Zawory w instalacjach grzewczych i chłodniczych. Jak dobierać zawory mieszające?

Zawory obrotowe, mieszające i przełączające, wraz z siłownikami znajdują zastosowanie w wielu typach instalacji grzewczych i chłodniczych. W celu właściwego doboru zaworu mieszającego dla danej instalacji, należy wziąć pod uwagę szereg czynników.

Spis treści

1. Kryteria doboru zaworów
2. Dobieranie zaworu mieszającego - wzory i obliczenia
3. Dobieranie zaworu do c.w.u. - obliczenia
4. Dobieranie zaworu przełączającego
5. Dobieranie zaworu do regulacji temperatury powrotu do kotła

Kryteria doboru zaworów

Aby dobrać zawór należy:

1. Określić przeznaczenie zaworu: a) mieszanie b) c.w.u. c) przełączanie d) regulacja temperatury powrotu kotła.
2. Należy znać moc grzewczą obiegu grzewczego lub strumień objętości czynnika.
3. Znać rodzaj odbiornika ciepła: a) grzejniki b) ogrzewanie podłogowe c) ciepła woda użytkowa - od rodzaju odbiornika zależą parametry pracy danego obiegu grzewczego, np. grzejniki 70/55°C, czyli praca obiegu grzewczego z ΔT = 15 K.
4. Niezbędne będą też karty katalogowe zaworów, suwak do doboru zaworów, ewentualnie program doborowy producenta zaworów

Dobieranie zaworu mieszającego - wzory i obliczenia

Do funkcji mieszania dobieramy zawór trójdrogowy z siłownikiem do mieszania na obiegu grzewczym, grzejnikowym w celu zapewnienia właściwej temperatury zasilania. Oto przykładowe obliczenia.

Zaczynamy od określenia mocy obiegu grzewczego. Należy odszukać wartość w projekcie instalacji ogrzewczej. W razie braku informacji w projekcie należy oszacować moc grzewczą. Orientacyjnie przyjmuje się, że wskaźnik zapotrzebowania ciepła ma zakres od 15 W/m² do 100 W/m² dla pomieszczeń o wys. 2,5 - 2,7 m (15 W/m² oznacza dom energooszczędny o bardzo dobrej izolacji cieplnej i małych stratach do otoczenia, 100 W/m² można odnieść do starego typu budownictwa).

Standardowy nowo budowany obiekt charakteryzuje się wskaźnikiem ok. 55 W/m². Do przykładowych obliczeń zakładamy więc: współczynnik 55 W/m²; wielkość budynku - 200 m², z czego obieg grzewczy grzejnikowy ogrzewa 150 m². W przypadku ogrzewania grzejnikowego można również zsumować ich moce dla pożądanych parametrów pracy, tu 70/55ºC.

UWAGA! Obliczenia zapotrzebowania ciepła za pomocą wskaźnika mają charakter orientacyjny, należy mieć na uwadze, że otrzymane wyniki są przybliżone i mogą różnić się od rzeczywistych. Aby dobór urządzeń był poprawny i gwarantował poprawną oraz ekonomiczną pracę instalacji, zawsze należy dysponować projektem instalacji ogrzewczej.  

Mnożąc powierzchnię ogrzewaną obiegiem grzewczym przez współczynnik zapotrzebowania, otrzymamy: Q = 150 m² · 55 W/m² = 8250 W = 8,25 kW.

Gdy potrzebujemy obliczyć ilość przepływającego czynnika wystarczy zastosować wzór:

V = Q/(cw  ∙ ΔT) [dm³⁄s]

gdzie: V – strumień objętościowy [dm³/s]; Q – moc grzewcza [kW], wyliczyliśmy Q = 8,25 kW; cw – ciepło właściwe, stała wartość równa 4,19 kJ/kgK; ΔT – różnica temperatur [K], założone parametry pracy ΔT = 15 KV.

V= 8, 25/(4,19 · 15) = 0,13 dm³/s lub przeliczając na m³/h 0,13 · 3.6 = 0,47 m³/h

Mając dane: Q = 8,25 kW lub V = 0,47 m³/h, ΔT = 15 K możemy skorzystać z kart katalogowych producenta zaworów. 

Na wykresie poniżej są przykładowe wykresy do odczytania wartości k_vs zaworu:

Zgodnie z przedstawionym powyżej rysunkiem należy wykonać trzy kroki:

• Krok 1 – odszukujemy na wykresie wartość Q lub V i przechodzimy na linię wartości ΔT
• Krok 2 – z linii ΔT przechodzimy na drugi wykres i odnajdujemy punkty przecięcia z liniami k_vs. Tu interesują nas linie wartości k_vs, które znajdują się w zaciemnionym obszarze. Jest to zakres wartości pożądanego spadku ciśnienia na zaworze, od 3 kPa do 15 kPa
• Krok 3 – odczytujemy wartość k_vs oraz spadek ciśnienia na zaworze. W tym przypadku istnieje możliwość wyboru dwóch wartości k_vs - należy zawsze wybrać tę mniejszą.Z wykresu odczytano następujące wartości: k_vs = 1,6 m³/h oraz Δp = 9 kPa.

Korzystając z katalogu urządzeń ESBE dobrano zawór VRG131, DN15, k_vs = 1,6, przyłącze Rp ½”, nr kat. 1160 04 00. Do zaworu zastosowano siłownik serii ARA661, 230V AC, czas przebiegu 120 s. Postępując zgodnie z powyższymi wskazówkami, można dokonać doboru zaworu obrotowego, grzybkowego, czy termostatycznego mieszającego do każdego rodzaju obiegu grzewczego (wykresy doborowe odnoszące się do danej grypy zaworów znajdują się w katalogu technicznym urządzeń ESBE w rozdziałach opisujących odpowiednie zawory).

