Download pdf - Vand og Afløb Ståbi Supplerende materiale 7.1 Ventiler og ...staabi.dk/media/13832/ii-7-1_vvb-ventiler-automatik.pdf · Vand og Afløb Ståbi Supplerende materiale Forfatter: Jørgen

Vand og Afløb Ståbi Supplerende materiale

Forfatter: Jørgen Christiansen • www.sstaabi.dk/vand • Vand og Afløb Ståbi • © Nyt Teknisk Forlag 2005

¤7.1 Ventiler og automatik til varmtvandsanlæg

¤7.1.1 Generelt

¤7.1.1.1 Placering af ventiler Hvor det er muligt, bør reguleringsventiler anbringes på returløbet af hensyn til pakningernes varmepåvirkning. ¤7.1.1.2 Funktionskrav Funktionskravene til automatik og ventilstørrelse kan være:

• skal i et ønskede tidsrum kunne holde ønskede varmtvandstemperaturer

• skal sikre den lavest mulige retur-temperatur til fjernvarmeværk

• skal kompensere for svingende frem-løbstemperatur ved fjernvarmetilslutning

• skal kompensere for svingende forsyningstryk ved fjernvarmetilslutning

• må ikke pendle

• skal periodevis kunne sænke varmtvands-temperaturen for at tvangsåbne termo-statiske strengventiler

• skal periodevis kunne hæve varmtvands-temperaturen for at begrænse vækst-betingelser for patogene bakterier.

¤7.1.1.2 Proportionalbånd Proportionalbåndet, ofte forkortet, P-båndet, er det antal grader temperaturstigning der skal til, for at få ventilen til lige netop at lukke helt, fra lige netop helt åbentemperatur. ¤7.1.1.3 kv-værdi En ventils kv-værdi er et mål for ventilens modstand. En ventils kvs-værdi er ventilens modstand i helt åben stilling. Jo større kv-værdi des mindre modstand. En ventils kv-værdi er defineret som vandstrømmen i [m3/h] gennem ventilen ved et differenstryk over ventilen på 1 bar svarende til ca. 10 mVS eller ca. 100 kPa.

23,

22,

21,

1111

vvv kkk

vk++

=

kv = kv,1 + kv,2 + kv,3

Beregning af den samlede kv-værdi for kv-værdier i parallel og i serie.

¤7.1.2 Automatiktyper

¤7.1.2.1 Selvvirkende termostatventiler Selvvirkende termostatventiler er proportionalregulatorer. Deres proportionalbånd i o C er ca. det samme som ventilvandringen i mm. P-båndet er typisk 6 o

C til 20 o C ¤7.1.2.2 Motorstyrede ventiler Automatikken til motorstyrede ventiler kan være rene P-regulatorer, PI- regulatorer, eller PID regulatorer. Motorventiler kan styres til natsænkning, forcering med m.m.

¤7.1.3 Automatik til

varmtvandsbeholdere

¤7.1.3.1 Selvvirkende termostatventil. Den selvvirkende termostatventil er den mest simple og ofte den bedste styring af varmtvandstemperaturen. Føleren er typisk placeret i beholderens øverste tredjedel hvor beholdertemperaturen normalt er lidt lavere end ønsket varmtvandstemperatur. Termostaten indstilles til at give den ønskede varmtvandstemperatur. Skalaen på termostaten kan på nogle typer justeres efter dette. Med en ventil med logaritmisk karakteristik og korrekt kvs-værdi vil ventilen typisk, ved dimensionsgivende fremløbstemperatur, stå ca. 80 % spindelvandring åben når kun cirkulationstabet skal dækkes. Følertemperaturen skal derfor kun falde ca. 20 % af P-båndet, dvs. falde ca. 1oC til 4oC før ventilen er helt åben. Se fig. 7.44. ¤7.1.3.2. Selvvirkende returtermostatventil

alene Ventilen kan kun styre og ikke regulere varmtvandstemperaturen. Den bruges derfor normalt kun på beholdere i enfamilehuse. Returtermostaten lukker ved stigende primær returtemperatur. Har termostaten indbygget føler, skal ventilen sidde i primær returen. Har ventilen fjernføler, skal føleren placeres i primær returledningen fra beholderen.



