Zawory regulacyjne stanowią bardzo ważny element instalacji klimatyzacyjnych i grzewczych. Ich zbyt ogólnikowy dobór może wpłynąć na pogorszenie jakości regulacji mocy odbiornika, a tym samym całego układu.

Rys. 3. Trzy kluczowe warunki, niezbędne do idealnej regulacji hydraulicznej

W poprzednim artykule („Ch&K” 1-2/2012 str. 34) przybliżona została definicja autorytetu zaworów regulacyjnych. Artykuł miał wyjaśnić sposób jego wyznaczania i obliczania. Aby jednak dobór zaworów regulacyjnych spełniał parametry właściwego poziomu autorytetu, konieczna jest znajomość sposobów poprawy tej wielkości. Celem artykułu będzie pokazanie takich metod, a więc kontynuacja obszernej tematyki doboru zaworów regulacyjnych.

Podział instalacji ze względu na sposób dystrybucji czynnika
Mówiąc o sposobach poprawy autorytetu, koniecznie należy zacząć od przybliżenia bądź przypomnienia informacji na temat podziału instalacji ze względu na sposób dystrybucji czynnika, zależnie od chwilowego zapotrzebowania na moc chłodniczą lub cieplną. Podział ten klasyfikuje instalacje jako stałoprzepływowe, w których przepływ wody nie zmienia się podczas pracy instalacji (rys. 1.) oraz zmiennoprzepływowe, w których strumień czynnika w instalacji jest zależny od zapotrzebowania odbiorników (rys. 2.).
Podczas doboru zaworów regulacyjnych z uwzględnieniem autorytetu, świadomość rodzaju instalacji jest istotna głównie ze względu na występujący rozkład ciśnienia, co jest oczywiście ściśle powiązane z pojęciem autorytetu. W poprzednim artykule został omówiony sposób obliczenia autorytetu oraz wpływ ciśnień różnicowych na jego wielkość, a także zależność jakości regulacji od wielkości autorytetu. Dla przypomnienia, autorytetem zaworu określamy stosunek spadku ciśnienia dla nominalnego (obliczeniowego) przepływu, przy pełnym otwarciu zaworu i możliwej różnicy ciśnienia, w miejscu instalacji zaworu dla tego samego przepływu. Im wyższy autorytet, tym lepsza regulacja – to swego rodzaju synonim treści tzw. drugiego warunku kluczowego dla instalacji HVAC, brzmiącego: ciśnienie różnicowe na zaworach regulacyjnych nie może się zbyt mocno zmieniać (rys. 3.).

Rys. 4. Rozkład ciśnienia różnicowego przy różnym obciążeniu instalacji:
a) układ stałoprzepływowy, b) układ zmiennoprzepływowy

Rozkład ciśnienia różnicowego
W kontekście podziału instalacji należy przyjrzeć się rozkładowi ciśnienia różnicowego, a zwłaszcza dynamice tego rozkładu w zależności od chwilowej wymaganej mocy odbiorników. W instalacjach stałoprzepływowych rozkład ciśnienia jest niezmienny. Działanie zaworów regulacyjnych nie powoduje modyfikacji wielkości ciśnienia dyspozycyjnego przed odbiornikami (rys. 4 a). Układ zachowuje się w sposób statyczny. W przypadku instalacji zmiennoprzepływowych, gdy zawory regulacyjne pracują, powodują zmianę sumarycznego strumienia czynnika, czego konsekwencją jest zmienne ciśnienie dyspozycyjne przed odbiornikami (rys. 4 b). Układ zachowuje się w sposób dynamiczny.

Wpływ autorytetu na proces regulacji
Autorytet zaworów regulacyjnych ma znaczący wpływ na jakość regulacji przy założeniu systemu regulacji płynnej. Uwzględniając charakterystykę wymiennika [1] oraz zaworu regulacyjnego, można w prosty sposób przeanalizować dokładność regulacji odbiornika przy różnych autorytetach zaworu (rys. 5.). Regulacja chłodnicy lub nagrzewnicy przy niskim autorytecie powoduje:
• gwałtowny przyrost mocy przy niewielkim otwarciu zaworu (9 proc. otwarcia → 50 proc. mocy – rys. 5.),
• brak stabilnej regulacji, zwłaszcza w skrajnych zakresach mocy obornika,
• nadmierne zużycie zaworu i siłownika z powodu częstego zamykania się i otwierania,
• wahania temperatury uzdatnianego powietrza,
• degradację regulacji płynnej do regulacji ON/OFF.

Rys. 7. Zawory trójdrogowe CV 316 RGA/MZ o zagęszczonej skali współczynników kvs

Zdecydowana większość instalacji w Polsce – zarówno grzewczych, jak i chłodniczych – nie przekracza 50 proc. swojej wydajności przez 70÷80 proc. sezonu, co powoduje, że mimo poniesionych kosztów inwestycyjnych, odbiorniki przez większość czasu regulowane są dwustawnie, a komfort użytkowników jest daleki od zakładanego. Konieczność dbałości o odpowiedni autorytet zaworów nie podlega tym samym najmniejszej wątpliwości. Co więcej, należy pamiętać nie tylko o tzw. autorytecie projektowym, który występuje dla warunków nominalnych, ale przede wszystkim należy zapewnić autorytet minimalny [1]. Ten bowiem określa jakość regulacji przy zmiennych obciążeniach instalacji, a jak podano wyżej, jest to większość czasu pracy systemów.

Sposoby poprawy autorytetu zaworów trójdrogowych
Zawory trójdrogowe w przeważającej mierze pracują w instalacjach stałoprzepływowych, czyli tych, w których rozkład ciśnienia różnicowego jest niezmienny. Schemat (rys. 6.) przedstawia układ podłączenia odbiornika ze stałym przepływem po stronie pierwotnej. Należy podkreślić, że zgodnie z ww. treścią wszystkie parametry tj. ΔpV100%, ΔpVAR i ΔH są niezmienne w całym okresie pracy instalacji. Tym samym wyznaczony autorytet projektowy jest jednocześnie autorytetem minimalnym. (...)

Rys. 11. Stabilizacja ciśnienia różnicowego bezpośrednio na zaworze regulacyjnym

Sposoby poprawy autorytetu zaworów dwudrogowych (...)

Maksymalnie wysoki autorytet (...)

Podsumowanie
Wielkość autorytetu jest bardzo istotnym parametrem, o który należy zadbać podczas wyboru regulacji płynnej. W poprawnie zaprojektowanej instalacji wartość ta jest znana, a jej minimalna wielkość nie przekracza dopuszczalnych poziomów. Artykuł miał przybliżyć sposoby poprawy autorytetu w instalacjach zarówno stało- jak i zmiennoprzepływowych. Przedstawił metody bazujące na świadomym doborze zaworu regulacyjnego, pokazując wpływ jego współczynnika kvs na autorytet. Podany został także sposób poprawy jakości regulacji odbiorników przy użyciu regulatorów różnicy ciśnienia oraz zaworów PIBCV. Na zakończenie warto dodać, iż przy doborze elementów regulacji płynnej należy zwrócić uwagę na wszystkie istotne parametry tj. autorytet, ale także charakterystykę zaworu, bliskość kvs rzeczywistego względem wyliczonego, rozdzielczość regulacyjną. Zapewnienie każdego z tych elementów gwarantuje wysoką jakość regulacji odbiornika