Automatyzacja w
Automatyzacja w
ogrzewnictwie i klimatyzacji
ogrzewnictwie i klimatyzacji
Wykład 1
Wstępne informacje
Wstępne informacje
Forma zaliczenia wykładu:
" kolokwium 21.01.2012
Obecność na wykładach:
" zalecana
Tematem wykładów będzie charakterystyka i dobór elementów automatyki
budynków:
" Zawory regulacyjne przelotowe: charakterystyka i zasady doboru
" Zawory regulacyjne trójdrogowe: charakterystyka i zasady doboru
" Przepustnice wentylacyjne i klapy: charakterystyka i zasady doboru
" Napędy zaworów i przepustnic
" Czujniki i przetworniki pomiarowe: temperatury, wilgotności i jakości
powietrza, ciśnienia, przepływu, prędkości i ruchu.
" Regulatory stosowane w ogrzewnictwie, ciepłownictwie i klimatyzacji 
wprowadzenie.
LITERATURA
LITERATURA
1. Zawada B.: Układy sterowania w systemach wentylacji i klimatyzacji.
Warszawa 2006.
2. Chmielnicki W.: Regulacja automatyczna urządzeń ciepłowniczych.
Warszawa 1997.
3. Ross H.: Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach ogrzewania wodnego.
Warszawa 1997.
4. Kostyrko K., A
obzowski A.: Klimat pomiary regulacja. Warszawa 2002.
5. Praca zbiorowa.: Regelungs- und Steuerungstechnik in der
Versorgungstechnik. C.F. Muller. 2002.
Elementy wykonawcze
Elementy wykonawcze
Zawory regulacyjne jednodrogowe
Zawory regulacyjne jednodrogowe
(przelotowe)
(przelotowe)
Elementy wykonawcze  zawory
Elementy wykonawcze  zawory
regulacyjne w układzie regulacji
regulacyjne w układzie regulacji
Element wykonawczy (zawór regulacyjny) + napęd (siłownik) =
urządzenie wykonawcze .
z
e u y
w
obiekt regulacji
urządzenie
_ regulator obiekt
wykonawcze
regulacji
ym
y
element
pomiarowy
Zawory regulacyjne
Zawory regulacyjne
Zawory regulacyjne dzieli się według:
" budowy: zawory jedno-, trój- i czterodrogowe, (zawory mogą być jedno-
lub dwugniazdowe),
" rodzaju połączenia: zawory kołnierzowe i gwintowe,
" zasady działania: zawory grzybkowe, kulowe (kurki), klapy, zasuwy,
" materiału korpusu: żeliwo szare, mosiądz, brąz, staliwo (gniazdo zaworu
wykonuje się z mosiądzu lub stali nierdzewnej).
" kształtu grzybka i charakterystyki otwarcia (charakterystyki przepływu),
Podstawowe parametry charakterystyki zaworu to:
średnica nominalna DN,
ciśnienie nominalne PN,
współczynnik przepływu Kvs (Cvs=1,17 Kvs )
Jednodrogowe zawory regulacyjne
Jednodrogowe zawory regulacyjne
" Literatura:
" Ross H.: Zagadnienia hydrauliczne w instalacjach
ogrzewania wodnego. Warszawa1997.
" Jednodrogowy zawór regulacyjny w literaturze
polskiej bywa nazywany zamiennie zaworem
jednodrogowym lub przelotowym. Nazwa
przelotowy używana jest głównie publikacjach
tłumaczonychz językaniemieckiego.
Konstrukcje zaworów jednodrogowych
Konstrukcje zaworów jednodrogowych
Zawory jednogniazdowe i dwugniazdowe
Zawory dwugniazdowe
Zawory dwugniazdowe
" W wypadku zaworów dwugniazdowych płyn
dopływa do obu grzybów zarówno zgodnie, jak i
przeciwniedokierunkuzamykania.
" Ciśnienie płynu działające na oba grzyby jest w
dużym stopniu zrównoważone, tak że ten rodzaj
konstrukcji nie wymaga, nawet przy dużej różnicy
ciśnienia na zaworze, przenoszenia przez siłownik
dużych sił, a przepływ może zachodzić w
dowolnymkierunku.
" To rozwiązanie jest więc także konstrukcją
umożliwiającą zmianę kierunku działania na
odwrotny.
