Automatyczny zawór równoważący

Automatyczne zawory równoważące stosowane są w instalacjach centralnego ogrzewania i chłodzenia , które polegają na przepływie wody przez instalację. Wykorzystują najnowszą technologię przepływu, aby zapewnić osiągnięcie projektowego natężenia przepływu przez cały czas, niezależnie od jakichkolwiek zmian ciśnienia w systemie.

Zamiar

System dystrybucji wody chłodzącej lub grzewczej jest zbilansowany, gdy przepływ w całym systemie (poprzez elementy składowe, przewody rozdzielcze i główne przewody rozdzielcze) odpowiada natężeniom przepływu określonym dla projektu systemu. Jeśli nie zostanie ustalone prawidłowe zbilansowanie systemu, spowoduje to nierównomierny rozkład przepływu, tak że w niektórych terminalach będzie efekt nadwyżkowy, podczas gdy w innych efekt będzie niewystarczający. W konsekwencji wymagane ogrzewanie lub chłodzenie nie będzie zapewnione we wszystkich częściach instalacji. W praktyce nie jest możliwe osiągnięcie całkowicie zrównoważonego systemu poprzez manipulację orurowaniem lub zmianę jedynie wymiarów rur. Tylko prawidłowy zestaw zaworów równoważących może zapewnić prawidłowy rozkład przepływu w instalacji.

Typowe projektowe natężenia przepływu

W zmiennym pierwotnym systemie wody lodowej projektowe natężenie przepływu jest określane przez prędkość przepływu wody w rurze wężownic.

• W typowych warunkach 6–7 stóp na sekundę (1,8–2,1 m/s)
• Maksymalnie 12 stóp/s (3,7 m/s)
• Minimum 1,5 stopy/s (0,46 m/s) (w oparciu o liczbę Reynoldsa 7500)
• Minimalny przepływ wynosi zazwyczaj 50% lub mniej przepływu projektowego.
• Producenci agregatów chłodniczych zazwyczaj ograniczają prędkość rur w zakresie od 5,0 do 10,0 stóp na sekundę (1,5 do 3,0 m/s).

Układy o stałym i zmiennym przepływie

Automatyczne systemy równoważenia można sklasyfikować jako systemy o stałym lub zmiennym przepływie.

Do niedawna systemy stałego przepływu były standardem w systemach ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC). Stały przepływ wykorzystuje prostą i prostą konstrukcję, którą można zastosować w szerokiej gamie projektów. Wiąże się to z użyciem pompy o stałej prędkości, która jest ustawiona na maksymalne obciążenie systemu. Ponadto zawory równoważące z podwójną regulacją są ustawiane ręcznie w celu regulacji wpływu zmian ciśnienia w systemie.

Systemy CAV (constant air volume) są stosowane głównie w biurach składających się z jednego obszaru (np. open space), gdzie temperatura powietrza nawiewanego jest zróżnicowana w zależności od termostatu.

Ten typ systemu może być również stosowany w biurach o różnych powierzchniach i różnym obciążeniu: w tym przypadku temperatura powietrza nawiewanego emitowanego do różnych stref może być zmieniana za pomocą zasilanej gorącą wodą nagrzewnicy wtórnej umieszczonej w powietrzu kanał prowadzący do powiązanej strefy; alternatywnie można zastosować systemy dwukanałowe, w których dwa oddzielne kanały dla gorącego i zimnego powietrza prowadzą do skrzynki mieszania, w której oba strumienie są mieszane.

Ten typ systemu umożliwia precyzyjną kontrolę temperatury, ale jest bardziej odpowiedni dla małych biur. Niezbędne kanały wentylacyjne zajmują dużo miejsca i są drogie w instalacji, a także mogą marnować energię w okresach przejściowych, kiedy mogą wystąpić jednoczesne żądania ogrzewania lub chłodzenia w różnych częściach biura

Chociaż koszty kapitałowe instalacji systemu o stałym przepływie są stosunkowo niskie, wymagane ręczne równoważenie jest czasochłonne, skomplikowane i pracochłonne, a system jest nieefektywny. Skutkuje to wyższymi kosztami eksploatacji, aw konsekwencji wyższą emisją CO _{2 .} Ponieważ większość systemów klimatyzacji i dystrybucji wody osiąga szczytowe obciążenie tylko przez ograniczony czas, energia jest marnowana przez ciągłą pracę pomp ze stałą prędkością.

