Regulacja i równoważenie w instalacjach grzewczych i chłodniczych (cz. 2). Systemy HVAC – aplikacje rekomendowane i niezalecane
Zawór regulacyjny
Herz
Dobór właściwego rozwiązania ma podstawowe znaczenie dla poprawności działania instalacji, co przekłada się bezpośrednio na zadowolenie inwestora lub użytkownika. Ma także ogromny wpływ na ilość czasu poświęcanego na proces projektowania, uruchamiania i oddawania instalacji do użytku. W tej części artykułu (cz. 1 – „RI” nr 6/2009) przedstawiono zalecane i niezalecane rozwiązania projektowe mające zastosowanie w systemach HVAC.
Zobacz także
Elterm M. M. Kaszuba Sp. j. Grupy pompowe i zestawy mieszające
Czas to pieniądz. Chyba nigdy to sformułowanie nie było bardziej prawdziwe niż obecnie. Nasz zakres codziennych obowiązków jest coraz większy, dlatego też dużo częściej szukamy gotowych rozwiązań. Dotyczy...
Czas to pieniądz. Chyba nigdy to sformułowanie nie było bardziej prawdziwe niż obecnie. Nasz zakres codziennych obowiązków jest coraz większy, dlatego też dużo częściej szukamy gotowych rozwiązań. Dotyczy to także produktów z zakresu techniki grzewczej. Jeszcze kilka lat temu, instalator większość zakresu prac wykonywał samodzielnie, podczas gdy teraz wybór dostępnych na wyciągnięcie opcji może przyprawić o zawrót głowy. Tylko jak się w tym wszystkim połapać?
REGULUS-system Grzejnik pionowy kolumnowy DECOR PRO
Grzejniki DECOR PRO pełnią nie tylko funkcję grzewczą lecz także dekoracyjną, stanowiąc oryginalną ozdobę wnętrza poprzez smukłą formę, kolor i strukturę farby. Charakteryzują się płaskim, gładkim frontem.
Grzejniki DECOR PRO pełnią nie tylko funkcję grzewczą lecz także dekoracyjną, stanowiąc oryginalną ozdobę wnętrza poprzez smukłą formę, kolor i strukturę farby. Charakteryzują się płaskim, gładkim frontem.
REGULUS-system Grzejniki do pompy ciepła?
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji...
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji swojego domu, pozostawienie dotychczasowych grzejników jest „błędem w sztuce”. Inwestorzy mają potem żal, że nikt ich o tej konieczności nie poinformował.
Każdą z prezentowanych aplikacji scharakteryzowano pod względem projektowania, kosztów operacyjnych, kosztów inwestycyjnych, praktyki użytkowania oraz innych cech typowych dla danego rozwiązania.
Aplikacja nr 1
System ze stałym przepływem
Zawory regulacyjne: trójdrogowe zawory regulacyjne – 3MVC.
Zawory równoważące: ręczne zawory równoważące – MBV.
Cechy systemu
Projektowanie: Wymagane tradycyjne metody obliczeń: Kvs, autorytety zaworów 3 MCV, obliczenie nastawy ręcznych zaworów równoważących MBV.
Koszty operacyjne: Wysokie koszty pompowania, konieczne przeprowadzenie równoważenia instalacji, syndrom niskiej temperatury (low ΔT), wysokie zyski i straty ciepła, zawory trójdrogowe ze względu na swoją charakterystykę regulacyjną (zjawisko nadprzepływu) są często powodem dużej oscylacji temperatur w pomieszczeniu, w przypadku rozbudowy systemu konieczne jest ponowne równoważenie.
Koszty inwestycyjne: Duża liczba zaworów na gałęziach i pionach, wysoki koszt instalacji zaworów. Wymagane zawory dużych średnic – wysoki koszt dla rozbudowanych instalacji. W celu optymalizacji pompy konieczne jest stosowanie zaworów typu „partner” na każdym obiegu (kompensacyjna metoda równoważenia). Wysokie koszty równoważenia i długi czas uruchomienia.
Praktyka: Przy pełnym obciążeniu system pracuje poprawnie, natomiast przy obciążeniu częściowym pojawiają się problemy z wahaniem temperatury ze względu na specyfikę zaworów trójdrogowych i zjawisko nadprzepływu.
Uwagi: Zazwyczaj przewymiarowana jest pompa, często niepoprawnie dobrane są zawory trójdrogowe, bez analizy wewnętrznej charakterystyki zaworu.
Aplikacja zalecana jako prawidłowa technicznie, ale nieekonomiczna.
Aplikacja nr 2
System ze stałym przepływem
Zawory regulacyjne: trójdrogowe zawory regulacyjne – 3MVC.