Zawory dwugniazdowe
Zawory dwugniazdowe
" Zawory dwugniazdowe stosowane są wparowych i
wodnych instalacjach wysokociśnieniowych, gdzie
występują duże różnice ciśnienia przed i za
zaworem.
" Do całkowitego zamknięcia takiego zaworu bez
odciążenia hydraulicznego musiałyby być
stosowane duże, kosztowne siłowniki elektryczne o
dużej sileosiowej.
" Dobierając zawór dwugniazdowy możemy
zastosować taniesiłowniki o niewielkiej sile.
Współczynnik przepływu zaworu
Współczynnik przepływu zaworu
Strumień przepływu wyrażony w m3/h, wyznaczony przy
ustalonymskoku grzyba zaworu oraz przy spadku ciśnienia
na zaworze "po równym 1 bar i gęstości przepływającego
czynnika �o = 1000 kg/m3 nazywany jest współczynnikiem
przepływuKv.
1
Kv = V �" �"
m3/h
"p
Współczynnik przepływu zaworu
Współczynnik przepływu zaworu
" W wypadku innej straty ciśnienia niż "po = 1 bar i
płynów o gęstości innej niż gęstość wody
�o=1000kg/m3
współczynnik przepływu Kv obliczymy
"po
�
Kv = V �" �"
"p �o
Nominalny współczynnik przepływu zaworu
Nominalny współczynnik przepływu zaworu
Kvs
Kvs
" Obliczając wymiary zaworu określa się
nominalny współczynnik przepływu Kvs przez
zawór całkowicieotwarty.
" Wartość ta charakteryzuje minimalny opór
hydrauliczny zaworu.
" Obliczenie Kvs umożliwia dobranie średnicy
zaworuz katalogu.
" Dla tej samej średnicy w katalogu może być
podane kilka współczynników przepływu Kvs
zaworu.
Zależności do obliczenia wymaganych
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów wg. PN-83/74201
gazów wg. PN-83/74201
Zależności do obliczenia wymaganych
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów wg. PN-83/74201
gazów wg. PN-83/74201
" V - objętościowe natężenie przepływu, m3/h,
" Vn - objętościowe natężenie przepływu w warunkach normalnych (Tn=
273,15 K, pn = 101325 Pa), m3/h,
" m - masowe natężenie przepływu, kg/h,
" p1 - ciśnienie dopływu, Pa,
" p2 - ciśnienie odpływu, Pa,
" "p - dyspozycyjny spadek ciśnienia, Pa,
" �1 - gęstość czynnika na dopływie, kg/m3 ,
" �n - gęstość czynnika w warunkach normalnych ( Tn= 273,15 K, pn =
101325 Pa), kg/m3,
" T1 - temperatura czynnika przed zaworem, K,
" v2 - objętość właściwa pary dla parametrów p2 i T1, m3/kg,
" v2* - objętość właściwa pary dla parametrów p1/2 i T1, m3/kg,
" x - stopień nasycenia pary (0 < x d" 1).
Zależności do obliczenia wymaganych
Zależności do obliczenia wymaganych
współczynników przepływu dla cieczy, par i
współczynników przepływu dla cieczy, par i
gazów
gazów
" Gdy lepkość jest większa niż 2�10-5m2/s to współczynnik przepływu
Kv należy skorygować według zależności:
Kv '= Kv �"�
Kv - skorygowany współczynnik przepływu zaworu.
�- współczynnik korekcyjny
Przy bardzo dokładnych obliczeniach współczynnika przepływu dla
par i gazów należy również uwzględnić zmiany gęstości
spowodowane zmianą ciśnienia i temperatury.
Charakterystyki zaworów
Charakterystyki zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
"  dlaczego zajmujemy się tym tematem?
" Zasada doboru zaworów regulacyjnych -
minimalizacja wahań współczynnika
wzmocnienia obiektu regulacji !