W systemach hydraulicznych o zmiennym przepływie zmniejszenie prędkości pompy lub stopniowanie pomp z kotłami i agregatami chłodniczymi w celu dostosowania do warunków częściowego obciążenia jest energooszczędną metodą sterowania.

Systemy VAV (zmienny przepływ powietrza) odpowiadają potrzebom dużych, nowoczesnych budynków komercyjnych, w których wewnętrzne przestrzenie są podzielone na otwarte przestrzenie. Są szczególnie skuteczne w reagowaniu na zmiany zapotrzebowania na chłodzenie w obszarach wewnętrznych. Powietrze w obszarach obwodowych, które mogą być bardzo różne w zależności od pory roku i lokalizacji, jest uzdatniane za pomocą skrzynek VAV wyposażonych w nagrzewnice, aby modulować natężenie przepływu w trybie chłodzenia i zamiast tego działać w trybie stałym, wykorzystując dogrzewać wężownice w okresie zimowym.

Całkowity przepływ powietrza przetwarzany i rozprowadzany przez system VAV jest mniejszy niż w systemie CAV, gdy jest obliczany na podstawie maksymalnego jednoczesnego obciążenia. W związku z tym rozmiary jednostek przetwarzających są mniejsze, podobnie jak kanały, a tym samym zużycie energii związane z procesem dystrybucji powietrza.

Niezależny od ciśnienia zawór równoważący i regulacyjny

Zawory regulacyjne w systemach wody lodowej o zmiennym przepływie

Wraz ze zmianą systemów hydraulicznych zmieniły się również niezbędne obliczenia doboru zaworów.

Systemy o zmiennym przepływie wymagają nowych obliczeń, nowej terminologii i, co najważniejsze, nowej technologii. Celem doboru zaworów regulacyjnych jest znalezienie idealnego rozwiązania zaworowego dla systemu. Znalezienie idealnego zaworu wymaga zrozumienia hydrauliki projektu i uznania znaczenia idealnego przepływu sterującego.

Wybór zaworu regulacyjnego

Wpływ systemu o zmiennym przepływie na dobór zaworów regulacyjnych nie był początkowo realizowany. Zawór regulacyjny został wybrany przy użyciu tych samych Kv _. , a obejście na zaworze 3-drogowym zostało zablokowane, dając zawór 2-drogowy Niestety nie było to takie proste. Dzieje się tak, ponieważ nasze obliczenia K _v

K _v = natężenie przepływu [m ³ /h] / Δ P [ bar

oparto na stałym ciśnieniu i stałym Kv _, zapewniając stały przepływ. Jednak w miarę zamykania się obszarów systemu o zmiennym przepływie różnica ciśnień rosła, zwiększając przepływ dostawy i powodując przelew w otwartych obwodach.

Przepełnienie w obwodzie jest kosztowne. Niestety tradycyjne zawory regulacyjne sprawiają, że jest to nieuniknione. Przy doborze zaworu regulacyjnego K _v prawie na pewno nie będzie odpowiadać wartości _K v najbliższego odpowiedniego zaworu. Kv _Na przykład obliczenie Kv _na poziomie 4,5 m ³ /h najprawdopodobniej doprowadziłoby do wyboru zaworu o = 6,3 m ³ /h. Oznacza to, że zawór jest w stanie zapewnić o 40% większy przepływ niż wymagany. Wraz ze wzrostem ciśnienia w naszym systemie o zmiennym przepływie, nasz zawór zapewni ten dodatkowy przepływ ciśnienia.

Ten nadmiar przepływu spowoduje przekroczenie nastawy temperatury. Gdy czujnik pokojowy wykryje ten przelew, zamknie siłownik , powodując gwałtowny spadek przepływu. Proces ten powtórzy się w zjawisku określanym jako „polowanie”.

Polowanie

Polowanie powoduje ciągłe wahania temperatury w pomieszczeniu, co powoduje znaczne koszty dla klientów o niskiej jakości środowiska i zwiększonej konserwacji. Ponad trzy czwarte skarg kierowanych do menedżerów ma charakter doznań termicznych. Te dolegliwości rzadko wynikają z międzyosobniczych różnic w preferowanej temperaturze, ale zamiast tego zwiększają się wraz ze wzrostem odchylenia temperatury. Rozwiązaniem stosowanym przez ponad dwie trzecie zarządców budynków w odpowiedzi na tego typu skargi jest zmiana wartości zadanej. Obniżając nastawę średnio o 1°C w układzie chłodzenia, zwiększamy jego zużycie energii nawet o 10%. Rozwiązaniem problemów „polowania” i przelewania w systemach wody lodowej jest zastosowanie niezależnych od ciśnienia zaworów regulacyjnych.

