We współczesnym świecie większość budynków o charakterze komercyjnym cechuje  się bardzo małym obciążeniem po godzinach pracy biur, obłożenia pokoi hotelowych czy w weekendy. Specyfika tych obiektów jest powodem wymiernych trudności związanych z prowadzeniem efektywnego i energooszczędnego równoważenia i regulacji systemów wodnego ogrzewania oraz chłodzenia.

W pierwszej części naszego cyklu (w numerze 9-2014) przybliżone zostały zasady regulacji i równoważenia za pomocą ręcznych zaworów i PIBCV. W poniższym artykule przyjrzymy się bliżej budowie niezależnego od zmian ciśnienia zaworu równoważącego i regulacyjnego oraz omówiona zostanie zasada działania tego typu zaworów (PIBCV).

Podstawowym zadaniem regulatora DP jest utrzymanie stałego Δp na zaworze regulacyjnym. Gdy ciśnienie wzrasta w P1, dolna część komory regulatora DP wypełnia się cieczą poprzez kanał impulsowy. Podczas napełniania, zespół wykonawczy regulatora DP kompensuje ciśnienie P1, powodując w ten sposób wzrost ciśnienia P2. Wspominaliśmy o tym w poprzedniej części cyklu, gdzie na rysunku 6 zobrazowane zostały na wykresach zmiany ciśnienia. 

Rys. 18. Schemat regulatora: a) brak zakłóceń hydraulicznych; b) występują zakłócenia hydrauliczne

Regulator DP nie tylko kompensuje zakłócenia hydrauliczne z innych części instalacji, ale nawet jeśli zawór regulacyjny sam się zamyka, regulator DP zneutralizuje wpływ dodatkowego ciśnienia wywieranego na zawór regulacyjny. Tak długo, jak wzrasta P1, regulator DP natychmiast reaguje w celu utrzymania równowagi ciśnienia. 

Rys. 19. Schematyczne przedstawienie budowy korpusu zaworu 2 w 1

Zauważmy że, do komory regulatora DP podłączone są 2 kanały impulsowe, które przekazują zarówno wysokie jak i niskie ciśnienie. Na PIBCV oddziałuje również ciśnienie atmosferyczne, dlatego też konieczne jest podłączenie kanału impulsowego po stronie niskiego ciśnienia w celu osiągnięcia równowagi z ciśnieniem atmosferycznym.

Nie ma znaczenia, czy regulator DP jest przed lub za zaworem regulacyjnym, pod warunkiem że kanały impulsowe są prawidłowo umieszczone w zaworze.

Rys. 20. Regulacja zaworu przy pełnym skoku

PIB CV wykonanie kompaktowe

Nie ma nic lepszego niż połączenie tych dwóch elementów – regulacji i równoważenia. Jednak należy zrozumieć, że autorytet zaworu nie zależy tylko od ciśnienia, ale również od zdolności napędu do wykonania właściwego ruchu. Parametry wpływające na charakterystykę, takie jak: ƒƒ

• pełny skok a ograniczony skok,
• ƒƒustawienie wartości alfa będą przedmiotem dalszych naszych rozważań.

Niedoskonałość pełnego skoku

Rozważmy układ przedstawiony na rysunku 20., przedstawia on sposób regulacji zaworu przy pełnym skoku. Jak widzimy, skok 2 został zmniejszony z 20 mm do 10 mm. Skok 1, zaworu regulacyjnego, pozostaje w pełnym zakresie 20 mm skoku. Jak pokazano na rysunku 21., regulacja przy skoku 1 jest wydajna tylko poniżej 50%.

Rys. 21. Charakterystyka zaworu regulacyjnego przy pełnym skoku

Jeśli nastawa przepływu realizowana jest na oddzielnym elemencie, a nie na samym zaworze regulacyjnym, to fakt ten będzie miał wpływ na właściwości regulacyjne zaworu. Spowoduje to zmniejszenie zakresu regulacji oraz autorytetu prawie o połowę, mimo że jest niezależność od zmian ciśnienia.

Skok 1 i 2 są w bezpośredniej korelacji jak to wykazano w pierwszej części artykułu na rysunku 6.

Pełny skok a ograniczenie skoku

Wykresy przedstawione na rysunku 22. przedstawiają znaczenie ograniczenia skoku wobec pełnego skoku. Jeśli nastawa przepływu odbywa się w ramach samego zaworu regulacyjnego, to wówczas autorytet zaworu może zostać osiągnięty. Napęd utrzymuje pełny sygnał sterujący 0-10 VDC w zakresie regulacji przepływu 0-100% po wykonaniu autokalibracji.

Rys. 22. Porównanie charakterystyk zaworu regulacyjnego

Dopasowanie charakterystyki wymiennika

Wiemy już, że charakterystyki wymienników ciepła różnią się w zależności od rodzaju aplikacji. Następnym krokiem jest określenie charakterystyki wymiennika ciepła i wybranie właściwej wartość alfa lub charakterystyki regulacyjnej (w zależności od napędu). Wartość ta może być wybrana np. w napędzie (za pomocą specjalnego nastawnika lub przełącznika) bądź w sterowniku systemu HVAC czy też w systemie BMS.

Dla przykładu obliczenia wartości α, posłużmy się powszechnie używanymi wymiennikami energii woda–powietrze – chłodnicą powietrza:

W ten sposób otrzymaliśmy wybraną wartość alfa w celu dopasowania do charakterystyki chłodnicy. 

Rys. 23. Dostępne wartości alfa w napędzie

Z PIB CV, system zmiennoprzepływowy w obiegu pierwotnym wody lodowej można zoptymalizować 

W przypadku ręcznych zaworów równoważących (przedstawialiśmy ich działanie w cz. 1.), gdzie nie ma kompensacji ciśnienia kiedy punkt pracy pompy jest zmienny, największym zagrożeniem jakie może wystąpić w tej sytuacji jest niedobór ciśnienia. 

W przypadku zaworów PIBCV (rys. 24b.) możemy być pewni, że regulator DP sam zrównoważy ciśnienie niezależnie od zmiany punktu pracy pompy. Ta instalacja pozwala na różne prędkości przepływu w układzie proporcjonalnym do ciśnienia pompowania. Ale o tym już w kolejnej części tego cyklu.

Rys. 24a. Pełne obciążenie systemu
Rys. 24b. Częściowe obciążenie systemu

Derek FOONG
MinstMC(UK)
Global Technical Support Manager,
Danfoss

Danfoss Poland Sp. z o.o.
ul. Chrzanowska 5
05-825 Grodzisk Mazowiecki
tel. 48 22 755 07 00
fax. 48 22 755 07 01
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.
www.ogrzewanie.danfoss.pl