Energieffektiva system bygger på precision och reglernoggrannhet

Transkript

1

2 Energieffektiva system bygger på precision och reglernoggrannhet Vatten är den vanligaste energibäraren för uppvärmning och kylning av byggnader. Energin överförs via radiatorer, värme-/kylbatterier, fläktkonvektorer m.m. Behoven av värme- och tappvarmvatten i en byggnad växlar ständigt under dygnet och påverkas av förhållanden i och utanför byggnaden. För en bra värme- och tappvarmvattenkomfort krävs ett reglersystem som ständigt känner av behovet och kan parera växlingarna. Men även med det mest sofistikerade reglersystem är ventilernas prestanda och regleregenskaper av avgörande betydelse. Otäta ventiler med instabila regleregenskaper betyder dålig driftekonomi och låg komfort. Regin arbetar kontinuerligt med att utveckla nya energieffektiva system och produkter. Med Osby Armatur-OAB, som är en del av Regin Sverige, har vi lång erfarenhet inom ventilområdet. Ett resultat av vårt arbete är att vi sedan några år erbjuder styrventiler som är absolut täta i stängt läge. Detta är en unik fördel som sparar energi i många installationer. Syftet med denna handbok är att belysa ventilernas funktion och vilka parametrar som är viktiga att känna till för att skapa en optimalt fungerande anläggning. 2

3 INNEHÅLL Reglerfunktioner i vattensystem 5 Ventiltyper 9 Tryckbalansering av ventiler 10 Andra typer av ventiler 11 Styrventilers uppbyggnad och funktion 12 Ventildimensioner DN 15 Nominellt tryck och tryckklass PN 16 Anslutningsformer 17 Bygglängd flänsade ventiler 18 Flödeskarakteristik 19 Vilken praktisk betydelse har flödeskarakteristiken? 21 Tryckfall 22 Ventildimensionering (kv- och kvs-värde) 23 Tryckfallsdiagram förenklar beräkningen 24 Regins verktyg för ventildimensionering 26 Reglerområde och reglernoggrannhet 27 Slaglängd 28 Över- och underdimensionerade ventiler 29 Ventiltäthet 30 Täta ventiler sparar energi 31 Dimensionering av styrventiler för tappvarmvatten 32 3-vägsventiler 34 Radiatorsystem och radiatorventiler 36 Ventilmaterial 39 Skador 42 Elektromekaniska ställdon 44 Termoelektriska ställdon 46 Regins ventilcenter 48 3

4

5 Reglerfunktioner i vattensystem Givaren (GT) mäter den utgående sekundärkretsens vattentemperatur ärvärdet. Signalen går till en regulator som jämför ärvärdet med börvärdet, d.v.s. den inställda temperatur som systemet ska hålla. Överensstämmer inte dessa värden ger reglercentralen signal till ställdonet att öka eller minska styrventilens tillförsel av uppvärmt vatten till värmeväxlaren. Styrventil med ställdon Värmeväxlare Givare (GT) Primärkrets Sekundärkrets Regulator Principexempel för ett reglersystem 5

6 V E N T I L H A N D B O K Kyltak/kylbaffel CTV-ventil RTA-ställdon Ventilationssystem ZTR/ZTV zonventil RVAZ4-ställdon BTV-ventil RVA5-ställdon Fan-coil-aggregat värme/kyla FVR-/CTV-ventil RTA-ställdon Radiatorer RTV-/FVR-ventil RTAM -ställdon Kylsystem GTVS-ventil RVA-ställdon Fjärrvärme Principen för ett värme-, kyl- och tappvarmvattensystem utrustat med Regins styrventiler och ställdon NTVS-ventil ETVS-ventil FRS-ventil RVA-ställdon 6 Fjärrkyla NTVS-ventil ETVS-ventil FRS-ventil RVA-ställdon

7 V E N T I L H A N D B O K Fjärrvärmesystem Värmesystem med panna 7

8 Ventilationsaggregat värme/kyla Eftervärmare Värmebatteri Kylbatteri Tappvarmvattensystem 8

9 Ventiltyper De vanligast förekommande ventiltyperna för reglering inom VVS är sätesventiler (kägelventiler), kulventiler och vridspjällsventiler. Andra ventiltyper är skjutspjällsventiler, mem branventiler, kik- och kilslidventiler. Regins ventiler är av typen sätesventiler Regins ventiler för flödesreglering är av typen sätesventiler eller kägelventiler. Denna ventiltyp uppfyller mycket höga krav på reglernoggrannhet och ventilen kan både reglera och stänga av flöden. Flödet genom ventilen ska strömma mot käglan (är markerat på ventilen). Vid omvänt flöde kan vibrationer och oljud uppstå i ventilen. Regins kägelventil FRS 9

10 V E N T I L H A N D B O K Tryckbalansering av ventiler Stora ventiler kräver höga ställkrafter 2-vägsventiler i större dimensioner är svåra att manövrera och kräver ställdon med höga ställkrafter. För att minska behovet av ställkraft tryckbalanseras ventilerna. Principen är att minimera kraften på ventilkäglan, som uppstår genom tryckfallet över ventilen. I Regins tryckbalanserade ventiler leds vatten upp genom ett hål till en kammare ovanför käglans överdel. Vattnets tryck mot käglan (A) balanseras av mottrycket på käglans ovansida (B). Med denna lösning fordras det mindre kraft för att manövrera ventilen vilket gör att mindre ställdon kan användas. B A I Regins tryckbalanserade ventiler leds vatten upp genom ett hål till en kammare ovanför käglans överdel. I stora ventiler fordras ett kraftigt ställdon som kan hålla emot det höga trycket mot ventilkäglan. 1 0

