Návrh armatur pro hydraulické seřizování a řízení tepelných soustav
Návrh armatur pro hydraulické seřizování a řízení tepelných soustav není v odborné topenářské veřejnosti tématem nijak novým. Článek dává do souvislosti vlastní metodu návrhu armatury s místem a posláním konkrétní armatury v tepelné soustavě.
Úvod
Návrh armatur pro hydraulické seřizování a řízení tepelných soustav není v odborné topenářské veřejnosti tématem nijak novým. O to obtížnější je úkol přistoupit k dané věci tak, aby čtenáře a posluchače toto téma zaujalo. Domnívám se, že více než prezentace pouhých vlastních postupů jak se tyto jednotlivé armatury navrhují, bude zajímavější dát do souvislosti vlastní metodu návrhu armatury s místem a posláním konkrétní armatury v tepelné soustavě.
Armatury pro řízení tepelných soustav
Do této skupiny armatur tepelných soustav zařazujme všechny regulační armatury, které v tepelné soustavě řídí pomocí vhodných pohonů průtok a v konečném důsledku výkon spotřebičů tepelné soustavy.
Můžeme například hovořit o těchto armaturách:
- Termostatické radiátorové ventily
- Regulační ventily
- Kombinované ventily
Ve všech těchto případech je základní metodou pro návrh armatury výpočet hodnoty kv. Jak záhy uvidíme jde určení hodnoty kv je však pouze základem. U kombinovaných ventilů je pak celý návrh zásadně ovlivněn skutečností, že u těchto armatur jde o kombinaci vlastní regulační armatury a například automatického regulátoru průtoku.
Základní vztah: kv = Q x (Δp)-1/2,
kde Q je průtok (m3/h); Δp je talková ztráta (bar); kv průtokový součinitel (m3/h) poskytuje základní metodu při návrhu armatury, ale jak vzápětí uvidíme samotný výpočet hodnoty průtokového součinitel není postačující.
Návrh regulačního ventilu Danfoss VF2
Ventil VF2 je standardní typ dvoucestného regulačního ventil pro řízení průtoku v tepelných soustavách. Ventil VF2 je kombinován s elektrickýma pohony Danfoss řady AMV (tříbodové řízení) nebo AME (proporciální řízení).
Vlastní návrh ventilu vychází zcela ze základního vetnu pro hodnotu kv Vlastní volba DN ventilu má však podle výpočtu hodnoty kv více možných variant se vztahem na autoritu ventilu.
V technických podkladech je ilustrován příklad, kdy pro zadaný průtok 6 m3/h a tlakovou ztrátu 0,55 bar vyjde výpočtem nebo odečtením z diagramu hodnota kv 8,09.
Návrhový diagram pro jednotlivé DN ventilu VF2 nám však poskytuje dvě možné varianty k této optimální hodnotě.
Můžeme volit průsečík s přímkou kvs = 10 (bod D, odpovídá DN25) , kde však díky nižší skutečné tlakové ztrátě snižujeme autoritu ventilu
Další možnosti je volba průsečíku s přímkou kvs = 6,3 (bod C, odpovídá DN20), kde díky naopak vyšší tlakové ztrátě vlastního regulačního ventilu VF2 dojde k příznivému zvýšení autority tohoto ventilu.
Návrhový diagram pro regulační ventil VF2
Tabulka DN a kvs ventilu VF2
Autorita ventilu VF2 je v tomto případě dána zlomkem, kde v čitateli je hodnota tlakového spádu na zcela otevřeném ventilu a ve jmenovateli je součet hodnot tlakové ztráty ventilu a zbývající tlakové ztrátě na ostatních hydraulických odporech dané soustavy.
