Tlakově nezávislé regulační ventily Siemens

S vývojem moderních čerpadel, která umožňují regulovat jejich průtok v závislosti na potřebě tepla nebo chladu, došlo v oblasti návrhu potrubních sítí k přechodu od systémů s konstantním průtokem na systémy s proměnným průtokem. To umožňuje využít úspor energie pro čerpadla při snížení jejich výkonu. Pro hydrauliku systému to ale znamená značné zkomplikování návrhu i uvedení do provozu.

Příčina tkví v hlavním regulačním nástroji potrubních rozvodů s proměnlivým průtokem, v dvoucestném ventilu. Průtok standardním regulačním ventilem je závislý na míře otevření průtočného otvoru ve ventilu a na rozdílu tlaku před a za ventilem. Zatímco otevření otvoru můžeme přímo ovládat, rozdíl tlaku tak snadno ovlivnit nemůžeme. Při výpočtu hydraulického systému se uvažuje s plným výkonem, kdy jsou ventily zcela otevřeny. Během provozu soustavy se ale mění požadavky na výkon jednotlivých spotřebičů, regulace na základě těchto požadavků otevírá nebo zavírá ventily a tlakové poměry se dramaticky mění. Každý ventil přitom ovlivňuje tlak v celé soustavě. Důsledkem změny tlaku je změna průtoku média ventilem, což způsobí přebytek nebo naopak nedostatek energie ve spotřebiči. To následně vyvolá odchylku od požadované teploty. Regulace začne měnit otevření ventilu, které opět změní tlakové poměry, a tak pořád dokola. Během let vznikla různá řešení tohoto problému, ale tím nejlepším se ukázal být tlakově nezávislý ventil.

Proč používat kombiventily?

Tlakově nezávislé regulační ventily kombinují v jednom tělese tři různé druhy armatur, proto se pro ně také používá výraz kombiventily. Kombiventil se skládá z dvoucestného regulačního ventilu, z regulátoru konstantního tlaku a nastavitelné clony. Kombiventily jsou dále osazeny terminály pro měření tlakové ztráty na ventilu. Smyslem vytvoření ­takto složité, ale bohužel i dražší armatury, je zlepšení regulačních schopností dvoucestného ventilu.

Obr. 1 • Řez kombiventilem Siemens VPI46

Zabudovaný regulátor tlaku udržuje na ventilu konstantní hodnotu a vztah mezi otevřením ventilu a průtokem je při všech provozních stavech prakticky stejný. Regulace nemusí opravovat otevření ventilu při každé změně tlakových poměrů v síti a počet spínání pohonů se prudce snižuje. Spotře­biče netrpí náhlým nedostatkem nebo přebytkem energie, odchylky od nastavené teploty jsou menší a tepelná pohoda lidí je mnohem vyšší. Teplotní spád se drží na návrhových hodnotách, takže přenos energie ve výměnících je optimální.

Kde kombiventily používat?

Kombiventily jdou ideální pro velmi složité hydraulické systémy, které se velmi těžko navrhují se standardními dvoucestnými ventily:

• střední až rozsáhlé potrubní sítě s velkým počtem spotřebičů menších výkonů – jako je ústřední vytápění mnohopodlažních budov, systémy s fancoily a systémy zónové;
• menší až rozsáhlé potrubní sítě s velkým rozdílem požadavků na dodávky energie v čase u jednotlivých spotřebičů – typicky VAV;
• malé až rozsáhlé potrubní sítě s velkými výkony a velkými rozdíly v požadavcích na dodávky energie v čase – vzduchotechnické jednotky, otopné a chladicí stropy, chladicí věže.

Jak kombiventily navrhovat?

Kombiventil pracuje nezávisle na tlakových podmínkách v potrubní síti. Má vlastní regulátor konstantního tlaku, se kterým tvoří nezávislý hydraulický okruh. Není potřeba počítat koeficient k_v ani kontrolovat autoritu ventilu. Kombiventil se volí jen podle hodnoty požadovaného průtoku, přičemž Siemens dodává ventily s průtoky od 25 do 195 000 litrů za hodinu.

Výběr kombiventilu snadno provedete v katalogu Acvatix, kde jsou přehledně uvedeny všechny typy ventilů s rozsahy průtoků, pro které je možné je po­užít. K dispozici jsou i aplikace Combi Valve Sizer pro mobilní telefony se systémem Android nebo iOS.

