Danfoss DH News II. 2006 DANFOSS. PRO LEPŠÍ ŽIVOT.
Události Pavel Moravec sales manager
Vážení přátelé, již podruhé se Vám do rukou dostává náš občasník DH News, tentokrát společně s pozvánkou k návštěvě výstavy Aqua-therm 2006. V nejaktuálnějším čísle si Vám dovolujeme předložit novinky ze společnosti Danfoss. Poslední událostí je převzetí rakouské firmy Nopro - významného dodavatele předávacích stanic a specialistu na soustavy centrálního zásobování teplem, které ve zdroji tepla spalují bioamasu. Opět Vám představíme některé novinky ze širokého sortimentu komponentů pro regulaci soustav a stanic CZT. Určitě již někteří z Vás zaznamenali aktivity firmy Danfoss v oblasti dodávek výměníkových stanic. Také v České republice se nám již podařilo realizovat řadu různých projektů a v našem příspěvku v tomto čísle se s Vámi podělíme o zkušenosti získané z aplikace bytových předávacích stanic. Jistě, čtenář může namítnout, že v České republice již máme mnoho obdobných projektů a že se jedná jen o dalšího dodavatele. Nicméně si dovolím tvrdit, že žádná z dosud použitých technologií v oblasti bytových předávacích stanic nedosahuje obdobných parametrů přesnosti regulace teploty teplé vody, jako jsou stanice Danfoss s regulátory AVTI. Přesvědčete se prosím sami v článku o realizovaném projektu v Olomouci. Na závěr bych Vás chtěl pozvat na výstavu Aqua-therm 2006, kde nás najdete na shodném místě jako minulý rok s řadou dalších novinek. Na shledanou se těší team pracovníků firmy Danfoss. Pavel Moravec Sales Manager, divize Tepelné techniky
Převzetí společnosti NOPRO Pavel Moravec sales manager
Danfoss uzavřel smlouvu o budoucím převzetí 100 procentního podílu firmy Nopro Wärmesysteme. Faktické převzetí firmy bude účinné od 1. ledna 2006. Nopro Wärmesysteme má sídlo v Rakousku a na trh dodává výměníkové stanice a regulační prvky pro centrální zásobování teplem. Firma se specializuje na malé a středně velké soustavy, kde se jako palivo používá biomasa. Společnost má 35 zaměstnanců a obrat v roce 2005 byl přibližně 5 milionů EUR. Nejnovější akvizice přispěla k posílení pozice firmy Danfoss jako největšího dodavatele na trhu s předávacími stanicemi. Trh s centrálním zásobováním teplem a to konkrétně, kde se ve zdrojích tepla spaluje biomasa se soustředí hlavně v Rakousku, jižním Německu a severní Itálii, a vykazuje výrazné růstové tendence. „Domníváme se, že dálkové topné systémy na biomasu představují mezeru na trhu se značným potenciálem. Již dnes jsme vedoucím hráčem na trhu se stanicemi pro centrální zásobování teplem a komponenty. Nopro vlastní cenné znalosti a schopnosti v oblasti systémů s biomasou, zrovna tak jako značný podíl na
současném, rychle rostoucím trhu. Na základě toho se domníváme, že dohromady můžeme mít podstatný vliv na trh v nadcházejících letech,“ říká výkonný víceprezident společnosti Danfoss A/S, Niels B. Christiansen.V budoucnosti se ústředí firmy Nopro v Katschi stane kompetentním střediskem pro řešení problematiky soustav centrálního zásobování teplem spalujících biomasu. Generální ředitel firmy Nopro, pan Hugo Zeiler, bude i nadále pověřen řízením společnosti. „Trh si více a více žádá inteligentní celková řešení a Nopro a Danfoss budou dostatečně vybaveni, aby splnily tento požadavek. Doufáme také, že v delším časovém horizontu budeme schopni rozvinout technologii založenou na biomase na úplně nových trzích díky dobře rozvinuté síti obchodních zastoupení společnosti firmy Danfoss“, říká člen nejužšího vedení divize „Building Controls“ v oddělení dálkového vytápění Danfossu, Troels H. Petersen. Rakousko je průkopnický trh pro soustavy centrálního zásobování teplem založených na biomase. V současnosti je zde více než 400 aplikací, které běžně pokrývají 100-200 připojení. U soustav centrálního zásobování teplem založených na biomase spotřebitelé dosahují plné ekonomičnosti, která je obvykle o 50 procent lepší než srovnatelné vytápění s vlastním olejovým nebo plynovým spalováním.
1
Popis řešení bytových domů na Okružní ulici v Olomouci - Nová ulice. Ing. Jan Vamberský sales engineer obor HVAC
V Olomouci se v poslední době rozšiřuje počet bytových terasových domů vyprojektovaných ing. arch. Ladislavem Opletalem. Jedná se o moderní bydlení, každý z bytů má vlastní terasu, samozřejmostí je kryté parkování. Navíc je obytný soubor proveden na okraji města na zvýšeném místě, kde je mimořádně pěkný rozhled.
nem Boysenem. Bylo velmi příjemné se dozvědět, jaké problémy a jaké záměry měli při tvorbě nejen tohoto zařízení, protože pan „mistr – regulátor diferenčního tlaku“ (přezdívka pana Boysena ze Švédska, kde dlouho působil jako expert na hydrauliku topných sítí) rozhodně zkušenosti neskrývá. Naopak bylo mimořádně poučné se dozvědět o řešení problémů spojených nejen s bytovými stanicemi.
Byty jsou provedeny s variabilní dispozicí. Samozřejmostí je uživatelská volba vybavení bytu, zejména se to projevuje na vybavení zařízeními TZB. Nároky na maximální uživatelský komfort se projevuje nejen při instalacích různorodých a velmi kvalitních zařizovacích předmětů, ale i v instalacích topení a zdravotechniky. Samozřejmostí je požadavek na dostatečnou kvalitu otopné soustavy, která musí zabezpečovat nejen dostatečné ale i úsporné vytápění, pokud možno s důrazem na možnost uživatelské volby parametrů vytápění – času i parametrů teploty. Dalším požadavkem je stabilní a úsporná produkce TV ve všech provozních stavech, v dostatečné kvalitě a kvantitě s rozhodujícím důrazem na stabilitu chodu. Při zadaných parametrech a při požadavcích na tyto hodnoty bylo řešení celkem jednoduché – bytové předávací stanice.
