Tlakově nezávislé regulační ventily s integrovaným automatickým regulátorem průtoku (PIBCV) Danfoss AB-QM velkých světlostí a jejich aplikace
Nový tlakově nezávislý vyvažovací a regulační ventil (PIBCV - Presure Independent Balancing Control Valve) Danfoss ABQM dostupný ve jmenovitých světlostech DN 40 až DN 100 byl již představen v jednom z předchozích článků. Tento rozšířený výrobní rozsah umožňuje regulaci průtoku až do 38 m3/h. V praxi se můžeme často setkat s požadavky na regulaci mnohem větších průtoků. Mezi typické aplikace patří například velké vzduchotechnické jednotky nebo zdroje chladu, pro které jsou charakteristické velké průtoky.
Je známo, že větší průtoky vody lze regulovat pomocí několika paralelně zapojených regulačních ventilů (viz obrázek 1). Toto řešení má však několik vážných nedostatků: vysoké investiční a instalační náklady, požadavek na rozsáhlý instalační prostor, apod. V případě řízení je potřeba zabezpečit společnou regulaci el. pohonů.
Z takto defi novaných požadavků byla zřejmá potřeba vetších světlostí PIBCV ventilů. Prakticky souběžně se Danfoss rozhodl investovat do vývoje velkých a extra velkých světlostí AB-QM ventilů přičemž největší dimenze jsou dostupné od druhé poloviny roku 2008.
 |
 |
Obr. 1
Sortiment jmenovitých světlostí ventilů AB-QM byl rozšířen dimenze DN 125 a DN 150 (viz obrázek 2), kde maximálně nastavitelný průtok činí až 145 m3/h. Tento výkon plně dostačuje k regulaci vodní části chladících jednotek a centrálních zdrojů chladu. Konstrukce těchto ventilů se vyznačuje charakteristickým externím pohonem (membránou), která je u menších světlostí integrována v těle ventilu. Toto řešení umožnilo zachovat velmi příznivou hodnotu tlakové ztráty ventilu 30 kPa i pro tyto největší světlosti. Vlastní princip a vnitřní zapojení ventilu zůstávají stejné pro celou řadu ventilů AB-QM. Díky větší kapacitě jsou tyto velké světlosti přednostně využívány v chlazení, kde jsou charakteristické velké průtoky díky malému teplotnímu spádu. Ventily však nachází uplatnění také ve specifi ckých aplikacích vytápění.
Obr. 2
Obr. 3
Příklad takové aplikace je znázorněn na obrázku číslo 3, kde centrální výměník tepla topné soustavy budovy je regulován pomocí ventilu AB-QM DN 125. V původním provedení zdroje tepla, byla regulace prováděna pomocí dvoucestného regulačního ventilu s el. pohonem. Při tomto řešení však docházelo z důvodu neustálých změn diferenčního tlaku k velkým výkyvům teploty vzhledem k nízké autoritě regulačního ventilu. Nové uspořádání přineslo uživatelům významně vyšší komfort díky stabilní a přesné regulaci regulačního ventilu ABQM. V topných aplikacích, kde se využívají výměníky tepla typu voda/voda, je potřeba věnovat patřičnou pozornost výběru charakteristiky ventilu. V tomto případě je potřeba zvolit lineární charakteristiku která spolu s charakteristikou výměníku dává požadovanou lineární výslednou závislost.
Lineární výslednou závislost lze dosáhnout pomocí lineárního ventilu AB-QM s autoritou a=1, ke kterému je připojený el. pohon kde lineární pohyb vřetena ventilu je volen elektronikou motoru. Na obrázku 4 jsou zobrazeny uvedené regulační charakteristiky.
Obr. 4
Velké dimenze PIBCV ventilů mají významné uplatnění například v soustavách chlazení. Vzhledem k rozsáhlému výrobnímu rozsahu ventilů AB-QM, kdy je dimenzemi DN 10 až 150 pokryt extrémně široký průtokový rozsah od 30 l/h do 145 m3/h, se nabízí jedinečná příležitost navrhnout moderní soustavu s variabilním průtokem, která přináší díky vynikající hydronické stabilitě vyšší kvalitu regulace a současně nezanedbatelné energetické úspory. Regulace sekundární části HVAC soustav se spotřebiči jako jsou například fan coil jednotky, chladící trámy a stropy, apod. byla popisována již v předchozích článcích. Do celkové koncepce řešení je však potřeba zahrnout také regulaci primární strany soustavy, tj. zdroj chladu nebo tepla. Vhodným zapojením regulace zdroje chladu lze získat další významný potenciál na snížení provozních nákladů.
V současnosti jsou běžné dvě základní zapojení okruhů zdroje chladu. První zapojení je vybaveno čerpadlem v každé větvi zdroje (Obrázek 5/a) na rozdíl od druhého uspořádání, které obsahuje centrální blok čerpadel. (Obrázek 5/b).
 Obr. 5a |
 Obr. 5b |
V prvním případě obr.5/a není potřeba použít žádnou zvláštní regulaci, protože čerpadla s konstantní rychlostí se zapínají a vypínají podle provozu chladícího stroje. V paralelním zapojení je možné kombinovat různé velikosti chladících strojů. Toto uspořádání však neumožňuje přizpůsobit výkon podle aktuální potřeby. Regulace výkonu probíhá skokově spínáním jednotlivých stupňů zdroje chladu. Toto zapojení poskytuje minimální možnost pro úspory energie.
