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Allgemeine Beschreibung MVA009
- Fritz Volkert
Der sich selbst versorgende, batteriefreie Heizkörperstellantrieb MVA009, ist ein elektronischer Funk-Stellantrieb für die Einzelraumregelung von Heizkörpern mit Standardventilanschluss M30x1,5. Zur Inbetriebnahme wird der Stellantrieb über Funk (EnOcean 868 MHz) an einen passenden Raumkontroller eingelernt. Das Einlernen geschieht entweder über einen manuellen 4BS Teach-In oder mittels Remote Commissioning. Anschließend wird er an das Ventil des Heizkörpers montiert, aktiviert, und dadurch ein Kalibrierzyklus gestartet. Der Stellantrieb passt sich automatisch an das individuelle Heizkörperventil an und ist betriebsbereit. Für nicht M30x1,5 kompatible Ventile stehen eine Reihe von Standard-Adaptern zur Verfügung Ventiladapter . Die Steuerung des Stellantriebs erfolgt durch den Raumkontroller.
Über einen Raumkontroller lassen sich auf komfortable Weise Zeitprogramme festlegen, welche die Raumtemperatur zu verschiedenen Tageszeiten auf unterschiedliche Werte einstellen. Durch die Absenkung der Raumtemperatur in Zeiten von Abwesenheit lassen sich ohne Komfortverlust Heizkosten sparen. Die Reduktion der Raumtemperatur um bereits wenige °C führen ebenfalls zu Kosteneinsparungen.
Der Stellantrieb gewinnt die für den Betrieb (Motorlauf, Sensorik und Funkkommunikation) notwendige Energie mittels eines eingebauten thermoelektrischen Generators (TEG) und arbeitet somit wartungsfrei. Dieser versorgt sich aus der Temperaturdifferenz zwischen Heizkörperwärme und Umgebungstemperatur (in der Regel die Raumtemperatur). Eine zusätzliche Energiequelle, wie z.B. eine Batterie oder ein Netzanschluss, wird nicht benötigt. Der interne Energiespeicher ist bei Auslieferung vorgeladen. Somit steht ausreichend Energie zur Verfügung für die Installation und ein Jahr Normalbetrieb, d.h. einmaliges Einlernen, korrekte Montage am Ventil und Betrieb ohne Funkausfälle. Durch einen Überschuss an erzeugter Energie während des Heizbetriebes wird der interne Speicher wieder aufgeladen, wodurch ausreichend Energie für den ganzjährigen Betrieb zur Verfügung steht.
Der Antrieb befindet sich im Auslieferzustand in Montageposition, d.h. der Ventilstößel ist ganz eingefahren. Der Antrieb verfügt über eine Ventilerkennung, d.h. unmontiert erlaubt der Antrieb keine Inbetriebnahme, sondern fährt sogleich wieder zurück in die Montageposition und schaltet sich ab. Der Antrieb verfügt über eine Funktion zur Fehlererkennung der Motorsteuerung. Das ACO Bit signalisiert neben Blockage auch eine nicht erfolgreich abgeschlossene Referenzfahrt sowie Motorfahrten aus dem unmontierten Zustand und zurück in den Montagezustand. Eine dynamische Nullpunktkorrektur stellt langfristig das Schließen des Ventils sicher.
Der Stellantrieb arbeitet nach dem EnOcean Equipment Profile EEP A5-20-06 entweder mit Stellposition (%-Wert Ventilöffnung, ohne eigene Regelung) oder über Temperatur-Sollwertvorgabe mit seinem internen Regler (°C Sollwert, Eigenregelbetrieb). In der Standardkonfiguration meldet sich der Antrieb in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur entweder alle 2, 5 oder 10 Minuten beim Raumkontroller (Automatik-Betrieb). Um den Installationsvorgang zu vereinfachen, meldet sich der Antrieb für einen Zeitraum von 30 Minuten nach Aktivierung alle 2 Minuten. Der Stellantrieb übermittelt gemäß EEP A5-20-06 eine Reihe von Informationen an den Raumregler (U.a. Vorlauf- und Umgebungstemperatur, Funkausfall, Fenster-Auf Erkennung, …). Die zuständige Gegenstelle antwortet entweder mit einem neuen Stellwert im Wertebereich 0% (Ventil geschlossen) bis 100% (Ventil maximal geöffnet) oder Temperatur-Sollwert (0…40°C). Ändert sich der Sollwert, fährt der Motor des Stellantriebs den Ventilstößel in die errechnete neue Position.
