Niezależne od zmiany ciśnień zawory regulacyjne, czyli co w trawie piszczy?

W dzisiejszym artykule weźmiemy pod lupę niezależne od zmiany ciśnień zawory regulacyjne na przykładzie zaworu Herz Kombiventil 4006. W artykule będę chciał Ci dokładnie wyjaśnić czym są zawory PICV, gdzie i dlaczego są używane, kiedy nie należy ich stosować oraz jak ważną role pełnią. Oczywiście wszystko będzie poparte przykładami, bo jakże by inaczej. A więc do dzieła.

Zacznijmy od tego skąd w ogóle wziął się skrót PICV? Ano wziął się on z języka angielskiego i oznacza on Pressure Independent Control Valve, czyli zawór regulacyjny niezależny od ciśnienia. A dlaczego tak? Dlatego, ponieważ pełni dwie bardzo ważne role. Po pierwsze reguluje ilość czynnika, który przez niego przepływa, a po drugie automatycznie kompensuje wahania ciśnienia w układzie tak, aby instalacja była stabilna.

Jak wyglądają oraz z czego się składają zawory PICV?

Oczywiście ile producentów na rynku, tyle różnych zaworów PICV. Niezależnie jednak od samego wyglądu, wszystkie te zawory łączy jeden fakt – identyczny sposób działania!

Dwudrogowe zawory PICV (bo takimi będziemy się zajmować) składają się z pary przyłączy – wlotu i wylotu, które są przymocowane do korpusu i przez które przepływa medium. Dodatkowo, zdecydowana większość producentów oznacza strzałkę na korpusie, wskazująca kierunek przepływu oraz wyposaża zawory w króćce pomiarowe.

Dwa króćce pomiarowe, o których mowa powyżej oznaczone są różnymi kolorami – jeden jest niebieski, a drugi czerwony. Czy kolory te mają jakieś znaczenie? Oczywiście, że tak! Kolorem niebieskim oznaczony jest króciec odpowiedzialny za pomiar po stronie niskiego ciśnienia, a kolorem czerwonym – wysokiego ciśnienia. Oczywiście, aby można było dokonać pomiaru potrzebne są specjalistyczne urządzenia pomiarowe, ale to właśnie dzięki nim możemy dokładnie sprawdzić jak działa zawór w rzeczywistych warunkach.

Kolejnym elementem, który można zobaczyć z zewnątrz to pokrętło zlokalizowane w górnej części zaworu. Służy ono do regulacji natężenia przepływu przez niego medium. Taka regulacja może oczywiście odbywać się automatycznie, w momencie, kiedy do zaworu podłączony jest siłownik.

Ostatnim ważnym elementem, w który są wyposażone zawory PICV to regulator różnicy ciśnień, który automatycznie, przy pomocy membrany, sprężyny oraz żaluzji utrzymuje stałe ciśnienie po stronie wtórnej zaworu (czyli na wylocie).

Jak oznacza się zawory PICV

Zawory PICV oznacza się na schematach w różny sposób – ilu projektantów tyle sposobów. 🙂 Poniżej przedstawiam Ci 3 najpopularniejsze symbole przedstawiające takie zawory.

Dlaczego w ogóle stosować zawory PICV?

Aby odpowiedzieć na powyższe pytanie, przeanalizujmy prosty przykład z życia, który doskonale odzwierciedla systemy grzewcze i chłodnicze. Wyobraź sobie tylko, że jedziesz samochodem po autostradzie. Utrzymujesz stałą prędkość oraz optymalne obroty silnika, dzięki czemu silnik działa efektywnie, a spalania paliwa jest możliwie niskie. I wszystko jest fajnie, dopóki nie opuścisz autostrady i wjedziesz do zakorkowanego miasta. Wtedy co chwile hamujesz i ruszasz, hamujesz i ruszasz. Silnik często wchodzi na wysokie obroty, które utrzymuje przez chwilę, a następnie zwalnia do zera. Jak myślisz, czy taka praca silnika jest efektywna? Oczywiście, że nie, ale to nie wszystko… Takie działanie powoduje dodatkowo spalanie ogromnej ilości paliwa, czyli generuje dodatkowe koszty.

Sytuacja wygląda bardzo podobnie w systemach hydraulicznych. Abyś lepiej zrozumiał co mam na myśli, przeanalizujmy jak działają takie instalacje od początku, krok po kroku.

Weźmy pod uwagę prosty system instalacji grzewczych, wyposażony w 3 dowolne odbiorniki ciepła przed którymi znajdują się proste, dwudrogowe zawory regulacyjne. W sytuacji, kiedy zapotrzebowanie na ciepło przez wszystkie odbiorniki będzie maksymalne, wszystkie zawory regulacyjne będą w 100% otwarte, ciśnienie dyspozycyjne przy pierwszym odbiorniku będzie największe, a przy ostatnim – najmniejsze. Powyższą sytuację doskonale obrazuje poniższy rysunek.

