 °C ), dvs. der tilføres i så fald ingen varm e fra varm eanlægget.

Proportionalregulatorer anvendes hovedsageligt i varm eanlæ g ved følgende regu -

(35)

■Belastningsafvigelse Ä 'C

O 30 60 90

Tid. m inutter

Figur 3.6: T em peraturforløb i et væksthus med proportion alt virkende regulator ved en pludselig belastningsændring.

leringsobjekter:

• radiatorer, konvektorer (radiatorterm ostater)

• varm tvandsbeholdere

• varmevekslere (o p til ca. 80 °C )

• fjernvarme, returtem peraturer

• tryk (vand, d am p )

• varmt brugsvand, blanding.

I næsten alle andre tilfælde, bortset fra de under 2-stillings o g flydende regulering næ vnte, anvendes den fjerde reguleringsform : Proportional-integral regulering.

Proportional-integral regulering (PI-regulering)

Denne regulering har bevaret proportionalreguleringens god e egenskaber: En ret hur­

tig regulering m ed relativt lille tendens til pendlinger kom bineret m ed en egenskab, der m inder om den flydende regulering, nem lig en langsom tilbagevenden til den ønskede væ rdi efter en bestem t opstået påvirkning.

Dette opnås ved, at ventilen i starten påvirkes som angivet under p rop ortion al­

regulering, m en dernæst foretager en langsom vandring, indtil den ønskede værdi atter er opnået.

M ere præcist er Pi-regulatoren defineret ved følgende ligning, der skal sam m en­

lignes m ed ligning ( 3.1):

S ( t ) = K i • e ( t ) + K2 • t e (x )d x (3.2 )

J — OO

hvor altså K2 er en ny konstant.

3

(36)

Tid. minutter

Figur 3.7: T em peratu rforløb i et væksthus m ed proportional-integral regulator ved en pludselig belastningsændring.

P å figur 3.7 vises, hvordan tem peraturforløbet fra eksem plet i figur 3.5 vil blive ved Pi-regulering. V ed P i-regulering bliver der ingen belastningsafvigelse, m en det tager relativt lang tid, før den ønskede tem peratur er nået igen.

Pi-regulatorens I-virkning kan indstilles til forskellige væ rdier. Den indstillede væ rdi kaldes efterstillingstiden eller integraltiden, og måles i sekunder eller m inutter.

Jo længere efterstillingstid, jo længere er reguleringssystemet om at finde p å plads efter en forstyrrelse.

S om en tom m elfingerregel regnes m ed:

1. E fterstillingstiden = 3.5 T j

2. P roportion a lbå n d et = 1.25 • T^/TV (forskellen i f.eks. lufttem peraturen ved m a­

xim al opvarm ning hhv. ingen opvarm ning).

Typiske efterstillingstiden

• R egulering a f varmeveksler: 0.5 - 1.5 min.

• R egulering af rum tem peratur: 5 - 1 5 min.

Lange efterstillingstider giver langsom reguleringseffekt, og for korte efterstillings- tider kan give pendlinger i system et.

P ID regulering

Indføres foruden Pi-virkningen en differentierende virkning, dvs. ventilens bevæ gelse er afhæ ngig af ændringshastigheden a f f.eks. rum tem peraturen (jo større ændrings­

h astighed, jo større ventilbevæ gelse), kaldes regulatoren en PID -regulator. D en er altså defineret ved følgende udtryk, der skal samm enlignes m ed udtrykkene ( 3.1) og ( 3.2) :

/■< d e ( t 'I S (t) = K i • e (t ) + K2 ■ e (x )d x + K3 ■ —

J—oo d t (3 .3 )

(37)

Dette m edfører, at forstyrrelser m ed hurtige variationer dæ m pes mere i regule­

ringssystemet en d opnåeligt m ed en enkel P - eller P1-regulator. For at op n å fordele ved D -virkningen m å anlæggets “effektkilde” væ re rigeligt dim ensioneret.

En PID -regulator kræ ver en om hyggelig væ gtning a f de tre konstanter K \, K2, K3, m en vil så til gen gæ ld give en meget fin regulering.

Ventiler for regulering.

A lle reguleringsventiler skal dimensioneres. For store ventiler giver tilbøjelighed til dårlig regulering o g pendlinger. Reguleringskvaliteten vil for en overdim ensioneret ventil ændre sig m ed arbejdspunktet, dvs. m ed belastningen o g årstiden.

T il dim ensioneringen kræves kendskab til den dim ensionerende vandm æ ngde (m 3/tim e ) og det dertil ønskede differenstryk over ventilen.