Als Bedienungshilfe für die Inbetriebnahme oder Deaktivierung hat der MVA005 eine rote sowie eine grüne LED, die in () näher beschrieben werden.
Der Antrieb ist mit einem Stellrad ausgestattet, über das der Nutzer lokale Änderungen an den Raumkontroller übermittelt. Als Steuereinheit entscheidet jedoch der Kontroller, ob und wie diese Eingaben zu übernehmen sind. Im Betriebsmodus „Stellposition“ werden alle lokalen Änderungen als relative Werte an den Kontroller übermittelt. Änderungen im Betriebsmodus Solltemperatur werden der aktuellen Solltemperatur hinzugefügt bzw. abgezogen und als absoluter Temperaturwert an den Kontroller übermittelt. Erfolgreiche lokale Eingaben werden ausschließlich durch eine entsprechende Anzahl an Tonsignalen bestätigt. Innerhalb einer Eingabezeit von 5 Sekunden werden aufeinanderfolgende Eingaben als Ergebniswert an den Raumkontroller übermittelt. Beispiel: 2 x Rechts (+2°C) gefolgt von 2 Tönen. Innerhalb von 5 Sekunden 3x Links (-3°C) gefolgt von 3 Tönen. Das Ergebnis von -1°C wird nach weiteren 5 Sekunden an den Raumregler übertragen, es erfolgt dabei kein weiteres Tonsignal bezogen auf das Endergebnis -1°C. Fehlerhafte Eingaben werden durch ca. 1 Sekunde langes Aufleuchten der roten LED signalisiert. Nach Fehleingaben ist eine Wartezeit von 2 Sekunden zu beachten. Jede lokale Eingabe wird mittels Datentelegramm an den Raumkontroller abschlossen. Sollte der Antrieb auf das erste Telegramm keine Antwort bekommen, sendet er die gewünschte lokale Änderung nach ca. 1 Sekunde erneut.
Zwei integrierte Temperatursensoren (Vorlaufsensor am Ventiladapter und Umgebungssensor auf der Bedienseite des Geräts) dienen sowohl der Steuerung (Funkintervall, interner Temperaturregler), der Fenster-Auf Erkennung als auch dem Frostschutz. Dabei ermittelt der Umgebungssensor die Raumtemperatur. Während des Heizbetriebes wird der Umgebungssensor durch das Nahfeld des Heizkörpers sowie durch Eigenerwärmung des Gehäuses beeinflusst. Ein dabei entstehender Offset wird auf Basis des Vorlaufsensors und einer integrierten Temperatur-Kompensation sowie einer nachgeschalteten Glättungsfunktion ausgeglichen. Innerhalb der ersten 30 Minuten nach Aktivierung sendet der Antrieb die aktuell gemessene Umgebungstemperatur ohne Korrekturen. Nach 30 Minuten schaltet der Antrieb auf den Startwert von 20°C und hält diesen während des gesamten Kalibriervorgangs. Der Approximationsvorgang dauert im Nichtheizbetrieb 4 x 10 Minuten. Bei aktivem Vorlauf dauert der Vorgang solange, bis sich Vorlauf- sowie Umgebungssensor in einem eingeschwungenen Zustand befinden und aufeinanderfolgende Temperaturmessungen Abweichungen von <1°C aufweisen.