Jak łatwo można się domyślić, sytuacja taka nie będzie trwać bez końca. Co się stanie, jeżeli pierwszy odbiornik nie będzie potrzebował już więcej ciepła? Zawór regulacyjny przy tym odbiorniku zostanie zamknięty, a ciśnienie automatycznie wzrośnie w instalacji. W rezultacie, ponieważ ilość czynnika grzewczego w instalacji jest stała, zwiększy się też przepływ przez drugi oraz trzeci odbiornik.

I tutaj pojawia się cały problem. W każdej sytuacji, kiedy zawory regulacyjne się otwierają lub zamykają oraz kiedy pompy obiegowe zwiększają lub zmniejszają swoją prędkość, zmienia się ciśnienie w instalacji. Zawory regulacyjne próbują się dostosować do nowych warunków i ograniczyć ilość przepływającego przez nie czynnika, ale ponieważ ciśnienie w całej instalacji wzrasta lub maleje, ilość czynnika, który przez nie przepływa również wzrasta lub maleje. Wniosek z tego jest taki, że tak naprawdę nie mamy kontroli nad układem – nie możemy być pewni ile czynnika będzie w rzeczywistości przepływać przez dany zawór, a tym samym ile ciepła zostanie dostarczona do odbiornika.

Ale jeżeli myślisz, że to koniec problemów to niestety muszę Cię zmartwić… Jeżeli takie zawory regulacyjne będą dodatkowo podłączone do siłownika to każda zmiana ciśnienia w instalacji będzie skutkowała jego działaniem. W rezultacie żywotność zarówno samego zaworu jak i siłownika znacznie się skróci, ponieważ będą one narażone na ciągłe ruchy.

Mam nadzieję, że trochę Ci uświadomiłem problem, o jakim tak naprawdę wiele osób milczy lub co gorsza, nie zdaje sobie w ogóle sprawy. No dobra, ale możesz się teraz zastanawiać jaki z tego wniosek? Bardzo prosty, mam nadzieję, że już się sam domyśliłeś. 🙂 Tak naprawdę, aby mieć pełną kontrolę nad zaworami regulacyjnymi oraz nad ilością czynnika, który przez nie przepływa, musimy być w stanie kontrolować różnicę ciśnień na zaworze i to niezależnie od zmiany ciśnienia w całej instalacji. Zapamiętaj to proszę, bo jest to najważniejsze zdanie w całym artykule.

Kontrola instalacji

No dobra, ale co tak naprawdę oznacza kontrola nad instalacją hydrauliczną? Aby to wyjaśnić, odniosę się ponownie do prostego przykładu z życia… 🙂

Wyobraź sobie potężny , otwarty zbiornik, który jest w całości wypełniona wodą. Jak zapewne wiesz, ciśnienie na samym dole zbiornika będzie największe (ponieważ to właśnie tam będzie największe ciśnienie hydrostatyczne). Ok, teraz co się stanie, jeżeli zrobimy 3 identyczne otwory w ściance zbiornika – jeden na górze, drugi w środku, a trzeci na samym dole? Oczywiście woda zacznie się przez nie wylewać, ale… czy równomiernie? Jasne, że nie! 🙂 Ponieważ ciśnienie na samym dole jest największe, największy strumień wody będzie się zawsze wylewał z najniższego otworu (oczywiście pod warunkiem, że wszystkie otwory są identyczne, tzn. mają taką samą średnicę). Zauważyłeś analogię do powyższego przykładu? 🙂

Teraz wyobraź sobie niemalże identyczną sytuację, ale z drobną różnicą. Załóżmy, że zbiornik ma tylko jeden otwór. Oczywiście woda ponownie będzie się przez niego wylewać, ale im poziom zwierciadła wody będzie niższy, tym strumień będzie słabszy (ponieważ zmniejszy się ciśnienie hydrostatyczne).

Ale… co by się stało, gdyby ktoś zaczął nagle nalewać tyle samo wody do zbiornika ile się wylewa przez ten otwór? Poziom wody w zbiorniku oczywiście pozostałby na takim samym poziomie.