¤7.1.3.3 Selvvirkende returtermostat

sammen med reguleringsventil Hvor beholderen udover en reguleringsventil har en returtermostat, skal returtermostaten kun træde i funktion, hvis der opstår fejl i beholder eller reguleringsventil. Konstruktionen bør normalt undgås. Om natten når der ikke er varmtvandsforbrug stiger primær returtemperaturen tæt op imod indstillet beholder-temperatur dvs. ca. 53oC. For at beholderen kan lade op om natten må returtermostaten derfor ikke indstilles til at lukke under 55oC. ¤7.1.3.4 Forkert indstillet returtermostat Hvis et varmeværks krav om max. returtemperatur på f.eks. 50 o C søges opfyldt ved at indstille returtermostaten til 50 o C lukketemperatur, så vil beholdertemperaturen om natten falde ned til ca. denne temperatur og termostventilen vil åbne helt. Herved bortfalder ideen om at udjævne belastningen på fjernvarmenettet ved at have et volumen der varmes helt op uden for spidsbelastningstiden. I stedet vil det første varmtvandsforbrug om morgenen åbne returtermostatventilen, og da reguleringsventilen står helt åben vil fjernvarmevandstrømmen blive stor. Derfor vil returtermostaten hurtigt blive for varm og derfor lukke igen. Systemet vil fortsætte med at pendle, indtil det igen er reguleringsventilen der overtager styringen. Jo mere overdimensioneret reguleringsventilen og / eller returtermostaten er, des værre bliver dette fænomen. Med korrekt dimensioneret reguleringsventil er en returbegrænsningstermostat overflødig. For ikke kvalificeret personale er det nærmest umuligt at finde ud af at indstille de to ventiler korrekt. ¤7.1.3.4. Motorstyrede ventiler til

varmtvandsbeholdere Med motorstyrede ventiler har man mulighed for at gøre reguleringen tidsafhængig, med natsænkning og temperaturhævninger. Reguleringen skal altid have en P-funktion. Der skal være en max. begrænsningsfunktion der lukker ventilen hvis temperaturen overstiger ønsket værdi.

I regulereing

Reguleringen har ofte en I-funktion der gradvis forsøger at kompensere for en følertemperatur, der ikke er som ønsket temperatur. Dvs. at ventilen til stadighed vil

blive åbnet mere og mere sålænge følertemperaturen er under ønsket værdi. Hastigheden hvormed denne korrektion foregår kan indstilles med I-tiden. Til varmtvandsbeholdere er denne funktion helt overflødig og uønsket fordi det i perioder med varmtvandsforbrug giver højere primær returtemperatur end nødvendigt. Hvis I-funktionen ikke kan slås fra, bør indstillingen af I-tiden være ca. 2 - 4 timer.

D-regulering

Med de meget langsomme ændringer der sker i beholdere er en D-funktion overflødig.

Gangtid

Gangtiden fra åben til lukket ventil må gerne være lang og behøver ikke at være under 30 min. Figur 7.44 viser kv-værdien for en ventil med logaritmisk karakteristik.Ventilens kvs-værdi på 2,0 passer præcis til dimensionerings-situationen, hvor fremløbstemperaturen her er 65oC. Ventilen er 100 % åben ved 45oC og 86 % åben ved 55oC varmtvandstemperatur, hvor kun cirkulationstabet skal dækkes. Hæves fremløbstemperaturen til 95oC om vinteren, skal ventilen kun være 35% åben ved en varmtvandstemperatur på 45oC og kun 19% åben ved en varmtvandstemperatur på 55 oC. ******!!!*** Fig. 7.44 ind her. Fig. 7.44. Ventil med logaritmisk karakteristik til regulering af varmtvandstemperatur i varmtvandsbeholder. I dimensionerings-situationen, hvor Tv = 45 oC, skal ventilen være 100% åben. Ved Tv = 55 oC skal ventilen kun dække cirkulationstabet og kun være ca. 86 % åben. ¤7.1.3.5 Kompensation for varierende

fjernvarme differenstryk. For at have et fast dimensioneringsgrundlag for ventilerne og for at kompensere for varierende differenstryk i forsyningsledningerne bør beholderen forsynes med sin egen differenstrykregulator der typisk indstilles til 0,3-0,4 bar og med et eget tryktab på ca. 0,1-0,2 bar. 1 bar =100 kPa. En fælles differentrykregulator for radiatoranlæg og beholder bør undgås, fordi beholderen kræver et lavt differenstryk om vinteren hvor radiatoranlægget kræver et højt differenstryk og omvendt om sommeren.