Dobieranie zaworu do c.w.u. - obliczenia

Dobór termostatycznego zaworu trójdrogowego do utrzymania temperatury ciepłej wody użytkowej na poziomie 40°C. Zawór będzie zastosowany przy pojemnościowym podgrzewaczu c.w.u. Do doboru niezbędna będzie chwilowa ilość zużywanej wody do celów c.w.u. (strumień przepływu).

• Należy odszukać wartość w projekcie instalacji c.w.u.
• W przypadku braku informacji należy określić ilość urządzeń sanitarnych i skorzystać z programu doborowego
• Oszacować chwilowe zużycie wody do celów c.w.u. (określić strumień objętości)

UWAGA! Obliczenia za pomocą wskaźnika mają charakter orientacyjny. Stosując tę ścieżkę doboru należy mieć na uwadze, że otrzymane wyniki są przybliżone i mogą w większej lub mniejszej mierze odstawać od rzeczywistych. Aby dobór urządzeń był poprawny i gwarantował ich poprawną oraz ekonomiczną pracę, zawsze należy dysponować projektem instalacji c.w.u. Korzystając z katalogu urządzeń producenta, można odczytać wielkości k_vs, a więc i wielkość zaworu, w zależności od ilości urządzeń lub osób w standardowym gospodarstwie domowym. Przykładową tabelę doborową przedstawiono poniżej.

Korzystając z powyższej tabeli, istnieje możliwość określenia wartości k_vs zaworu dla liczby mieszkań o charakterze typowego gospodarstwa domowego¹⁾, np. 4 mieszkania o charakterze typowego gospodarstwa domowego, czyli wartość k_vs powinna wynosić od 2.2 do 2.5. Na podstawie wartości k_vs wiemy, że należy zastosować termostatyczny zawór mieszający o kvs = 2,2 i zakresie temp. od 35ºC do 50ºC. Jeśli znana jest wielkość strumienia objętości c.w.u., wystarczy ją zaznaczyć na wykresie, wybrać wartość k_vs i odczytać stratę na zaworze. Np. dla wielkości przepływu 24 dm³/min, przy ciśnieniu doprowadzonej wody 4 bar, można zastosować zawór ESBE VTA322, DN15 o k_vs = 1,2 i spadku ciśnienia na zaworze równym 144 kPa (1,44 bar).

Dobieranie zaworu przełączającego

Należy dobrać zawór trójdrogowy przełączający, zasilanie wężownicy podgrzewacza pojemnościowego c.w.u. lub obiegu grzewczego w zależności od zapotrzebowania ciepła. Potrzebna będzie wartość przepływu wody grzewczej lub moc grzewcza urządzenia:

• Należy odszukać wartości w projekcie.
• Odczytać moc z urządzenia grzewczego (założona moc grzewcza urządzenia 24 kW)

Znając moc grzewczą w kW, można łatwo stosując poniższy wykres doborowy (lub inne narzędzia doborowe) określić zawór przełączający. W przypadku doboru zaworu przełączającego nie stosuje się założenia spadku ciśnienia od 3 kPa do 15 kPa, ponieważ nie zachodzi proces mieszania, tyko cały strumień czynnika grzewczego kierowany jest na inny odbiornik ciepła. W tym przypadku należy wybrać taką wartość k_vs, aby suma spadków ciśnienia całej instalacji odpowiadała wysokości ciśnienia tłoczenia pompy obiegowej.

Zgodnie z przedstawionym powyżej rysunkiem należy wykonać trzy kroki:

• Krok 1 – odszukujemy na wykresie wartość Q i przechodzimy na linię wartości ΔT
• Krok 2 – z linii ΔT przechodzimy na drugi wykres i odnajdujemy punkty przecięcia z liniami k_vs (wartość ΔT = 7,5 K wynika ze schłodzenia w wężownicy pojemnościowego podgrzewacza c.w.u.)
• Krok 3 – odczytujemy wartość k_vs oraz spadek ciśnienia na zaworze.

Z wykresu odczytano następujące wartości: k_vs = 6,3 m³/h oraz Δp = 18 kPa. Korzystając z katalogu urządzeń ESBE dobrano zawór VRG231, DN20, k_vs = 6,3 m³/h, przyłącze Rp ¾”, nr kat. 1162 01 00. Do zaworu zastosowano siłownik serii ARA635, 230V AC, czas przebiegu 15 s.

Dobieranie zaworu do regulacji temperatury powrotu do kotła

Należy dobrać zawór temperaturowy trójdrogowy do ochrony temperatury powrotu kotła. Do doboru niezbędna jest moc grzewcza kotła:

• Należy odszukać wartości w projekcie
• Odczytać wielkość z urządzenia grzewczego (założona moc grzewcza urządzenia 25 kW)

Znając moc grzewczą w kW, można łatwo określić wielkość zaworu, stosując poniższy wykres doborowy (lub inne z narzędzi doborowych). Korzystając z poniższego wykresu, zgodnie ze wskazaniem strzałek, wykonujemy dobór zaworu w oparciu o wartość k_vs. Pierwszym krokiem jest odnalezienie wartości mocy, kolejnym odniesienie jej na jednej z krzywych ΔT. Na koniec znajdujemy punkt przecięcia z krzywą wartości k_vs i odczytujemy opór hydrauliczny na zaworze. Dla mocy kotła 24 kW, ΔT = 20 K odczytano wartość kvs = 3,2 m³/h i Δp = 12 kPa. Dobrano temperaturowy zawór mieszający VTC311, DN20, Rp¾”, o temp. otwarcia 45ºC, nr kat. 5100 01 00.