11 V E N T I L H A N D B O K Andra typer av ventiler Kolvslidsventil Används främst i fjärrvärmeanläggningar med höga tryckfall. Vridslidsventil Relativt billiga men är svåra att få täta. 3-vägsventilen används som fördelningsoch blandningsventil (shuntventil). Vridspjällsventil Öppen Stängd (Sidovy) Kulventil Används mest för avstängning. 1 1

12 Styrventilers uppbyggnad och funktion Spindelmutter Spindel Packbox O-ring Fläns Kägla Säte Hus 12

13 Ventilkäglan tillsammans med ventilsätet reglerar flödet genom styrventilen. Rörelsen upp och ner åstadkoms med hjälp av ett ställdon. Då ventilkäglan ligger tätt mot sätet är ventilen stängd. När ställdonet aktiveras lyfts ventilkäglan upp av ventilspindeln och vattnet börjar strömma genom ventilen. Skillnaden mellan högsta och lägsta läget för ventilspindeln och käglan bildar ventilens slaglängd eller lyfthöjd. Mängden vatten ventilen släpper igenom beror på käglans aktuella lyfthöjd och ventilens flödeskarakteristik. Ventilkägla och säte tillverkas ofta av rostfritt stål för att klara stora tryckfall ( kpa). Är tryckfallet över ventilen lågt används gjutna käglor av rödgods. Ventiler av större dimensioner har ofta någon form av styrning för att käglan inte ska vibrera. Vibrationer minskar reglernoggrannheten och ger upphov till oljud och slitage. 13

14

15 Ventildimensioner DN Ventilers anslutningar anges i DN (Diameter Nominal) som är ett mått på den invändiga nominella diametern. Beteckningen överensstämmer i stort med millimeter, men värdena rundas av för att bli jämna tal. Komponenter som ventiler och rör med samma DN passar således dimensionsmässigt med varandra. Tabellen visar rördimension för resp. ventildimension DN. Ventil Rördimension DN Yttermått, mm Innermått, tum 8 13,5 1/ ,2 3/ ,3 1/ ,9 3/ , ,4 1 1/4 Ventil Rördimension DN Yttermått, mm Innermått, tum 40 48,3 1 1/ , ,1 2 1/ , , , ,3 6 Rördimension 1/2 21,3 mm Nominell diameter 15

16 Nominellt tryck och tryckklass PN Tryckklass, PN (Pressure Nominal), är en beteckning för det invändiga tryck (uttryckt i bar) som ligger till grund för hållfasthetsberäkningar av ventiler vid temperaturen 20 C. PN åtföljs av ett talvärde för trycket. PN16 betyder t.ex. att det invändiga maxtrycket i ventilen får vara 16 bar (=1,6 MPa) PN finns i följande talserie: 2,5 / 6 / 10 / 16 / 25 / 40 / 64 / 100 / 160 / 250 / 320 /

17 Anslutningsformer Ventiler kan anslutas till rörledningar på följande sätt: Gänganslutning Flänsanslutning Svetsanslutning Regins ventiler finns för gänganslutning eller flänsanslutning. Gänganslutning Ventiler upp till DN 50 finns med gänganslutning. Gängningen kan vara invändig eller utvändig. På ventilhus med invändig gänga kan röret skruvas direkt i ventilhuset. Vid utvändig gänga kan en lekande koppling underlätta utbyte av ventilen. Flänsanslutning För större ventiler förenklas installation och utbyte genom att ventilerna är försedda med flänsar. Flänsarna på ventilen bultas fast mot rörsystemets flänsar. Flänsarna tätas med en mellanliggande packning. Flänsarnas dimensioner är fastställda enligt DINstandarder som baseras på ventilens tryckklass och material. Regins flänsade ventiler är i utförande enligt tryckklass PN 16 (se tabell). PN16 Invändig gänga DN D = flänsmått Dh = hålcirkel Dim Bultar Antal Rörkoppling Rör Lekande mutter Dh D M M M M M M M M M M M M M M

18 Bygglängd flänsade ventiler Bygglängd DIN Flänsade ventiler med bygglängd DIN har standardiserat avstånd mellan flänsarna. Packningarna räknas inte in i bygglängden. Bygglängden är relaterat till anslutningsdimension DN enligt tabellen. Anslutning Bygglängd mm Ø Fläns DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN DN Bygglängd Regins NTVS-ventiler följer bygglängd enligt DIN Ø Fläns Bygglängd 18

19 Flödeskarakteristik Ventilkäglan tillsammans med ventilsätet reglerar flödet genom ventilen. Då ventilkäglan ligger tätt mot sätet är ventilen stängd. När ställdonet aktiveras lyfter den upp ventilspindeln och ventilkäglan från sätet och vattnet börjar strömma genom ventilen. Mängden vatten ventilen släpper igenom är relaterat till ventilkäglans läge. Denna relation kallas ventilens flödeskarakteristik, som mäts under konstant tryckfall över ventilen (normalt 1 bar). Flöde 100% 0% 0% Helt stängd Lyfthöjd 100% Helt öppen Liten lyfthöjd = litet flöde Stor lyfthöjd = stort flöde Genom att utforma ventilkägla och ventilsäte på olika sätt kan ventiler ges olika flödeskarakteristik. Quick opening Linjär Likprocentig 19

