Värt att veta om ENERGIMÄTNING av fjärrvärme RADIATORTERMOSTATER RUMSTEMPERATUR TILLOPPSTEMPERATUR TRYCKFÖRHÅLLANDEN i fjärrvärmenätet TRYCK OCH FLÖDE 1
VÄRT ATT VETA För att informera om och underlätta arbetet med att spara värme, höja komforten och få vattenburna värmesystem att fungera har Danfoss tagit fram en serie skrifter, Värt att veta om som behandlar de aktuella områdena. Den här skriften heter Värt att veta om tryck och flöde och förklarar hur flöde och tryck påverkar varandra och hur olika åtgärder som Du kan utföra, påverkar systemet. Övriga titlar i serien är: Värt att veta om rumstemperatur Värt att veta om radiatortermostater Värt att veta om tilloppstemperatur Värt att veta om tryckförhållanden i fjärrvärmenät 2
Tryckreglering i värmesystem För att kunna kontrollera och minska värmeförbrukningen förses idag de värmeförbrukande enheterna, i både nya och gamla system, med reglerutrustning. De flesta system utförs för varierande flöde, 2-vägsventiler, vilket resulterar i stora variationer i tillgängligt tryck. Det tillgängliga eller erforderliga trycket, differenstrycket, är det dynamiska tryck som skapas när cirkulationspumpen är i drift (dynamisk = rörelse). Det statiska trycket är det tryck som kan avläsas på tryckmätaren i system med slutet expansionskärl och nivåskillnaden mellan vattenytan i ett öppet expansionskärl och aktuell punkt i systemet. Det erforderliga trycket kan, inom vissa gränser, anpassas efter aktuellt system med hjälp av tilloppstemperaturen. Tyvärr är det litet som kan göras och speciellt i stora system går det inte. Det tillgängliga trycket, vid stammar och shunt grupper, blir för stort och måste begränsas. I system med konstant flöde fungerar fasta injusteringsventiler bra men det gör de inte när flödet varierar. För att hantera de variationer i tillgängligt tryck som uppstår, när flödet varierar, krävs differenstrycksregulatorer, automatiska injusteringsventiler. Statiskt tryck i ett värmesystem är lika med vattenpelarens höjd i ett öppet system och trycket på manometern i ett slutet system. Differenstryckets förändring vid varierande flöde De flödesvariationer vi skall behandla är resultatet av en ändrad inställning i en eller flera reglerventiler. När vatten cirkulerar i ett rörsystem bromsas det av friktion mot rörväggar, engångsmotstånd i rördelar, ventiler och apparater. Skall cirkulation kunna ske måste ett tryck som motsvarar motståndet byggas upp med en cirkulationspump. Ändras mängden cirkulerande vätska, flödet, i ett rörsystem, ändras motståndet i systemet i det närmaste kvadratiskt mot flödesändringen. På grund av det kvadratiska förhållandet blir motståndsändringen ganska dramatisk, även vid små ändringar av flödet. 3
Minskas flödet med 10%, d v s det nya flödet blir 0,9 (1,0-0,1 = 0,9), minskas motståndet med 19% (0,9 i kvadrat, 0,9 x 0,9 = 0,81; 1-0,81 = 0,19 d v s 19%). 30% mindre flöde (1,0-0,3 = 0,7) ger ca halva flödet (0,7 x 0,7 = 0,49; d v s 49%). 50% flöde (1,0-0,5 =0,5) ger ett motstånd som bara är 25% av det ursprungliga (0,5 x 0,5 = 0,25; d v s 25%). Samma förhållande gäller vid ökande flöde. En flödesökning på 10% (1,0 + 0,1 = 1,1) ger ett motstånd som är ca 21 % större (1,1 x 1,1 = 1,21; d v s 121%). 22% större flöde (1,01+ 0,22 =1,22) ger ca 50% större motstånd (1,22 x 1,22 = 1,49; d v s 49%) och 100% större flöde (1,0 + 1,0 = 2,0) ger 400% större motstånd, (2 x 2 = 4; d v s 400%). Dessa ändringar av motståndet vid en ändring av flödet gäller för alla komponenter som genomströmmas av flödet, även en fast inställd injusteringsventil. Den sneda linjen i det dubbelt logaritmiska diagrammet visar hur motståndet över en krets ändras med flödet. Halva flödet ger bara 25% motstånd o s v. Tryckets fördelning mellan olika delar i ett system med varierande flöde. Har en injusteringsventil, i returledningen från en shuntgrupp, ställts in för att strypa bort överflödigt differenstryck vid ett visst flöde, gör den det men enbart vid det inställda flödet. Börjar reglerventilen i shuntgruppen att minska flödet avtar motståndet i injusteringsventilen snabbt, med kvadraten på flödesändringen. 4
