Válvulas de controle independentes de pressão (PICV) podem ajudar a reduzir os custos de energia e aumentar o conforto dos ocupantes em aplicações de bobina de aquecimento e resfriamento em edifícios. Um picv é melhor descrito como duas válvulas em uma: um padrão Válvula de controle de 2 vias e um válvula de balanceamento.

Introdução às válvulas PICV

As válvulas de controle independentes de pressão são uma válvula automática de controle de temperatura e uma válvula de regulamentação automática de fluxo embalada em um corpo da válvula. Uma válvula de esfera com uma inserção caracterizada funciona como uma válvula de controle de temperatura acionada regular, e um cartucho de controle de pressão fornece regulação automática de fluxo para manter um fluxo constante de água quente ou refrigerada, independentemente das mudanças na pressão do sistema.

Eles são usados ​​em muitos aplicativos HVAC de circuito fechado. Os sistemas com válvulas de controle independentes de pressão não precisam ser equilibrados e reequilibrados durante o comissionamento. Eles regulam e mantêm um fluxo constante para a bobina, pois a pressão da água no sistema varia com as mudanças de cargas.

Isso oferece melhor conforto, aumenta a eficiência energética, reduz a operação do atuador e reduz as chamadas caras. Válvulas independentes de pressão permitem que o sistema tenha um desempenho melhor. Com o fluxo certo para cada bobina, caldeiras e chillers são mais eficientes

Princípio da operação

O PICV obtém resultados ótimos porque apenas a quantidade necessária de água quente (em GPM) e água refrigerada (no GPM) é entregue nas bobinas de aquecimento e resfriamento. As válvulas de controle de duas vias padrão permitem transbordar e fluir, especialmente se o CV for superdimensionado ou subdimensionado. Isso gera excesso de água na bomba para compensar sua imprecisão, o que aumenta o custo de bombeamento.

Os atuadores das válvulas PICV não pedalam com tanta frequência quanto as válvulas de duas vias padrão para compensar as alterações de pressão no sistema que afetam o fluxo, o que resulta em economia de energia.

Aqui está uma explicação simplificada da operação PICV usando um sistema de duas válvulas. A segunda válvula (v2 no gráfico abaixo) regula o diferencial de pressão na primeira válvula (v1) usando um elemento de diafragma rolante contra-atendido por uma mola. A primeira válvula é um dispositivo de orifício variável calibrado ajustado pelo atuador (semelhante a uma válvula de controle de modulação padrão).

O diafragma reage ao sistema e regula o diferencial de pressão através do orifício da válvula de controle acionado para manter sua taxa de fluxo.

Em um picv (veja o gráfico abaixo), ao pré-definir a taxa de fluxo máxima, o orifício de entrada muda de tamanho, o que não interfere no comprimento do curso. Ao modular, as áreas de orifício são afetadas pelo atuador usando o curso completo. Isso resulta na área de orifício que muda de tamanho com um movimento vertical.

A importância de um sistema equilibrado

O objetivo de uma válvula de regulamentação automática de fluxo é garantir que cada bobina tenha o fluxo correto o tempo todo e sob todas as condições de carga. Um sistema HVAC está em equilíbrio quando o fluxo do fluido através da bobina está dentro de mais ou menos 10% do fluxo de design. Se o sistema não estiver em equilíbrio, a distribuição desigual do fluxo criará muito fluxo em algumas bobinas e pouco fluxo em outros. As bobinas com taxas de fluxo inadequadas não condicionam adequadamente. As bobinas com o fluxo excedente não terão um desempenho com eficiência. Eles desperdiçarão energia porque o fluxo será muito alto para maximizar a quantidade de energia transferida entre a água e o ar que flui através da bobina aumenta a energia de bombeamento e os ocupantes reclamarão de pontos quentes e frios no edifício.