Sama armatura AVTI je zařízení jediné svého druhu v moderní průmyslové výrobě. Jedná se o armaturu vícefunkční, která spojuje následující funkce:
Firma Danfoss, která se stala vítězem výběrového řízení na tyto akce produkuje velké množství typů, které by bylo možno pro tento účel navrhnout. S ohledem na mimořádné požadavky na tyto stanice byla provedena volba stanice, která byla i laboratorně vyhodnocena jako nejlepší s nejstabilnějšími parametry. Jedná se o typ Danfoss Akva Multi. V této stanici byla instalována armatura, která byla navržena vývojovými pracovníky Danfoss speciálně pro náročné aplikace. Jedná se o armaturu AVTI. Na jejím vývoji pracovali odborníci z Danfossu, kteří opravdu vědí jak řešit problémy v dané oblasti. Osobně jsem měl čest se potkat s jedním z tvůrců této skvělé armatury, panem Herma-
2
-
regulátor diferenčního tlaku pro topný systém. Pro celou stanici je požadován poměrně vysoký diferenční tlak na patě stanice (30-50 kPa). Tento slouží pro správnou funkci okruhu přípravy TV. Nicméně, pokud by tento tlak byl přepouštěn rovnou do topného systému, hrozil by značný průtok a s tím spojené nežádoucí hlukové efekty.
-
termostatický ventil, který řídí teplotu výstupní TV. Při dosažení požadovaného tlaku na patě stanice je chod a produkce TV mimořádně stabilní. V laboratorních poměrech bylo dosaženo kolísání ±0,5 °C. Skutečná provozní hodnota je o něco vyšší, ale i + 1°C maximálně, je hodnota zcela ojedinělá.
-
funkce bypassu. Je nutno zabezpečit prohřívání přípojky ke stanici, aby stanice sama mohla při požadavku na produkci TV, okamžitě „zabrat“. To je zabezpečeno minimálním průtokem přes stanici, který je navíc řízen na nižší teplotu, než je teplota přívodní.
Sama instalace stanic v bytech byla provedena tak, aby co nejméně zabírala vnitřní prostor. Nebyla volena instalace zabudované stanice, ale pouze stanice v plochém provedení (hl. 110 mm) překrytá bíle lakovaným krytem jak je ostatně vidět na přiložených fotografiích.
-
parametry TV, které jsou klíčové pro hodnocení správné funkce je možno ještě ručně donastavovat pomocí imbusového šroubu. Je však potřeba podotknout, že pro běžnou potřebu plně postačí tovární „default“ nastavení.
Jak je vidět, byla stanice provedena kvalitně a připojena na topný rozvod, kde je možno ocenit přístup montážní organizace MIZ Olomouc s.r.o.
Při nabíhání stanic došlo k paradoxnímu efektu, stanice je do dosažení parametrů na primární topné dvoutrubkové síti „líná“ a vypadalo, že není schopna produkovat dostatečné parametry. Ukázalo se, že při postupném zvyšování parametrů, se lepší každou minutou. Po dosažení parametrů (60-65°C, rovnoměrně v síti) se situace radikálně změnila a stanice přešla do správných provozních parametrů. Dalším problémem je správné plnění domovního rozvodu upravenou vodou (z hlediska dlouhodobějšího) a zbavení soustavy vzduchu správným odvzdušněním (z hlediska krátkodobějšího). Z tohoto jasně vyplývá, že je při přípravě akce nutno spolupracovat se zkušenými projektanty, nebo nechat návrh na pracovnících Danfoss, kteří zajistí správný návrh soustavy tak, aby bylo dosaženo nejen správné, ale i provozně a investičně úsporné. Zde je možno ocenit spolupráci s olomouckým Alfaprojektem (jmenovitě s ing. Hynkem), který provedl projektovou dokumentaci velmi napomohl bezproblémové funkci systému. Nejen však správná funkce samotné stanice je důležitá. Svou důležitost má i odečet dat ze spotřeby tepla a studené vody pro celý byt dálkovým způsobem, tedy bez nutnosti vstupu do jednoho každého bytu. Ve stanicích bylo voleno kvalitní ultrazvukové měřidlo Danfoss Sonometer s M-BUSovou kartou se dvěma impulsními vstupy. Jeden z nich je využit pro vstup údajů z impulsního vodoměru studené vody. Data jsou převedena pomocí kabelové sítě M-BUS do domovní centrály v suterénu budovy, kde odečítací služba pouhým kabelovým propojením svého notebooku s domovní centrálou pomocí sériového propojení RS 232, odečítá data a po zpracování programem, který dodává firma Danfoss zdarma, umožňuje přímé vytvoření účetních sestav pro fakturaci.
3
Bytové kompaktní předávací stanice tepelných soustav Prof. Ing. Karel Laboutka firma: LABOUTKA ENGINEERING
Obsah
1. Historie 2. Vývoj prefabrikovaných domovních a bytových stanic 2.1 Vývoj u nás 2.2 Vývoj v zahraničí 3. Současný stav a možnosti aplikace prefabrikovaných kompaktních předávacích stanic v bytech 3.1 Přehled hlavních typů bytových stanic 3.2 Přehled hlavních typů domovních stanic 4. Hlavní důvody zavádění bytových předávacích stanic
3 - období s prakticky neomezenou součástkovou základnou. Začátek uplatnění prefabrikovaných funkčních uzlů (okruhy otopných soustav, prefabrikace předávacích stanic, prefabrikace zabezpečovacích zařízení.
Seznam obrázků
1- Bytová předávací stanice tlakově závislá (typ VITA) 2 - Bytová předávací stanice tlakově závislá (typ VITA) 3- Bytová předávací stanice tlakově závislá (typ LUX) 4 - Bytová předávací stanice tlakově závislá (typ LUX) 5 - Bytová předávací stanice tlakově závislá (typ MULTI) 6- Bytová předávací stanice tlakově závislá (typ MULTI) 7 - Domovní předávací stanice až pro 7 bytových jednotek tlakově závislá (typ VMTD) 8 - Domovní předávací stanice až pro 7 bytových jednotek tlakově závislá (typ VMTD) 9 - Domovní předávací stanice až pro 14 bytových jednotek tlakově závislá (typ VVX) 10-Domovní předávací stanice až pro 14 bytových jednotek tlakově závislá (typ VVX ) 1. Historie Vývoj projekce a montáže ústředního vytápění včetně přípravy teplé vody pro bytové domy můžeme za posledních 50 let rozdělit v ČR do následujících vývojových oblastí:
Obr. 3 Akva Lux
Obr. 4 Akva Lux TD
4 - současnost. Důsledná prefabrikace, včetně automatické regulace, měření odebraného tepla. V důsledku zdražení energií podstatné zvýšení tepelného odporu obvodového pláště budov využití rekuperace tepla větracího vzduchu. Výpočetní technika pro simulaci nestacionárního sdílení tepla v obytném objektu by mělo značně ovlivnit výpočet tepelné ztráty a stanovení velikosti otopené plochy a zdroje tepla. Rozumné využití netradičních zdrojů tepla.