20 Flödeskarakteristiker kan åskådliggöras i ett diagram: Flöde 100% 1. Quick opening flödeskarakteristik Ventiler med Quick opening flödeskarakteristik kännetecknas av ett stort flöde redan vid en liten lyfthöjd av ventilspindeln från stängt läge. Flödet minskar sedan relativt lite vid spindelns ändläge. Karakteristiken är typisk för avstängningsventiler och används inte för styrventiler. 0% 0% % Lyfthöjd 2. Linjär flödeskarakteristik Ventiler med linjär flödeskarakteristik är utformade så att flödet är direkt proportionellt mot ventilspindelns lyfthöjd. 3. Likprocentig (logaritmisk) flödeskarakteristik Ventiler med likprocentig flödeskarakteristik ger ett lågt flöde vid öppningsfasen för att sedan öka i accelererande takt då spindeln går mot öppet läge. Likprocentig flödeskarakteristik ger bra kontroll av flödet vid öppningsfasen då tryckfallet över ventilen är stort samtidigt som ventilen får den kapacitet som eftersträvas vid helt öppen ventil. 4. Kvadratisk flödeskarakteristik Kvadratisk flödeskarakteristik är en kompromiss mellan linjär och likprocentig (logaritmisk) flödeskarakteristik. Detta innebär att flödet ändras kvadratiskt med ventilspindelns lyfthöjd. 20

21 Vilken praktisk betydelse har flödeskarakteristiken? Flödeskarakteristik är normalt inget man behöver tänka på vid ventildimensionering. En ventils flödeskarakteristik har dock praktisk betydelse i installationer med värmeväxlare och värmeapparater av följande skäl. För att säkerställa en bra komfort är värmeväxlare konstruerade för att ge en hög effekt redan vid låga flöden på tilloppssidan från fjärrvärmenätet (primärsidan), den s.k. överföringskarakteristiken. Vid t.ex. 20 % flöde är värmeväxlarens effekt ca 50 %. Den avgivna effekten avtar sedan med ökat flöde på primärsidan. Ökar flödet från t.ex. 80 % till 100 % ökar värmeväxlarens effekt bara några procent. För att få en jämn, stabil temperatur från värmeväxlaren vid alla laster använder man en styrventil med likprocentig flödeskarakteristik. Värmeväxlarens överföringskarakteristik och ventilens flödeskarakteristik samverkar därigenom, så att utgående vattentemperatur är en jämn, linjär funktion av ventilspindelns lyfthöjd, vilket ger reglercentralen goda möjligheter att reglera på ett korrekt sätt. Värmeväxlare Effekt Styrventil med likprocentig flödeskarakteristik Flöde Värmeväxlare + styrventil Effekt 50% 50% 20% 20% Flöde 50% Lyfthöjd 50% Lyfthöjd 21

22 Tryckfall Tryckfallet är en avgörande faktor då man dimensionerar och väljer ventiler till ett system. Tryckfallet uppkommer när flödet i ett rörsystem bromsas upp av ventilen. Tryckfallet ΔP är skillnaden i tryck mellan två mätpunkter (P 1 och P 2 ), d.v.s. i princip före och efter ventilen. Tryckfall och flöde är relaterade till varandra. Ökar flödet genom ventilen ökar också tryckfallet. Och omvänt: minskar flödet minskar tryckfallet. Förhållandet tryckfall/flöde är inte linjärt utan i det närmaste kvadratiskt. Detta innebär att även små ändringar av flödet ger stora förändringar av tryckfallet. Om flödet dubblas, fyrdubblas tryckfallet. Om flödet tredubblas, ökar tryckfallet nio gånger o.s.v. P 1 = 60 kpa P 2 = 58 kpa P = 2 kpa Tryckfallet P över en ventil beräknas som mellanskillnaden mellan ingångstrycket (P 1 ) och utgångstrycket (P 2 ). Med alltför stora differenstryck finns det risk för att det uppstår s.k. kavitation i fjärrvärmecentralernas styrventiler, när vattenflödet stryps genom en ventil ökar vattnets hastighet och vattentrycket sjunker samtidigt. Detta kan leda till att vattnet kokar varvid små ångblåsor bildas. När dessa ångblåsor sedan kollapsar kan det uppstå små vattenstrålar som är så kraftiga att de kan skada ytan på materialet i ventilen. Detta kan på sikt leda till punktkorrosion och ventilen börjar läcka i stängt läge. Se även avsnittet Kavitation. 22

23 Ventildimensionering (kv- och kvs-värde) En ventils kapacitet anges med kvs-värde. Vid ventildimensionering beräknas först kv-värdet m.h.a. formeln till höger. Kv-värdet är det maximala flödet i m 3 /h vid helt öppen ventil (lyfthöjd = 100 %) vid tryckfallet* 1 bar (=100 kpa). Utifrån det beräknade kv-värdet väljs en ventil vars kvsvärde ligger närmast över det beräknade kv-värdet. Ventiler brukar konstrueras så att kvs-värdet storleksmässigt följer den s.k. Renard-serien: 1,0 1,6 2,5 4 6, o.s.v. *) En ventil i ett rörsystem ger ett flödesmotstånd, tryckfall, som är proportionellt mot flödet i kvadrat. Om flödet dubblas, fyrdubblas tryckfallet. Om flödet tredubblas, ökar tryckfallet nio gånger. Formel för beräkning av kv-värdet: Q x ρ P Kv = ventilens kapacitet Q = flödet i m 3 /h P = tryckfallet över ventilen mätt i bar (P 1 -P 2 ) ρ = mediets densitet kg/dm 3 (= 1 för vatten) EXEMPEL: Beräkna kv-värdet vid vattenflödet 2,9 m 3 /h och tryckfallet 1,5 bar över ventilen Kv = 2,9 1,5 Välj alltså en ventil med kvs 2,5. = ca 2,37 Tryckfall 1 bar I amerikansk litteratur används begreppet cv istället för kv. X m 3 Kvs-värdet definieras som det maximala flödet i m 3 /h som kan passera genom en helt öppen ventil vid tryckfallet 1 bar m 3 /h = Antal kubikmeter under en timme Cv = Vattenflöde i US gallons (3,785 l/min) vid ett tryckfall över fullt öppen ventil av I psi (7kPa). Detta ger cv = 1,17 * kv alt. kv = 0,86 * cv 23

