Zawory regulacyjne stanowią istotny element instalacji klimatyzacji i grzewczych. Ich właściwa praca zależy od poprawności doboru, ale także od skuteczności działania siłownika. Poprawnie skonfigurowany duet tych dwóch urządzeń jest podstawą dla skutecznego procesu regulacji.

W części piątej z cyklu o doborze zaworów regulacyjnych w numerze 8-2012 CH&K, uwaga została skupiona m.in. na kwestiach związanych z doborem siłowników. Obecny artykuł stanowi kontynuację wątku poprzez szersze opisanie wybranych cech tych urządzeń. Wybór konkretnych właściwości poddanych dokładnej analizie został dokonany bazując na często pojawiających się pytaniach podczas fazy projektowej jak i wykonawczej.

Podział siłowników elektrycznych

Siłowniki elektryczne z uwagi na rodzaj napędu można sklasyfikować jako siłowniki elektrotermiczne oraz elektromotoryczne (rys. 1.). Siłowniki elektrotermiczne wykorzystują zjawisko rozszerzalności temperaturowej substancji zamkniętej w mieszku. Podanie napięcia na grzałkę otaczającą zbiorniczek, np. z odpowiednim rodzajem wosku, powoduje czynny ruch siłownika. Odcięcie napięcia skutkuje wystudzeniem substancji, czego następstwem jest powrót siłownika do pozycji wyjściowej. Siłowniki elektromotoryczne zwykle posiadają silniki elektryczne o stałej prędkości obrotowej. Zależnie od podanego sygnału, silnik obraca się w lewo lub w prawo. Ruch silnika za pomocą przekładni zębatej lub dźwigni przenoszony jest na trzpień zmieniający pozycję zaworu. Obecnie stosowane siłowniki elektromotoryczne często wyposażone są w układ elektroniczny, który rozbudowuje urządzenie o dodatkowe funkcje jak np. autokalibracja, informacja o aktualnym położeniu, czy też wyłącznik krańcowy który odcina zasilanie z silnika w chwili uzyskania skrajnej pozycji przez siłownik (rys. 2.).

Rys. 1. Schemat ideowy siłownika: A) elektrotermicznego, B) elektromotorycznego

Czas przejścia siłownika

Obecność siłowników o zróżnicowanej konstrukcji i sposobie działania, to głównie efekt racjonalizacji kosztów inwestycyjnych. Siłowniki elektromotoryczne są bardzo precyzyjne, ale niestety stosunkowo drogie w produkcji. W branży HVAC wielokrotnie występuje rodzaj regulacji mocy urządzeń, który nie wymaga wysokiej dokładności uzyskiwanej przy użyciu siłownika o regulacji płynnej. Taką postacią regulacji jest układ ON/OFF, który stosowany jest w wielu odbiornikach końcowych jak np. aparaty grzewczo-wentylacyjne, kurtyny powietrzne, czy belki chłodnicze. Z myślą o regulacji dwustawnej skonstruowany został siłownik elektrotermiczny. Urządzenie prostsze w budowie, o niższych kosztach produkcji (rys. 3.).

Warto wiedzieć, że w obszarze parametrów, pomiędzy siłownikiem wyposażonym w mieszek oraz w silnik, poza precyzją jest jeszcze jedna istotna różnica – czas przejścia, który w uproszczeniu można określić jako prędkość. W tabeli 1 porównane zostały urządzenia o różnej konstrukcji. Wartości wyraźnie pokazują różnice w prędkości poszczególnych modeli. Wzrost szybkości siłownika obserwowany jest w pewnym sensie proporcjonalnie do jego zaawansowania technologicznego. Spośród siłowników elektromotorycznych, wybór pod kątem czasu przejścia jest relatywnie szeroki. Jednak próbując uszeregować w podobny sposób siłowniki elektrotermiczne, napotkamy kłopot w postaci bardzo zbliżonych parametrów, mimo różnych typów, a nawet producentów. Brak alternatywy rodzi problem, gdy potrzebne jest urządzenie, które w szybkim tempie pozwoli uzyskać pełny przepływ na odbiorniku, przy poprzestaniu na regulacji dwustawnej. Receptą na to może być dobór odpowiedniego zaworu, który na skutek kształtu grzybka regulacyjnego zbliżonego do dysku, pozwala uzyskać niemalże 100% przepływu przy niewielkim otwarciu (rys. 4). Zawór taki oczywiście jest nieodpowiedni do regulacji płynnej, ale skoro dobrany został siłownik ON/OFF, liczy się jedynie szybkość osiągania nominalnej wydajności strumienia wody. Przykładowym przypadkiem obrazującym powyższe jest dobór armatury dla kurtyny powietrznej w lokalu nie wyposażonym w wiatrołap. Montaż kurtyn jest obligatoryjny w myśl zapisu zawartego w Warunkach Technicznych: „Wejścia z zewnątrz do budynku i pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi należy chronić przed nadmiernym dopływem chłodnego powietrza przez zastosowanie przedsionka, kurtyny powietrznej lub innych rozwiązań nieutrudniających ruchu”. Poz. 690, roz. 3, § 63. Nawet jeśli przewidywana częstotliwość otwierania drzwi jest niska, należy spełnić wymagania określone przepisami. Warto jednak wówczas zastosować rozwiązanie racjonalizujące koszty eksploatacyjne oraz minimalizujące dokuczliwość potencjalnego hałasu generowanego przez urządzenie. Przykładowym wariantem jest zastosowanie jako elementu regulacyjnego zaworu o płaskim grzybku z charakterystyką szybkiego otwarcia lub ewentualnie zaworu elektromagnetycznego. Dla zrównoważenia przepływu konieczny jest zawór równoważący. Natomiast dla tzw. podtrzymania temperatury wymiennika w celu szybkiego startu - obejście z zaworem w funkcji kryzy regulacyjnej (patrz przykład).