1 - období s naprostým nedostatkem součástí jak v množství, tak v druzích a kvalitě. 2 - období s větším výběrem součástkové základny. Snaha o větší prefabrikaci funkčních uzlů a zavedení nových vytápěcích soustav. Přenesení montážních prací mimo stavbu.
Obr. 5 Akva Multi TDP
Obr. 6 Akva Multi TDP-F
2. Vývoj prefabrikovaných domovních a bytových stanic 2.1 Vývoj u nás
Pokusy katedry techniky prostředí s externisty Dr.Lážnovským, Ing.Kotrbatým, Dr. Fischerem, Dip. tech. Markem (Pozemní stavby Plzeň) Obr. 1 Akva Vita
4
Obr. 2 Akva Vita TD
2.2 Vývoj v zahraničí
- Švédsko. Experimentální sídliště 60ti rodinných domků s kompaktními bytovými (domovní) předávacími stanicemi napojenými na vnější bezkanálový dvoutrubkový rozvod s plastickými trubkami se spoji vyvinutými firmou Wirsbo (před 30ti lety). Tepelné ztráty domků se pohybovaly 4 až 6 kW. Centrální kotelna obsahovala kotle s olejovými hořáky. Později se objevovaly centrální kotelny s kombinací kotlů na topný olej s kotli na spalování dřevěných peletek (lisovaných z rákosí). - Dánsko, Německo V roce 1973 vznikla firma REDAN a.s., která se od roku 2002 stala členem skupiny Danfoss. V současnosti jsou schopny dodat až 1000 alternativ kompaktních předávacích stanic. 3. Současný stav a možnosti aplikace prefabrikovaných kompaktních předávacích stanic v bytech a rodinných domech Tyto stanice jsou v současné době dopravovány i do ČR. První montáže byly provedeny v Olomouci. 3.1 Přehled hlavních typů bytových stanic - Stanice tlakově závislá VITA, vhodná pro byty
obr. 1, obr. 2 Příklady výkonů (max pro tp = 90 °C) Vytápění 15kW TV (10/50°C ) 30kW
Obr. 9 Termix VVX 3.2 Přehled hlavních typů domovních stanic - Domovní tlakově závislá předávací stanice typ VMTD obr. 7 a 8 pro 7 bytových jednotek.
Vytápění TV ( 10/50 °C) -
33 až 85kW
Domovní tlakově závislá předávací stanice typ VVX
obr. 9 až 10 až pro 14 bytových jednotek Vytápění až 80kW (6kW / bytová jednotka ) TV ( 10/50°C ) až 95kW
Obr. 7 Termix VMTD
-
2.
Zamezení chybné montáže. Automatická regulace je již vestavěna.
3.
Výroba předávací stanice je zajišťována moderní technologií z kvalitních materiálů (nerez a měď).
4.
Stanice je jednoduché zařízení umístěné na zdi, ve skříni nebo dokonce vestavěné do zdi velikosti 600x400x200mm.
5.
Stanice zajišťuje kdykoli (bez ohledu na vnější klima) provoz vytápění a přípravu TV dle volby uživatele.
Bytová stanice tlakově závislá LUX vhodná pro
byty obr. 3 a 4 Vytápění TV (10/50°C ) -
Obr. 8 Termix VMTD-F
4. Hlavní důvody zavádění bytových předávacích stanic 1. Snížení pracnosti montáže na stavbě. Je možno ve velmi krátké době rekonstruovat jednotlivé kotelny na předávací stanice napojené na centrální zdroj tepla (CZT nebo výtopna).
15kW 50kW
Bytová stanice tlakově závislá MULTI obr. 5 a 6.
Vytápění TV (10/50°C )
15kW 50kW
Regulace s nově vyvinutým multifunkčním zařízením přímočinným regulátorem (řídí tlakový rozdíl a přednostní přípravu TUV).
5
6.
Tepelná voda je připravována průtokovým způsobem, tj. vždy čerstvá bez např. legionel apod. v poměrně velkém množství (až 10001/h na byt).
7.
Jednoduché měření odebraného tepla současně pro vytápění a TV.
8.
Možnost spalování biomasy a netradičních zdrojů tepla v centrální výtopě.
s trubkami z plastických materiálů předizolované. Zapojení objektů souproudovým způsobem (Tichelmann). 3.
V objektech (rodinné domky) budou umístěny kompaktní prefabrikované předávací stanice (typ VITA, LUX, MULTI – apod.) s plnou automatikou a přípravou TV s průtokovým zapojením a předností TV před vytápěním. Stanice mohou být umístěny na vnitřní stěně garáže resp. v bytě. Stanice obsahují měření odebraného tepla (celkově – vytápění a příprava TV ).
4.
V současné době není ještě dostatek podkladů pro ekonomické vyhodnocení ekonomických ukazatelů, ale předpokládá se, že investice vzrostou asi o 30 %, ale provozní náklady klesnou o 40 %. Především ale podstatně se sníží pracnost tohoto uspořádání na stavbě proti současně realizovaných objektů se samostatnými plynovými kotelnami s nutností přívodu plynu, stavbou, vyvložkováním nebo nerez komínem!
5. Závěr Podle předchozího rozdělení etap vývoje vytápění jsme ve 4. vývojové etapě, tj. máme nadbytek součástkové základny, objevují se prefabrikované předávací stanice na vysoké konstrukční, funkční a materiálové úrovni. Projektant má tak možnost si splnit nejrůznější dříve tzv. ,,sny‘‘.
Obr. 10 Termix VVX Compact
Pro seskupení rodinných domků (ať řadového nebo ,,hnízdové‘‘) doporučuji :
6
1.
