Hur integrerar man en LoRaWAN-termostatventil i ett fastighetsautomationssystem?

I byggnader med vattenbaserade radiatorer sker värmeregleringen ofta lokalt och är svår att övervaka. Inställningarna görs direkt på varje termostatventil, utan att man alltid tar hänsyn till när byggnaden är i bruk, de faktiska behoven i varje rum eller den energistrategi som fastställts i byggnadens tekniska styrsystem.

Med den LoRaWAN-kompatibla termostatventilen kan dessa radiatorer anslutas till fastighetsautomationssystemet utan att det krävs extra kommunikationskablar i varje rum. På så sätt kan systemintegratören överföra inställningsvärden på distans, samla in användbar information och styra uppvärmningen zon för zon.

Men hur fungerar den här arkitekturen? Vilka styrningslägen kan man använda? Och vilka parametrar måste man kontrollera innan man installerar tiotals eller hundratals uppkopplade termostathuvuden?

Varför ska vattenradiatorerna anslutas till fastighetsautomationssystemet?

I en kontors- eller flerbostadsbyggnad har inte alla rum samma uppvärmningsbehov. Ett mötesrum kan stå tomt under större delen av dagen, ett hotellrum måste förberedas innan gästen anländer och ett klassrum behöver inte värmas upp på samma sätt under lektioner, på natten och under skollov.

En övergripande reglering som gäller för hela byggnaden gör det inte alltid möjligt att ta hänsyn till dessa skillnader. Däremot ger en rum-för-rum-reglering fastighetsstyrningssystemet möjlighet att anpassa uppvärmningen utifrån:

• användningstiderna

• den uppmätta temperaturen i rummet

• riktlinjerna för komfort och energibesparing

• frånvaroperioder

• en eventuell öppning av ett fönster

• byggnadens övergripande energistrategi.

Målet är alltså inte enbart att göra radiatorn ”uppkopplad”. Det handlar om att integrera en ny regleringsenhet i en befintlig fastighetsstyrningsarkitektur för att bättre samordna produktion, distribution och avgivning av värme.

Vad är en LoRaWAN-termostatventil?

En uppkopplad termostatventil – även kallad uppkopplad termostat – monteras på radiatorventilens kropp. Dess motor driver kolven för att reglera flödet av varmvatten genom radiatorn.

Produkten innehåller vanligtvis:

• en temperaturgivare 

• en motor som gör det möjligt att justera ventilspringans öppning 

• ett gränssnitt för lokal inställning 

• batteridrift 

• en radiomodul för kommunikation med övervakningssystemet.

Med LoRaWAN-protokollet kan termostatknappen utbyta information över långa avstånd samtidigt som energiförbrukningen hålls på en nivå som passar batteridrift. Denna egenskap är särskilt intressant vid renoveringar, när det skulle vara för komplicerat eller för kostsamt att dra nya kablar i rum, kontor, klassrum eller bostäder.

Enless termostatventil med LoRaWAN-anslutning är avsedd för vattenburen värme och fungerar på EU868-bandet. Den kan användas med en privat LoRaWAN-infrastruktur eller med ett drivet LoRaWAN-nätverk.

Hur fungerar arkitekturen mellan ventilen och fastighetsautomationssystemet?

I en privat arkitektur sker utbytet vanligtvis i fyra steg.

1. Ventilen mäter och reglerar temperaturen

Ventilen monteras direkt på radiatorn och mäter temperaturen i dess omedelbara närhet. Beroende på valt driftsläge ställer den in en lokal temperaturinställning eller utför en öppningskommando som skickas från fastighetsstyrsystemet.

Den kan även överföra olika uppgifter som är användbara för driften: temperatur, batterinivå, motorns läge, inställningsvärden eller driftsvarningar.

2. Uppgifterna överförs via LoRaWAN

Ventilen sänder sina radiomeddelanden via LoRaWAN. Tack vare denna tekniks räckvidd kan en och samma infrastruktur täcka ett stort antal rum, även i byggnader där införandet av en kortdistansradiolösning skulle kräva fler mellanliggande enheter.

Den faktiska täckningen beror dock på anläggningens utformning: väggarnas tjocklek, golv, tekniska kanaler, metallkomponenter, gatewayens placering och radiokonfigurationen. Det rekommenderas att genomföra en undersökning eller ett räckviddstest på plats innan en storskalig utbyggnad påbörjas.