Heraf findes ventilens fc„-værdi, som er et mål for ventilstørrelsen, nem lig vands­

trøm m en i rn3/ tim e ved et differenstryk på 1 bar ( « 10 m eter vandsøjle, kort: 10 m V S ) over ventilen. Man har:

t Q va n d m æ n gd e i m 3/tim e v \/Ap \/0.1 • d i f f e r e n s t r y k 1 m V S

Differenstiykket over ventilen skal vælges rigtigt, afhængigt a f det brugte ven­

tilarrangement.

I varmeanlæg bruges hovedsageligt kun 6 ventilkoblinger, h voraf de 4 indeholder 3-vejs ventiler, se figur 3.8. Ventilerne kan væ re 2-vejs eller 3-vejs ventiler, o g de kan monteres i de viste seks ventilkoblinger som vist p å figuren. 3-vejs ventiler kan væ re monteret som blan d e- eller fordelerventiler, m en er her m onteret som blande-ventiler.

Følere

Intet reguleringssystem virker bedre end føleren, dvs. hvis føleren m åler forkert vil systemet også regulere forkert.

Det er ikke tilstrækkeligt, at føleren er “ n øja gtig” ifølge fabrikanten - den skal også anbringes, så den virkeligt føler den tem peratur, eventuelt tryk eller anden størrelse, der slml måles.

Det er derfor overordentligt vigtigt, a f føler-placeringer projekteres og udføres omhyggeligt. Følerne b ør også måle ændringer så hurtigt som m uligt, f.eks. b ør dykrørsfølere altid forsynes m ed kontaktolie i dykrøret.

Regulering a f frem løbstem peratur

Det varme vand fra kedel, varmeveksler eller fjernvarm eværk blandes m ed det k ol­

dere returvand fra varm erørene. B landingen sker, så frem løbstem peraturen passer til varmebehovet ved den aktuelle udetem peratur. I anlæg m ed fjernvarmeveksler kan reguleringen ske m ed en ventil på vekslerens fjernvarmeside.

3'

(38)

Uj>

- © ---

,— — I

1 1

11

! 11

» 11 t1

—0 —^* * .

1

L © — i— —

Figur 3.8: Seks ventilkoblinger til brug i varm eanlæ g.

Kom ponentvalg

B landing a f returvand og frem løbsvand kan ske i en a f de ventilkoblinger, som er vist p å figur 3.8. V alg a f ventilkobling afhænger a f anlæ gsm odel m .m . .

M an væ lger norm alt en 3-vejs ventil, som er logaritm isk o g usymmetrisk, for at op n å linearitet i det sam lede reguleringssystem . D enne linearitet kan også opnås m ed lineære, sym m etriske ventiler, hvis regulatoren har “ indbygget” en tilsvarende logaritm isk funktion. Det er således ikke n ødvendigt, at den logaritmiske funktion ligger i selve ventilen.

V entilm otoren vælges sådan, at den resulterende løb etid for ventilen bliver rigtig.

Som tom m elfingerregel for de hyppigt anvendte “ flyden de” reguleringer skal løbetiden væ re ca. 10 gange så stor som reguleringssystem ets tidskonstant; for frem løbsregule-

Referencer

RELATEREDE DOKUMENTER

Når Daniel Stern (2004) snakker om et nuværende øjeblik, snakker han om en tidsbestemt oplevelse, der opstår i mellem to mennesker, som mødes.. Han ser Nu’et som

Anvendelsen af det konkrete dyr i forsøget på at skabe en mere respektfuld holdning til dyr og natur generelt synes således blot at bekræfte den holdning til naturen som

Vi vil afslutningsvis perspektivere de overordnede konklusioner, som utvivlsomt på den ene side peger på, at en overvejende del af de unge, der starter i brobygning, lever op til

(('oral management':ti,ab,kw OR 'dental hygiene':ti,ab,kw OR 'oral care':ti,ab,kw OR 'mouth rinse':ti,ab,kw OR 'tooth cleaning':ti,ab,kw OR 'teeth cleaning':ti,ab,kw OR

'Spørgsmålet er', tænker Iris, 'om virkeligheden overhovedet findes.' I det øjeblik billedet af edderkoppen i sit spind mellem syrenbladene aftegner sig på nethinden, forsvinder

I bogens første kapitel tager Breum fat på Danmarks hidtil mest markan- te arktiske udspil, initiativet til Ilulis- sat-erklæringen af maj 2008, hvori de fem kyststater omkring

Rasmus Hansen Attrup. Antoges af Ostind. — Fik straks Eks- tratjen. »ved Materialbøgerne« med 2 Rdlrs. Tillæg, saa at han nuj fik 8. Michelsens Forhold og kom 1. til

Efter en årrække ændredes anbefalingerne til tidlig afnavling som led i blødningsprofylaksen og efterfølgende blev der i 2010 endnu engang ændret i afnavlingspraksis