Zdroj tepla výtopna v alternativách : - se dvěmi skupinami kotlů a) plynové b) na spalování biomasy - s kogeneračními jednotkami.
2.
Venkovní rozvod dvoutrubkový bezkanálový
Přímočinné regulátory Danfoss - ventily pro všechny typy aplikací Hanuš Kny technical support
Změny v označení regulátorů střední výkonové řady Pro zjednodušení výroby, návrhu a prodeje firma Danfoss sloučila dvě skupiny přímočinných regulátorů tlakové diference, průtoku a teploty dodávané do konce roku 2005 pod označením AV a AI, do jedné skupiny, která je dodávána od počátku roku 2006 pod společným označením AV. Toto sloučení umožnilo zrušit některé dimenze armatur shodné funkce, které byly nabízeny v obou řadách. Dále byly sloučeny připojovací rozměry všech typů pohonů (lakových, teplotních i motorických). Informace o nových regulátorech jsou v datových listech, návodech a ceníku, které jsou umístěny na naší webové stránce. Typy a funkce přímočinných regulátorů Přímočinné regulátory tlakového rozdílu, průtoku a teploty byly vždy ve firmě Danfoss jedním z nosných prvků v nabídce regulačních prvků pro systémy dálkového vytápění. Většina zákazníků si je oblíbila kvůli jejich jednoduchosti, provozní spolehlivosti a robustní konstrukci. Díky tomu, že ke své činnosti nepotřebují napojení na vnější zdroj energie jsou s výhodou používány jako prvky chránící topné soustavy před havarijními stavy i při výpadku elektrické energie. Společnost Danfoss nabízí široký sortiment těchto regulátorů, které se uplatňují všude tam, kde je potřeba dosahovat optimální regulační vlastnosti přímo, či nepřímo napojených soustav dálkového vytápění nebo chlazení. Základní dělení přímočinných regulátorů Regulátory se dělí podle velikosti do tří typových řad a podle řízené veličiny do dvou řad. Podle velikostí se armatury dělí na regulátory lehké řady a střední řady s prvními dvěma písmeny v označení AV a regulátory těžké řady s prvními dvěma písmeny označení AF. Podle řízené veličiny se armatury dělí na regulátory tlakového rozdílu a průtoku s třetím a čtvrtým písmenem v názvu P nebo Q a regulátory teploty s označením písmenem T. Regulátory tlaku, tlakové diference a průtoku Regulátory tlaku, tlakové diference a průtoku pracují na principu rovnováhy dvou sil na ovládacím vřetenu ventilu. Jedna síla vzniká na ovládací membráně působením rozdílu tlaků na začátku a na konci regulovaného úseku a druhá vzniká na pružině, která svým předpětím určuje požadovanou velikost regulované veličiny. Rozdílem těchto sil vzniká síla, působící na kuželku ventilu. Využití regulace tlakového rozdílu, nebo průtoku je výhodné ve všech typech soustav pro vytápění nebo chlazení.
V tabulce naleznete převodní tabulku s novými názvy přímočinných regulátorů střední řady. Převodní tabulka přímočinných regulátorů řady MD staré označení AVP AIP AVP-F AIP-F AVPB AIPB AVPB-F AIPB-F
nové označení
popis
AVP
Regulátor tlakové diference
AVP-F
Regulátor tlakové diference s pevným nastavením
AVPB AVPB-F
AIPB-V
AVPBT
AIPBT-F
AVPBT-F
AVPQ AIPQ AIPQ 4
AVPQ AVPQ 4
Regulátor tlakové diference s omezením průtoku Regulátor tlakové diference s omezením průtoku a pevným nastavením Regulátor tlakové diference a teploty s omezením průtoku Regulátor tlakové diference a teploty s omezením průtoku s pevným nastavením Regulátor tlakové diference a průtoku
AVPQ-F
AVPQ-F
Regulátor tlakové diference a průtoku s pevným nastavením
AIPQ-V
AVPQT
Regulátor tlakové diference, teploty a průtoku
AVPQM
AVPQM
Regulátor tlakové diference, teploty a průtoku s integrovaným regulačním ventilem
AIPA
AVPA
Regulátor tlakové diference přepouštěním
AIA AID AISD
AVA AVD AVDS
Regulátor tlaku přepouštěním Redukční ventil Redukční ventil na páru
SAIA
SAVA
Bezpečnostní regulátor tlaku přepouštěním
SAID AVQ AIQ AIQT AVQM AVQM-2 AIQM
SAVD
Bezpečnostní redukční ventil
AVQ
Regulátor průtoku
AVQT
Regulátor průtoku a teploty
AVQM
Regulátor průtoku s integrovaným redukčním ventilem
AVQMT-2
AVQMT
Regulátor průtoku a teploty s integrovaným regulačním ventilem
AIT AIT-U
AVT
Přímočinný teplotní pohon
STIL (actuator only)
STL
Bezpečnostní omezovač teploty (pohon)
STIW (actuator only)
STM
Bezpečnostní hlídač teploty (pohon)
STIL VIG 2
STLV
Bezpečnostní omezovač teploty
STIL VIS 2
STLS
Bezpečnostní omezovač teploty pro páru
STIL VIG 2 / AIT
STLV / AVT
Regulátor teploty, kombinovaný s omezovačem teploty
STIL VIS 2 / AIT
STMV / AVT
Regulátor teploty, kombinovaný s omezovačem teploty pro páru
STIW VIG 2 /AIT
STMV /AVT
Regulátor teploty, kombinovaný s hlídačem teploty
VIG 2 thread VIG 2 flange VIS 2 VIU 2 thread VIU 2 flange
VG VGF VGS VGU VGUF
2 cestný ventil 2 cestný ventil přírubový 2 cestný ventil pro páru 2 cestný ventil (NC) 2 cestný ventil přírubový (NC)
7
V těchto systémech kolísá tlaková diference, nebo průtok nejen v závislosti na venkovních teplotách, ale také na čase. Osazením regulátorů tlakové diference nebo průtoku se zajistí hydraulická rovnováha soustavy a tím se zvýší kvalita regulace, sníží hlučnost a prodlužuje životnost regulačních prvků soustavy. To má za následek zvýšení kvality dodávky tepla, nebo chladu všem odběratelům a tím také snížení nákladů na udržovaní požadovaného komfortu v obytných prostorách.