Při montáži se hodnota požadovaného průtoku nastavuje na každém kombiventilu. Tím je omezen maximální průtok ventilem právě na požadovanou hodnotu. Kombiventil má normovanou odchylku od nastavené hodnoty ±10 %. Doporučuje se volit kombiventil, který má maximální průtok alespoň o 20 % vyšší než požadovaný, což je rezerva, která pokryje odchylku ventilu a případné další chyby ve výpočtu potrubní sítě. Pokud je potřeba v nějaké části sítě udržovat konstantní průtok, lze s výhodou použít kombiventil, který se neosadí pohonem. Ventil je trvale otevřen a omezuje průtok na nastavenou hodnotu.

Regulátor konstantního tlaku potřebuje pro svou správnou funkci pracovat v určitém rozmezí tlaků. Na rozdíl od standardního ventilu, kde se uvádí jen maximální hodnota tlaku, je u kombiventilů též hranice minimální. Pokud tlak poklesne pod minimální hodnotu, regulátor tlaku přestane fungovat a ventil se bude chovat jako standardní, tlakově závislý ventil.

Čerpadlo s proměnnými otáčkami musí být navrženo tak, aby na ventilu, který má největší (ekvivalentní) vzdálenost od čerpadla, byl s jistotou dosažen minimální tlak. To zaručí, že na všech bližších ventilech bude požadavek splněn. Naopak u ventilů blízkých k čerpadlu je třeba hlídat maximální hodnotu tlaku. Je tedy třeba uvažovat s vyrovnávacími ventily, které umí nadměrný tlak eliminovat. Další prvek, na který by se nemělo zapomínat, je filtr před ventilem. Kombiventily jsou náchylnější k zanášení díky regulátoru tlaku, který obsahují.

Siemens nabízí u malých kombiventilů do 11 500 litrů za hodinu možnost volit ventil s terminály pro měření tlaku i bez nich. Terminály jsou důležité pro uvedení do provozu, ale pokud systém obsahuje řadu stejných spotřebičů a dá se snadno stanovit ventil nejvíce a nejméně vzdálený od čerpadla, je možné ventily umístěné mezi krajními polohami dodat bez terminálů a tedy uspořit investiční náklady. Terminály slouží pro měření tlakové ztráty na ventilu a nelze z ní určit hodnotu průtoku ventilem. Pokud se opačná strana spotřebiče opatří samostatným terminálem P/T, lze pro měření tlakové ztráty výměníku použít jako druhý odběrný bod terminál kombiventilu.

Jak kombiventily montovat?

Podle velikosti jsou k dispozici ventily závitové s vnitřním i vnějším závitem a ventily přírubové. Při montáži je třeba věnovat pozornost samozřejmě správnému směru proudění média ventilem a v závislosti na použitém pohonu správné poloze v prostoru. Zvláštností kombiventilů je přednastavení maximálního průtoku, které se provádí při montáži podle požadavků projektu. Clona se nastavuje na stupnici umístěné na horním konci vřetene. Stupnice je rozdělena na bezrozměrné hodnoty od 0 do 4 a hodnoty průtoku odpovídající jednotlivým hodnotám stupnice jsou uvedeny v montážním návodu. Je třeba myslet i na prostor pro nasazení tlakových sond do terminálů ventilu.

Vzhledem k vyšší náchylnosti na zanášení nečistotami, je ideální namontovat kombiventily až po propláchnutí systému, případně doplnit ventil obchvatem, který umožní servisní proplach.

Obr. 2 • Přírubové kombiventily řady VPF43 a VPF53 mají průtok až 195 m³·h^–1

Obr. 3 • V kombinaci s vhodným pohonem pracují kombiventily Siemens spolehlivě i s přetlakem 600 kPa

Jak systém uvést do provozu?

Při uvádění do provozu je důležité ověřit správné nastavení průtoku a také to, že čerpadlo poskytuje minimální požadovaný tlak pro správný provoz nejvzdálenějšího ventilu. Konečně je třeba ověřit, že na ventilech umístěných v blízkosti čerpadla není překročen maximální povolený tlak a podle potřeby nastavit redukční ventily. Předávací protokol by měl obsahovat tabulku všech kombiventilů a tlaků na nich naměřených.

Častá chyba je, že stavba tuto kontrolu neprovede. Překročení povolené hodnoty maximálního tlaku může způsobit poškození ventilu nebo pohonu, navíc čerpadlo běží na zbytečně velký výkon a nedochází tedy k očekávané úspoře energie.

Závěr

Kombiventily zajišťují dynamické vyvážení sítě při plném i částečném výkonu zařízení, a tím vysokou účinnost přenosu tepla nebo chladu, a to i v systémech, které v minulosti nebylo možné prakticky vyregulovat. Kombiventily dokážou pružně reagovat na dočasné i trvalé změny využití budovy. Jejich návrh a nastavení je mnohem jednodušší ve srovnání se standardními ventily, ale jejich činnost je mnohem přesnější. Je zřejmé, že počet aplikací těchto ventilů bude v následujících letech jen narůstat.