¤7.1.3.6 Kompensation for varierende

fremløbstemperatur ved fjernvarme Ventiler til beholdere dimensioneres til primærvandstrømmen ved den lavest forekommende fjernvarmefremløbstemperatur f.eks. 60oC. Hæves fremløbstemperaturen fra f.eks. 65oC til f.eks. 95oC reduceres den nødvendige vandstrøm til 15 - 25 %. Se figur 7.44. For også at få en god afkøling ved højere fremløbstemperaturer er det derfor nødvendigt at kompensere for dette. Der kan suppleres med ventiler, der manuelt eller automatisk ændrer den maksimale primær vandstrøm efter skiftende fremløbstemperatur. Den mest simple løsning er manuelt at ændre på indstillingen på differenstryksregulatoren som funktion af fremløbstemperaturen. Man kan også holde konstant differenstryk og i stedet supplere med en strengreguleringsventil eller en automatisk ventil til indstilling af maksimal gennemstrømning. ¤7.1.3.7. Eksempel : Dimensionering af

ventil til beholder (Rev . 09.11.2004.) I afsnit 7.2.2 blev primærvandstrømmen til en fjernvarmetilsluttet beholder med tre spiraler beregnet til 0,296 [l/s]. Fra fabrikantens datablad ses, at hver spiral yder 17,5 kW ved 60/40 oC og ved et tryktab på 32 kPa. Det disponible fjernvarme differenstryk er 50 kPa. Tryktabet over differenstrykventilen vælges til ca. 10 kPa. Dimensionér ventilen til trykdiffrensregulatoren og reguleringsventilen. Løsning Trykdifferensregulatorens kv-værdi beregnes:

37,36,3*296,0*10

100==vk [m3/h]

For at få et passende lille xp-bånd vælges en ventil med kvs= 6,3. Den ene af spiralernes vandstrøm ved et tryktab på 32 kPa, qdata, beregnes:

208,0)4060(*2,4

5,17=

−=dataq [l/s]

Spiralens kv-værdi, der normalt ikke fremgår af datablade, beregnes:

32,16,3*208,0*32

100==vk [m3/h]

Der er tre parallelt forbundne ens spiraler. Deres samlede kv-værdi beregnes. Se fig. 7.43. kv = 1,32 + 1,32 + 1,32 =3,96 [ m3/h ] Det dimensionsgivende tryktab i beholderen, ΔPbeh, beregnes:

24,796,3

6,3*296,0*1002

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=Δ behP [kPa]

Det disponible differenstryk til reguleringsventilen beregnes: Indstillet differenstryk 50 – 10 = 40,0 kPa Tryktab i beholder: 7,2 kPa Rest til reguleringsventil 32,8 kPa Reguleringsventilens kvs-værdi beregnes:

86,16,3*296,0*8,32

100==svk [m3/h]

Der vælges nærmeste større reguleringsventil med kvs= 2,5 Den valgte ventils tryktab, ΔPventil, beregnes:

2,185,2

6,3*296,0*1002

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=Δ ventilP [kPa]

Trykdiffrensregulatoren indstilles på :

4,252,182,7 =+=ΔP [kPa] De valgte kvs-værdier svarer til den opdeling fabrikanterne normalt benytter. ¤7.1.3.8 Automatik til direkte opvarmning i

vekslere. Reguleringen må ikke give for store svingninger i varmtvandstemperaturen. Selvvirkende termostater kan derfor være for langsomme. Motorventiler skal have en kort gangtid dvs. ca. 60 sec. Reguleringen kan være en PI regulering med meget korte I-tider på ca.10-60 sec. Automatik til vekslere med direkte opvarmning af brugsvand bør dimensioneres af automatikleverandøren for at få systemer der passer til vekslerens tidskonstant. Se fig. 7.12.



