Druckunabhängige Regelventile (PICV) können dazu beitragen, die Energiekosten zu senken und den Komfort der Bewohner in Heiz- und Kühlschlangenanwendungen in Gebäuden zu erhöhen. Ein PICV lässt sich am besten als zwei Ventile in einem beschreiben: ein Standard 2-Wege-Regelventil und eine Abgleichventil.
Einführung in PICV-Ventile
Druckunabhängige Regelventile sind ein automatisches Temperaturregelventil und ein automatisches Durchflussregelventil, die in einem Ventilgehäuse untergebracht sind. Ein Kugelventil mit einem gekennzeichneten Einsatz fungiert als normal betätigtes Temperaturregelventil, und eine Druckregelkartusche sorgt für eine automatische Durchflussregulierung, um einen konstanten Durchfluss von heißem oder gekühltem Wasser unabhängig von Änderungen des Systemdrucks aufrechtzuerhalten.
Sie werden in vielen HLK-Anwendungen mit geschlossenem Regelkreis verwendet. Systeme mit druckunabhängigen Regelventilen müssen bei der Inbetriebnahme nicht ein- und nachjustiert werden. Sie regulieren und halten einen konstanten Durchfluss zum Rohrbündel aufrecht, wenn der Wasserdruck im System mit wechselnden Lasten variiert.
Dies bietet besseren Komfort, erhöht die Energieeffizienz, reduziert den Stellantriebsbetrieb und reduziert teure Rückrufe. Druckunabhängige Ventile ermöglichen eine bessere Leistung des Systems. Mit dem richtigen Durchfluss zu jeder Schlange sind Boiler und Kühler am effizientesten
Funktionsprinzip
PICV erzielen optimale Ergebnisse, da nur die erforderliche Menge an heißem Wasser (in GPM) und gekühltem Wasser (in GPM) an die Heiz- und Kühlschlangen geliefert wird. Standard-2-Wege-Steuerventile ermöglichen einen Über- und Unterlauf, insbesondere wenn der CV über- oder unterdimensioniert ist. Dies erzeugt überschüssiges Wasser für die Pumpe, um deren Ungenauigkeit auszugleichen, was die Pumpkosten erhöht.
Die Aktuatoren an PICV-Ventilen schalten nicht so oft wie Standard-2-Wege-Ventile, um Druckänderungen im System auszugleichen, die sich auf den Durchfluss auswirken, was zu Energieeinsparungen führt.
Hier ist eine vereinfachte Erklärung des PICV-Betriebs unter Verwendung eines Zweiventilsystems. Das zweite Ventil (V2 in der Grafik unten) regelt die Druckdifferenz über dem ersten Ventil (V1) über ein Rollmembranelement gegen eine Feder. Das erste Ventil ist ein kalibriertes Gerät mit variabler Blende, das durch den Stellantrieb eingestellt wird (ähnlich einem standardmäßigen modulierenden Regelventil).
Die Membran reagiert auf das System und regelt die Druckdifferenz über der Öffnung des betätigten Steuerventils, um dessen Durchflussrate aufrechtzuerhalten.
Bei einem PICV (siehe Grafik unten) ändert sich bei der Voreinstellung der maximalen Durchflussmenge die Einlassblende in der Größe, was die Hublänge nicht beeinträchtigt. Beim Aussteuern werden die Blendenflächen vom Aktuator mit vollem Hub beaufschlagt. Dies führt dazu, dass sich die Öffnungsfläche bei einer vertikalen Bewegung in der Größe ändert.
Die Bedeutung eines ausgewogenen Systems
Der Zweck eines automatischen Durchflussregelventils besteht darin, sicherzustellen, dass jede Spule jederzeit und unter allen Lastbedingungen den richtigen Durchfluss hat. Ein HVAC-System befindet sich im Gleichgewicht, wenn der Fluidfluss durch die Spule innerhalb von plus oder minus 10 % des Auslegungsflusses liegt. Wenn das System nicht im Gleichgewicht ist, führt die ungleichmäßige Verteilung des Durchflusses zu einem zu hohen Durchfluss in einigen der Spulen und zu einem zu geringen Durchfluss in anderen. Spulen mit unzureichenden Durchflussraten konditionieren nicht angemessen. Spulen mit überschüssigem Durchfluss werden nicht effizient arbeiten. Sie verschwenden Energie, da der Durchfluss zu hoch ist, um die Energiemenge zu maximieren, die zwischen dem Wasser und der durch die Spule strömenden Luft übertragen wird, wodurch die Pumpenergie erhöht wird, und die Bewohner werden sich über heiße und kalte Stellen im Gebäude beschweren.
