Regulering og konceptløsninger

Transkript

1 Regulering og konceptløsninger jarne ndreasen ydronic UILINONTROL NMRK Medlemsmøde nr. 39 T ydronic ollege 1

2 Valg af reguleringsventil Kvs Ventil N og Kvs vælges ofte på baggrund af tommelfingerregler med generelt P på 10 kpa Mål for varme- og køleanlæg Varme- og køleanlæg skal bl.a. tilfredsstille 2 krav: 1. Levere optimal komfort 2. Opnå mål 1 ved minimal brug af energi Produktion istribution Terminal units T ydronic ollege 1

3 ydronisk regulering I teorien skal moderne reguleringsteknologi og TS systemer kunne bidrage til at opnå disse to mål I praksis viser det sig ofte at avanceret reguleringsteknik kan føre til reduceret komfort og øget energiforbrug. I mange tilfælde findes problemerne og dermed løsningen i det hydroniske kredsløb Typiske symptomer på hydroniske fejl or varmt i enkelte dele af bygningen, for koldt i andre Problemer ved opstart og store ændringer i belastning Installeret effekt kan ikke overføres Rumtemperaturen svinger øjere energiudgifter end beregnet T ydronic ollege 2

4 Regulering af rumtemperatur Kære passager: P.g.a. central aircondition kan vi ikke regulere temperaturen i loungen. Venligst bær over med os. Tak! eijings internationale lufthavn etydningen af at kunne måle "When you can measure what you are speaking about and express it in numbers you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meager and unsatisfactory kind. " Lord Kelvin, 1883 Når du kan måle det du taler om og udtrykke det i tal, da ved du noget om det; men kan du ikke måle det og udtrykke det i tal, da er dit kendskab meget lille og utilfredsstillende" Lord Kelvin, 1883 T ydronic ollege 3

5 et er vigtigt at opdage fejl på et tidligt tidspunkt Ved at indregulere kan man opdage mange hydroniske fejl: Tilstoppede ventiler og filtre ejlkobling af fremløb og retur Sammenklemte rør elvis eller helt lukkede afspærringsventiler lokerede kontraventiler Pumper der roterer forkert Ved at afdække disse fejl ved indregulering, kan de rettes i tide og før det bliver en bekostelig affære nlægsdiagnose er en af hovedformålene med balanceringsventiler Variationer i differenstryk 51% % af varmesæ æsonen under 50% be elastning København ing % af kølesæsonen under 50% belastni 72% elastning [%] % elast. Varme mission 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0% 50% 100% 150% 200% p rør 100% elastning[%] 0% Køl low Ved konstant remløbstemp. 80% 60% 40% 20% 4% tryktab 20 % flow Trykfald reduceret til 4 % af beregnet niveau 2 P q 0% 20% 40% 60% 80% 100% low T ydronic ollege 4

6 Variationer i differenstryk Ved lavt totalt flow, påvirkes næsten alt tryk i reguleringsventilerne Omdrejningsstyrede pumper løser kun delvist dette problem Lavt flow (halv last) 0.96*65 kpa+0.96*20 kpa 82 kpa (trykstigning i ventilen, ved halv last) 100 kpa Pumpetryk 15 kpa i reguleringsventilen 20 kpa i kredsen Reguleringskredsen Sæt-punkt U orstyrelser øler k1 x Løftehøjde Regulering ktuator Ventil pparat ffekt Rum Signal low afgiv. k2 k3 k4 e k5 x = 0-10 volts 0-100% 0-100% 0-100% x U - x x = værdi k2 øler k1 k3 k5 k4 T ydronic ollege 5

