VENTILHANDBOK - regin

reginproducts.se

VENTILHANDBOK - regin

VENTILHANDBOK


www.regin.se

VENTILHANDBOK

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.

2

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.


VENTILHANDBOK

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

www.regin.se


VENTILHANDBOK

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

Primärkrets

Värmeväxlare

Principexempel för ett reglersystem

5

Regulator

Givare (GT)

Sekundärkrets

www.regin.se


Principen för ett värme-, kyl- och tappvarmvattensystem

utrustat med Regins styrventiler och ställdon

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Fjärrvärme

NTVS-ventil

ETVS-ventil

FRS-ventil

RVA-ställdon

6

Fjärrkyla

NTVS-ventil

ETVS-ventil

FRS-ventil

RVA-ställdon

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


Fjärrvärmesystem

Värmesystem med panna

VENTILHANDBOK

7

www.regin.se


Ventilationsaggregat värme/kyla

Tappvarmvattensystem

www.regin.se

Värmebatteri Kylbatteri

VENTILHANDBOK

8

Eftervärmare


VENTILHANDBOK

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.

Regins kägelventil FRS

9

Flödet genom ventilen ska strömma mot käglan

(är markerat på ventilen). Vid omvänt flöde kan

vibrationer och oljud uppstå i ventilen.

www.regin.se


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 stora ventiler fordras ett kraftigt ställdon som kan hålla emot

det höga trycket mot ventilkäglan.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Tryckbalansering av ventiler

10

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.

A

I Regins tryckbalanserade ventiler leds vatten upp genom ett hål

till en kammare ovanför käglans överdel.

B


Kolvslidsventil

Används främst i fjärrvärmeanläggningar

med höga tryckfall.

VENTILHANDBOK

Andra typer av ventiler

11

Vridslidsventil

Relativt billiga men är svåra att få täta.

3-vägsventilen används som fördelnings-

och blandningsventil (shuntventil).

Vridspjällsventil Kulventil

Öppen

Stängd

Används mest för avstängning.

(Sidovy)

www.regin.se


Spindelmutter

Spindel

Packbox

Fläns

Kägla

Säte

Hus

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Styrventilers uppbyggnad och funktion

12

O-ring


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.

VENTILHANDBOK

13

Ventilkägla och säte tillverkas ofta av rostfritt stål för att

klara stora tryckfall (800 - 1000 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.

www.regin.se


Ventilers anslutningar anges i DN (Diameter Nominal)

som är ett mått på den invändiga nominella diametern.

Beteckningen överensstämmer i stort med millimeter,

Tabellen visar rördimension för resp. ventildimension DN.

Nominell diameter

Ventil Rördimension

DN Yttermått, mm Innermått, tum

8 13,5 1/4

10 17,2 3/8

15 21,3 1/2

20 26,9 3/4

25 33,7 1

32 42,4 1 1/4

VENTILHANDBOK

Ventildimensioner DN

15

men värdena rundas av för att bli jämna tal.

Komponenter som ventiler och rör med samma DN

passar således dimensionsmässigt med varandra.

Ventil Rördimension

DN Yttermått, mm Innermått, tum

40 48,3 1 1/2

50 60,3 2

65 76,1 2 1/2

80 88,9 3

100 114,3 4

125 139,7 5

150 168,3 6

Rördimension

1/2”

21,3 mm

www.regin.se


www.regin.se

VENTILHANDBOK

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.

16

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 / 400.


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.

Invändig gänga

VENTILHANDBOK

Anslutningsformer

Rörkoppling

Rör

Lekande mutter

17

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).

Dh

D

PN16

DN D =

flänsmått

Dh =

hålcirkel

Bultar

Dim Antal

6 75 50 M10 4

8 80 55 M10 4

10 90 60 M12 4

15 95 65 M12 4

20 105 75 M12 4

25 115 85 M12 4

32 140 100 M16 4

40 150 110 M16 4

50 165 125 M16 4

65 185 145 M16 4

80 200 160 M16 8

100 220 180 M16 8

125 250 210 M16 8

150 285 240 M20 8

www.regin.se


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.

www.regin.se

Bygglängd

Regins NTVS-ventiler följer bygglängd enligt DIN

VENTILHANDBOK

Bygglängd flänsade ventiler

18

Anslutning Bygglängd mm Ø Fläns

DN 15 130 95

DN 20 150 105

DN 25 160 115

DN 32 180 140

DN 40 200 150

DN 50 230 165

DN 65 290 185

DN 80 310 200

DN 100 350 220

DN 125 400 250

DN 150 480 285

Bygglängd

Ø Fläns


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).