Zawory równoważące: automatyczne ograniczniki przepływu – AFBV.
Cechy systemu
Projektowanie: Wymagane tradycyjne obliczenia dla zaworów regulacyjnych: Kvs, autorytety. Łatwy dobór ograniczników przepływu (kryterium przepływu).
Koszty operacyjne: Wysokie koszty pompowania, syndrom niskiej temperatury (low ΔT), brak problemu z nadprzepływem ze względu na zastosowanie automatycznych ograniczników przepływu, zapewnione jest równoważenie automatyczne, czyli nie są wymagane pomiary w przypadku zapewnienia zalecanych wymaganych minimalnych spadków ciśnienia na zaworach równoważących.
Koszty inwestycyjne: Mniejsza liczba zaworów niż w Aplikacji nr 1, czyli niższe koszty instalacji. Duże średnice zaworów nie są wymagane, równoważenie instalacji nie jest konieczne, zarówno przy rozruchu, jak i rozbudowie systemu.
Praktyka: System przy pełnym i częściowym obciążeniu pracuje poprawnie. W przypadku zmiany wydajności odbiorników konieczna jest zmiana nastaw przepływu dla AFBV (dla niektórych typów zaworów konieczna jest wymiana wkładek, co skutkuje również zmianą minimalnego ciśnienia dyspozycyjnego, spuszczaniem wody z instalacji itd.)
Uwagi: Prawdziwy system ze stałym przepływem. Wysokie koszty pompowania.
Aplikacja zalecana jako prawidłowa technicznie, ale nieekonomiczna.
Aplikacja nr 3
System ze zmiennym przepływem
Zawory regulacyjne: dwudrogowe zawory regulacyjne – 2MCV.
Zawory równoważące: automatyczne regulatory różnicy ciśnienia – APBV.
Cechy systemu
Projektowanie: Wymagane tradycyjne obliczenia: Kvs, autorytety. Obliczenia zaworów regulacyjnych mogą być uproszczone ze względu na podział systemów na obwody niezależne wydzielone regulatorem różnicy ciśnienia. Konieczność doboru regulatorów różnicy ciśnienia.
Koszty operacyjne: Niskie koszty pompowania – zalecane pompy z regulowaną prędkością obrotową wg charakterystyki stałego ciśnienia. Stabilna regulacja temperatury ze względu na dobre autorytety zaworów regulacyjnych (wysoka efektywność systemu). Nie występuje zjawisko nadprzepływu oraz syndrom niskiej temperatury (low ΔT).
Koszty inwestycyjne: Koszty na średnim poziomie: możliwość użycia „tańszych” zaworów regulacyjnych 2MCV przy zachowaniu dobrych właściwości regulacyjnych. Mniejsza liczba zaworów niż w Aplikacji nr 1. Dla dużych odbiorników (AHU) konieczność zastosowania dużych, droższych regulatorów różnicy ciśnienia.
Praktyka: Dobre właściwości regulacyjne systemu przy pełnym i częściowym obciążeniu.
Uwagi: W przypadku stosowania zbyt rozległych pętli występują problemy z utrzymaniem jednakowych autorytetów zaworów regulacyjnych w danej pętli regulacyjnej.
Aplikacja zalecana jako prawidłowa technicznie i ekonomiczna.
Aplikacja nr 4
System ze zmiennym przepływem
Zawory regulacyjne z funkcją automatycznego zaworu równoważącego – PIBCV (Pressure Independent Balancing Control Valve).
Cechy systemu
Projektowanie: Niewymagany tradycyjny dobór zaworu, niewymagane sprawdzenie autorytetu zaworów. Dobór jedynie na podstawie znajomości wymaganego przepływu.
Koszty operacyjne:Niskie koszty pompowania (pompa musi zapewnić minimalne wymagane ciśnienie w obiegu krytycznym), ze względu na wysoki i niezmienny autorytet zaworu regulacyjnego stabilna regulacja bez wahań temperatury w pomieszczeniu. Nadprzepływy i syndrom niskiej temperatury nie występują. Niewymagane równoważenie systemu.
Koszty inwestycyjne: Niskie koszty inwestycyjne nawet przy rozległych instalacjach. Niskie koszty instalacji – wymagany tylko jeden zawór przy odbiorniku.
Praktyka: Bardzo dobre właściwości regulacyjne systemu przy całkowitym i częściowym obciążeniu. Zmiana obciążeń czy rozbudowa systemu nie wymaga przeliczeń, jest realizowana tylko poprzez wprowadzenie nowych nastaw wymaganych przepływów na zaworach.