Regulátory teploty Regulátory teploty pracují na principu roztažnosti kapaliny, nebo plynu v závislosti na teplotě. Teplotní čidlo a pracovní vlnovec tvoří spojenou nádobu, naplněnou pracovním médiem (kapalinou, nebo plynem). Při nárůstu teploty na čidle se médium roztahuje a na vlnovci vzniká síla, která tlačí proti nastavovací pružině. Z rozdílu těchto sil vzniká síla, působící na kuželku ventilu. Regulátory teploty se s výhodou využívají v soustavách vytápění, nebo chlazení a v soustavách ohřevu teplé vody. V topných soustavách se využívají jako provozní regulátory výstupní teploty na konstantní hodnotu, jako havarijní omezovače výstupní teploty, nebo jako omezovače teploty zpátečky. V soustavách ohřevu teplé vody udržují požadovanou teplotu výstupní vody ze zásobníků při zásobníkovém ohřevu, nebo regulují výkon deskových výměníků při ohřevu průtočném. S výhodou jsou také používány jako havarijní omezovače teploty teplé vody. Kombinované regulátory Díky stavebnicové konstrukci regulačních ventilů Danfoss je možno vzájemně kombinovat výše uvedené funkce a nabízet v jednom prvku všechna požadovaná řešení a tím pokrýt široké spektrum aplikací. Pro regulaci tlakové diference a omezení průtoku v primárních okruzích
8
předávacích stanic se používá například kombinovaný regulátor AVPQ, který zajišťuje konstantní tlakovou diferenci na regulačním ventilu a zároveň omezuje maximální průtok soustavou. Pro omezení průtoku a regulaci výkonu deskových výměníků slouží například ventil AVQM, který omezuje průtok a zároveň pomocí osazeného motorického pohonu reguluje výkon zařízení. Obdobnou funkci, tj. omezení průtoku a regulaci výkonu deskových výměníků, nebo zásobníků teplé vody zajišťuje například ventil AVQT, kde je kombinován omezovač průtoku s přímočinným regulátorem teploty. K regulaci a havarijnímu zabezpečení max. teploty slouží například ventil VG/STMV/AVT. Je to armatura, která zabezpečuje provozní regulaci výkonu a zároveň hlídá maximální teplotu. Například teplé vody v soustavách ohřevů teplé vody. Použití kombinovaných regulátorů výrazně snižuje prostorové požadavky a zároveň také investiční náklady na zařízení. Vedle uvedených přímočinných regulátorů tlakové diference, průtoku a teploty, nabízí společnost Danfoss i další produkty, jako například elektronické regulátory, regulační ventily se servopohony, kulové kohouty, výměníky tepla a předávací stanice.
Odborná studie Tepelné sítě – objektové předávací stanice a návrh regulačních ventilů Herman Boysen manažer použití výrobku
1. Úvod Nezbytnou podmínkou pro dobře fungující objektové předávací stanice v tepelných sítích je optimální volba správných regulačních prvků pro stanice a jejich užívání podle účelu. Tím bude zaručena optimální funkce. Optimální funkce zajišťuje: nízkou spotřebu energie, značné vychlazení vody v tepelné síti, vysoký stupeň pohodlí, minimální provozní poruchy, dlouhou životnost, minimální údržbu. Vhodně zvolené prvky jsou takové, které splňují stanovené specifikace zahrnující tlak a teploty tepelné sítě, zrovna tak jako regulační ventily správných velikostí. Dále je to požadavek, aby stanice byly nastaveny podle aktuální spotřeby a tlakových a teplotních podmínek. Podmínky, které jsou obzvláště důležité vzhledem k dosažení dobrých výsledků, jsou uvedeny níže. Každá z uvedených podmínek bude vysvětlena dále v článku. 1. 2. 3. 4. 5.
Průtok kvs vychází z předem vypočítaného požadovaného průtoku (m3/h) kv = Q. (100 / Δpv)0,5 kde Q je potřebný průtok vody regulačním ventilem (m3/h) Δpv - je diferenční tlak na regulačním ventilu (kPa). Řízení teploty teplé vody ve výměníkových stanicích s otevřením ventilů pod hodnotami, které odpovídají kvr, může způsobit výkyvy v teplotách teplé vody. Zdvih, který odpovídá kvr je obyčejně nejnižší otevření, při kterém se dá očekávat stabilní regulace. Doporučení definují kvr následujícím způsobem. Jestliže se měřená regulační křivka ventilu porovná se základní křivkou příslušného ventilu, často bude existovat odchylka mezi základní křivkou a měřenou křivkou ventilu. Odchylka od ideální křivky bude často větší ve spodní části regulační křivky ventilu.
Regulační rozsah ventilu Autorita ventilu Přesnost regulace Regulace tlakového rozdílu Nastavení
2. Regulační rozsah ventilu Regulační rozsah regulačního ventilu vyjadřuje, jak pravidelná je regulační křivka. Text níže ukazuje, že čím vyšší je regulační rozsah regulačního ventilu, tím lepší je regulační schopnost ventilu. Německá doporučení VDI/VDE 2173 stanovují pravidla určování regulačního rozsahu ventilu. Regulační rozsah je zde definován jako poměr mezi kvs a kvr hodnotami ventilu
R=
kvs kvr
kde kvs je maximální (jmenovitý) průtok ventilem (m3/h) kvr - nejnižší průtok ventilem, při kterém je regulační křivka pravidelná (m3/h).
Obr. 1
Hodnota kvr ventilu za ideální křivky je stanovena mezi 0 a 10 % zdvihu ventilu na místě, kde se skutečný vzestup křivky ventilu odchyluje více než o 30 % od základní formy křivky (obr. 1). Pro regulaci dodávky tepla pro vytápění se běžně používá lineární křivka (charakteristika) ventilu ve spojení s přímočinnými ventily pro regulaci tlakového rozdílu a termostatická regulace teploty. Pro ventily k regulaci teploty vody se servomotorem se používá buď exponenciální, tzv. rovnoprocentní křivka, nebo jiný druh upravené křivky ventilu. Ventily s lineární charakteristikou mají obvykle vysoký regulační rozsah R = 50-200, kdežto u exponenciálních a logaritmických ventilů je obvyklý regulační rozsah R = 30-50.