Liten lyfthöjd = litet flöde Stor lyfthöjd = stort flöde

Genom att utforma ventilkägla och ventilsäte på olika

sätt kan ventiler ges olika flödeskarakteristik.

VENTILHANDBOK

Flödeskarakteristik

19

Flöde

100%

Quick opening Linjär Likprocentig

0%

0%

Helt stängd

Lyfthöjd

100%

Helt öppen

www.regin.se


Flödeskarakteristiker kan åskådliggöras i ett diagram:

Flöde

100%

0%

www.regin.se

0%

1

2

4

3

VENTILHANDBOK

100%

Lyfthöjd

20

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.

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.


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.

50% 50%

20%

VENTILHANDBOK

Värmeväxlare Styrventil med likprocentig

flödeskarakteristik

Effekt

Vilken praktisk betydelse har flödeskarakteristiken?

Flöde

20% Flöde

50%

21

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.

Lyfthöjd

Värmeväxlare + styrventil

Effekt

50%

Lyfthöjd

www.regin.se


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 ∆P är skillnaden i tryck mellan två mätpunkter

(P 1 och P 2 ), d.v.s. i princip före och efter ventilen.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Tryckfall

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 ).

22

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.

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.


VENTILHANDBOK

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 6,3 10 16 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.

Tryckfall 1 bar

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

23

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.

X m 3

= ca 2,37

I amerikansk litteratur

används begreppet cv istället

för kv.

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

www.regin.se


www.regin.se

VENTILHANDBOK

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.)

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 (∆p = 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

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.


Tryckfall

mVp kPa

200 2000

150

100

80

60

50

40

30

20

10

8

7

6

5

4

3

2

1

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

1500

1000

800

600

500

400

300

200

100

80

70

60

50

40

30

20

10

8

7

6

5

4

3

2

Capacity Cv

0,3

Kvs (m³/h at ∆p=100kPa) 0,25

1

2

3

VENTILHANDBOK

Ventilkapacitet

0,5

0,4

0,7

0,63

25

1,2

1,0

1

0,01 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1 2 3 4 5 6 7 8 910

20 30 40 50 60 80 100 l/s

0,04 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 2 3 4 5 6 7 8 910

20 30 40 50 60 80 100 200 300 400 m³/h

4

1,8

1,6

3,8

2,5

4,7

4

7,4

6,3

12

10

18

16

28

25

45

40

www.regin.se

Flöde


www.regin.se

VENTILHANDBOK

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

www.regin.se.

26


50%

VENTILHANDBOK

Reglerområde och reglernoggrannhet

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.

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.

R=

20%

20% 50%

Kvs

Kvr

Reglerområde = R

Maximala flödet (Kvs)

Minsta reglerbara flödet (Kvr)

27

Flöde

Öppningsgrad

www.regin.se


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.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Slaglängd

28

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


VENTILHANDBOK

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.

Marginaler i fjärrvärmesystem FOU 2003:85

samt Konsekvenser av mindre styrventiler i distributionsnät

FOU 2004:105

29

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.

www.regin.se


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.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Ventiltäthet

30

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.


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 över-

dimensionerade. 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.

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.

VENTILHANDBOK

Täta ventiler sparar energi

31

En helt tät ventil kan spara många hundralappar i ett fjärrvärmesystem.

Läckage vid stängt läge % av kv 0,1 %

Läckage vid kv 20 0,02 m3 /h eller 20 l/h

Läckage vid 30 % stängt läge

under totala drifttiden

Läckage vid total årlig driftid 8 760

timmar

6 l/h

52 560 liter

www.regin.se


Tappvarmavattenflöde (l/s)

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Dimensionering av styrventiler för tappvarmvatten

5,0

1,0

0,1

Rekommendationer Svensk Fjärrvärme. Tekniska bestämmelser F:101, 2004.

Kvs 0,63

1 10 100 300

Antal lägenheter

Svensk Fjärrvärme: Äldre hus speciella behov.