Zasada doboru zaworów regulacyjnych -
Zasada doboru zaworów regulacyjnych -
minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia
minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji zawór reg. + wymiennik ciepła
obiektu regulacji zawór reg. + wymiennik ciepła
Charakterystyka statyczna obiektu regulacji: zawór reg. + wymiennik ciepła
a  zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa),
b  wymiennika ciepła,
c  wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)
ks
a b
Q/Qs
Q h
h
m m m
Q/Qs
m/ms Q/Qs
"Q
ks =
"h
h/hs
h/hs m/ms
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
" Charakterystyki zaworów regulacyjnych wyznacza się we
współrzędnych względnych zdefiniowanych następująco:
Kv
" względny współczynnik przepływu:
kv =
Kvs
H
" względny skok grzyba zaworu:
h =
Hs
V
v =
" względny strumień objętości:
Vs
A
s =
" względne pole przepływu przez zawór:
As
Indeks s oznacza wartości nominalne (100% otwarcie zaworu)
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
" Rozróżnia się następującecharakterystyki zaworów:
" charakterystykę otwarcia zaworu s = f(h); jest to
zależność pomiędzy względnym polem powierzchni
przekroju poprzecznego i względnym skokiem grzybka
zaworu,
" charakterystykę wewnętrzną przepływuzaworu kv = f(h),
jest to zależność pomiędzy współczynnikiem przepływu
zaworu (przy zachowaniu stałego spadku ciśnienia na
zaworze) i wzniosemgrzybka zaworu,
" charakterystykę roboczą przepływu zaworu
(eksploatacyjną) v = f(h), kv = f(h) jest to zależność
pomiędzy względnym strumieniem czynnika
przepływającego przez zawór w warunkach pracy w danej
instalacji (przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze) i
wzniosemgrzybka zaworu
Charakterystyki zaworów
Charakterystyki zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
Charakterystyki otwarcia i wewnętrzna są w dużym
przybliżeniu jednokształtne, to znaczy, że współczynnik
zaworu kv zmienia się analogicznie jak pole powierzchni
przepływu wfunkcji wzniosu grzybka h.
W ogrzewnictwie i wentylacji stosowane są zawory o
następującychcharakterystykach wewnętrznych kv=f(h):
" liniowej (proporcjonalnej),
" stałoprocentowej (logarytmicznej),
" dwustawnej (zawory szybko otwierające).
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
Charakterystyki zaworów regulacyjnych
1  liniowa
2  stałoprocentowa
3  stałoprocentowa
4 - dwustawna
Charakterystyka otwarcia zaworu
Charakterystyka otwarcia zaworu
W odniesieniu do jakości zaworu regulacyjnego decydujące znaczenie ma
W odniesieniu do jakości zaworu regulacyjnego decydujące znaczenie ma
tzw. dokładność regulacji "A/"h. Im mniejsza zależność "A/"h, tym
tzw. dokładność regulacji "A/"h. Im mniejsza zależność "A/"h, tym
precyzyjniej i dokładniej można wyregulować zawór
precyzyjniej i dokładniej można wyregulować zawór
1
2
A = b�"h = Ą d2 / 4.
Ą�"d2
h =
4�" b
Charakterystyka otwarcia zaworu
Charakterystyka otwarcia zaworu
Grzyb z jarzmem o progresywnej
charakterystyce otwarcia
Grzyb paraboliczny
Liniowa charakterystyka zaworu
Liniowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
(wewnętrzna przepływu)
"V
= const
"h
"kv
= const
"h
kv h
=
kvs hs
Liniowa charakterystyka zaworu
Liniowa charakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
(wewnętrzna przepływu)
" Z równania charakterystyki wynika, że w dolnym
zakresie skoku zmiana ma większe skutki i w
pewnych okolicznościach może być przyczyną
niestabilnej pracy instalacji.
" Oznacza to, że wadą liniowej charakterystyki
przepływowej zaworu jest zbyt duża reakcja w
dolnym i zbyt duża czułość w górnym zakresie
skoku, co może być przyczyną zbyt wolnej zmiany
położeniagrzyba zaworu.
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
Stałoprocentowacharakterystyka zaworu
(wewnętrzna przepływu)
(wewnętrzna przepływu)
" W charakterystyce stałoprocentowej, w całym zakresie
skoku uzyskiwana jest stała zależność procentowej zmiany
strumieniaobjętości,
" to znaczy, że ingerencja w położenie regulacyjne zaworu,
zawsze powoduje taką samą zmianę procentowej
strumienia objętości niezależnie od tego, przy jakim skoku
mamiejscetakaingerencja
V / Vs
= const
"h / hs �" "V / Vs
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
V / Vs
= const
"h / hs �" "V / Vs
kv / kvs = en�"(h / hs -1)
kvo/kvs= 0,3679 przy n = 1
= 0,1353 n = 2
= 0,0498 n = 3
= 0,0183 n = 4
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
Stałoprocentowa charakterystyka zaworu
" Zaskakujące jest, że także przy zamkniętym zaworze
przepływa przez niego strumień masy wymagany przy
obciążeniupodstawowym.