Ve druhém případě obr. 5/b je blok čerpadel řízen podle aktuálního výkonu zdroje chladu a tím se významně redukuje riziko nízké teplotní diference (ΔT) na zdroji s větší šancí na dosažení úspor energie. "Syndrom nízkého ΔT" vychází z nevhodného uspořádání soustavy sekundárního okruhu, kde je použito konstantního průtoku a statického vyvážení průtoků (tato problematika bude podrobněji popsána v některém dalším článku).
Jestliže je aplikováno zapojení zobrazené na obr. 5/b a ventily AB-QM se zapojí do jednotlivých větví s chladícími stroji, tak se výhoda přesné regulace průtoku pomocí PIBCV ventilu s vazbou na aktuální požadavek výkonu projeví udržením ideálního teplotního spádu na zdroji se současným přizpůsobením na variabilní průtok v sekundární části soustavy bez ohledu na změny tlakových poměrů. Při použití systému proměnlivého čerpacího výkonu dané řešení nabízí možnost vysokých úspor čerpací práce. Vlastní řízení regulace je zpravidla integrováno v systému řízení (BMS).
Některé běžné chladící stroje se vyznačují základním požadavkem na zajištění konstantního průtoku každou jednotlivou chladící jednotkou. Aby se dosáhlo úspor energie, tak je potřeba zajistit variabilní průtok v sekundární části soustavy a to ve shodě s aktuálním požadavkem na výkon. Jestliže je v soustavě paralelně zapojeno několik chladících jednotek (Obr. 6), tak při regulaci on/off bude zdroj chladu měnit průtok skokově aniž by byl schopen reagovat na průběžné změny požadovaného výkonu. Instalace obtokové větve (by-pass viz. obr. 5) představuje řešení daného problému. Regulace průtoku obtokovou větví ovšem představuje významný problém. V dosavadní praxi byl zpravidla instalován statický vyvažovací ventil nebo jednoduchý zpětný ventil. V náročnějších a složitějších soustavách se k regulaci průtoku v obtokové větvi využíval regulační ventil s el. pohonem, který vzhledem k neustálým změnám tlakových poměrů nebyl schopen stabilní regulace. Je zřejmé, že žádné z výše popsaných řešení není ideální a nepředstavují tak ani systém s maximálním využitím energie. Uvedený problém lze elegantně vyřešit použitím PIBCV ventilu Danfoss AB-QM v obtoku (viz. obr. 6).
Obr. 6
Regulace je zajištěna řídícím systémem BMS který monitoruje soustavu a v závislosti na požadovaném průtoku definovaném výrobcem chladící jednotky. Regulace je založena na zpětném signálu z průtokoměru , který je instalován do větve zdroje chladu. Řídící systém rozezná, které chladící stroje jsou právě v provozu včetně odpovídajícího požadovaného průtoku. Přesnou regulaci průtoku dle požadavku z BMS zajístí tlakově nezávislý regulační ventil AB-QM. Je důležité připomenout, že je nutné aplikovat lineární charakteristiku ventilu (stejně tak jako v případě výměníků tepla (vodavoda), kde daná problematika byla popsána již dříve) !
Výrobci zdrojů chladu také zjistili významnou úlohu proměnlivého průtoku. Z tohoto důvodu tato zařízení, nazývána také jako "zdroj chladu s variabilním průtokem", nalézají stále širší uplatnění. V principu získáme regulací variabilního průtoku primární části soustavy kontrolu nad teplotním spádem zdroje. Koeficient využitelnosti energie při chlazení EER (nebo také COP - koeficient využitelnosti energie při vytápění) je obecně mnohem vyšší než se dosahuje u konvenčních zařízení. Toto je vyjádřeno graficky na Obr. 7, kde je parametr vyjádřen v kW/tunu.
Obr. 7
Nyní se stručně zaměřme na jinou základní aplikaci, kterou je regulace vzduchotechnické jednotky. I pro tuto aplikaci je typický princip konstantního průtoku a to např. s dvojitým směšovacím připojením na straně vytápěné a směšovacím zapojením na straně chlazené. Příklad takového zapojení vzduchotechnické jednotky je znázorněn na Obr. 8:
 Obr. 8a |
 Obr. 8b |
Při využití principu proměnlivého průtoku, který je znázorněn na Obr. 9, je možné vzduchotechnickou jednotku provozovat mnohem úsporněji a s mnohem přesnější regulací. Z důvodu ochrany proti zamrznutí je konstantní průtok udržován v sekundární větvi topného výměníku tepla. (Regulace vzduchotechnických zařízení není v tomto článku dále diskutována - tomuto tématu se budeme věnovat v některém dalším článku).
Úspory energii nabývají na důležitosti ve všech aplikacích vytápění/chlazení vzhledem ke stále aktuálnímu trendu růstu 2.11.2009cen energii. Řešení Danfoss, založené na tlakově nezávislém regulačním ventilu s automatickým vyvážením průtoku AB-QM, představuje ideální prvek pro dosažení maximálních úspor za současného zvýšení komfortu regulovaného prostředí díky vyšší kvalitě regulace.
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 ...