Δp1=tlakový spád na zcela otevřeném ventilu
Δp2=tlakový spád na zbytku posuzované části soustavy s plně otevřeným ventilem
Je tedy zřejmé, že zbytečné předimenzování standardního regulačního ventilu vede ke snížení jeho autority a tedy ke zhoršení kvality řízení průtoku v soustavě. To má samozřejmě vliv na hospodárnost provozu tepelné soustavy
Návrh termostatického ventilu Danfoss RA-N
Radiátorový termostatický ventil Danfoss RA-N je osvědčená regulační armatura určená pro montáž na otopná tělesa spolu s termostatickou hlavicí Danfoss. Ventil RA-N je vybaven integrovaným mechanismem druhé regulace-přednastavením, které nemá vliv na zdvih vlastní regulační kuželky. Zdvih regulační kuželky je tak řízen zcela působením termostatické hlavice nebo vhodného elektrického pohonu. Volbou přednastavení v rozsahu čísel 1 až 7 z krokem po 0,5 tak definujeme konkrétní hodnotu kv pro konkrétní dimenzi ventilu. Tak například RA-N DN15 umožňuje přednastavením volit hodnotu kv v rozsahu 0,04 až 0,73 m3/h. Maximální možnou hodnotu kv docílíme volbou přednastavení na značku "N", kdy docilujeme hodnotu 0,9 m3/h.
Ukázka termostatických ventilů RA-N a termostatických hlavic Danfoss
Příklad návrhového diagramu pro RA-N DN15
Červeně naznačený příklad :
Požadovaný výkon Q=0,7kW Teplotní spád ΔT=20°C
Tlaková ztráta na ventilu = 0,1bar
Průtok radiátorem je potom 30 l/hod
Přednastavení na ventilovém tělese RA-N 15 je 2,5
Pokud bychom ale uvažovali s nižším tlakovým spádem na ventilu například 0,05 bar, bude při stejném požadovaném průtoku správná hodnota přednastavení cca 3.
Při návrhu termostatického ventilu nejde tedy pouze o určení správné dimenze ventilu, ale zejména o správné určení jeho přednastavení s ohledem na předpokládané provozní parametry soustavy. Cílem je správné hydraulické vyvážení soustavy s radiátory.
Pro správné vyvážení je pak dále nutné zajistit stabilizaci tlakových rozdílů na patách stoupaček a případně také provedení základného průtokového seřízení stoupaček. To zejména v situaci, kdy radiátorové ventily nejsou vybaveny druhou regulací, nebo kdy z provozních důvodů není možné druhou regulaci na radiátorových ventilech správně nastavit.
Pro ilustraci a jsou níže ukázány soustavy vyvážené a nevyvážené.
Návrh kombinovaného ventilu Danfoss AB-QM
AB-QM je tlakově nezávislý regulační ventil s integrovaným dynamickým omezovačem maximálního průtoku. Omezení maximálního průtoku je provedeno stabilizací tlakového spádu na vlastní regulační kuželce. Hodnotu požadovaného maximálního průtoku volíme potom omezením zdvihu kuželky, tady vlastně přednastavením hodnoty kv.
Celý princip funkce ventilu AB-QM je nejlépe vidět na obrázku níže.
Kde tlakový rozdíl ΔPcv = (P2 - P3) je udržován na konstantní úrovni. Volbou maximálního zdvihu regulační kuželky, tedy hodnoty kv definujeme maximální průtok.
V technických materiálech Danfoss jsou vypracovány podklady pro správnou volbu dimenze ventilu AB-QM tak, že výsledný návrh je zcela založen na určení potřebného průtoku ventilem a kontrolu dostatku tlakového rozdílu.
Celý postup vychází z těchto kroků :
- Kontrola minimálního požadovaného tlakového rozdílu (P1 - P3)
- Volba správné dimenze podle sloupcového diagramu průtoků
- S ohledem na následné provádění přednastavení maximálního průtoku volíme v případě možnosti volby dvou nebo více DN, tu, kde bude zdvih kuželky maximální
Podklady z datového listu - průtokový rozsah a minimální (P1-P3) pro každou DN
Návrhový sloupcový diagram průtoků pro verze DN15 až DN32 s příkladem
Ventily AB-QM používáme zejména jako regulační a současně seřizovací ventil v soustavách se vzduchotechnickými jednotkami.