" Zjawisko to jest jednak nieprzydatne do wykorzystania w
instalacjachogrzewania.
" Z tego względu w najniższym zakresie skoku, przerywany
jest przebieg stałoprocentowej charakterystyki zaworu
opisany wzorem i zastępowany niezdefiniowanym
odcinkiemkrzywej.
" Wpraktyce przyjęło się stosować wartość stosunku
kvo/kvs =0,04,
" coodpowiada stałej
n=3,22.
Parametry zaworów regulacyjnych (rzeczywiste
Parametry zaworów regulacyjnych (rzeczywiste
charakterystyki produkowanych zaworów)
charakterystyki produkowanych zaworów)
Wytyczne VDI/VDE 2173
30%
Parametry zaworów regulacyjnych
Parametry zaworów regulacyjnych
" Odchyłka wartości współczynnika kvs
(współczynnik kv przy skoku zaworu 100%) danego
zaworu nie może być, większa niż ą10%wartości
współczynnikakvs.
" Nachylenie charakterystyki rzeczywistej nie może
odbiegać w zakresie h/hs = 0,1 do 1,0 od
nachylenia charakterystyki nominalnej nie więcej
niż 30%.
" Najmniejszy współczynnik przepływu kvs, przy
którym zachowane są jeszcze granice tolerancji
określany jest jakowspółczynnik kvr
Parametry zaworów regulacyjnych
Parametry zaworów regulacyjnych
" Teoretyczny stosunek regulacji kvs/kvo powinien
wynosić e" 25 (kvo/kvs d" 0.04).
" Wzaworach o wysokiej jakości regulacji stosunek
regulacji kvs/kvo = 50(kvo/kvs =0.02).
" Stosunek regulacji jest ważną wielkością
" Stosunek regulacji jest ważną wielkością
świadczącą o możliwościach regulacyjnych
świadczącą o możliwościach regulacyjnych
zaworu !.
zaworu!.
Charakterystyka robocza
Charakterystyka robocza
przepływu zaworu
przepływu zaworu
(eksploatacyjna)
(eksploatacyjna)
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
Rozkład ciśnienia w odcinku rurociągu
będącym obiektem regulacji
będącym obiektem regulacji
W wypadku
zamontowania zaworu
regulacyjnego w sieci
obowiązuje zasada:
podczas zamykania
zaworu wzrasta strata
ciśnienia na zaworze.
"pcalk = "pZ100 + "pS
Charakterystyka robocza przepływu zaworu
Charakterystyka robocza przepływu zaworu
(eksploatacyjna)
(eksploatacyjna)
" Charakterystyka uwzględniająca warunki zamontowania zaworu
(zmienność "pz) nazywana jest charakterystyką eksploatacyjną
(charakterystyką roboczą przepływu).
V/V100
"pz zmienne
"pz=const
h/hs
Autorytet zaworu  kryterium dławienia
Autorytet zaworu  kryterium dławienia
W celu określenia ilościowego przebiegu charakterystyki
eksploatacyjnej wprowadzone zostało pojęcie tzw.
autorytetuzaworu a.
Autorytet zaworu bywa nazywany również kryterium
dławienia.
Autorytet zaworu oznacza udział oporu stawianego przez
zawór całkowicie otwarty w odniesieniu do całkowitego
oporusieci wraz z zaworem
"pz100
"pcalk = "pZ100 + "pS
a =
"pcalk
Autorytet zaworu
Autorytet zaworu
" Autorytet zaworu jest również definiowany jako
stosunek różnicy ciśnień na zaworze całkowicie
otwartymdo różnicy ciśnień na zaworze całkowicie
zamkniętym.
