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Grafik 3 a + b:
Wenn das Regelventilüberdimensioniert
ist, verbessert
ein Strangregulierventil
die
Charakteristik des
Regelventils.
a) Wie berechnet
man den Druckverlust
den ein
Regelventil bei
Nenndurchfluss
aufweisen muss?
b) Das Strangregulierventil
stellt
den Nenndurchfluss
sicher. Die Charakteristik
ist näher an
der idealen gleichprozentigenKennlinie
als ohne.
Differenzdruckfühlers der leistungsgeregelten
Pumpe nahe am weitest
entfernten Verbraucher die höchste Energieeinsparung
liefern. Dies bringt jedoch
Probleme für die Verbraucher die
sich in der Nähe der Pumpe befinden.
Wurde nun das Regelventil entsprechend
dem zur Verfügung stehenden
Differenzdruck DH unter Nennbedingungen
dimensioniert, dann ist dieser
Kreis bei kleineren Differenzdrücken
unterversorgt. Wurde das Regelventil
jedoch auf diesen minimalen Differenzdruck
DH dimensioniert, erreicht dieser
Regelkreis bei Nennbedingungen eine
zu hohe Durchflussmenge. Das Ventil
hat eine schlechte Autorität. Als Kompromiss
kann der Differenzdruckfühler
in der Mitte der Anlage platziert werden.
Damit kann man die Veränderungen des
Differenzdruckes um mehr als 50 %, im
Vergleich zu solchen Anlagen die über
eine Drehzahl geregelte Pumpe ohne
externen Fühler verfügen, reduzieren.
Grafik 2c zeigt das Verhältnis zwischen
der Wärmeleistung und dem Ventilhub
für ein EQM Regelventil das so dimensioniert
wurde, dass voll geöffnet die
Nenndurchflussmenge bei einer Autorität
von 0,25 besitzt. Wenn nun der
zur Verfügung stehende Differenzdruck
über den Regelkreis steigt, wird die
Kennlinie des Regelventils so verändert,
dass es zur Instabilität des Regelkreises
kommt. In diesem Fall kann ein lokaler
Differenzdruckregler verwendet werden
um den Differenzdruck über das Regelventil
konstant zu halten und die Autorität
ist nahezu 1.
Dimensionierung eines stetigen
Regelventils
Das Durchgangs Regelventil ist richtig
dimensioniert wenn:
1. Der Nenndurchfluss bei voll geöff-
neten Regelventil unter Nennbedingungen
erreicht wird.
2. Die Autorität des Regelventils genügend
hoch ist. Das bedeutet mindestens
0,25.
Die erste Bedingung ist notwendig zur
Vermeidung zu hoher Durchflüsse, die
zu geringen Durchflüssen in anderen
Kreisen führen, wenn die Regelventile
über längere Zeiträume voll geöffnet
sind. Dies passiert während der Inbetriebnahme
der Anlage, aber genauso
jeden Morgen nach der Nachtabsenkung,
wenn der Verbraucher unterdimensioniert,
wenn der Raumregler auf
einen Maximalwert bei Heizungsanlagen
oder einen Minimalwert bei Kälteanlagen
eingestellt oder der Regelkreis
nicht stabil ist.
Um eine Autorität von 0,5 zu erreichen,
muss das Regelventil den gleichen
Druckverlust aufweisen wie die zu regelnde
Strecke. Hat z.B. der Verbraucher
mit den Rohrleitungen und den
Einbauteilen einen Druckverlust von 20
kPa, sollte das Regelventil ebenfalls einen
Druckverlust von 20 kPa aufweisen
damit die Autorität 0,5 beträgt. Diese
Berechnung kann aber nur dann korrekt
durchgeführt werden, wenn neben der
Durchflussmenge auch der Druckverlust
des Verbrauchers und der zur Verfügung
stehende Differenzdruck bekannt ist.
Während die Menge meist vorliegt, fehlt
jedoch oft die Information über den Differenzdruck.