3. En gateway tar emot meddelandena

LoRaWAN-gatewayen samlar in data från ventiler och andra sensorer som är installerade i byggnaden. I en privat arkitektur kan den kopplas ihop med en inbyggd eller extern LoRaWAN-nätverksserver.

En öppen LoRaWAN-arkitektur gör det dessutom möjligt att använda olika typer av sensorer inom samma infrastruktur. Projektet är alltså inte nödvändigtvis begränsat till uppvärmning: sensorer för temperatur, luftfuktighet, CO₂, närvaro, öppningsstatus eller mätning kan dela samma nätverk.

För mer information, se presentationen avEnless privata LoRaWAN-arkitektur.

4. Informationen ställs till GTB:s förfogande

De avkodade uppgifterna måste därefter överföras till GTB i ett format som går att använda. Beroende på vilken gateway och arkitektur som valts kan de göras tillgängliga för styrenheten eller övervakningssystemet via ett protokoll som är anpassat till byggnaden.

Fasregleringen kan då:

• avläsa temperaturer och ventilernas läge 

• övervaka batterinivåerna 

• skicka nya instruktioner 

• integrera värmeelementen i beläggningsscheman 

• skapa larm eller styrscenarier 

• samordna uppvärmningen med övrig utrustning i byggnaden.

Enless LoRaWAN-gatewayen gör det möjligt att ta emot och bearbeta data från LoRaWAN-enheter för att integrera dem i en GTB-arkitektur.

Två sätt att styra en termostatventil från fastighetsautomationssystemet

Valet av regleringssätt beror på byggnadens arkitektur, den önskade styrningsnivån och den intelligens som redan finns i fastighetsstyrsystemet.

Läge 1: Byggnadsautomationssystemet sänder en inställtemperatur

I det första läget skickar byggnadsautomationssystemet den önskade rumstemperaturen till ventilen. Ventilen använder sedan sin temperaturgivare och sin interna algoritm för att automatiskt justera motorns öppning.

Detta tillvägagångssätt begränsar mängden logik som behöver programmeras in i byggnadsstyrsystemet. Detta ansvarar fortfarande för tidsscheman, ändringar av inställningsvärden och den övergripande strategin, medan den lokala regleringen sköts på radiatornivå.

Denna lösning är särskilt lämplig när systemintegratören vill:

• snabbt införa en reglering rum för rum 

• undvika att ständigt beräkna en öppningsposition 

• att begränsa den lokala reaktionen på temperaturförändringar 

• att centralisera instruktionerna utan att centralisera varje enskilt beslut i motorn.

Läge 2: Byggnadsautomationssystemet styr öppningsgraden i procent

I det andra läget är styrsystemet inbyggt i fastighetsstyrsystemet. Detta beräknar den nödvändiga öppningsgraden och skickar direkt en procentandel till ventilen.

Termostatventilen fungerar då som ett ställdon. Detta läge ger systemintegratören större frihet att samordna radiatorernas öppning med andra data eller enheter: temperatur som mäts på en annan plats, närvaro, värmeproduktion, utetemperatur eller avlastningsstrategi.

Detta tillvägagångssätt kräver dock en mer ingående utformning av regleringsscenarierna. Systemintegratören måste fastställa beräkningslogiken, styrsignalernas frekvens och hur systemet ska agera när kommunikationen tillfälligt är avbruten.

LoRaWAN klass A: vilken inverkan har det på styrningen?

Enless-ventilen fungerar i LoRaWAN klass A. I detta läge kan ett nedåtgående kommando tas emot efter att ventilen har skickat ett uppåtgående meddelande.

Styrningen måste därför utformas med hänsyn till den inställda överföringsfrekvensen. En batteridriven ventil är inte avsedd att kontinuerligt ta emot kommandon på samma sätt som en trådansluten enhet som ständigt är i mottagarläge. Det bästa tillvägagångssättet är att fastställa en frekvens som är anpassad efter byggnadens värmebehov, den förväntade reaktionsförmågan och den önskade drifttiden.

I de flesta uppvärmningstillämpningar förändras temperaturen tillräckligt långsamt för att möjliggöra en effektiv reglering utan att antalet radiokommunikationer ökar i onödan. Dimensioneringen måste dock valideras för varje enskilt projekt.

I vilka byggnader bör man använda LoRaWAN-termostatventiler?

Denna arkitektur är främst avsedd för byggnader med vattenburen uppvärmning och ett stort antal radiatorer som ska regleras individuellt.