"pz100
a =
"pz0
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
charakterystyce liniowej
charakterystyce liniowej
(przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze)
1
V / V100 =
a
1- a +
(h / h100 )2
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
Charakterystyki eksploatacyjne zaworu o
charakterystyce stałoprocentowej
charakterystyce stałoprocentowej
(przy zmiennym spadku ciśnienia na zaworze)
1
V / V100 =
a
1- a +
[en(h / h100 -1) ]2
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
eksploatacyjnej
" Przy wyprowadzaniu równań charakterystyki
eksploatacyjnej
1
1
V / V100 =
V / V100 =
a
a
1- a +
1- a +
[en(h / h100-1) ]2
(h / h100)2
" przyjęte zostało założenie, że całkowita strata
ciśnienia w obwodzie regulacji jest wartością stałą:
"pcalk = const
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
eksploatacyjnej
" Wwypadku zastosowania pomp wirowych warunek "pcałk=const nie jest
spełniony. Charakterystyka pompy, która przy coraz mniejszych
strumieniach przepływu powoduje wzrost różnicy ciśnienia, powoduje
także przyrost strumienia objętości o określoną wartość ("V ) przy
danymstopniu otwarcia zaworu.
" Po zastosowaniu pompy wirowej przy takim samym położeniu zaworu
powstaje większy strumień objętości ("pcałk jest zmienne).
" Oznacza to także, że przedstawione na poniższych rysunkach
charakterystyki eksploatacyjne będą jeszcze bardziej przesunięte do
góry.
" W praktyce projektowej należy dążyć do stosowania w instalacjach
ogrzewania pompomożliwie płaskiej charakterystyce.
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
Wpływ pompy na kształt charakterystyki
eksploatacyjnej
eksploatacyjnej
Zasady konstruowania i analiza
Zasady konstruowania i analiza
charakterystyk statycznych obiektu
charakterystyk statycznych obiektu
regulacji:
regulacji:
zawór  wymiennik ciepła
zawór  wymiennik ciepła
Podstawowa zasada doboru zaworów
Podstawowa zasada doboru zaworów
regulacyjnych
regulacyjnych
Minimalizacja wahań współczynnika wzmocnienia obiektu regulacji
"Q
ks = = const = 1
"h
Charakterystyka statyczna obiektu regulacji: zawór reg. + wymiennik ciepła
a  zaworu regulacyjnego (stałoprocentowa),
b  wymiennika ciepła,
c  wymiennika ciepła wraz z zaworem regulacyjnym (obiekt regulacji)
a b
Q/Qs
Q h
h
m m m
Q/Qs
m/ms Q/Qs
h/hs
h/hs m/ms
Przykładowa rzeczywista charakterystyka
Przykładowa rzeczywista charakterystyka
cieplna wymiennika ciepła
cieplna wymiennika ciepła
Charakterystyka cieplna grzejnika Q/Q100 = f(m/m100); �=const
m �"cp �""t
Q / Q100 =
m100 �"cp �""t100
Oznaczenia:
"t = tz100 - ti
"to100 = (tz - tp )100
Przykładowa rzeczywista charakterystyka
Przykładowa rzeczywista charakterystyka
cieplna wymiennika ciepła (grzejnika c.o.)
cieplna wymiennika ciepła (grzejnika c.o.)
"to100 tz100 - tp100  parametr obliczeniowy wymiennika (grzejnika)
Ś = =
"t tz100 - ti
Całkowita charakterystyka stat. Instalacji (zawór +
Całkowita charakterystyka stat. Instalacji (zawór +
wymiennik) przy zastosowaniu zaworu o charakterystyce
wymiennik) przy zastosowaniu zaworu o charakterystyce
liniowej  współczynnik wzmocnienia
liniowej  współczynnik wzmocnienia
"Q
ks = = ?
"h
ks -współczynnik
wzmocnienia obiektu
regulacji zaw. + wym.
Całkowita charakterystyka instalacji przy
Całkowita charakterystyka instalacji przy
zastosowaniu zaworu o charakterystyce liniowej
zastosowaniu zaworu o charakterystyce liniowej
współczynnik przenoszenia
współczynnik przenoszenia
Współczynnik przenoszenia kw (nachylenie
kS d(Q / Q100 )
stycznej  względna wartość współczynnika
kW = =
wzmocnienia ks)
kS100 d(h / h100)
Całkowita charakterystyka instalacji z
Całkowita charakterystyka instalacji z
zastosowaniem zaworu o charakterystyce
zastosowaniem zaworu o charakterystyce
stałoprocentowej  współczynnik przenoszenia
stałoprocentowej  współczynnik przenoszenia
a=0,1
Wnioski z wykonanej analizy
Wnioski z wykonanej analizy
Przedstawiona na rysunkach charakterystyka instalacji (charakterystyka
statyczna obiektu regulacji: zawór +grzejnik) zależy nie tylko od budowy
i autorytetu zaworu, ale także od parametru obliczeniowego
wymiennika Ś.