Zawory regulacyjne niezależne od ciśnienia

Niezależne od ciśnienia zawory regulacyjne służą do ograniczenia przepływu do klimakonwektora i centrali wentylacyjnej. Na przepływ ten nie mają wpływu zmiany ciśnienia wlotowego. Membrana w zaworze utrzymuje stałe ciśnienie wylotowe, co zapewnia stały przepływ do terminala . Dodatkową zaletą niezależnych od ciśnienia zaworów regulacyjnych jest to, że po wyposażeniu w siłownik zastępują ręczny zawór równoważący i zawór regulacyjny z siłownikiem pojedynczym zaworem, zmniejszając w ten sposób koszty instalacji.

Elektroniczne niezależne od ciśnienia zawory regulacyjne

Elektroniczne zawory regulacyjne niezależne od ciśnienia wykorzystują przepływomierz lub spadek ciśnienia na kryzie w celu dostarczenia danych przepływu do siłownika, który działa w celu zapewnienia prawidłowego przepływu w dół strumienia. Zawory te oferują znacznie niższe wymagania dotyczące ciśnienia, ponieważ regulator ciśnienia wymaga ciśnienia w pewnym zakresie, aby osiągnąć działanie. Zwiększają elastyczność, ponieważ regulowany zakres przepływu jest często znacznie większy niż ich mechaniczne odpowiedniki, oferują również lepszą tolerancję na zanieczyszczenia dzięki uproszczonej ścieżce wody, a niektóre z nich mają możliwość zgłaszania natężenia przepływu do systemu zarządzania budynkiem.

Strategia zaworu regulacyjnego

Niezależne od ciśnienia zawory regulacyjne mogą być stosowane z dowolnym systemem sterowania . Opcje siłownika umożliwiają wybór sterowania termicznego, 3-punktowego lub modulacyjnego. Będzie to działać z systemami zarządzania budynkiem i sterowaniem poszczególnych pomieszczeń, w taki sam sposób jak tradycyjne zawory regulacyjne. Siłowniki mogą być również użyte do ustawienia zaworu poprzez ograniczenie przepływu. W aplikacjach sterowania 3-punktowego można to zrobić za pomocą ograniczenia czasu pracy. Na przykład dla 70% przepływu projektowego dajemy siłownikowi 70% jego całkowitego czasu pracy. W przypadku siłownika modulującego, aby osiągnąć nasz przykład 70%, ustawiliśmy sterownik na sterowanie między 0 V a 7 V sygnału 0–10 V.

Wniosek

Przepełnienie wpływa na zdolność układu sterowania do osiągnięcia zadanej temperatury. To nie musi być nieuniknione. Niektóre niezależne od ciśnienia zawory regulacyjne umożliwiają ustawienie maksymalnego przepływu w klimakonwektorach i centralach wentylacyjnych dokładnie na przepływ projektowy. Zamiana tradycyjnego zaworu sterującego na zawór niezależny od ciśnienia nie powinna być postrzegana wyłącznie jako korzystna dla wykonawcy robót mechanicznych poprzez zmniejszenie kosztów instalacji. Przynosi korzyści integratorowi systemów, a przede wszystkim klientowi, zapewniając zarówno wyższy poziom komfortu, jak i mniejsze zużycie energii. Niezależne od ciśnienia zawory regulacyjne są istotną częścią sterowania hydraulicznego w wody lodowej . Można je łatwo wybrać i łatwo ustawić. Umożliwiają stałe ciśnienie, stały przepływ i, co najważniejsze, stałą temperaturę w pomieszczeniu.

Regulator różnicy ciśnień

W przeciwieństwie do posiadania urządzenia regulującego ciśnienie na każdym urządzeniu końcowym, można zastosować jeden większy regulator różnicy ciśnień, gdy zaciski są równoległe. Regulator Dp utrzymuje stałe ciśnienie w pionie, a tym samym w każdym urządzeniu końcowym. Zmniejsza to koszt systemu, ponieważ posiada tylko jedną jednostkę niezależną od ciśnienia, a także zachowuje zalety posiadania ręcznego zaworu równoważącego na każdym terminalu (pomiar, regulacja, wymuszone odcięcie).