Kontor och servicekontor

Byggnadsautomationssystemet kan anpassa inställningarna efter arbetstider, tider då lokalerna står tomma och behoven i varje zon. Tack vare styrningen rum för rum slipper man behandla ett kontor där det finns personal, ett tomt mötesrum och ett tillfälligt stängt utrymme på samma sätt.

Skolor och offentliga byggnader

Skolkalendrar, lovperioder och varierande användning av lokalerna gör en centraliserad hantering av förvaringsutrymmen särskilt användbar. Låsning av lokala inställningar och mekaniskt skydd är också viktigt i utrymmen som är tillgängliga för allmänheten.

Hotell och lägenhetshotell

Inställningen kan justeras beroende på rummets eller bostadens beläggning. Driftsansvarig har en samlad överblick över anläggningen samtidigt som den boende, vid behov, ges ett begränsat justeringsutrymme.

Vårdinrättningar

Med fjärrstyrning går det att begränsa vissa ingrepp i områden där människor vistas och anpassa temperaturen efter hur de olika utrymmena används. Valet av mätplats och regleringsstrategi måste dock övervägas noggrant.

Flerbostadshus

I ett bostadskomplex gör lösningen det möjligt att övervaka ett stort antal radiatorer och bättre organisera underhållskampanjerna. I vilken utsträckning hyresgästen ska ha kontroll över detta måste fastställas redan i projektets planeringsfas.

Hur kontrollerar man om de är kompatibla med befintliga värmeelement?

Innan man väljer ett termostatventilhuvud bör man kontrollera den mekaniska anslutningen på radiatorventilen. Standardmåttet M30 × 1,5 är vanligt förekommande, men andra ventilhus kräver en adapter.

Enless-ventilen levereras med en M30 × 1,5-anslutning. Adapter finns tillgängliga för flera standarder, bland annat:

• Danfoss RA 

• Danfoss RAV 

• Danfoss RAVL 

• M28 × 1,5 

• Caleffi 

• Giacomini.

För att undvika fel vid installationen rekommenderas det att man gör en inventering av de ventilkroppar som finns på platsen. Ett foto av ventilen med det gamla huvudet borttaget, tillverkarens artikelnummer och måtten på gängan underlättar identifieringen av den adapter som behövs.

Genom att utföra ett mekaniskt test på några representativa radiatorer kan man dessutom kontrollera att fästningen, kolvens slaglängd och kalibreringen är korrekta innan installationen genomförs i större skala.

Vilka funktioner underlättar driften av fordonsparken?

Utöver motorstyrningen bidrar flera funktioner till driftskontinuiteten och kontrollen över användningen.

Detektering av öppna fönster

När en snabb temperatursänkning upptäcks kan ventilen tillfälligt stänga av uppvärmningen för att begränsa energislöseriet som uppstår när ett fönster står öppet.

System mot fastkörning

Motorn driver kolven med jämna mellanrum för att minska risken för fastkörning efter en längre period utan rörelse, särskilt utanför uppvärmningssäsongen.

Begränsning av lokala inställningar

Systemintegratören kan styra vilka inställningar som är tillgängliga för användaren. Låsfunktionen förhindrar dessutom oavsiktliga eller obehöriga ändringar.

Mekaniskt skydd

I skolor, på offentliga platser eller i samhällsbyggnader kan ett skyddshölje skydda huvudet mot stötar, stöld och försök till skadegörelse.

Lokal konfiguration

Med appen MyEnless kan man konfigurera ventilen via Bluetooth och få tillgång till de funktioner som behövs för idrifttagning eller underhåll.

Driftstid och underhåll: faktorer att ta hänsyn till i förväg

Enless LoRaWAN-termostatventil drivs av tre utbytbara AA-batterier. Deras drifttid beror bland annat på:

• överföringarnas frekvens 

• hur ofta kommandon skickas till motorn 

• antalet utförda rörelser 

• om användningen av sommarläget 

• radiosignalens kvalitet 

• temperaturförhållanden 

• beroende på vilken typ av batterier som används.

Driftstiden bör därför inte bedömas utifrån ett generellt värde som är fristående från användningsscenariot. Vid ett större projekt är det bäst att först fastställa de förväntade driftsparametrarna och sedan uppskatta underhållsbehovet utifrån detta scenario.