Dla każdej wartości parametru obliczeniowego grzejnika Ś, zgodnie z
rysunkami należy dobrać taki (optymalny) autorytet i charakterystykę
zaworu, które pozwolą na uzyskanie liniowego przebiegu całkowitej
charakterystyki statycznej obiektu regulacji (zawór-wymiennik) tj.
charakterystyki o zminimalizowanych wahaniach współczynnika
wzmocnienia.
"Q
ks = = const = 1
"h
Metody doboru zaworów regulacyjnych
Metody doboru zaworów regulacyjnych
W oparciu o wyniki analizy charakterystyk statycznych
obiektów regulacji opracowano następujące metody
doboru zaworów regulacyjnych:
1. Metoda minimalizacji wahań współczynnika wzmocnienia
obiektu regulacji.
2. Metoda orientacyjnych wartości współczynnika autorytetu
(dławienia).
Metoda minimalizacji wahań współczynnika
Metoda minimalizacji wahań współczynnika
wzmocnienia obiektu regulacji.
wzmocnienia obiektu regulacji.
" Celemtej metody jest optymalizacja doboru charakterystyki
zaworu regulacyjnego zapewniająca minimalizację wahań
współczynnika wzmocnienia obiekturegulacji.
" Zastosowanie tej metody jest możliwe jedynie wprzypadku
znajomości dokładnej charakterystyki statycznej wymiennika
ciepła, charakterystyki wewnętrznej zaworu (zapisanej w
postaci równań) oraz możliwości swobodnego doboru
współczynnika autorytetu(charakterystyki) zaworu.
" W wyniku obliczeń charakterystyka robocza dobranego
zaworu powinna być tak ukształtowana aby po złożeniu jej z
charakterystyką wymiennika powstała liniowa
charakterystykaobiekturegulacji (zawór-wymiennik).
Podstawowa zasada metody minimalizacja wahań
Podstawowa zasada metody minimalizacja wahań
współcz. wzmocnienia obiektu regulacji:
współcz. wzmocnienia obiektu regulacji:
kS d(V /V100)
kW = = = const =1
- regulacja przepływu
kS100 d(h / h100)
kS d(Q / Q100)
kW = = = const = 1
- regulacja mocy (temperatury)
kS100 d(h / h100)
Przykład regulacji mocy wymiennika:
a
h b c
Q/Qs
h
Q
m
m
m
m/ms Q/Qs
Q/Qs
h/hs
h/hs
m/ms
Charakterystyki różnych wymienników (nośników) ciepła
Charakterystyki różnych wymienników (nośników) ciepła
wg Arbeitskreis Regelungs- und Steuerugstechnik& 
wg Arbeitskreis Regelungs- undSteuerugstechnik & 
Równanie charakterystyki wymienników ciepła
gdzie:
a  parametr obliczeniowy wymiennika jest
zależny od parametrów obliczeniowych
czynnika grzejnego i układu hydraulicznego
(w przykładzie z grzejnikiem oznaczony jako Ś).
Wymiennik ciepła (nośnik ciepła) a
Chłodnica powietrza 0,15& 0,25
Nagrzewnica powietrza ze zmiennym przepływem 0,6& 0,7
Temperatura zasilania 1
Parametr obliczeniowy wymiennika
Parametr obliczeniowy wymiennika
" Wg. Wurstlina parametr obliczeniowy wymiennika a może być
wyliczony z opracowanych przez niego zależności (patrz też B. Zawada
 Układy sterowania systemach wentylacji i klimatyzacji ).
" Przykładowo dla nagrzewnic powietrza ze zmiennym przepływem
czynnika grzejnego parametr a określazależność
Tzo -Tpo
a = 0.6
Tzo - tzo
gdzie: Tzo, Tpo  temperatury obliczeniowe czynnika grzejnego,
tzo  temperatura obliczeniowa powietrza na wlocie do
nagrzewnicy.
" Dla grzejnika w pomieszczeniu
tz100 - tp100
a = Ś =
tz100 - ti
Optymalne wartości współczynnika autorytetu:
Optymalne wartości współczynnika autorytetu:
wg Arbeitskreis Regelungs- und Steuerugstechnik & 
wg Arbeitskreis Regelungs- und Steuerugstechnik & 
Krzywa
graniczna
Oznaczenia:
av- współczynnik autorytetu, a- parametr obliczeniowy wymiennika,
gl, lin  linie najmniejszych wahań współczynnika wzmocnienia zaworów
stałoprocentowych(gl) i liniowych (lin).