En reglerventil skall ha auktoritet även vid maximalt flöde (se Värt att veta om tilloppstemperatur) vilket gör det mycket svårt att ställa in en injusteringsventil. Då den dessutom inte gör någon nytta när det verkligen behövs, när flödet har minskat och differenstrycket ökat, finns det ingen anledning att överhuvudtaget sätta in den i systemet. Detta framgår ännu tydligare när man inser att en höjning av tilloppstemperaturen med 2 C ger en höjning av temperaturfallet på 0,5 C och det betyder i ett system dimensionerat för 10 C temperaturfall att motståndet minskar med 10%. En injusteringsventil, aldrig så väl injusterad, sätts lätt ur spel även vid maximalt flöde. Pumpkurva och tryckstyrda pumpar När flödet genom en cirkulationspump minskar ökar tryckhöjningen, vilket framgår av pumpkurvan för den aktuella pumpen. Tryckhöjningens storlek erhålls också från pumpdiagrammet. Genom att rita in det aktuella rörsystemets karaktäristik i pumpdiagrammet går det lätt att se vad som händer när flödet varierar. Reglerventilen måste ta hand om det tillgängliga tryck som, vid det lägre flödet, inte förbrukas av rörsystemet och dessutom den extra tryckhöjning som pumpen ger. När reglerventilen minskar flödet får den ta hand om det tryck som finns tillgängligt mellan pump- och systemkurva. Fält 1, ovanför den streckade linjen, är den extra tryckhöjning pumpen ger. Vid tryckstryd pump försvinner detta. Fält 2, under den streckade linjen, representerar det minskade motståndet i rörsystemet, när flödet minskar. De problem som kan uppstå är störande ljud och pendlande reglerventiler. Det höga differenstrycket över reglerventilerna resulterar i mycket små lyfthöjder och varje rörelse från reglermotorn är för stor och måste korrigeras, vilket ökar slitaget på packbox och reglermotor. Höga differenstryck medför också att radiatortermostater inte orkar stänga vid samma rumstemperatur och risken för störande ljud ökar. Cirkulationspumpar skall väljas med så flack kurva som möjligt. Används tryckstyrda cirkulationspumpar elimineras inverkan av pumpkurvans utseende men det tillgängliga trycket kommer ändå att variera med flödet. Reglering av differenstrycket, Dp-reglering Det är lätt att teoretiskt bestämma motståndet, erforderligt tryck-dp, över en krets och är kretsen inte för stor kan detta Dp accepteras även för de ingående reglerventilerna. Principskiss visande Dp-regulator med fast inställd Dp. 5
Dp-regulatorn får impulser som via membranet och spindeln ändrar reglerkäglans läge. Genom att hålla Dp över en krets konstant, oberoende av flödesändringar, skulle alltså problemet vara löst. Danfoss differenstrycksregulatorer, Dp-regulatorer, känner via impulsledningar i tillopp och returledning, hur stort differenstrycket är över den aktuella kretsen. Ändras flödet, ändras tryckförhållandena och membranet påverkar reglerkäglan så att önskat differenstryck åter ställs in. Hur differenstrycksregulatorn fungerar i systemet framgår bäst i ett diagram där pumpkurva, systemkurva och en kurva för differenstrycksregulatorn lagts in. Differenstrycksregulatorn tar hand om hela det differenstryck som minskningen i flöde i rörsystemet leder till och dessutom den ökning av tryckhöjningen över pumpen som sker