24 Tryckfallsdiagram förenklar beräkningen För att förenkla valet av lämpligt kvs-värde för en styrventil kan man använda ett tryckfallsdiagram. Detta visar sambandet mellan flöde och tryckfall. (Axlarna har logaritmisk gradering vilket gör att varje kvs-värde kan anges med en rät linje.) Med denna metod väljer man normalt det närmast högre kvs-värdet för ventilen, vilket kan medföra onödig överdimensionering. Vid noggranna beräkningar bör man därför alltid kontrollera med kv-formeln. Så här väljer man kvs-värdet för en ventil med 80 kpa tryckfall över ventilen och flödet = 0,2 l/s. 1. Drag en horisontell linje genom det dimensionerade tryckfallet över ventilen (Dp = 80 kpa). 2. Drag en vertikal linje genom det dimensionerade flödet genom ventilen (0,2 l/s). 3. Gå rakt upp från skärningspunkten till den närmaste kvs-linjen. Läs av kvs-värdet. 4. Resultat: Kvs = 1,0. D.v.s. välj en ventil med kvs 1,0. 24

25 Tryckfall mvp kpa Capacity Cv 0,3 Kvs (m³/h at p=100kpa) 0,25 Ventilkapacitet 0,5 0,4 0,7 0,63 1,2 1,0 4 1,8 1,6 3,8 2,5 4,7 4 7,4 6, ,8 0,7 0,6 0,5 0, ,3 3 0,2 2 0,1 1 0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0, l/s 0,04 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0, m³/h Flöde 25

26 Regins verktyg för ventildimensionering Regins webbaserade verktyg underlättar avsevärt arbetet med att beräkna kv-värde och ventilauktoritet samt att finna lämplig ventil för uppgiften. Här finns även tillvalsmöjlighet för att finna lämpligt ställdon till ventilen. Verktyget finns på Regins hemsida. 26

27 Reglerområde och reglernoggrannhet 50% En ventils reglerområde eller reglerbarhet är förhållandet mellan det maximala flödet (kvs) och det minsta reglerbara flödet (kvr) genom styrventilen. Ventilen ska då följa sin flödeskarakteristik över hela reglerområdet. En ventil som på ett fullgott sätt kan kontrollera flödet när detta ökar med 100 gånger från det minsta reglerbara flödet, har ett reglerområde på 1:100. Reglerområdet för styrventiler inom VVS är normalt i intervallet mellan 1:50 och 1:100. Flöde Reglernoggrannhet beror mycket på hur ventilen tillverkas och bearbetas. Ju högre reglernoggrannhet desto mer krävande bearbetning och därmed dyrare ventil. Eftersom ventilen påverkas av föroreningar i vattnet och liknade är det i praktiken mera realistiskt med ett reglerområde på 1:75 för mindre ventiler och 1:50 för större. Det finns ventiler med ett reglerområde på 1:500. Avlagringar, flagor och partiklar i systemet gör emellertid att denna reglernoggrannhet sällan kan hållas i praktiken. 20% 20% 50% Öppningsgrad R= Kvs Kvr Reglerområde = R Maximala flödet (Kvs) Minsta reglerbara flödet (Kvr) 27

28 Slaglängd Slaglängd eller lyfthöjd är den sträcka kägla och kolv går från helt stängt till helt öppet läge. Generellt kan man säga att ju större ventilen är desto längre är slaglängden. Slaglängden för Regins styrventiler är mellan 5 och 40 mm beroende på dimension. För kort slaglängd kan medföra svårighet till finreglering speciellt vid låga flöden. För lång slaglängd kan innebära instabil reglering med pendlingar. Eftersom lyfthöjden är beroende av ventilens storlek väljer man i praktiken inte ventil efter slaglängd utan utifrån kapacitet. Har ventilen den kapacitet som krävs (utan att vara överdimensionerad) säkerställer detta en optimal reglering både med avseende på komfort och ekonomi. Slaglängd eller lyfthöjd Helt öppen ventil Stängd ventil 28

29 Över- och underdimensionerade ventiler Rätt ventil ger stora fördelar Vid tappvarmvattenreglering, framför allt i stora bostadshus, är det stora variationer i flödet under dygnet. Toppbelastningen för varmvatten är som störst några timmar under morgnar och kvällar. På samma sätt är det stora variationer i systemet vinter jämfört med sommar. Tidigare, när energikostnader inte var en begränsande faktor, garderade man sig ofta genom att välja en styrventil med kapacitet för de mest extrema förhållanden. Ventilerna var med andra ord överdimensionerade. I praktiken har det visat sig att den installerade effekten kan minskas med ca 30 procent utan att komforten försämras. Genom att således ersätta äldre överdimensionerade ventiler med nya ventiler med lägre kv-värde och en högre reglerprecision blir regleringen stabilare. Samtidigt blir driften mera ekonomisk för både fastighetsägare och fjärrvärmeverk. Överdimensionerade ventiler I en överdimensionerad ventil ger en liten förändring av lyfthöjden stora variationer av flödet. Vid låga tappbehov rör sig ventilen mycket litet från ventilsätet. Då ventilen öppnar/stänger uppkommer höga flödeshastigheter och kraftig turbulens mellan säte och kägla. Detta både erroderar ventilen och ger oljud. Under normala driftsförhållanden arbetar ventilen med endast en liten del av ventilens slaglängd (= lyfthöjd). När driftsförhållanden ändras och reglersystemet ska hitta det läge som för tillfället tillför den rätta värmemängden, kommer ventilen att pendla fram och tillbaka mellan max- och minläge. Det är som att dricka ur en brandslang: det är för stort flöde för att kunna hantera. Pendlingen sliter på packboxen som kan börja läcka i förtid. Även reglermotor och växellåda slits ut i förtid. Underdimensionerade ventiler Underdimensionerade ventiler är sällan helt stängda. Ventilsäte och kägla sliter mindre på varandra, vilket gör att ventilen kommer att bibehålla sin givna ventilkarakteristik. Är ventilen däremot för liten, d.v.s. den har otillräcklig kapacitet, måste den vara öppen för fullt flöde hela tiden. Dock medför underdimensionering att ventilen allt för ofta inte ger tillräckligt flöde. Är ventilen underdimensionerad kommer den vid maxbehov att vara helt öppen, utan att ge tillräckligt vätskeflöde. Marginaler i fjärrvärmesystem FOU 2003:85 samt Konsekvenser av mindre styrventiler i distributionsnät FOU 2004:105 29