Dla zaworów stałprocentowychprzy a=0.6 optymalne av= 0.25-0.6
Metoda minimalizacji wahań wartości
Metoda minimalizacji wahań wartości
współczynnika wzmocnienia
współczynnika wzmocnienia
Metoda minimalizacji wahań wartości współczynnika wzmocnienia została
szczegółowo opisana w publikacjach:
F. Trefnego, Wurstlina, B. Zawady.
Stosowanie w praktyce projektowej metody minimalizacji wahań wartości
współczynnika wzmocnienia wymagałoby zbyt dużego nakładu pracy na
obliczenia:
1. konieczna jest znajomość równania do obliczenia parametru
wymiennika a (Ś).
2. brak możliwości doboru dokładnej wartości współczynnika autorytetu
zaworu av (charakterystyki eksploatacyjnej) ze względu na skokową
zmianę Kvs w katalogach.
Dlatego w praktyce powszechnie stosowana jest metoda oparta na
doborze orientacyjnej wartości współczynnika autorytetu
(kryterium dławienia) zaworu.
Metoda doboru orientacyjnej wartości
Metoda doboru orientacyjnej wartości
współczynnika autorytetu (kryterium
współczynnika autorytetu (kryterium
dławienia).
dławienia).
" Podstawowym kryterium doboru średnicy zaworów jednodrogowych w
tej metodzie jest zalecana wartość kryterium dławienia (autorytetu)
zaworu.
" Zalecana wartość jest to zakres wartości współczynnika autorytetu, dla
którego na podstawie badań ustalono dopuszczalny zakres wahań
współczynnika wzmocnienia, gwarantujący zadowalającą jakość
regulacji.
Metoda orientacyjnej wartości współczynnika
Metoda orientacyjnej wartości współczynnika
autorytetu (kryterium dławienia).
autorytetu (kryterium dławienia).
Wybór autorytetu zaworu
" Przy liniowej charakterystyce zaworu jako wielkość
orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu
a = 0,5 do 1.0
" Przy stałoprocentowej charakterystyce zaworu jako wielkość
orientacyjną przyjmuje się autorytet zaworu
a = 0,3 do 0,5  H. Roos
a=0.2 do 0.8 - B. Zawada
a H" 0.5 lit. niemiecka
Wprzypadku węzłówciepłowniczych najczęściej przyjmuje się
a H" 0.5?)
Przy wyborze autorytetu powinny być brane pod uwagę także:
koszt zaworu oraz koszty eksploatacyjne (koszt
pompowania).
Zasady doboru zaworów regulacyjnych
Zasady doboru zaworów regulacyjnych
1. W praktyce w instalacjach ogrzewania należy preferować
zawory o charakterystyce stałoprocentowej.
2. Z przeprowadzonych analiz charakterystyk
stałoprocentowych wynika, że wcelu osiągnięcia możliwie
dobrej jakości regulacji instalacji wzakresie najmniejszego
obciążenia należy wybrać możliwie duży stosunek
regulacji (e"25, 30anajczęściej 50).
Obliczenie współczynnika przepływu Kvs
Obliczenie współczynnika przepływu Kvs
3. Podstawą do doboru średnicy nominalnej zaworu
regulacyjnego jest obliczenie współczynnika przepływu Kvs
VS
[m3/h]
KVS =
"pZ100
gdzie:
V[m3/h]  obliczeniowy strumień objętości wody,
"pz100 [bar]  strata ciśnienia na zaworze regulacyjnym
całkowicie otwartym.
"pz100
a =
Dlazałożonej wartości współczynnika
"pz100 + "ps
"pZ100 = a �" ("pZ100 + "pS )
a
"pZ100 = �" "pS
1- a
Spadek ciśnienia na dobieranym zaworze
Spadek ciśnienia na dobieranym zaworze
regulacyjnym
regulacyjnym
Dlazałożonej wartości współczynnika autorytetu
"pz100
a =
"pz100 + "ps
obliczamy
"pZ100 = a �" ("pZ100 + "pS )
a
"pZ100 = �" "pS
1- a
Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym
Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym
" Minimalny spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym jako
"p e" 0.1bar ( np. wg. Simensa "p e" 0.03) .