Bei Betrieb mit Temperatursollwert wird der Einsatz eines separaten, externen Raumtemperatursensors empfohlen, der die Raumtemperatur an den Raumkontroller überträgt, welcher sie im Rahmen des A5-20-06 Protokolls an den Antrieb weiterreicht. Ohne von extern übermittelte Raumtemperatur verwendet der interne Regler die im Antrieb eingebauten Sensoren mit der oben beschriebenen Kompensation der Nahfelderwärmung.
Als Frostschutzsensor wird der am Ventilanschluss integrierte Vorlaufsensor verwendet. Der Frostschutz greift standardmäßig bei < 6°C. Nur wenn die Temperaturvorgabe 0°C ist, wird der Frostschutz ebenfalls auf 0ºC abgesenkt. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Wert von 0ºC über Funk oder per manueller Verstellung angefordert wurde.
Wechselweises Blinken von roter und grüner LED im 0,5-Sekunden-Takt signalisiert einen Sensorfehler (Kurzschluss oder Unterbrechung). In diesem Zustand ist kein normaler Betrieb möglich.
Die Fenster-Auf-Erkennung erkennt innerhalb von 2 Minuten einen Temperatur-Abfall am lokalen Umgebungstemperatursensor. Sobald eine vorgegebene Temperaturänderung pro Zeiteinheit detektiert wird, setzt der Antrieb das DWO Bit und meldet den Zustand unmittelbar mit einem Datentelegramm an den Raumkontroller. Dabei wird die Umgebungstemperatur am Sensor zu genau diesem Zeitpunkt übertragen (ohne Offsetkompensation bzw. Glättung). Die Fenster-Auf-Erkennung beschränkt sich ausschließlich auf die Übertragung des DWO Signales, eine eigenständige Reaktion im Antrieb findet nicht statt. Die Erkennung des Temperaturabfalls hängt wesentlich ab von einem erkennbaren Kaltluftstrom im Nahfeld des Stellantriebes. Der Antrieb muss deshalb in unverbauter Situation und an Heizkörpern unterhalb der zu detektierenden Fenster installiert sein. Bei niedrigen Außentemperaturen werden voll geöffnete Fenster in der Regel zuverlässig erkannt. Fenster in Kippstellung sowie Heizkörper in Distanz zum Fenster können nicht zuverlässig detektiert werden. Die Fenster-Auf-Erkennung arbeitet unabhängig vom eingestellten Kommunikationsintervall und wird alle 2 Minuten ausgeführt. Sollte die Temperatur den Frostschutzwert von 6°C bzw. 0°C (bei Sollwert = 0ºC) unterschreiten, dann öffnet der Antrieb gemäß der Frostschutzfunktion, um Schäden zu vermeiden.
Bei Funkausfall (6 aufeinanderfolgende, erfolglose Kommunikationsversuche bei einem eingelernten und sich in 4BS-Kommunikation befindlichem Antrieb) wird der interne Temperatur-Regler aktiviert, das RCE sowie RSS Bit gesetzt und der Heizkörper auf den zuletzt gültig empfangenen °C Sollwert geregelt. Sollte kein gültiger Sollwert vorhanden sein (z.B. Betrieb in SPS=0), wird der Standardwert 21°C verwendet. Das Funk- Kommunikationsintervall wird auf 1x pro Stunde eingestellt, um den Energieverbrauch in Funkausfallphasen zu reduzieren. Die lokale Offset-Funktion des Stellrades ist währenddessen aktiv und errechnet die lokale Verstellung bei Änderung immer bezogen auf den Standardwert 21°C. D.h. bei Funkausfall und lokaler Verstellung von 5x links wird der Sollwert von 21°C auf 16°C gesenkt, unabhängig davon, ob der zuletzt intern gespeicherte Sollwert höher oder niedriger war. Nachdem bei Funkausfall keine Zentralsteuerung diesen Wert akzeptiert, übernimmt, verwirft oder anderweitig ändert, behält der Antrieb diesen Sollwert bei und regelt darauf entsprechend. Eine erneute lokale Änderung errechnet sich erneut aus dem Standardwert 21°C. Beispiele: 5x links = 16°C, 3x rechts = 24°C, 1x rechts = 22°C, …). Der Antrieb geht in den Normalbetrieb über, sobald die reguläre Funkkommunikation wiederhergestellt ist.