30 Ventiltäthet En ventil med internt läckage släpper igenom vatten även i stängt läge. Det är slöseri och dålig ekonomi. För att ventilen ska vara helt tät i stängt läge måste ventilkäglan vara noga inpassad mot ventilsätet. Detta görs vid tillverkningen genom hög precision på de bearbetade detaljerna samt användandet av mjuktätning. 0 % läckage i Reginventiler Normalt har sätesventiler på marknaden ett läckage på 0,02-0,05 % av kv-värdet (fullflödet). Regin erbjuder ventilserier som är absolut täta i stängt läge. Detta uppnås genom en kombination av noga bearbetade ventilkäglor och säten (av rostfritt stål) samt kolfiberförstärkta teflonpackningar på käglan. 30

31 Täta ventiler sparar energi Även ett litet ventilläckage kan i längden betyda stora förluster. Läckaget är extra märkbart under sommarhalvåret då styrventilerna ska vara helt stängda. Äldre styrventiler i värmecentraler är ofta överdimensionerade. Käglan arbetar då nära stängt läge där risken för erosionskorrosion är som störst, vilket ytterligare ökar ventilläckaget. Det av fabrikanten ursprungliga angivna läckaget kan således successivt öka under ventilens livstid. En helt tät ventil kan spara många hundralappar i ett fjärrvärmesystem. Ett exempel Många fabrikanter specificerar att läckaget i en fabriksny ventil kan vara upp till 0,02 % av kv-värdet. Efter några års drift kan läckaget ha stigit till mellan 0,08 och 0,1 % av kv-värdet. För en ventil med DN 65 och kv-värdet 20 motsvarar ett läckage på 0,1 % av kv-värdet 20 l/h vid konstant stängd ventil. Vid en drift där ventilen är stängd 30 % av drifttiden är läckaget således ca 6 l/h. Kostnaden för läckaget, som är relaterad till fjärrvärmetaxan, kan tyckas vara negligerbar i varje enskilt fall, men blir betydande i ett större fastighetsbestånd eller område där det kan finnas hundratals läckande ventiler. Med en helt tät ventil kan betydande besparingar uppnås. Läckage vid stängt läge % av kv 0,1 % Läckage vid kv 20 0,02 m 3 /h eller 20 l/h Läckage vid 30 % stängt läge under totala drifttiden Läckage vid total årlig driftid timmar 6 l/h liter 31

32 Dimensionering av styrventiler för tappvarmvatten Rekommendationer Svensk Fjärrvärme. Tekniska bestämmelser F:101, ,0 Tappvarmavattenflöde (l/s) 1,0 Kvs 1,0 Kvs 1,6 Kvs 2,0 Kvs 4,0 Kvs 6,3 Kvs 0,63 0, Antal lägenheter Svensk Fjärrvärme: Äldre hus speciella behov. Bostadshus med t.ex. stort behov av varmvatten. Svensk Fjärrvärme: Nybyggnad, energibesparande teknik Rekommenderat kvs för styrventiler primärsida 32

33

34 V E N T I L H A N D B O K 3-vägsventiler Det huvudsakliga användningsområdet för 3-vägsventiler är att blanda flöden från två kretsar, t.ex. varmt och kallt vatten, till ett flöde av önskad temperatur. Ventilerna används i tappvarmvatten-, värme- och golvärmesystem. Andra applikationsområden är i kyl-, ventilations- och luftkonditioneringssystem. A Det finns även 3-vägsventiler som används som fördelningsventiler. Ett konstant primärflöde fördelas på två kretsar med ett variabelt flöde och konstant temperatur. AB B Då spindeln är i nedre läget är det fullt öppet genomlopp mellan port A och port AB. A AB B När spindeln rör sig uppåt öppnas flödet successivt mellan port B och AB samtidigt som det stängs av i motsvarande grad från port A. Med spindeln i det översta läget är port A helt stängd och flödet mellan port B och AB är maximalt. 3-vägsventil kopplad som blandningsventil 3 4

35 Symmetriska och asymmetriska ventiler 1 Kv En 3-vägsventil har två reglerade flöden, A-AB respektive B-AB. I symmetriska ventiler är karakteristiken A AB densamma för båda. Ventildimensionering och beräkning av kv-värde kan därför göras på samma sätt som för en 2-vägsventil. B När A- och B-portarna har olika karakteristik är ventilen asymmetrisk. Detta kräver speciell noggrannhet förväxlas portarna kan detta medföra kraftigt försämrade regleregenskaper. A AB Symmetrisk likprocentig flödeskarakteristik för en 3-vägsventil B h 1 35