Dimensionierungsbeispiel
Verbraucher:
Nenndurchfluss: q = 5.800 l/h
Druckverlust: DpL= 20 kPa
Zur Verfügung stehender Differenzdruck:
DH = 40 kPa
Kleinster noch zulässiger Druckverlust
des Regelventils
DpV >= 0,25 DH dPVmin >=
0,25 40 kPa = 10 kPa
Minimal erforderlicher Differenzdruck:
DHmin = DpVmin + DpL + DpSTADmin
DpSTAD min = 3 kPa
DHmin = DpVmin + vpL + DpSTAD =
10 + 20 + 3 = 33 kPa
DH = 40 kPa, und damit größer
als DHmin.
Die Auswahl der Regelventile erfolgt
nach der Reynardreihe. Zur Verfügung
stehen:
1,0 -1,6 -2,5 -4,0 -6,3 -10,0 – 16,0 - …
Bei Nennmenge und voll geöffnetem Regelventil
ergeben sich folgende Druckverlustwerte:
Kvs dP(kPa)
4 210,3
6,3 77,2
10 33,6
16 13,1
Um den Nenndurchfluss bei Nennbedingungen
zu erreichen, muss der
Druckverlust des voll geöffneten Regel-
ventils gleich groß sein wie der lokal zur
Verfügung stehende Differenzdruck DH
minus dem Druckverlust des Verbrauchers
der Rohrleitung und den Einbauteilen
(Grafik 3a).
Welche Ventile sind am Markt für den
Nenndurchfluss von 5.800 l/h verfügbar?
Ein Regelventil das einen Druckverlust
von 13 kPa aufweist und ein anderes das
33 kPa Druckverlust hat und ein drittes
mit 77 kPa.
Wenn nun aber 20 kPa für das Regelventil
erforderlich sind, dann kann man
kein Ventil mit einem Kvs Wert von
12,96 bekommen. Man muss das nächst
Größere Ventil mit Kvs 16 wählen. Aus
diesem Grund sind Regelventile normalerweise
alle überdimensioniert. Ein
Strangregulierventil wird dann verwendet,
um den zu hohen Durchfluss zu
reduzieren und es verbessert die Ventilcharakteristik
ohne einen unnötigen
Druckverlust zu erzeugen (Grafik 3b).
qp
Dpv = ( = (5800/100 16)² = 13,1 kPa
100 Kvs)
Wenn nun das Regelventil dimensioniert
wurde, muss man sich vergewissern
dass die Autorität DpVc/DH ausreichend
groß ist.
DpVc/DH = 13,1/40 = 0,33 > 0,25 deshalb
verwendbar.
Wenn sie nicht ausreichend ist, muss
man die Dimensionierung der Anlage
überdenken und höhere Differenzdrücke
und kleinere Regelventil zulassen.
Würde man nun das Ventil mit einem
Kvs Wert von 10 wählen, so hat das Ventil
33 kPa Druckverlust. Bei einem zur
Verfügung stehenden Differenzdruck
von 40 kPa würde sich nur mehr ein
Durchfluss von 5.000 l/h für die Regelgruppe
ergeben. Also um 14 % zu
wenig. Erhöht man den Differenzdruck
für diesen Kreis, so hat dies ebenfalls
eine Auswirkung für alle anderen Regelkreise.
Hat man für einen Regelkreis
den Differenzdruck festgelegt, so ist der
Differenzdruck auch für alle anderen
Regelkreise gegeben, außer man verwendet
Differenzdruckregler.
Da aber das gewählte Regelventil nun
einen geringeren Kvs Wert hat, als dies
theoretisch notwendig wäre und damit
einen bei Nennmenge zu geringen Widerstand
hat, würde die Durchflussmenge
bei einem Differenzdruck von 40 kPa
auf 6.300 l/h ansteigen.
Um dies zu verhindern ist der Einsatz
eines Strangregulierventils erforderlich.
Dies muss einen Druckverlust aufweisen
von:
DpSTAD = DH – Dpv – DpL = 40 kPa –
13,1 kPa – 20 kPa = 6,9 kPa
5.800/ 100 x √6,9 = 22,08
qp
Kv STAD = =
100 x √Dp STAD
Bei einem STAD 2“ ergibt dies Handradposition
3,06.
DI Norbert Ramser, Tour & Andersson F
14 Heizung Lüftung Klimatechnik – 1-2/2011 Heizung
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