Bei Einsatz in dauerhaft unbeheizten Räumen kann sich der interne Speicher nicht nachladen. Unterschreitet die Spannung am Speicher einen Schwellwert, so fährt der Antrieb in die 50%-Position, um durch die (im Heizbetrieb) einsetzende Erwärmung des Ventils wieder Energie zu gewinnen. Dieser Zustand ist zwingend zu vermeiden, da ein Normalbetrieb in diesem Zustand nicht gewährleistet ist und ein manuelles Nachladen des internen Speichers erfordert. Der Betrieb in unbeheizten Räumen ist zu vermeiden. Wenn sich der Betrieb in unbeheizten Räumen nicht vermeiden lässt, dann bietet sich die Nutzung des Standby-Modus an. Die Funkkommunikation wird dabei eingestellt und der Speicher entlädt sich in Konsequenz nur noch sehr langsam. Um den Antrieb aus Stand-by wieder zu aktivieren, reicht es aus, diesen einmal lokal zu bedienen. Als Alternative zum Standby gibt es die Möglichkeit, das Funkintervall von typisch 10 auf z.B. 60 min zu erhöhen. Dabei bleibt der Antrieb per Funk erreichbar. Durch Setzen des Sommer-Bits SB (Abschnitt 8.2.5 kann das Funkintervall auf 8 h gestreckt werden, der Antrieb bleibt ebenfalls per Funk ansprechbar.
Zur Vereinfachung von Inbetriebnahme, Steuerung und Monitoring ist der Antrieb mit einer Reihe von Hardware- und Software-Funktionen ausgestattet. Unter anderem kann der Antrieb zusätzlich zu einem Standard 4BS Teach-In auch mittels „EnOcean Remote Management (ReMan) und Commissioning (ReCom)“ mit der Gegenstelle verbunden und / oder von ihr gesteuert / konfiguriert werden. Remote Commissioning wird durch zeitlich gesteuerte Signal-Telegramme (SIG) gestartet und ist somit unabhängig von den Standard 4BS Telegrammen. Einzelne oder mehrere ReCom Kommandos müssen nach einem UNLOCK innerhalb von 8 Sekunden ausgeführt werden (Abschnitt 9). Über ReCom Befehle können antriebsinterne Parameter geändert werden oder die interne Speicherspannung ausgelesen werden. Aus energetischen Gründen wird empfohlen, ReMan / ReCom Operationen eingeschränkt zu nutzen (z.B.: Teach-Prozeduren, RESET).
Mittels manuellem RESET () kann der Antrieb wie folgt neu gestartet werden: Drehrad gegen den rechten Anschlag drehen und 10 sec halten. Nach dem zweiten LED-Signal kurz gegen den linken Anschlag drehen und loslassen. Der Antrieb wird neu gestartet und führt einen Referenzlauf aus. Im Anschluß wird für die Dauer von 30 Minuten das Wartungsintervall aktiviert. Der Antrieb kommuniziert in diesem Zeitraum alle 2 Minuten. Als Umgebungstemperatur wird die effektive gemessene Temperatur des Umgebungssensors übermittelt. Nach dem Wartungsintervall startet die Temperaturapproximations- und Glättungsfunktion neu. Bestehende Teach-Verbindungen zum Raumkontroller sowie Remote Commissioning Einstellungen bleiben beim manuellen RESET erhalten.
Stellrad für die lokale Bedienung mit +/- Markierung.
Eine rote sowie eine grüne LED befinden sich an den im Bild gekennzeichneten Stellen unterhalb des Stellrades. Der Umgebungs-Temperatursensor befindet sich an zentraler Stelle zwischen den beiden LEDs. Der Vorlauftemperatursensor befindet sich am metallischen Anschlussstück, dem Ventiladapter.