Uma válvula de balanceamento manual é usada para ajustar o fluxo de fluido real através de cada bobina para projetar fluxo, com todas as válvulas de controle automáticas abertas à posição de fluxo total. Isso é feito definindo manualmente as válvulas de equilíbrio, uma de cada vez. Uma válvula é definida, a próxima válvula e assim por diante. Cada vez que um é ajustado, o sistema muda, portanto, as válvulas que foram equilibradas anteriormente não são mais equilibradas.

É por isso que ashrae recomenda que cada válvula seja definida pelo menos 3 vezes para obter fluxo real dentro de mais ou menos 10% do fluxo de projeto e seja considerado "equilibrado".

Problemas nos sistemas HVAC usando válvulas de controle convencionais

Mesmo depois que um sistema é equilibrado manualmente, ele é equilibrado apenas em posição de fluxo total. Uma vez que qualquer válvula no sistema muda de posição, ela altera a pressão do sistema e faz com que o sistema fique desequilibrado e reduz a eficiência. Isso causará problemas de conforto, no entanto, também pode causar um problema conhecido como síndrome do delta baixo.

Delta T é a diferença de temperatura da água em cada lado da bobina. Se o fluxo da água através da bobina estiver muito alto, ela não extrairá calor do espaço com eficiência. No modo de resfriamento, a temperatura da água de retorno será mais fria do que a projetada porque a água não passou tempo suficiente na bobina para ter uma transferência de calor adequada. Muitos dos sistemas modernos de HVAC atuais têm bombas de fluxo variáveis ​​para economizar energia. Os sistemas de velocidade variável usam menos energia do que os sistemas de fluxo constante quando o motor da bomba é acionado em velocidades mais lentas.

Em teoria, sistemas de fluxo variáveis ​​com válvulas de controle convencionais devem melhorar o delta t na bobina. No entanto, à medida que a pressão muda nesses sistemas, o fluxo através da válvula aumentará ou diminuirá. Esse fato é evidente na fórmula básica de fluxo (fluxo = cv√∆p). À medida que o diferencial de pressão (Delta P) aumenta, o fluxo deve aumentar se a área aberta permanecer a mesma. A única vez que queremos alterar o fluxo na bobina é quando o requisito de carga muda, o atuador deve responder alterando a área aberta da válvula. Essas mudanças no fluxo sem uma alteração na posição do atuador geralmente resultam em fluxo excessivo, especialmente ao pedir altas taxas de fluxo de bobina. Isso resultará em um delta baixo em resfriamento e aquecimento. As válvulas de controle com baixa capacidade de faixa tornam o controle do fluxo ainda mais difícil nesses sistemas.

O delta da bobina que é menor que o delta t indica que há uma transferência de calor ineficiente e a água fria que foi enviada para a bobina permanece fria quando volta para o chiller. Isso pode ser causado por bobinas sujas, mas geralmente é causado por um fluxo muito alto causado por essas flutuações de pressão no sistema. Esse aumento do fluxo causa fraco resfriamento no espaço ocupado e faz com que a bomba trabalhe desnecessariamente duro. Os chillers podem encenar em resposta ao fluxo e não carregar. Pode até fazer com que o chiller gelo. Se você puder controlar o fluxo para a bobina, desacelerando -o, poderá aumentar o delta t enquanto economiza energia da bomba.

O baixo delta T também causa problemas nos sistemas de aquecimento, especialmente ao usar caldeiras de condensação. Se a energia não for completamente transferida para as bobinas de aquecimento, a temperatura da água que retorna à caldeira não permitirá que a caldeira se condense. Quando isso acontece, a caldeira se torna uma caldeira convencional cara. Esses fatores aumentarão o custo de operação e tornarão o espaço menos confortável.

A baixa delta T também requer equipamento adicional para aquecer ou resfriar a água, pois a taxa de fluxo é muito alta. A taxa de fluxo está diretamente relacionada ao delta T e à transferência de calor no equipamento. Delta t = btuh/(500 gpm) Portanto, se a taxa de fluxo puder ser reduzida, o delta T aumentará para que menos equipamentos possam ser usados ​​para aquecer ou esfriar a água. Se a taxa de fluxo for cortada em metade, o delta t for dobrado. Isso pode resultar em economia de despesas de capital, pois a compra de chiller ou bombas adicionais pode ser evitada.