Skomplikujmy jednak całą sytuację… Co by się stało, gdyby wziąć kawałek blaszki i zakryć nią część otworu, przez który wylewa się woda? Oczywiście z początku wylewałaby się wolniej, ale z czasem, jeżeli tylko ilość wody dolewanej do zbiornika nie uległaby zmianie, poziom zwierciadła wody ciągle by się zwiększał, a ciśnienie hydrostatyczne rosło. Na skutek tego, strumień wody wylewający się przez zbiornik stawałby się coraz mocniejszy. I właśnie taka sytuacja ma miejsce w większości układów grzewczych i chłodniczych…

No dobra, ale jak temu zaradzić? Bardzo prosto. Wyobraź sobie tylko, że w momencie kiedy zakrywamy otwór, ilość wody dodawanej do zbiornika maleje. Kiedy zabieramy blaszkę ze ścianki zbiornika i woda wypływa przez całą powierzchnię otworu, również zwiększa się ilość wody, która jest dolewana do zbiornika. Możesz teraz zastanawiać się kto lub co miałoby tak kontrolować ilość dolewanej wody. Ano regulator różnicy ciśnień, który jest integralną częścią zaworów PICV. 🙂

Urządzenie działa w taki sposób, że automatycznie dostosowuje się do wahań ciśnienia w instalacji po jego pierwotnej stronie i w sposób mechaniczny (tzn. pod naciskiem sprężyny) zwiększa lub zmniejsza siłę z jaką działa na membranę tak, aby zapewnić wymagane, stałe ciśnienie po jego stronie wtórnej. Dzięki temu ciśnienie działające na zawór regulacyjny jest stałe, a my dzięki temu możemy uzyskać pełną kontrolę nad układem. Prawda, że fajnie? 🙂

Gdzie stosować zawory PICV?

Oczywiście zawory PICV są zalecane do stosowania przede wszystkim w większych instalacjach, np. w szkołach, hotelach, biurowcach, szpitalach, itp. Dodatkowo nic nie stoi na przeszkodzie, aby stosować je zarówno w systemach zmienno jak i stałoprzepływowych.

Stosowanie zaworów PICV w układach zmiennoprzepływowych, czyli tam, gdzie po stronie wtórnej mamy pompę obiegową o zmiennym przepływie jest bardzo proste. Wystarczy, że przed każdym odbiornikiem ciepła będzie zainstalowany taki zawór wraz z siłownikiem podłączonym do konkretnego termostatu. Takie rozwiązanie zapewnia nam uzyskanie optymalnych oraz najbardziej efektywnych rezultatów. Całość została przedstawiona na poniższym schemacie.

Na powyższym schemacie pominięto armaturę inną niż same zawory PICV (tj. zawory odcinające, odpowietrzniki, itp.)

Stosowanie zaworów PICV w układach stałoprzepływowych, czyli tam, gdzie po stronie wtórnej mamy pompę obiegową o stałym przepływie wygląda nieco inaczej. Rozwiązanie takie, oprócz stosowanie samych zaworów PICV wymaga również zastosowania zaworów trójdrogowych tak, aby nadmiar czynnika, którego nie potrzebuje odbiornik, przepływał przez by-pass. Takie rozwiązanie pozwala nam uniknąć zjawiska nadprzepływów przez odbiorniki w sytuacjach, kiedy nie będą one obciążone w 100%. Oczywiście poniżej przedstawiono schemat takiego rozwiązania.

Na powyższym schemacie pominięto armaturę inną niż same zawory PICV (tj. zawory odcinające, odpowietrzniki, itp.)

Kiedy nie stosować zaworów PICV

Istnieje kilka sytuacji, kiedy nie należy stosować niezależnych od zmiany ciśnień zaworów regulacyjnych. Jedną z nich jest instalacja dwururowa, zasilająca grzejniki wyposażone w zawory z głowicami termostatycznymi. Zawory PICV zamontowane na pionach działałyby jako ogranicznik przepływu i starały się utrzymać stały przepływ, a każda zmiana położenia głowicy termostatycznej skutkowałaby zmianą ilości czynnika przepływającego przez grzejnik. Widzisz konflikt? 🙂

Na powyższym schemacie pominięto armaturę inną niż same zawory PICV (tj. zawory odcinające, odpowietrzniki, itp.)

Podsumowanie

Jak sam widzisz, zawory PICV maja dwie zasadnicze funkcje. Pierwszą z nich jest kontrola ilości przepływającego przez niego czynnika, która może być stała, ustawiona ręcznie lub może być zmienna – w sytuacji kiedy zawór podłączony jest do siłownika. Drugą funkcją urządzenia jest utrzymywanie stałego ciśnienia po stronie wtórnej zaworu, co odbywa się automatycznie. Każda zmiana ciśnienia po stronie pierwotnej zaworu będzie skutkować większym lub mniejszym naciskiem sprężyny na membranę, dzięki czemu ciśnienie na wylocie z urządzenia nie będzie ulegać zmianie. Łącząc te dwie funkcję otrzymujemy zawór o wielu możliwościach, który z całą pewnością ułatwia życie niejednemu projektantowi. A jak to się odbije na instalacji? Będzie ona działać stabilnie, efektywnie, a koszty eksploatacji oczywiście zmaleją.