7 Reguleringskredsen Sæt-punkt U orstyrelser øler k1 x Løftehøjde Regulering ktuator Ventil pparat ffekt Rum Signal low afgiv. k2 k3 k4 e k5 x = 0-10 volts 0-100% 0-100% 0-100% x U - x x = værdi ffektafgivelse i % low i % ffektafgivelse i % = low i % Åbning i % Åbning i % pparatkarakteristik Reguleringsventil karakteristik Reguleringsventilens autoritet q p 45 kpa 20 kpa pv ST 5 kpa 20 kpa P elt åben reg.ventil ved dim. flow P el lukket reguleringsventil utoriteten viser hvor meget differenstryk der skabes over reguleringsventilens kegle når den lukker 20 ( ) 0,44 Størrelsen af autoritet indikerer hvor effektivt reguleringsventilen kan reducere flowet når den lukker. T ydronic ollege 6

8 orvrængning af reguleringsventil karakteristik esto større trykvariation i ventilen, jo mindre bliver autoriteten og desto større bliver forvrængningen af karakteristikken. low % Ustabil regulering årlig Ok til god optimalt Løftehøjde % Reguleringsventil med qualpercentage characteristic (QM) også kaldet logaritmisk karakteristik Mindste acceptable autoritet utoritet i en 2-vejs ventil (variabelt flow) Konstant når ventil Kvs er valgt P P i helt åben reguleringsventilveddesign flow P i helt lukket reguleringsventil Variabel, afhænger af flow i rørnettet og derfor direkte på åbningsgraden af alle andre reguleringsventiler. I distribution med variabelt flow, bliver autoriteten i reguleringsventiler også variabel. T ydronic ollege 7

9 utoritet i en 2-vejs ventil (variabelt flow) ksempel: utoritet ved design betingelse: 15/(15+20) = 0.43 utoritet ved halv-last: = 15/( *65) = 0.15! Lavt flow (halv-last) 100 kpa Pumpetryk 0.96*65 kpa+0.96*20 kpa 82 kpa ekstra kt tryk ki ventilen ved dhl halv last 15 kpa i ventilen 20 kpa i kredsen Reguleringsevne Reguleringsevne (R a )= andel mellem Kvs og den Kv som korresponderer med minimum regulerbar åbning i ventilen. Normal reguleringsevne: for qual-percentage ventiler Min regulerbar er 4% af max flow (ved samme p) Reel karak. Min regulerbar varmeafgivelse er ca. 10% Mere generelt, mindste regulerbare flow er givet af: q q max min R a vor q max = 100% hvis ventilen ikke er overdim. T ydronic ollege 8

10 Overdimensionering af reguleringsventiler Reguleringsventiler findes kommercielt tilgængeligt med ca. 60% stigning i Kvs jf. Reynard serien: pv or et flow på 6 m³/h, vil tilgængelige ventiler skabe et design trykfald pv af: 14, 36 eller 91 kpa, ingenting imellem. Konklusion: Reguleringsventiler er generelt overdimensionerede. or at opnå design flow når reguleringsventilen er helt åben, må en balanceringsventil trimmes til samlet nødvendigt trykfald. ffekten af p variationer på et apparat p variationer forvrænger ventilens karakteristik den ulineære karakteristik i en unit kompenseres ikke længere af reguleringsventilens karakteristik ffektafgivelse i % x10 x4 esign Reguleringsevne Ventil karakteristik QM =0.33 R= åbningsgrad ontrol valve lift T ydronic ollege 9

11 Reguleringsventilens autoritet or at opnå god regulering anbefales det at opfylde to krav til autoritet: 1.Vælg reguleringsventilen med en Kvs-værdi med design Kontroller at min 0.25 p V p coil prør p p ST Regel nr 1: p V p + p rør + p ST eller p V 0.5 p rør Regel nr 2: p V ( p rør + p )/3 or p V 0.25 design 0.5 min 0.25 orbedret regulering ved rigtig dimensionering ksempel: p unit = 22 kpa I Sikre design autoritet på mindst 0.5 og minimum autoritet på 0.25 i alle reguleringsventiler. p rør = 100 kpa design P min P elt åben regulering elt åben reguleringsventilogdesign flow sventil og design flow Regel nr 1: or at opnå design autoritet på 0.5: p i reguleringsventilen må være ½ a p rør + p unit = 22 kpa, må p i reguleringsventil = 22 kpa Totalt pumpetryk = = 144 kpa design = 0.5 men min = 0.15 Regel nr 2: or at sikre en minimum autoritet på 0.25: p i reguleringsventilen må være ¼ a p rør + p unit = = 122 kpa, må p i reguleringsventil = 40.6 kpa Totalt pumpetryk = = kpa design = 0.66 og min = 0.25 T ydronic ollege 10