9
Regulační rozsah pro regulaci dodávky tepla pro vytápění Požadavky na regulační rozsah jsou obzvláště důležité v soustavách s ohřevem vody, ve kterých primární průtok kolísá podle spotřeby teplé vody. Požaduje se, aby teplota teplé vody byla stabilní i za kolísající spotřeby. Pro splnění těchto požadavků ze zkušenosti vyplývá klást silný důraz na regulační vybavení a o nic méně na regulační rozsah ventilů s pohonem. Protože se nedá očekávat stabilní regulace při průtokovém množství, kdy hodnoty kv < kvr, jak jsme již zmínili, je nezbytné zajistit, aby ventil pracoval se zdvihem mezi kvr a kvs. Ve velkých soustavách s teplou vodou může být relevantní požadavek, aby byl regulační systém schopný řídit průtok až k množství, které v soustavě odpovídá dodávce teplé vody při sprchování jednoho člověka. Pro zajištění tohoto požadavku se ventil s pohonem volí tak, aby byl schopen regulace při vstupním exponentu kv > kvr, když se jediný člověk sprchuje. Hodnota kvr se počítá pomocí stanoveného R a kvs regulačního ventilu: kvr = kvs / R. Další informace o požadavcích na regulaci budou následovat dále v článku. Nejdůležitější částí předávacích stanic je část dvoustupňového ohřevu vody ve spojení s přímým výměníkem tepla (obr. 2). Když se podíváme na dvoustupňový ohřev, vidíme, že zpětná voda radiátorového okruhu předehřívá studenou vodu vstupující do výměníku-ohřívače teplé vody. Úkolem pro ventily s pohonem je také zajistit ohřev vody zbytkovým teplem teplou vodu ve výměníku-ohřívači. Nejnižší výkon ventilu s pohonem je tehdy, když je radiátorový okruh na maximální zátěži. Normální teplota teplé vody pro domácnost potom po
předehřátí často dosáhne 35-39 °C. Následkem toho bude třeba, aby pouze omezené množství dodatečné vody z tepelné sítě zajistilo na výstupu teplotu teplé vody přibližně 55 °C. Nejdůležitější okolnosti, za kterých ventily s pohonem musí pracovat v okruhu topné vody bez výkyvů, jsou tehdy, když je spotřeba teplé vody nízká a teplota zpátečky z vytápěcí soustavy je vysoká. To se často děje během zimního období, kdy je zátěž vytápěcí soustavy vysoká. Za těchto podmínek pracuje ventil s pohonem v nízkém otevření. Výpočet minimálního průtoku ventilu s pohonem pro ohřev teplé vody se může založit na následujících kritériích: Obr. 2 uvádí některé typické teplotní podmínky dvoustupňových předávacích stanic. V tabulkách 1 a 2 je výpočet ventilu s pohonem v soustavách s výkonem 300 kW. V tabulce 3 jsou uvedeny požadavky na tento ventil, které budou nutné ke zvládnutí stabilní regulace při průtoku, který odpovídá množství vody potřebné na sprchování. Výpočet je založen na minimálním doporučeném dostupném tlakovém rozdílu v síti = 100 kPa a ΔPv100 = 50 kPa na ventilu s pohonem. Dostupný tlakový rozdíl v síti bude často vyšší než základ pro výpočet ventilů. Výpočty dále ukazují, jak se požadavky na regulační rozsah zpřísňují, jestliže se tlakový rozdíl v síti Δp v příkladu zvýší na 300 kPa. V tomto příkladu výpočtu není stanice vybavena regulátorem tlakového rozdílu. Výpočet zahrnuje i spotřebu na oběh teplé vody. Výpočet je založen na průtoku cirkulující teplé vody, který je 10 % z maximálního průtoku, a na vychlazení cirkulujícího množství vody o 5 °C. Obrázek 3 znázorňuje požadavky na regulační rozsah jako funkci regulátoru tlakového rozdílu a odlišný výkon v soustavě s teplou vodou, s a bez regulátoru
Obr. 2
10
Výpočet průtoku Průtok sprchy a výkon vytápění - jedno odběrné místo Běžný průtok sprchy, QSH
12 l/min. (0.2 l/sec)
Teplota vody ve sprše, TSH
41 °C
Teplota studené vody, T21
10 °C
Studená voda ohřátá pro sprchu z 10 °C na 41 °C
31 °C
Výkon, jedno odběrné místo, PHW
= 0.2*3600*(41-10)*1.16/100
25.9 kW (22.7 Mcal)
Průtok teplé vody Teplota teplé vody, T22
55 °C
Teplota studené vody, T21
10 °C
Průtok sprchy, QHW
= 25.9*1000/(55-10)/1.16/3600
0.14 l/sec
Podle tabulky
ΔT ~ 39-55 °C,
16 °C
Výkon v tepelné síti, PDH1
= 0.14*3600*(55-39)*1.16/1000
9.35 kW (8.04 Mcal/h)
Průtok v tepelné síti - jedno odběrné místo Nárůst teploty ΔT ve druhém stupni výměníku tepla:
Teplota na přívodu v tepelné síti, T11 (zimní období)
100 °C
Zpětná teplota v tepelné síti (druhý stupeň), T12
43 °C
Průtok v tepelné síti, QDHmin
= 9.35*1000/(100-43)/1.16/3600
0.039 l/sec (0.14 m3/h) Tabulka 1
Průtok ventilu: výkon výměníku tepla 300 kW ΔpDH na vstupu
1,0 bar
Δpv, Δp na ventilu, základ pro určení velikosti ventilu
0,5 bar
Výkon
300 kW (258 Mcal/h)
teplota přívodu v tepelné síti (v létě) T11
65 °C
teplota zpětná v tepelné síti T12
25 °C
průtok v tepelné síti, Qmax
= 300*1000/(65-25)/1.16/3600
1,8 l/sec (6,4 m3/h)
Jmenovitý průtok ventilu, kv
= Qmax/√ΔPv; kv = 6,4/√0,50
9,05 m3/h VF2, DN 25, kvs = 10 m3/h
Volba ventilu
Tabulka 2 Regulační rozsah Primární průtok, jedno odběrné místo: Odběr při jednom sprchování
0,14 m3/h
Cirkulace teplé vody
0,06 m3/h
Celkem
0,20 m3/h
Δpvmin při jednom odběru (bez regulátoru Δp) (Δpv ~ systém Δp)
≅ 1,0 bar
Průtok ventilu, kvmin
kvmin = QDHmin/√ΔPv min = 0,20/√1
0,20 m3/h
= 10,0/0,20
~ 50 (1:50)
Δp = 100 kPa Regulační rozsah R = kvs / kvmin Δp = 300 kPa Δpvmin
~ 3.0 bar (300 kPa)
Průtok ventilu
kvmin = QDHmin/√ΔPv min = 0,20/√3,0
0,12 m3/h
Regulační rozsah R = kvs / kvmin
= 10,0/0,12
~ 86 (1:86) Tabulka 3
11
Čím vyšší je autorita ventilu, tím lépe se reguluje průtok podle regulační křivky. Při malé autoritě ventilu tlakový rozdíl na regulačním ventilu Δpv výrazně klesne při zvýšeném otevření. Následně bude značné kolísání při malých zdvizích, zatímco bude malé při velkých zdvizích. Výsledkem bude velký tepelný výkon a riziko nestabilní regulace při malých zdvizích, zatímco tepelný výkon bude malý při malých zdvizích ventilu, což bude mít za následek velké regulační odchylky. Obr. 3
tlakového rozdílu. Obrázek ukazuje, že ventil v souladu s uváděnými požadavky pro stabilní regulaci je schopný řídit výměníky tepla v regulačním poměru R = 50 při výkonech až do 300 kW a nejméně pro výkon, který odpovídá jedné sprše, bez rizika výkyvů.