36 Radiatorsystem och radiatorventiler 1-rörs radiatorsystem I 1-rörsystem är radiatorerna kopplade i en slinga (en cirkulationskrets) i serie med varandra. När vattnet går genom radiatorerna/värmarna sjunker temperaturen successivt. Temperaturförlusten kompenseras genom att större radiatorer installeras längst bort från värmekällan. 1-rörsystemet bör omfatta högst 6-7 radiatorer/värmare efter varandra. För att cirkulationen i 1-rörsystemet inte ska brytas då en radiatorventil stängs av monteras en förbigångsledning (bypass) vid varje radiator. Styrventiler/radiatorventiler För att reglera tillförseln på värmevattnet till radiatorerna/värmarna är en styrventil monterad på tilloppet till radiatorerna/värmarna. För att varje värmare ska erhålla rätt mängd värme i förhållande till var de är placerade i systemet injusteras varje radiatorventil efter ett kv-värde, som beräknas med hjälp av vattenflödet och tryckfallet över radiatorn. Samtidigt ska man försöka skapa så stor temperaturskillnad som möjligt mellan framledning och retur, gäller framförallt vid fjärrvärmesystem. 2-rörs radiatorsystem Systemet består av en tilloppsledning som leder vattnet till respektive radiator/värmare och en returledning till värmekällan. Varje radiator/värmare är parallellkopplad till värmesystemet och behöver därför inte storleksmässigt kompenseras. Radiatorventil i genomskärning 36

37 Termostatventiler Termostatventilen är en självverkande ventil som styrs av ett expanderande termostathuvud. I termostathuvudet finns en vaxkropp som expanderar vid stigande temperatur. Därigenom kan radiatorventilens ventilspindel regleras efter rumstemperaturen och ett börvärde. Termostatventilerna ger på så sätt en önskad temperatur i varje rum och kompenserar också för en eventuell överdimensionering av radiatorn/värmaren. De sänker även värmetillförseln när andra värmekällor höjer rumstemperaturen. Termostatventiler används som regel tillsammans med en central regulator, som reglerar framledningstemperaturen. Höga differenstryck över termostatventiler kan förorsaka oljud När en termostatventil stänger ökar differenstrycket över ventilen vilket samtidigt ökar risken för oljud. Oljudet uppstår ofta vid små värmebehov när radiatortermostaterna, på grund av tillskottsvärme, minskar flödet i systemet. Risken för oljud är som störst när ventilkäglan är nära stängt läge. Oljudet ökar med ökande flöde, vilket kan elimineras genom injustering av radiatorerna så att överflöden undviks. Oljud kan även minskas genom att pumptrycket regleras till lägre värde (vilket minskar differenstrycket och flödet). Termiska ställdon till radiatorventiler Detta används främst då en elektronisk regulator installeras i rummet. Om kyla installeras i rummet krävs att värmetillförseln via radiatorn styrs genom att radiatorventilen har ett termiskt ställdon kopplat till en elektronisk regulator. Regulatorn styr värme och kyla i sekvens för att inte riskera att värme och kyla är i drift samtidigt. 37

38 38

39 Ventilmaterial Regins ventiler består av följande material: Hus Rg5 (rödgods SS 5204) Mässing SS 5170 Kromad mässing SS 5170 Gråjärn SS 0125 Segjärn SS 0727 Kägla/säte Rg5 (rödgods SS 5204) Rostfritt stål SS 2324 / SS 2333 / SS 2346 Mässing SS 5170 Spindel Rostfritt stål SS

40 Kopparlegeringar Rödgods (brons) Rödgods eller brons innehåller 85 % koppar, 5 % tenn, 5 % bly, 5 % zink. Mässing Mässing innehåller ca 58 % koppar och 42 % zink. Tappvattensystem ställer särskilda krav Avzinkning Avzinkning, som är den mest svårbemästrade korrosionsformen i framför allt tappvattensystem, är en smygande process där zinken i mässingen löses ut och lämnar kvar en spröd och porös kopparmassa. Fördelarna med rödmetall framför mässing är att avzinkning inte uppkommer eftersom zinkhalten är låg samt kemiskt fastlåst. Mässingslegeringar med den höga zinkhalten (42 % zink) är därför underlägsna bronslegeringar vad gäller avzinkningshärdighet. Korrosionsegenskaper I tappvattensystem där det ställs stora krav på korrosionsegenskaper (avzinkningshärdighet) används främst ventiler med hus av brons (rödgods), och i undantag av mässing. Mässing motstår neutrala lösningar väl, men i sura lösningar kan mässing avzinkas. Ventiler av mässing bör därför inte installeras i tappvarmvattensystem. Värmesystem har ofta tillsatser i vattnet, avluftning m.m., som minskar riskerna för avzinkning. 40