Batteribyten måste också ingå i driftsplanen: åtkomst till sändarna, samordning av underhållsåtgärder, rapportering av batterinivåer och identifiering av berörda enheter.

Punkter som måste kontrolleras före en driftsättning

Innan en LoRaWAN-baserad arkitektur med termostatventiler införs i stor skala måste systemintegratören kontrollera följande:

1. värmesystemets typ och vattenradiatorernas kompatibilitet 

2. ventilhusen och de nödvändiga adaptrarna 

3. antalet värmeelement och deras placering i byggnaden 

4. LoRaWAN-täckningen i de olika områdena 

5. den regleringsmetod som valts för varje användningsområde 

6. överföringsfrekvensen och den förväntade reaktionsförmågan 

7. gatewayen och gränssnittet mot fastighetsstyrsystemet 

8. tidsplaner och styrningsscenarier 

9. de rättigheter som tillkommer de boende 

10. strategin för underhåll och utbyte av batterier.

Ett pilotprojekt som genomförs i ett representativt område gör det möjligt att validera hela kedjan: mekanisk kompatibilitet, radiokvalitet, dataintegration, överföring av instruktioner och komponenternas faktiska termiska beteende.

En styrningslösning utformad för fastighetsautomationsintegratörer

Den LoRaWAN-baserade termostatventilen gör vattenradiatorn till en enhet som kan fjärrstyras och integreras i byggnadens energistrategi. Den gör det möjligt att styra varje rum individuellt utan att behöva dra ytterligare kommunikationskablar, samtidigt som systemintegratören kan välja mellan lokal reglering via inställningsvärde och direkt styrning av öppningsgraden.

TX VALVE 600-060 Enless, som tillverkas och monteras i Frankrike, kombinerar LoRaWAN EU868-kommunikation, stegmotor, Bluetooth-konfiguration, skyddsfunktioner och ett urval av adaptrar för de vanligaste standarderna för termostatventiler.

Upptäck Enless termostatventil med LoRaWAN

Om du vill undersöka en komplett arkitektur – ventiler, radiotäckning, gateway och integration med fastighetsstyrsystemet – kan du även kontakta Enless-teamet.

Vanliga frågor om LoRaWAN-termostatventiler

Vad är skillnaden mellan en termostatventil och ett LoRaWAN-termostat huvud?

I vardagligt tal används ofta båda uttrycken för att beteckna den uppkopplade enheten som är monterad på radiatorn. Tekniskt sett fästs det motorstyrda termostat huvudet på ventilen och påverkar dess kolv för att reglera varmvattenflödet.

Är en LoRaWAN-termostatventil kompatibel med alla radiatorer?

Den är avsedd för vattenbårna radiatorer som är utrustade med en kompatibel ventilenhet. Standardanslutningen för Enless-ventilen är M30 × 1,5. Med hjälp av adaptrar kan flera andra standarder täckas, men kompatibiliteten måste kontrolleras före installation.

Går det att integrera ventilen i ett befintligt fastighetsautomationssystem?

Ja, förutsatt att arkitekturen omfattar en LoRaWAN-infrastruktur och en lösning som gör det möjligt att göra data och kommandon tillgängliga för fastighetsstyrningssystemet. Det exakta gränssnittet beror på gatewayen och de protokoll som används i projektet.

Kan fastighetsautomationssystemet direkt ställa in en önskad temperatur?

Ja. GTB-systemet kan sända ett temperaturvärde som ventilen reglerar utifrån med hjälp av sin sensor och sin interna regleringsalgoritm.

Kan man styra öppningen av ventilen direkt?

Ja. Byggnadsautomationssystemet kan även vidarebefordra en öppningsprocent till motorn. I detta fall definieras reglerlogiken i byggnadsautomationssystemet.

Fungerar ventilen i ett offentligt eller privat LoRaWAN-nätverk?

Enless LoRaWAN-ventilen kan kommunicera med en offentlig eller privat LoRaWAN-infrastruktur som är kompatibel med dess frekvensband och radioparametrar.

Hur ställer man in Enless-ventilen?

Den lokala konfigurationen och uppdateringarna utförs via appen MyEnless med hjälp av ventilen Bluetooth-anslutning.

Hur kan man förhindra att de boende fritt ändrar temperaturen?

Det lokala inställningsområdet kan avgränsas och en låsfunktion förhindrar obehöriga ändringar. Ett skyddshölje finns även tillgängligt för utsatta miljöer.