¤7.1.3.9 Eksempel: Dimensionering af

ventiler til veksler I afsnit 7.7.1 blev primærvandstrømmen til en fjernvarmetilsluttet veksler til direkte opvarmning af brugsvand beregnet til 0,611[l/s]. Det disponible fjernvarmedifferenstryk er 50 kPa. Tryktabet i veksleren er oplyst til 10 kPa. Trykdifferensregulatoren er her valgt fra. Resttryk til ventil:

401050 =−=Δ ventilP kPa. Ventilens kv-værdi beregnes:

48,36,3*611,0*40

100==vsk [m3/h]

Der vælges en ventil med kvs = 4,0 ¤7.1.3.10 Automatik til ladekredssystem. Vandstrømmen i ladekredsen, fig.7.10, er næsten konstant og temperaturen i det opvarmede vand varierer ikke så hurtigt. Derfor behøver reguleringssystemet ikke at kunne reagere hurtigt. Termostatventil eller motorventil er velegnet. Ved motorventil bør P-funktionen være suppleret med en I-funktion. Den ventil, der sidder på vekslerens koldtvandstilgang med føleren nederst i beholderen, kan være en selvvirkende termostatventil der lukker ved stigende temperatur. Ventilens kvs-værdi beregnes som vist i afsnit 7.11.4.9.

¤7.1.4 Blænder

Hvor der i eksisterende anlæg er beregnet en ny reguleringsventil, kan det være praktisk at forsøge med den beregnede kv-værdi før ventilen monteres. Er det en eksisterende flangeventil, kan der i flangesamlingen indskydes en blænde der sættes mellem to flangepakninger. Hvis blændehullet placeres i centrum kan blænden frembringe hylelyde. Blænden kan udføres som vist i fig. 7.45.

Tegning af blænde ind her. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Fig. 7.45. Blænde til Flange efter DIN 2566-PN16. Alle mål i mm. Pladetykkelse: 1,5 – 2 mm.

Krüger Aquacare A/S.

kv-værdi ø mm kv-værdi ø mm

0,4 4,3 2,0 9,2

0,5 4,8 2,5 10,1

0,63 5,3 3,15 11,3 0,8 6,0 4,00 13,0

1,0 6,7 5,00 14,2

1,25 7,4 6,30 16,0 1,60 8,3 8,00 18,0

Fig. 7.46. Blændehulstørrelser som funktion af kv-værdien, beregnet efter DIN 1952.

Blændehullet skal være skarpkantet. Krüger

Aquacare A/S.

¤7.1.5 Litteratur /7.1/ Norm for Vandinstallationer, DS

439. Dansk Standard, 3. udgave 2000- 06-28

/7.2/ SBI-anvisning 165, Vandinstallationer. Statens Byggeforskningsinstitut 1990. Finn Schmidt-jørgensen, Viggo Nielsen og Kaj Ovesen.

/7.3/ Dimensionering af vandvarmere – et nyt dimensioneringsgrundlag baseret på dynamisk simulering. Paulsen, O. DTI Energi. Tåstrup April 1990.

/7.4/ To-eksponentformel til beregning af varmtvandsbeholdere. Christiansen, J., Krüger Corrosion A/S. Danvak-årsskrift 1996

/7.5 / Cirkulationssystemer for varmt brugsvand. SBI-meddelelse 20 - Statens Byggeforskningsinstitut Kaj Ovesen. Danmark:1982.

/7.6/ Principper og metoder for indregulering af radiatoranlæg. SBI-rapport 111. Statens Byggeforskningsinstitut 1982. Jørgen Christiansen.

DN A B C D E

15

20 25

32

40 50

51

60 70

82

92 106

108

118 128

146

156 172

19

21 25

28

30 34

14

14 14

18

18 18

58

67,5 77,5

91

101 116