vid minskat flöde om pumpen inte är tryckstyrd. Resultatet blir att reglerventilerna kommer att arbeta med i stort sett samma differenstryck oberoende av flödets storlek. Dp-regulatorn tar hand om det tryck som blir över i rörsystemet och det högre tryck pumpen ger vid minskande flöde. Danfoss differenstrycksreglatorer kan användas i alla typer av system med varierande flöde där det tillgängliga trycket kan bli så högt att problem kan uppstå. Det kan gälla radiator- eller golvvärmesystem, stammar i ett långt hus, villor eller andra byggnader som via kulvert är anslutna till en gemensam central, shuntgrupper eller enskilda reglerventiler. Differenstrycksreglering över en reglerventil är en optimal lösning där erforderligt differenstryck ställs in eller beräknas med reglerventilen fullt öppen. Reglerventilen har sedan tillgång till hela slaglängden när den skall arbeta och dessutom full auktoritet över hela flödesområdet. Optimal reglering. Dp-reglering av stammar. En stor fördel med differenstrycksreglering är att den fungerar utan att det exakta flödet är känt. Mätningar av ett mer eller mindre okänt flöde behöver inte göras. Värmesystem fungerar från första dagen utan en massa in- och efterjusteringar. Skulle, av någon anledning, flödet behöva ändras utan att motståndet över kretsen ändras, behöver differenstrycksregulatorn inte justeras, den fortsätter att hålla samma tryck konstant. Dp-reglering över en reglerventil utnyttjar reglerventilen optimalt. 6
Val av ventilstorlek Val av storlek på differenstrycksventilen görs på samma sätt som för en manuell injusteringsventil. Först beräknas det för den aktuella kretsen erforderliga trycket, sedan det tillgängliga trycket. Skillnaden mellan dessa två tryck skall tas upp av differenstrycksventilen. Välj alltså en dimension som vid aktuellt flöde reducerar trycket med den beräknade skillnaden. Är flera ventilstorlekar aktuella, välj den minsta. En för stor differenstrycksventil medför att p-bandet blir mindre. Differenstrycksregulatorns p-band är skillnaden i differenstryck vid dimensionerande fllöde och vid stängd ventil. En mindre ventil kommer, vid samma flöde och tryckförhållande som en större ventil, att ge ett större p-band. För små p-band kan, vid reducerade flöden (vår och höst) ge upphov till pendling. Val av ventilstorlek sker med utgångspunkt från tillgängligt och erforderligt differenstryck. Inställning av Dp Det Dp som differenstrycksregulatorn skall hålla konstant är det tryck som fordras för att cirkulera erforderligt flöde genom den aktuella kretsen. Kräver en krets 15 kpa ställs regulatorn in på detta värde. Danfoss har också regulatorer som är fast inställda på 10 kpa, de kräver naturligtvis ingen inställning. Någon mätning av flöde respektive tryckfall över differenstrycksregulatorn behöver inte göras, det viktiga är att tillräcklig värmemängd, d v s flöde gånger Dp, passerar, så att rätt rumstemperatur och god komfort erhålls. 7
Danfoss AB SE-595 82 Mjölby Industrigatan 7 Tfn 0142-885 00 Fax 0142-885 09 www.danfoss.se SE-200 39 Malmö Stenåldersgatan 2 Box 9153 Tfn 040-671 25 50 Fax 040-21 49 75 SE-100 73 Stockholm Sjöviksbacken 24 Box 44049 Tfn 08-775 42 00 Fax 08-775 42 42 SE-906 20 Umeå Kylgränd 6 Tfn 090-71 69 90 Fax 090-18 70 30 SE-431 53 Mölndal Johannefredsgatan 4 Tfn 031-86 84 60 Fax 031-86 84 69 Danfoss tar ej på sig något ansvar för eventuella fel i kataloger, broschyrer eller annat tryckt material. Danfoss förbehåller sig rätt till (konstruktions) ändringar av sina produkter utan föregående avisering. Det samma gäller produkter upptagna på innestående order under förutsättning att redan avtalade specifikationer ej ändras. 8 Rb.99-05