Ein manuelles Abgleichventil wird verwendet, um den tatsächlichen Flüssigkeitsdurchfluss durch jede Spule auf den Solldurchfluss einzustellen, wobei alle automatischen Steuerventile in der vollen Durchflussposition geöffnet sind. Dies erfolgt durch manuelles Einstellen der Ausgleichsventile, eines nach dem anderen. Ein Ventil wird eingestellt, dann das nächste Ventil und so weiter. Bei jeder Einstellung ändert sich das System, sodass die zuvor ausgeglichenen Ventile nicht mehr ausgeglichen sind.
Aus diesem Grund empfiehlt ASHRAE, dass jedes Ventil mindestens dreimal eingestellt wird, um den tatsächlichen Durchfluss innerhalb von plus oder minus 10 % des Auslegungsdurchflusses zu erhalten und als „ausgeglichen“ zu gelten.
Probleme in HVAC-Systemen mit konventionellen Regelventilen
Selbst nachdem ein System manuell ausbalanciert wurde, wird es nur bei voller Durchflussposition ausbalanciert. Sobald ein Ventil im System seine Position ändert, ändert es den Druck des Systems und bewirkt, dass das System unausgeglichen wird und die Effizienz verringert. Dies führt zu Komfortproblemen, kann jedoch auch ein Problem verursachen, das als bekannt ist Low-Delta-T-Syndrom.
Delta T ist die Wassertemperaturdifferenz auf jeder Seite der Spule. Wenn der Wasserfluss durch die Spule zu hoch ist, wird die Wärme nicht effizient aus dem Raum entzogen. Im Kühlmodus ist die Rücklaufwassertemperatur kälter als vorgesehen, da das Wasser nicht genügend Zeit in der Spule verbracht hat, um eine angemessene Wärmeübertragung zu erreichen. Viele der modernen HLK-Systeme von heute verfügen über Pumpen mit variablem Durchfluss, um Energie zu sparen. Systeme mit variabler Geschwindigkeit verbrauchen weniger Energie als Systeme mit konstantem Durchfluss, wenn der Pumpenmotor mit niedrigeren Geschwindigkeiten angetrieben wird.
Theoretisch sollten Systeme mit variablem Durchfluss mit herkömmlichen Steuerventilen das Delta T an der Spule verbessern. Wenn sich jedoch der Druck in diesen Systemen ändert, nimmt der Durchfluss durch das Ventil zu oder ab. Diese Tatsache zeigt sich in der grundlegenden Durchflussformel (Flow=CV√∆p). Wenn die Druckdifferenz (Delta P) zunimmt, muss der Durchfluss zunehmen, wenn die offene Fläche gleich bleibt. Wir möchten den Durchfluss in der Spule nur dann ändern, wenn sich die Lastanforderung ändert, dann sollte der Stellantrieb reagieren, indem er den offenen Bereich des Ventils ändert. Diese Durchflussänderungen ohne Änderung der Stellantriebsposition führen normalerweise zu einem übermäßigen Durchfluss, insbesondere wenn hohe Spulendurchflussraten erforderlich sind. Dies führt zu einem niedrigen Delta T beim Kühlen und Heizen. Regelventile mit geringem Regelbereich machen die Regelung des Durchflusses in diesen Systemen noch schwieriger.
Ein Spulen-Delta T, das niedriger ist als das Design-Delta T, weist darauf hin, dass eine ineffiziente Wärmeübertragung vorliegt und das kalte Wasser, das zur Spule geleitet wurde, kalt bleibt, wenn es zurück zum Kühler fließt. Dies kann durch verschmutzte Spulen verursacht werden, wird aber häufig durch einen zu hohen Durchfluss verursacht, der durch diese Druckschwankungen im System verursacht wird. Dieser erhöhte Durchfluss verursacht eine schlechte Kühlung des besetzten Raums und bewirkt, dass die Pumpe unnötig schwer arbeitet. Kältemaschinen können als Reaktion auf den Durchfluss und nicht auf die Last hochstufen. Es könnte sogar dazu führen, dass der Kühler vereist. Wenn Sie den Fluss zur Spule durch Verlangsamen steuern können, können Sie Delta T erhöhen und gleichzeitig Pumpenenergie sparen.
Ein niedriges Delta T verursacht auch Probleme in Heizsystemen, insbesondere bei Verwendung von Brennwertkesseln. Wenn die Energie nicht vollständig auf die Heizschlangen übertragen wird, lässt die Temperatur des Wassers, das zum Kessel zurückkehrt, keine Kondensation des Kessels zu. Wenn dies geschieht, wird der Boiler zu einem teuren konventionellen Boiler. Diese Faktoren erhöhen die Betriebskosten und machen den Raum weniger komfortabel.
Ein niedriges Delta T erfordert auch zusätzliche Ausrüstung zum Heizen oder Kühlen des Wassers, da die Durchflussrate so hoch ist. Die Durchflussrate steht in direktem Zusammenhang mit Delta T und der Wärmeübertragung im Gerät. Delta T = BTUH/(500 gpm) Wenn also die Durchflussrate reduziert werden kann, steigt Delta T, sodass weniger Geräte zum Heizen oder Kühlen des Wassers verwendet werden können. Wenn die Durchflussrate halbiert wird, verdoppelt sich Delta T. Dies kann zu Einsparungen bei den Investitionskosten führen, da der Kauf zusätzlicher Kühler oder Pumpen vermieden werden kann.