Uwagi: Łatwa i szybka optymalizacja pracy pompy. Wahania ciśnień nie wpływają na pracę zaworu. Możliwość pracy w systemach z każdym rodzajem pompy (VSD).
Aplikacja zalecana jako prawidłowa technicznie i bardzo ekonomiczna.
Aplikacja nr 5
System ze zmiennym przepływem
Zawory regulacyjne: dwudrogowe zawory regulacyjne – 2MCV.
Zawory rownoważące: ręczne nastawne zawory równoważące – MBV.
Cechy systemu
Projektowanie: Wymagane tradycyjne obliczenia: Kvs, autorytet oraz obliczenia nastaw ręcznych zaworow rownoważących MBV.
Koszty operacyjne: Wysokie koszty pompowania ze względu na wymagane wyższe ciśnienia dyspozycyjne w celu zapewnienia odpowiednich autorytetów zaworom regulacyjnym. Przy częściowym obciążeniu systemu występują nadprzepływy oraz syndrom niskiej temperatury (low ΔT). Duże wahania temperatury ze względu na zmienne warunki pracy zaworu regulacyjnego 2MCV. Ograniczone zastosowanie pomp regulowanych (VSD) ze względu na zjawisko podprzepływu.
Koszty inwestycyjne: Pozornie niskie koszty inwestycyjne, szczególnie przy koncepcji „tani” zawór regulacyjny i „tani” zawór MBV tylko przy odbiorniku (z pominięciem dużych średnic zaworów). Wymagane równoważnie przy uruchomieniu i rozbudowie systemu.
Praktyka: Zrównoważenie systemu dla pełnego obciążenia jest dobre, ale dla częściowego obciążenia niestety nieakceptowane. Duże oscylacje regulowanej temperatury. Konieczne zastosowanie pompy regulowanej, brak możliwości optymalizacji punktu pracy pompy.
Uwagi: Duże problemy z regulacją przy częściowych obciążeniach systemu, krotki czas „życia” napędów elektrycznych zaworów regulacyjnych (ciągła praca).
Aplikacja niezalecana – nieprawidłowa technicznie, niska efektywność, nieprawidłowe działanie.
Aplikacja nr 6
System ze zmiennym przepływem
Zawory regulacyjne: dwudrogowe zawory regulacyjne – 2MCV.
Zawory równoważące: automatyczne ograniczniki przepływu – AFBV.
Cechy systemu
Projektowanie: Wymagane tradycyjne obliczenia: Kvs, autorytet. Dobór automatycznych ograniczników przepływu na podstawie znajomości żądanego przepływu. Konieczny warunek sprawdzenia maksymalnego dopuszczalnego spadku na zaworach regulacyjnych ze względu na ograniczoną siłę zamknięcia siłownika.
Koszty operacyjne: Dla regulacji modulowanej (0–10 V) niestabilne autorytety zaworów regulacyjnych, przez to duże wahania temperatur. Duże zmiany spadku ciśnienia na zaworach regulacyjnych, możliwa kawitacja, niedomknięcia zaworów. Równoważenie nie jest wymagane.
Koszty inwestycyjne: Koszt inwestycyjny średni – zazwyczaj wykorzystywany jest tani zawór regulacyjny 2MCV i droższy zawór równoważący. Nie ma potrzeby stosowania dużych średnic zaworów typu AFBV na pionach i gałęziach.
Praktyka: Dobre właściwości regulacyjne przy pełnym obciążeniu. Przy częściowym obciążeniu możliwe problemy, w szczególności przy zastosowaniu tanich napędów termicznych.
Uwagi: Rozwiązanie ograniczone tylko do regulacji typu ON/OFF. W przypadku regulacji modulowanej powstają problemy przy częściowym obciążeniu ze względu na to, że gdy zawór regulacyjny 2MCV się otwiera, to zawór typu AFBV probuje utrzymać zadany przepływ. Krotki czas „życia” siłowników zaworów regulacyjnych.
Aplikacja niezalecana – nieprawidłowa technicznie, niska efektywność, nieprawidłowe działanie.
Podsumowanie
W artykule opisano zalecane i niezalecane rozwiązania techniczne dotyczące systemów HVAC, ze szczególnym uwzględnieniem faktu, że wybór systemu ze zmiennym lub stałym przepływem to jedno z podstawowych kryteriów, którym należy kierować się przy doborze optymalnego i poprawnego rozwiązania. Biorąc pod uwagę wszystkie uwarunkowania oraz wymagania wobec nowoczesnej instalacji HVAC, rekomendowanym rozwiązaniem do regulacji instalacji ze zmiennym przepływem jest zawór regulacyjny niezależny od ciśnienia z automatyczną nastawną funkcją ograniczenia przepływu typu PIBCV.