Válvulas em um sistema ineficiente como esse frequentemente mudam de posição para compensar as flutuações de temperatura causadas pelas alterações no fluxo. Isso aumenta o desgaste nos atuadores da válvula, para que eles possam falhar prematuramente.

Vantagens da válvula de controle independente de pressão (vantagens PICV)

As válvulas de controle independentes de pressão integram funções dinâmicas de equilíbrio e controle em um único produto. Eles respondem a mudanças na pressão para manter o fluxo desejado. A parte do regulador de pressão diferencial da válvula incorpora um diafragma de borracha que é movido pelo diferencial de pressão e uma mola. É exposto à pressão de entrada de um lado e à pressão da saída do outro. À medida que o diafragma se move, ele opera uma válvula que mantém a queda de pressão na constante da válvula de esfera, independentemente das mudanças na pressão do sistema. A seção da válvula de esfera modula para manter o ponto de ajuste da sala, para que o fluxo varia com a demanda da sala, não por mudanças na pressão do sistema.

E como a válvula é uma válvula de controle e uma válvula de balanceamento automática em uma, a instalação é mais fácil. Não há necessidade de comprar e instalar uma válvula de equilíbrio e uma válvula de controle. Isso, além de nenhum balanceamento e re-balanceamento do sistema, economiza custos de instalação.

As válvulas de controle independentes de pressão reduzem o primeiro custo com menor custo, menor capacidade de equipamento e tamanho de tubulação menor. Eles também eliminam a necessidade de tubulação de retorno reverso caro e complexo. Eles reduzem bastante o trabalho de teste, ajuste e equilíbrio. Isso é especialmente pronunciado em projetos em fases, onde todo o sistema deve ser equilibrado novamente à medida que cada nova fase é concluída.

Seleção, instalação e manutenção da válvula PICV

Para atender a várias aplicações, as válvulas de controle independentes de pressão vêm em uma ampla variedade de configurações de fluxo incremental. Selecione a válvula correta para o seu aplicativo escolhendo uma válvula que corresponda à taxa de fluxo de projeto da bobina. Selecione a menor válvula capaz de fornecer essa taxa de fluxo de projeto, mas arredonde para o próximo tamanho quando necessário.

Como em qualquer instalação, é melhor usar válvulas de isolamento para facilitar a manutenção.

As válvulas de controle independentes de pressão têm pequenos canais no corpo da válvula para ambos os lados do diafragma. Isso torna a boa qualidade da água importante. Os filtros instalados antes de cada válvula são efetivos na remoção de contaminantes relativamente grandes. Esses filtros também protegerão as bobinas e equipamentos do sistema. No entanto, eles não filtram partículas muito minúsculas. Para isso, é importante garantir a qualidade da mídia com tratamento de água e filtração em andamento com um filtro de fluxo lateral (desvio). O comissionamento adequado inclui a descarga do sistema.

Além disso, se a velocidade da bomba for controlada com um sensor de pressão diferencial remoto, a maior economia alcançada colocando o sensor na válvula de controle independente da pressão localizada mais longe da bomba. Dessa forma, a bomba é acionada para desenvolver apenas a cabeça necessária para suportar a válvula e a bobina mais remotas do sistema.

Conclusão

Em conclusão, as válvulas de controle independentes da pressão simplificam a instalação e o comissionamento. Eles fornecem um fluxo constante, mesmo quando as cargas mudam e as válvulas no sistema se abrem e fecham. Isso reduz a operação do atuador e oferece melhor controle de zona. Eles também reduzem os custos e fazem com que todo o sistema funcione melhor, porque com o fluxo certo para cada bobina, bombas e chillers operam com eficiência.

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