41 Gjutjärn Gjutjärn innehåller ca 2,1 4 % kol och finns i olika varianter. Regins gjutjärnsventiler består av gråjärn eller segjärn. Gråjärn Gråjärn är en legering av järn/kol som innehåller 2-4 % kol (grafit). Gråjärn tillverkas i kvaliteter från SIS 0100 till SIS 0140, där de två sista siffrorna anger draghållfasthet. Kolet förekommer som grafitfjäll insprängt i grundmassan av järn. Kolinblandningen ger gråjärnet ett grafitskikt som skyddar mot korrosion. Skyddet ökar med kolhalten med nackdelen att hållfastheten samtidigt minskar (p.g.a. grafitfjällen). Gråjärnet är överlägset normalt stål ur korrosionssynpunkt. I vatten eller vattenlösningar med ph-värden mellan ca 6 och 10 kan gråjärn användas utan större risk för korrosionsskador. I surare medier är gråjärn också användbart, men man bör vara aktsam på vilka ämnen som ger upphov till lägre ph-värde. Segjärn Segjärn är mycket likt vanligt gråjärn med avseende på kol- och kiselhalter. I motsats till gråjärnets grafitstruktur som är fjälliknande, har grafiten i segjärn formen av små runda kulor. Detta åstadkoms genom att man tillsätter små mängder magnesium i smältan före gjutningen. Genom den sfäriska grafitformen får segjärn avsevärt högre hållfasthet och slagseghet än gråjärn. Segjärn är mycket användbart för komponenter utsatta för inre övertryck. Den övre användningsgränsen är ungefär PN 25 och temperaturgränsen för vätskor är 300 C. Segjärnets korrosionsbeständighet är ganska likvärdig gråjärnets. Detta gäller även för kemiska vätskor. Gråjärn bör undvikas i system som utsätts för yttre och/eller tryckslag (kan uppstå i en tryckledning när en ventil öppnas eller stängs, vid rörbrott eller när en pump startar eller stoppar, o.s.v.). I Sverige är 120 C angivet som övre gräns för trycksatta system med komponenter av gråjärn. För högre temperaturer måste segjärn eller stålgjutgods användas. Detta är speciellt viktigt i system med hetvatten. 41

42 Skador Kavitation Kavitation är ett erosionsförlopp som kan uppstå vid hög temperatur på flödet i samband med högt tryckfall över ventilen. Detta sker på följande sätt: När vattnet passerar ventilkäglan och ventilsätet ökar strömningshastigheten och det statiska trycket sjunker (= ett stort tryckfall uppstår). Om det statiska trycket blir lägre än vattnets ångtryck kokar vattnet och det bildas ångblåsor. När vattnet har passerat ventilsätet minskar flödeshastigheten och det statiska trycket ökar varvid ångblåsorna snabbt faller samman (imploderar). De imploderande ångblåsorna bildar mycket tunna jetstrålar som med stor kraft skadar ytorna i ventilen. Skadorna ser ut som små kratrar. Tryckstötarna ger också upphov till vibrationer och oljud som låter som sand och grus i ventilen. För att det inte ska uppstå kavitationsskador på ventilkägla och säte bör tryckfallet över ventilen inte överstiga vissa maxvärden. Max. tryckfall kpa Gjutjärn ca 150 Brons ca 350 Rostfritt stål Kavitation kan också elimineras genom att man monterar en tryckreduceringsventil före styrventilen. Kavitationsskador på pumphjul 42

43 V E N T I L H A N D B O K Korrosion Mekaniskt slitage Korrosion uppträder vanligtvis genom kemiskt eller elektrokemiskt (galvanisk korrosion) angrepp på metaller. Skadorna liknar kavitationsskador med olika djupa gropar med nätaktigt tvättsvampsliknande mönster. Stötvågor i vattnet kan ge upphov till vibrationer och rörelser mellan säte, kägla och tätningar. Detta kan inträffa även vid låga tryckfall och flöden. Skadorna blir ofta osymmetriska. Ljudet som uppstår låter som skrammel i ventilen. Avzinkning, som kan vara ett problem i VVSinstallationer, är en form av galvanisk korrosion på mässingslegeringar där zinken löses ut och efterlämnar en spröd kopparmassa. Avzinkning uppstår endast när det är syre i vattnet och normalt i system med mjukt vatten samt vatten med högt kloridhalt. Avzinkning är vanligare i tappvattensystem än i värmesystem. I system med stora krav på korrosionsegenskaper används ventiler av brons (s.k. rödgods). Erosionskorrosion Erosionsskador beror på mekanisk påverkan av hastigt strömmande vätska. Erosionskorrosion påskyndas av gasblåsor eller fasta partiklar uppslammade i vätskan. Skadorna uppträder som urgröpningar och kanaler runt säte och kägla (flödet har högsta hastighet vid nästan stängd ventil). Inget ljud förekommer, vilket gör det svårt att spåra erosionen. Skador av erosionskorrosion Förloppet vid erosionskorrosion 4 3

44 Elektromekaniska ställdon Ställdonets uppgift är att stänga/öppna och reglera flödet genom ventilen. Elektromekaniska ställdon styrs vanligtvis med antingen öka/minska-signal, s.k. 3-punkt, eller proportionell (modulerande) signal, t.ex V DC. Öka/minska-signal (3-punktsstyrning) Ställdonet får antingen en öka-signal eller minskasignal via slutande kontakter. Vid öka-signal skjuts ställdonsspindeln mot stängt läge (= ventilen stänger). Vid minska-signal dras ställdonsspindeln mot öppet läge ( = ventilen öppnar). Då balans uppnåtts och önskat vattenflöde passerar ventilen, känner regulatorn detta och ger varken öppna- eller stäng-signal, ställdonet står still. Det finns alltså tre lägen; öka, minska, stilla. Denna typ av ställdon har en enkel och säker konstruktion och används ofta i enklare tillämpningar. En nackdel kan vara att den egentliga ventilpositionen inte är känd för reglersystemet. 3-punktsstyrning Stäng Öppna - G2 G V AC G2 sluten/stäng G1 sluten/öppna Obs! Öppna eller stäng = upp eller ner, beroende på ventilens konstruktion 44

45 Proportionell (modulerande) signal (0)2-10 V, 0-20 ma, 4-20 ma) Styrsignalen är variabel, oftast mellan 0-10 V (eller 2-10 V för att undvika problem med störningar inom området 0-2 V). Ställdonet positionerar stegmotorn enligt den givna signalen. Vid 2-10 V styrsignal innebär 2 V i de flesta fall helt stängd ventil och 10 V helt öppen ventil. Om ventilen stänger uppåt eller nedåt beror på vilken ventil och vilken inställning man väljer. Fördelen med denna typ av ställdon är att ventilens position alltid är proportionell mot aktuell styrsignal. Detta är en användbar funktion i integrerade lösningar för fastighetsautomation, där ventilpositionen kan visas i grafiska gränssnitt. Proportionell signalstyrning 2 V helt stängd 10 V helt öppen V 10 Stängd Öppen 45