12 orbedret regulering med reduceret pumpetryk ksempel: p unit = 22 kpa p rør = 95 kpa imensionering af reg.ventil med differenstrykregulator: or at opnå projekteret autoritet på 0.5 og min på 0.25: p i reg.ventilen må være ½ og ¼ af stabiliseret p a p rør + p unit = 22 kpa, må p i reguleringsventil = 22 kpa design = 0.5 and min = kpa Pumpetryk (kpa) 8 % reduceret pumpetryk Totalt pumpetryk = 95 + min p i p (5 kpa) = 149 kpa kpa 149 kpa low vordan virker et trykaflastet modul? Måleventil + low måling ifferenstrykstabilisering + - P - p regulator T ydronic ollege 11

13 p regulatorens placering eroende på projektets struktur kan p regulatoren placeres: På stigerør, På kredse, På reg.ventiler. erved opnås trykuafhængige kredse moduler ventiler. Valg af optimal løsning Opdel anlægget i moduler T ydronic ollege 12

14 Valg af optimal løsning (1) p regulator for hver reguleringsventil eller Parametre: On-off eller modulerende regulering, p i rør; længde på kredsrør Materiale investering Valg af optimal løsning (2) p regulatorer på moduler Parametre: On-off eller modulerende regulering, p i rør; længde på kredsrør Materiale investering T ydronic ollege 13

15 Valg af optimal løsning (3) p regulatorer på hovedstreng + eller Parametre: On-off eller modulerende regulering, p i rør; længde på kredsrør Materiale investering VSP Pumps versus autoritet T ydronic ollege 14

16 Pumpeomkostninger Pumpeomkos tninger Pumpetryk low 0 Virkningsgrad Pumpeomkos tninger = 0.5 Pumpetryk low Virkningsgrad Pumpetryk Pumpetryk low low Systemer med variabel flow reducere naturligt omkostningerne ved dellast Pumper med variabel hastighed sænker yderligere omkostningerne ved forskellige typer af pumpekurver når flow reduceres Variable speed pumper (VSP) regulering Mål: Maksimal reduktion af pumpeomkostninger samtidigt opretholde et 100% operationel køle- og varmesystem vilke pumperegulering bør vælges? vis der anvendes decentral sensor, hvor skal den så placeres? VSP p sensor? VSP p sensor? VSP p sensor? T ydronic ollege 15

17 VSP konstant tryk eller proportional tryk? Pumpetryk [kpa] (konstant) Pumpetryk [kpa] (proportional) 0 = d d d 0 = ½ d low [% ifferenstrykket stiger hovedsagelig i slutningen af kredsen ved dellast ifferenstrykket falder i stort set til alle kredse ved dellast, fører til underflow i disse kredse! integrated sensor or remote sensor at the end? (constant head) Pumpetryk [kpa] pump) Pumptryk [kpa] (remote sensor) 0 = d d d 0 = d -p p p p p ifferenstrykket stiger hovedsagelig i slutningen af kredsen ved dellast ifferenstrykket falder i stort set til alle kredse ved dellast, fører til underflow i disse kredse! T ydronic ollege 16

18 VSP og p reguleringsventiler vis der anvendes hastighedsregulerede pumper, er der så behov for differenstryksregulering? fhængig af pumpe regulering og placering af kredsen i anlægget, vordan påvirkes ventil autoritet ved forskellige laster? Under hvilke betingelser opstår minimum autoritet? nlægseksempel: I I ntagelse: lle kredse har simultant reduktion i last N M q T R L S K nlægseksempel ved design betingelser 40 kpa 20 kpa I I 100 k Pa 50 kpa S N M q T 150 kpa R L K 11 0 kpa T ydronic ollege 17