Oblast použití znázorňuje následující obrázek
Armatury pro hydraulické seřizování tepelných soustav
Z této skupiny bude zajímavé seznámit se z návrhem regulátorů diferenčního tlaku. Danfoss vyrábí celou Širokou paletu těchto regulátorů. Jsou to regulátory pro osazení na stoupačky rozvodů soustav ústředního vytápění, dále pro regulaci tlakového rozdílu výměníkových stanic nebo pro objektovou regulaci diferenčního tlaku. Ve výrobním programu jsou také provedení pro primární strany teplárenských soustav. Náš příklad návrhu regulátoru diferenčního tlaku uvedeme na stoupačkovém regulátoru.
Návrh regulátoru tlakového rozdílu Danfoss ASV-PV
Princip funkce
Δpa = p1-p2 (kontrolovaný úsek)
Δpv = p2-p3 (tlaková ztráta ventilu)
Návrhový diagram pro ASV-PV
Návrh vychází z hodnoty požadovaného výpočtového průtoku a požadované tlakové ztráty přes ASV-PV pro tento průtok. Jde vlastně o návrh pomocí určení hodnoty kv
Využitím grafu nebo výpočet stanovíme hodnotu kv a zvolíme nejbližší dimenzi s vyšší hodnotou kvs (zcela otevřený ventil) V tomto případě byl požadavek:
Průtok = 1,5m3/hod a
Požadovaná tlakové ztráta regulátoru při průtoku 1,5m3/hod = 0,36 bar.
To veden na hodnotu kv=2,5. Stanoveno výpočtem nebo odečtením z diagramu
Výsledek je volba ASV-PV DN25 (kvs=4, nejbližší vyšší) s využitím kvs z cca 60%
ASV-PV je nutné dále nastavit tak aby na kontrolovaném úseku stabilizoval potřebný tlakový rozdíl. Na ASV-PV tedy nastavujme hodnotu tlakového rozdílu, který požadujeme v kontrolovaném úseku stabilizovat. Nenastavujeme zde vlastní tlakovou ztrátu regulátoru.
Princip funkce regulátoru v soustavě je na následujícím obrázku
V tomto případě je úkolem regulátoru ASV-PV stabilizovat tlakový rozdíl celé větve včetně tlakové ztráty seřizovací armatury, tedy stabilizovat hodnotu Δpo.
Návrh seřizovacích armatur Danfoss MSV - MSV-BD; MSV-F2
Návrh seřizovacích armatur je obdobný jako regulačního ventilu, tady přes stanovení hodnoty kv s uvažováním požadované tlakové ztráty na seřizovacím ventilu při výpočtové hodnotě průtoku. V technických podkladech Danfoss je opět k dispozici návrhový diagram.
Příklad v návrhovém diagramu popisuje návrh seřizovací armatury pro výpočtový průtok 16 m3/hod a uvažovanou tlakovou ztrátu seřizovací armatura při výpočtovém průtoku v hodnotě 0,05 bar. Výsledkem je volba MSV-F2 DN65 s přednastavením 7,0.
Závěr
Celý článek byl zaměřen na vysvětlení návrhu regulačních a seřizovacích armatur Danfoss s využitím základních podkladů z datových listů. Cílem bylo také ukázat na jednoduchých aplikačních schématech smysl a umístění jednotlivých armatur v tepelných soustavách.
Danfoss samozřejmě také nabízí pro projektanty a techniky návrhové pomůcky ve formě návrhových pravítek a návrhových programů. Většina seřizovacích a regulačních armatur Danfoss je rovněž zapracována do komerčně distribuovaných programů jako jsou například programy firmy ProTech nebo TopSoft.
Danfoss nabízí: regulační prvky pro CZT, termostatické hlavice, ventilová tělesa a šroubení, armatury pro vyvážení soustav v rezidenčních a komerčních budovách, produkty pro chytré vytápění - ovládání radiátorů a podlahového vytápění vzdáleně přes ...