46 Termoelektriska ställdon Termoelektriska ställdon används till att styra radiatorer, solvärmesystem, kylbafflar, golvvärmesystem, etc. Den centrala delen i ett termoelektriskt ställdon är den s.k. termokroppen, ett vaxelement samt en termistor (PTC-resistor som värmer element). När en spänning (24 V AC/DC eller 230 V AC) läggs på över termistorn, värms vaxelementet upp. Vaxet expanderar och via en kolv ökar trycket på ventilspindeln. Styrsignalen från regulatorn kan antingen vara on/off (öka/minska) eller proportionell V. Genom att pulsbreddsmodulera utgången ges en steglös öppning med on/off-ställdon. Regins rumsregulatorserie Regio har den utgångsfunktionen. Termoställdonen kan vara av typen normalt stängda (NC) alternativt normalt öppna (NO). Lägesindikator Kompressionsfjäder Adapter för montering på flertalet ventilfabrikat Tryckplatta Kolv Vaxelement Resistoruppvärmt element 24 V alt. 230 V Ventilspindel 46

47 Normalt stängd (NC) Efter att matningsspänningen slagits på och dödtiden har gått ut öppnas ventilen av kolvens rörelse. När spänningen bryts och hålltiden har gått ut kyls vaxelementet ner och ventilen stängs av kompressionsfjädern. Kompressionsfjädern håller ventilen normalt stängd (NC). Normalt öppen (NO) För normalt öppna (NO) ställdon ställs kolvens rörelse mekaniskt om på ställdonet och dess funktion är den motsatta jämfört med för normalt stängda (NC) modeller, d.v.s. när spänningen bryts och hålltiden har gått ut öppnas ventilen. Gångtid för öppning respektive stängning är 3-5 minuter. Detta gäller för ventiler som är konstruerade på så vis att de är stängda då spindeln är nedtryckt. 47

48 Regins ventilcenter Regins utvecklings- och tillverkningsenhet för ventiler ligger i Osby. Redan i början 1920-talet började man här tillverka ventiler, varför man har en mycket omfattande kompetens inom området. Idag finns här en modern anläggning för utveckling, montage och tester. Ventilkomponenterna tillverkas av olika leverantörer som uppfyller våra högt ställda krav på kvalitet. Ett resultat av utvecklingsarbetet är att Regin kan erbjuda ventilserier med en unik tätningsteknik som gör ventilerna absolut täta i stängt läge. Alla ventiler testas enligt fastställda ISO-rutiner samt förses med CE-märkning och ID-nummer 48

49 Index (A-O) A Anslutningar 17 Asymmetriska ventiler 35 Avzinkning 40, 43 B Beräkning av kv-värde 23 Blandningsventil 11, 34 Brons 40 Bygglängd, flänsade ventiler 18 C Cv 23 D Dimensioner (DN) 15 Dimensionering 23 Dimensionering av styrventiler för tappvarmvatten 32 E Elektromekaniska ställdon 44 Erosionskorrosion 43 F Fläns 12 Flänsanslutning 17 Flödeskarakteristik 19 Fördelningsventil 11, 34 G Gjutjärn 41 Gråjärn 41 Gänganslutning 17 H Hus 12 I Invändig gänga 17 K Kapacitet 23 Kavitation 22, 42 Kolv 46 Kolvslidsventil 11 Kompressionsfjäder 46 Kopparlegeringar 40 Korrosion 43 Kulventil 11 Kvadratisk flödeskarakteristik 20 Kv- och kvs-värde 23 Kägelventil 9 Kägla 12 L Likprocentig (logaritmisk) flödeskarakteristik 20 Linjär flödeskarakteristik 20 Lyfthöjd 19, 28 Läckage 30 Lägesindikator 46 M Material 39 Mekaniskt slitage 43 Modulerande signal 45 Mässing 40 N Nominell diameter 15 Nominellt tryck 16 Normalt öppen (NO) 47 Normalt stängd (NC) 47 O Oljud 9, 13, 29, 37, 42, 43 O-ring 12

50 Index (P-Ö) P Packbox 12 PN 16 Proportionell signal 45 Q Quick opening flödeskarakteristik 20 R Radiatorsystem 36 Radiatorventil 36 Reglerbarhet 27 Reglernoggrannhet 27 Reglerområde 27 Renard-serien 23 Rödgods 40 Rördimension 15 S Segjärn 41 Shuntventil 11 Skador 42 Slaglängd 28 Spindel 12, 46 Spindelmutter 12 Styrventil Funktion 13 Uppbyggnad 12 Symmetriska ventiler 35 Säte 12 Sätesventil 9 3-punktsstyrning 44 3-vägsventiler 34 T Tappvattensystem 8, 29, 40 Termoelektriska ställdon 46 Termostatventil 37 Trevägsventiler 34 Tryckbalansering 10 Tryckfall 22 Tryckfallsdiagram 24 Tryckklass (PN) 16 Tryckplatta 46 Täthet 30 U Underdimensionering 29 Utvändig gänga 17 V Vaxelement 46 Vibration 9, 13, 42, 43 Vridslidsventil 11 Vridspjällsventil 11 Ventildimensioneringsverktyg 26 Ö Öka/minska-signal 44 Överdimensionering 29

51

52 AB Regin Huvudkontor Besöksadress: Bangårdsvägen 35 Box 116, Kållered Tel: Fax: BR VALVEHNDBK SV