Zawory regulacyjne w instalacjach klimatyzacyjnych i grzewczych

Podstawowym celem każdej instalacji klimatyzacyjnej oraz grzewczej jest zapewnienie właściwego poziomu temperatury w pomieszczeniach, która powinna pozostawać na relatywnie stałym, zadanym poziomie. Aby spełnić ten wymóg, wydajność instalacji musi zmieniać się w czasie, dostosowuje się ona do zmieniających się warunków wewnętrznych i zewnętrznych.

Sposoby regulacji

Reakcja instalacji nadążająca za zmieniającym się obciążeniem chłodniczym lub cieplnym odbywa się poprzez dostosowanie ilości lub temperatury czynnika. Elementami, które pozwalają realizować powyższą funkcję, są zawory regulacyjne.

W sytuacji, gdy zmiana mocy urządzenia następuje poprzez korektę ilości czynnika, mamy do czynienia z tzw. regulacją ilościową (rys. 1.). Jeśli wydajność odbiornika jest regulowana poprzez zmianę temperatury przepływającego przez niego medium, wówczas regulacja określana jest jako jakościowa (rys. 2.).

      rys. 1                                                           rys. 2

Analizując schematy, można zauważyć, że każdy z nich jest inaczej skonfigurowany. Żądany proces regulacji może być bowiem uzyskany przy zastosowaniu zaworów regulacyjnych o różnej konstrukcji, zarówno dwudrogowych, jak i trójdrogowych.

Rodzaje zaworów regulacyjnych

Zawory regulacyjne, dostępne obecnie na rynku, można podzielić na grupy pod kątem różnych kryteriów (rys. 3.).

rys. 3

Funkcja rozdzielająca i mieszająca

Zawory trójdrogowe dzielą się na zawory:

• mieszające - dwa wejścia i jedno wyjście,
• rozdzielające - dwa wyjścia przy jednym wejściu.

Schematy na rysunku 4. przedstawiają swoistą elastyczność zaworów trójdrogowych. Niezależnie od tego, czy dysponujemy zaworem rozdzielającym czy mieszającym, jest możliwe uzyskanie zarówno obiegu rozdzielającego, jak i mieszającego czynnik.

rys. 4

Zawory trójdrogowe dostępne na rynku stosowane są w większości w funkcji mieszającej. Stosowanie tych zaworów dla rozdziału przepływów powoduje cyrkulację wody przez zawór w kierunku przeciwnym do planowanego. Przepływy odwrotne mogą czasami prowadzić do nadmiernego hałasu i drgania zaworu. Tym samym, dla uniknięcia pomyłek i wadliwej pracy układu, wskazane jest stosowanie zaworów w funkcji mieszającej. Żądany rodzaj dystrybucji czynnika względem odbiornika uzyskuje się jedynie poprzez właściwą lokalizację zaworu.

Dobór zaworów regulacyjnych

Aby prawidłowo dobrać był przeprowadzony zawory regulacyjne, należy:

• określić autorytet zaworu,
• podać prędkość napływu na zawór,
• poprawnie określić charakterystykę zaworu,
• sprawdzić rozdzielczość regulacyjną.

Charakterystyki zaworów regulacyjnych

Charakterystyka zaworu regulacyjnego jest definiowana jako zależność pomiędzy przepływem wody a stopniem otwarcia zaworu przy stałym ciśnieniu różnicowym. Te dwie wielkości są wyrażane jako udział procentowy wartości maksymalnych.

Wybór odpowiedniej charakterystyki sprowadza się do zastosowania zaworu, który ją posiada. Dobór ten powinien być przeprowadzony przede wszystkim z uwzględnieniem sposobu regulacji. Jeśli moc odbiornika zmieniana jest w trybie ON/OFF (pełny przepływ/zerowy przepływ), rodzaj charakterystyki jest bez znaczenia. Natomiast, gdy moc odbiornika zmieniana jest w sposób płynny, charakterystyka ma już kolosalne znaczenie i jedyną poprawną jest charakterystyka stałoprocentowa (rys. 5.).

rys. 5

Zawory trójdrogowe są opisywane dwiema charakterystykami, ponieważ mają dwa możliwe kierunki przepływu czynnika. Jedna charakterystyka odnosi się do drogi regulacyjnej, którą jest port przelotowy, druga zaś to droga by-passu. Jeśli obie z tych charakterystyk są identyczne, zawór określa się mianem symetrycznego. Jeśli są odmienne, zawór jest asymetryczny. Zawory symetryczne są wygodne w montażu, ponieważ nie wymagają sprawdzania, który z otworów przelotowych jest regulacyjnym, a który by-passem, z uwagi na fakt, że obie charakterystyki są identyczne. Jednak taki zawór nigdy nie skompensuje nieliniowości charakterystyki odbiornika, w przeciwieństwie do zaworu asymetrycznego. Najkorzystniejszą konfiguracją zaworu trójdrogowego jest konfiguracja asymetryczna stałoprocentowa/liniowa. Zawór taki na porcie przelotowym regulacyjnym, wpływającym na moc odbiornika, ma charakterystykę stałoprocentową. Port by-passu natomiast, służący do skierowania czynnika w celu ominięcia odbiornika, ma charakterystykę liniową (rys. 6.).

rys. 6

Oczywiście, charakterystyki ulegają zniekształceniu przez ciśnienie różnicowe, które działa na zawór, co jest określane mianem autorytetu zaworu.

Rozdzielczość regulacyjna R

Przy procedurze doboru zaworów regulacyjnych, oprócz charakterystyki zaworu, duże znaczenie ma także rozdzielczość regulacyjna, zwana też stosunkiem regulacji. Parametr ten jest istotny, z uwagi na konieczność zmiany wydajności urządzeń w sposób płynny w przedziale od 0 do 100 proc.

Z punktu widzenia zmiany mocy odbiornika, im większa jest rozdzielczość regulacyjna zaworu, tym dokładniejszy jest poziom regulacji odbiornika, zwłaszcza przy niewielkich obciążeniach, gdy zawór pracuje przy niewielkim otwarciu. Im większa rozdzielczość, tym mniejsze przepływy jesteśmy w stanie regulować. Dla zaworów regulacyjnych rozdzielczość regulacyjna nie powinna być mniejsza niż 40:1.

Zawory regulacyjne stanowią bardzo ważny element w instalacjach klimatyzacyjnych i grzewczych. Ich zbyt ogólnikowy dobór może wpłynąć na znaczne pogorszenie jakości regulacji mocy odbiornika, a tym samym całego układu.