Ventile in einem ineffizienten System wie diesem ändern häufig ihre Position, um die Temperaturschwankungen auszugleichen, die durch die Änderungen des Durchflusses verursacht werden. Dies erhöht den Verschleiß an den Ventilstellgliedern, sodass sie vorzeitig ausfallen können.
Vorteile des druckunabhängigen Regelventils (PICV-Vorteile)
Druckunabhängige Regelventile integrieren dynamische Abgleich- und Regelfunktionen in einem einzigen Produkt. Sie reagieren auf Druckänderungen, um den gewünschten Durchfluss aufrechtzuerhalten. Der Differenzdruckreglerteil des Ventils enthält eine Gummimembran, die durch die Druckdifferenz und eine Feder bewegt wird. Es ist auf der einen Seite dem Eingangsdruck und auf der anderen Seite dem Ausgangsdruck ausgesetzt. Wenn sich die Membran bewegt, betätigt sie ein Ventil, das den Druckabfall über dem Kugelventil unabhängig von Änderungen des Systemdrucks konstant hält. Der Kugelventilabschnitt moduliert dann, um den Raumsollwert beizubehalten, sodass der Durchfluss durch den Raumbedarf und nicht durch Änderungen des Systemdrucks variiert wird.
Und da das Ventil Regelventil und automatisches Abgleichventil in einem ist, ist die Installation einfacher. Es ist nicht erforderlich, ein Abgleichventil und ein Regelventil zu kaufen und zu installieren. Dies, zusätzlich zum Wegfall des Systemabgleichs und Neuabgleichs, spart Installationskosten.
Druckunabhängige Regelventile reduzieren die Anschaffungskosten durch geringere Kosten, kleinere Gerätekapazität und kleinere Rohrleitungsgröße. Sie eliminieren auch die Notwendigkeit teurer und komplexer Rücklaufleitungen. Sie reduzieren den Arbeitsaufwand für das Testen, Einstellen und Auswuchten erheblich. Dies ist besonders ausgeprägt bei Phasenprojekten, bei denen das gesamte System nach Abschluss jeder neuen Phase erneut ausbalanciert werden muss.
Auswahl, Installation und Wartung von PICV-Ventilen
Um verschiedenen Anwendungen gerecht zu werden, sind druckunabhängige Regelventile in einer Vielzahl von inkrementellen Durchflusseinstellungen erhältlich. Wählen Sie das richtige Ventil für Ihre Anwendung aus, indem Sie ein Ventil auswählen, das der Durchflussrate des Rohrschlangendesigns entspricht. Wählen Sie das kleinste Ventil, das diese Auslegungsdurchflussrate liefern kann, aber runden Sie bei Bedarf auf die nächste Größe auf.
Wie bei jeder Installation ist es am besten, Absperrventile zu verwenden, um die Wartung zu vereinfachen.
Druckunabhängige Regelventile haben kleine Kanäle im Ventilkörper zu beiden Seiten der Membran. Deshalb ist eine gute Wasserqualität wichtig. Siebe, die vor jedem Ventil installiert sind, entfernen relativ große Verunreinigungen wirksam. Diese Siebe schützen auch die Spulen und Geräte des Systems. Sie filtern jedoch keine sehr kleinen Partikel. Dazu ist es wichtig, die Qualität der Medien durch eine laufende Wasseraufbereitung und Filtration mit einem Nebenstromfilter (Bypass) sicherzustellen. Zur ordnungsgemäßen Inbetriebnahme gehört das Spülen des Systems.
Wenn die Pumpendrehzahl mit einem entfernten Differenzdrucksensor gesteuert wird, werden die größten Einsparungen erzielt, wenn der Sensor an dem am weitesten von der Pumpe entfernten druckunabhängigen Regelventil platziert wird. Auf diese Weise wird die Pumpe so angetrieben, dass sie nur die Förderhöhe entwickelt, die erforderlich ist, um das am weitesten entfernte Ventil und die Spule im System zu unterstützen.
Abschluss
Zusammenfassend vereinfachen druckunabhängige Regelventile die Installation und Inbetriebnahme. Sie liefern einen konstanten Durchfluss, auch wenn sich die Last ändert und Ventile im System öffnen und schließen. Dadurch wird der Aktuatorbetrieb reduziert und eine bessere Zonensteuerung erreicht. Sie reduzieren auch die Kosten und sorgen dafür, dass das gesamte System besser funktioniert, da Pumpen und Kühler mit dem richtigen Durchfluss zu jeder Spule effizient arbeiten.