Soustavy bez regulátoru tlakového rozdílu V soustavách bez regulátoru tlakového rozdílu se tlakový rozdíl na regulačním ventilu při uzavření Δpv0 = tlakovému rozdílu celé soustavy. Tlakový rozdíl soustavy se dá rovněž vypočítat jako celková suma
Soustavy bez regulátorů tlakového rozdílu Podle obr. 3 se požadavek na hodnotu kvr regulačního ventilu zvyšuje při zvýšeném výkonu a při zvýšeném tlakovém rozdílu v síti Δp, jestliže nejsou v soustavě použity regulátory tlakového rozdílu. Např. z tabulky 3 vidíme, že požadavek na regulační rozsah by byl R = 86, jestliže se tlakový rozdíl Δp zvýší na 300 kPa. Soustavy s regulátory tlakového rozdílu Jestliže jsou použity regulátory tlakového rozdílu, zajišťují stálý tlakový rozdíl na regulačním ventilu, bez ohledu na kolísání tlakového rozdílu v síti. Požadavky na kvr regulačního ventilu se nezmění v návaznosti na kolísající tlakový rozdíl v síti. V praxi se ukázalo, že regulátory tlakového rozdílu mají stabilizační vliv na regulaci teploty, jestliže tlakový rozdíl v síti je vysoký a kolísá.
2. Autorita ventilu Autorita ventilu Va vyjadřuje vliv ventilu, který má ventil v okruhu, k jehož regulaci byl zvolen. Va se vyjadřuje jako poměr mezi tlakovým rozdílem na regulačním ventilu při 100 % zátěži, tj. při plně otevřeném ventilu Δpv100, a tlakovým rozdílem na regulačním ventilu, když je zcela uzavřený (žádná spotřeba v soustavě) Δpv0 Va = Δpv100 / Δpv0 = Δpvmin / Δpvmax
Obr. 4
poklesů tlaku ve všech zařízeních stanice, což může být měřič tepla (Δphm), výměník tepla (Δphe) a jiné jednotlivé odpory při plně otevřeném regulačním ventilu. Následně bude autorita ventilu: Va = {Δpv100 / (Δpv100 + Δphm + Δpstr + Δphe + Δppipe)}* 100 (%). Soustavy s regulátorem tlakového rozdílu V soustavách s regulátorem tlakového rozdílu se tlakový rozdíl na regulačním ventilu při uzavření = stanovené hodnotě regulátoru tlakového rozdílu (Δpv100 + Δphe). Při tlakovém rozdílu na regulačním ventilu při maximální zátěži (100 %) bude stanovená hodnota regulátoru tlakového rozdílu = poklesu tlaku ve výměníku (Δpset - Δphe).
Va =
Autorita ventilu se obvykle vyjadřuje v procentech.
Δpset - Δphe x 100 % Δpset
nebo Jeden z požadavků, které se často používají ve spojení s regulačními ventily, je jejich volba s autoritou minimálně 50 %, tzn., že nejméně 50 % tlakového rozdílu do soustavy se přiškrtí v regulačních ventilech. Va = (Δpv100 / Δpv0)*100 ≥ 50 %
Va =
Δpv100 x 100 % (Δpv100 + Δphe)
3. Přesnost regulace Předávací stanice často sestávají z okruhu pro ohřev
12
Obr. 5
vody a z vytápěcího okruhu. Běžně je vytápěcí okruh regulován zařízením na vyrovnávání teplotních vlivů počasí a tím, že kolísání zátěže je omezeno na časový úsek 24 hodin a kolísání zátěže je pomalé, je tato regulace poměrně nedůležitá. Navíc zde bude jistý stupeň předregulace od dodavatelů tepla pomocí vyrovnávání vlivů počasí na teploty oběhové vody v síti. Okruh s teplou vodou je řízen odlišně. Odchylky zátěže jsou chvilkové a velké. Tento typ zátěže si důrazně žádá takovou schopnost, aby regulační vybavení regulovalo teplotu teplé vody přesně. Často používané požadavky na přesnost regulace jako regulační vybavení pro regulaci teplé vody v systémech dálkového vytápění jsou doporučeny k regulaci domácích systémů s horkou vodou, která vydala Finská asociace pro zásobování teplem (Finnish District Heating Association) (srovnej s obr. 5). Specifikace Finské asociace pro zásobování teplem se zabývá požadavky na přesnost regulace teploty teplé vody, požadavky, které se často buď plně nebo z části užívají ve spojení s přípravou technických specifikací pro výběrová řízení.