" Winstalacjach parowych przy w obliczeniach Kv zaworów
regulacyjnych należy przyjmować
0.4�0.5(P1-1) bar
"pZ100 =
P1- ciśnieniepary przedzaworemw[bar]
Dobór średnicy zaworu
Dobór średnicy zaworu
4. Po obliczeniu współczynnika przepływu KVS z katalogu
zaworów dobieramy średnicę zaworu o wartości KVS
najbliższej mniejszej (jeżeli pozwala na to "pd) od
wyliczonej.
2
�ł �ł
Vs �ł
RZ
�ł
"pZ100 =
5. Sprawdzamy rzeczywistą wartość
�ł
KVS �ł
�ł łł
anastępnierzeczywistą wartość autorytetuzaworu a.
4. Wkatalogusprawdzamy pozostałeparametry zaworu:
" dopuszczalneciśnienie robocze (materiał zaworu),
" maksymalną dopuszczalną temp. czynnika grzejnego,
" charakterystykę przepływową (powinna być
stałoprocentowa),
" zdolność regulacyjną (stosunek regulacji e" 25),
" rodzaj połączenia(gwintowe, kołnierzowe).
Rodzaj materiału, z jakiego musi być
Rodzaj materiału, z jakiego musi być
wykonany korpus zaworu
wykonany korpus zaworu
Rodzaj materiału, z jakiego musi być wykonany korpus
zaworu zależy od dopuszczalnej temperatury i ciśnienia
przepływającego czynnika grzejnego.
Aktualnienarynku znajdują się zawory wykonywane z
" brązu,
" żeliwa szarego oznaczone symbolemGG,
" z żeliwa sferoidalnegooznaczone symbolemGGG
" oraz ze staliwa oznaczone symbolem GS (oznaczenia
niemieckie).
Sprawdzenie zagrożenia zaworu kawitacją
Sprawdzenie zagrożenia zaworu kawitacją
" W przypadku nadmiernego spadku ciśnienia na zaworze
następuje gwałtowny wzrost prędkości w miejscu
największego przewężenia przekroju poprzecznego.
" Spadek ciśnienia powoduje miejscowe odparowanie cieczy,
która następnie skraplając się, z ogromną prędkością
uderza o ściankę zaworu powodując wypłukiwanie
powierzchni analogiczne do czyszczenia strumieniem
piasku.
" Zjawisku temu towarzyszy również duży wzrost poziomu
hałasu.
" Opisany wyżej proces znany jest pod nazwą kawitacji i jest
bardzogroz
ny wukładachhydraulicznych.
Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze
Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze
Dopuszczalny spadek ciśnienia na zaworze nie
może przekraczać dopuszczalnych wartości
określonychzależnością:
"pv100 =Z(p1  ps)
gdzie:
" p1 - ciśnienie przed zaworem,
" ps - ciśnienie nasycenia dla danej temperatury,
" Z - współczynnik o wartościach Z = 0,5�0,8.
Skutki błędnego doboru zaworu
Skutki błędnego doboru zaworu
Jeżeli do wyboru są dwie różne
wartości współczynników
przepływu KVS, to w
wątpliwych wypadkach należy
decydować się zawsze na
wybór zaworu o mniejszym
współczynniku KVS.
Jeżeli (V/V100)* - rzeczywisty,
nominalny strumień objętości
jest mniejszy od założonego,
zmniejsza się zakres regulacji
i układ pracujeniestabilnie.
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Skutki wahań różnicy ciśnienia
"pmin-max
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Wraz ze wzrostem przyłączeniowej różnicy ciśnienia z
"pcałk min do "pcałk max minimalny strumień objętości, możliwy
do stałoprocentowej regulacji, wzrasta od Vr do Vr* (patrz
rysunek).
W odniesieniu do wymaganego nominalnego strumienia
objętości Vs, następuje zawężenie dostępnego zakresu
regulacji (mały zakres pracy zaworu).
Oznacza to pogorszenie jakości regulacji (pogorszenie
dokładności nastawy zaworu).
Wwypadku występowania dużych wahań różnicy ciśnienia
"pcałk należy zamontować regulator różnicy ciśnienia i
przepływu, który pozwoliłby na utrzymanie różnicy ciśnienia
"pcałk nastałympoziomie.
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Skutki wahań różnicy ciśnienia
Koniec wykładu
Koniec wykładu