Bostadshus med t.ex. stort behov av varmvatten.

Kvs 1,0

Svensk Fjärrvärme: Nybyggnad, energibesparande teknik

Rekommenderat kvs för styrventiler primärsida

32

Kvs 1,6

Kvs 2,0

Kvs 4,0

Kvs 6,3


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.

Det finns även 3-vägsventiler som

används som fördelningsventiler. Ett

konstant primärflöde fördelas på två

kretsar med ett variabelt flöde och

konstant temperatur.

www.regin.se

3-vägsventil kopplad som blandningsventil

VENTILHANDBOK

3-vägsventiler

34

A AB

Då spindeln är i nedre läget är det fullt öppet genomlopp

mellan port A och port AB.

B

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.


Symmetriska och asymmetriska ventiler

A AB

En 3-vägsventil har två

reglerade flöden, A-AB

respektive B-AB. I symmetriska

ventiler är karakteristiken

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.

VENTILHANDBOK

35

1

Kv

A

AB

Symmetrisk likprocentig flödeskarakteristik för en

3-vägsventil

B

h

1

www.regin.se


www.regin.se

VENTILHANDBOK

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.

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.

36

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.

Radiatorventil i genomskärning


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.

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.

VENTILHANDBOK

37

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).

www.regin.se


www.regin.se

VENTILHANDBOK

38


Regins ventiler består av följande material:

Hus

• Rg5 (rödgods SS 5204)

• Mässing SS 5170

• Kromad mässing SS 5170

• Gråjärn SS 0125

• Segjärn SS 0727

VENTILHANDBOK

Ventilmaterial

39

Kägla/säte

• Rg5 (rödgods SS 5204)

• Rostfritt stål SS 2324 / SS 2333 / SS 2346

• Mässing SS 5170

Spindel

• Rostfritt stål SS 2346

www.regin.se


Kopparlegeringar

Rödgods (brons)

Rödgods eller brons innehåller 85 % koppar, 5 % tenn,

5 % bly, 5 % zink.

Mässing

Mässing innehåller ca 58 % koppar och 42 % zink.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

40

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.


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.

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.

VENTILHANDBOK

41

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.

www.regin.se


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 800 – 1000

Kavitation kan också elimineras genom att man

monterar en tryckreduceringsventil före styrventilen.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Skador

42

Kavitationsskador på pumphjul


Korrosion

Korrosion uppträder vanligtvis genom kemiskt eller

elektrokemiskt (galvanisk korrosion) angrepp på

metaller. Skadorna liknar kavitationsskador med

olika djupa gropar med nätaktigt tvättsvampsliknande

mönster.

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

VENTILHANDBOK

43

Mekaniskt slitage

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.

Förloppet vid erosionskorrosion

www.regin.se


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. 0...10 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.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Elektromekaniska ställdon

44

3-punktsstyrning

Stäng Öppna

- G2 G1

3 2 1

- +

24V AC

G2 sluten/stäng

G1 sluten/öppna

Obs! Öppna eller stäng = upp eller ner, beroende på ventilens konstruktion


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.

VENTILHANDBOK

45

Proportionell signalstyrning

V

10

2 V

helt stängd

10 V

helt öppen

Stängd Öppen

www.regin.se


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 0...10 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

Adapter för

montering på flertalet

ventilfabrikat

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Termoelektriska ställdon

Tryckplatta

46

Kompressionsfjäder

Kolv

Vaxelement

Resistoruppvärmt element

24 V alt. 230 V

Ventilspindel


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.

VENTILHANDBOK

47

www.regin.se


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.

www.regin.se

VENTILHANDBOK

Regins ventilcenter

48

Alla ventiler testas enligt fastställda ISO-rutiner

samt förses med CE-märkning och ID-nummer


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

INDEx (A-O)

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

www.regin.se


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

www.regin.se

INDEx (P-Ö)

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


AB Regin

Huvudkontor

Besöksadress: Bangårdsvägen 35

Box 116, 428 22 Kållered

Tel: +46 31 720 02 00

Fax: +46 31 720 02 50

VENTILHANDBOK

info@regin.se

www.regin.se

BR–VALVEHNDBK–SV 2012-12

More magazines by this user
Similar magazines