Zkušenost ukazuje, že je často obtížné vyhovět těmto požadavkům. Příčinou problémů často bývá: • nadměrná velikost regulačních ventilů, • příliš velké odchylky tlakového rozdílu v síti, • nízká kvalita regulačních ventilů, • nesprávné nastavení regulátorů, • nesprávné umístění čidla. Na základě laboratorních testů a simulací provozu zmíněných soustav se nabízí následující rady pro volbu regulačního zařízení pro okruhy s teplou vodou: • volte ventily s pohonem s krátkým časem operace, max. 20-25 s od plně uzavřeného ventilu po plně otevřený, • časová konstanta čidla musí být ≤ 3 s a čidlo musí být umístěno tak blízko výměníku tepla, jak je to možné, • dodržte vyžadovaný regulační rozsah; to se dá zčásti docílit volbou správných ventilů a zčásti správným nastavením systémů (což je tématem dále), • nastavte systémy, aby pracovaly při plně otevřených ventilech při 100% zátěži (srovnej s instrukcemi dále v článku), • volte ventily s dostatečnou autoritou; autorita je obzvláště důležitá v soustavách s nízkým tlakovým rozdílem,
13
• vyvarujte se velkých změn tlakového rozdílu v sítích použitím regulátorů tlakového rozdílu; regulátory tlakového rozdílu mají také kladný vliv na regulační schopnost ventilu (detailnější informaci naleznete dále v článku).
4. Regulace tlakového rozdílu Jestliže se regulátory tlakového rozdílu použijí v předávací stanici, dá se získat stálý tlakový rozdíl pro stanici bez ohledu na odchylky tlakového rozdílu v síti. To poskytuje regulačním ventilům zlepšené podmínky pro regulaci. Výhody konečného uživatele: • jednoduché nastavení předávací stanice, • stabilizace regulace teploty vody, • nízký stupeň hluku v soustavě, • prodloužená životnost regulačního zařízení. Výhody pro výrobce: • dobrá distribuce vody v přívodní síti • vymezení množství oběhové vody v síti Použitím regulátorů tlakového rozdílu se zajistí, že ventily pracují při nejvyšším možném otevření. Ventily pracují se zdvihy, které odpovídají hodnotám kv > kvr. Správná volba výrobků a správná velikost ventilů, zrovna tak jako nastavení optimálního provozu, je nezbytným předpokladem pro dobrou funkci účastnické stanice. Volte ventily s regulačním rozsahem, který zajistí stabilní regulaci a dostatečnou autoritu ventilu. Použití regulátorů tlakového rozdílu v účastnických stanicích je nejdůležitějším krokem ke splnění výše zmíněných vstupních podmínek. Jinými slovy, regulátor tlakového rozdílu zajistí, že se udrží tlakový rozdíl, který je základem pro stanovení velikosti ventilů. To je opět důležitou vstupní podmínkou stabilní teplotní regulace.
5. Nastavení Nastavení účastnické stanice zajišťuje nejvyšší možné otevření při 100% zátěži. Toto je předběžná podmínka k získání plného účinku regulačního poměru ventilu, neboť regulační rozsah se počítá na základě hodnoty kvs regulačního ventilu. Určení velikosti ventilů se běžně provádí pomocí výpočtu kv hodnoty na základě průtoku ventilem a zvoleným poklesem tlaku ve ventilu s ohledem na autoritu ventilu; kv = Q*(100 /Δpv)0,5. Na základě vypočítané hodnoty kv se zvolí ventil se vhodnou hodnotou kvs, tj. s hodnotou, která je často o něco vyšší než vypočítaná. Přizpůsobovací procedurou se pak nastaví regulátor tlakového rozdílu na nižší tlakový rozdíl tak, aby regulační ventily byly plně otevřeny při 100% zátěži. Tlakový rozdíl pro nastavení Δp (kPa) se vypočítá pomocí kv ze vzorce Δp = 10*(Q / kvs)2.
14
Závěr
Jak je uvedeno v článku, výsledná perfektní regulace zohledňuje regulační rozsah ventilu, zrovna tak jako dobrou autoritu regulačního ventilu během celého zátěžového cyklu. Dále je důležité, aby byly stanice dálkového vytápění nastaveny ještě před běžným provozem. Regulační rozsah Regulační rozsah ventilů dálkového vytápění na trhu se nachází mezi R = 30-50. Na základě těchto hodnot je možné vypočítat nejnižší výkon, při kterém se dá očekávat stabilní regulace. Nicméně předběžné podmínky jsou stabilní provoz v přívodní síti a to na úrovni, na základě které byl proveden výběr velikosti. Protože toto není častý případ, doporučuje se použít regulátory tlakového rozdílu. Autorita ventilu Na rozdíl od účinku regulačního poměru, autorita ventilu vzroste při zvýšení tlakového rozdílu v síti dálkového vytápění a proto má pozitivní vliv na stabilitu regulace. V objektových stanicích bez regulátorů tlakového rozdílu se na regulačním ventilu projeví zvýšený diferenční tlak v síti. Protože diferenční tlak v síti je normálně vyšší než tlak, na kterém bylo založeno určení velikosti, obecně s autoritou ventilu v objektových stanicích nebudou problémy. V soustavách s nízkým tlakovým rozdílem, zajistí regulátory tlakového rozdílu dobrou autoritu ventilu a následně stabilní regulaci. Nastavení Jak se uvádí v článku, nastavení objektových stanic dálkového vytápění je nezbytnou vstupní podmínkou pro optimální fungování regulačních ventilů. Použití regulátorů tlakového rozdílu ve stanicích dálkového vytápění nabízí následující výhody: • nezměněné požadavky na regulační rozsah regulačních ventilů za zvýšeného tlakového rozdílu v síti, • dobrá autorita regulačního ventilu zůstane zachována dokonce při nízkém tlakovém rozdílu v síti, • nastavení objektových stanic se výrazně zjednoduší; provoz stanice dálkového vytápění zůstane stejný dokonce i při velkých odchylkách v zátěži a v tlakovém rozdílu v síti dálkového vytápění.
15
www.danfoss.cz nebo
www.cz.danfoss.com rychlá cesta k informacím z oboru
Danfoss neodpovídá za možné chyby v katalozích, brožurách a jiných tištěných materiálech. Danfoss si vyhrazuje právo provádět změny na svých výrobcích bez předchozího upozornění. To platí také pro výrobky již objednané, za předpokladu, že takové úpravy lze provést bez nutnosti dodatečných změn již dohodnutých technických podmínek. Všechny obchodní značky v tomto prospektu jsou majetkem příslušných firem. Danfoss a logotyp Danfoss jsou chráněnými obchodními značkami Danfoss A/S. Všechna práva vyhrazena.
Danfoss, s.r.o. V Parku 2316/12, 148 00 Praha 4 - Chodov Tel.: +420 283 014 111 Fax: +420 283 014 567 E-mail:
[email protected] www.danfoss.cz, www.cz.danfoss.com VK.KS.A1.48
16