19 Variable speed pumpe Konstant tryk Pumpetryk [k kpa] I p I R = S N q T M 50 kpa R L d = 150 kpa 0 = d K p R = 110 kpa Min. autoritet (forbedret en smule) ved min. flow i anlægget uto oritet Tilgæng gelig p [kpa] ,60 0,50 0, ,30 0,20 0, kpa 40 kpa Variable speed pump Proportionalt tryk Pumpetryk [k kpa] I p I R = S N q T M 50 kpa R L d = 150 kpa 0 = ½ d K p R = 110 kpa Min. autoritet (forbedret) ved medium last. fhængig af kreds placering og undrflow på de første kredse. uto oritet Tilgæng gelig p [kpa] kpa 40 kpa , , , ,40 0,30 0, , T ydronic ollege 18

20 Pumpetryk [k kpa] Variable speed pumpe Remote sensor ved sidste stamme N M I p R = q T 50 kpa R L d = 150 kpa S 0 = d -p RK I pk RK = 40 kpa p R = 110 kpa uto oritet Tilgæng gelig p [kpa] p sensor på sidste streng Min. autoritet forbedret (eller ej) ved min. flow, afhængig af kreds placering og rør p ,60 0, ,40 0,30 0,20 0, kpa 40 kpa Pumpetryk [k kpa] Variable speed pumpe Remote sensor ved sidste unit N M I p R = q T 50 kpa R L d = 150 kpa 0 = d -p R S I pk RK = 40 kpa p R = 110 kpa uto oritet Tilgæng gelig p [kpa] utoriteten bliver uden mening p.g.a. esign flow kan ikke længre opretholdes ved dellast ,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0, kpa 40 kpa T ydronic ollege 19

21 VSP og regulerbarhed VSP er tiltænkt til maksimal besparelse i pumpeomkostninger ved varierende laster og variabelt flow i anlægget. VSP kan kun påvirke hvor de er installeret, på det totale flow som passere gennem dem, baseret på p målt et sted af p sensor. VSP kan i sig selv ikke garantere stabil rumtemperatur regulering spredt i anlægget, upåagtet reguleringsform og sensor placering. ifferenstryk regulatorer er påkrævet til at beskytte reguleringsventiler imod store variationer i differenstryk på grund af variationer i anlæggets last. og det fører til ganske interessante energi besparelser. Remote VSP p sensor med p regulatorer p V 3 kpa uld last (design betingelse) Pumpetryk 48 kpa p Stabilized 20 kpa 20 kpa 20 kpa 3 kpa 3 kpa p p 25 kpa p p 15 kpa p p 5 kpa VSP p sensor alv last (20% flow) p Stabilized Pumpetryk 29.6 kpa p V VSP p sensor p Stabilized VSP p sensor p V p p p p tæt på 40% reduktion i pumptryk ved halv last T ydronic ollege 20

22 Remote VSP p sensor med p regulatorer Regler for optimal besparelse i pumper og fastholdelse af regulerbarhed: 1. enyt dynamisk balancering med p regulatorer på hver kreds eller hver unit med PIV 2. Installer VSP p sensor på indeks kreds/unit 3. uster sætpunktet til VSP til det største nødvendige differenstryk iblandt stabiliserede kredse/units. 18 kpa 15 kpa VSP p sensor set-point: 30 kpa + 3kPa for V + min p of p 30 kpa 24 kpa 15 kpa 30 kpa Optimal besparelse og regulerbarhed od autoritet sikret til alle reguleringsventiler med p regulatorer på hver kreds eller unit med PIV Pumpe tilpasning og besparelse med VSP p sensor på indeks kreds. Komplet p beregning af distribution anbefales VSP p sensor T Select T ydronic ollege 21

23 Thank you for your attention! T ydronic ollege 22