Tre vilkår må oppfylles for å gi perfekt hydronisk regulering

Vanlige problemer
Typiske symptomer på at vilkår nummer to ikke er oppfylt:
- Romtemperaturen svinger.
- Romtemperaturen når ikke det angitte settpunktet ved lav belastning.
- Slitasje på reguleringsventiler og aktuatorer på grunn av pendling.
- Høyere energikostnader enn forventet på grunn av lite hensiktsmessige reguleringsparametere som velges for å unngå ustabilitet.

Bakgrunn
Systemer med variabel vannmengde blir mer og mer vanlig, hovedsaklig på grunn av fordelene sammenlignet med systemer med konstant vannmengde:
• Pumpekostnadene er lavere
• Returtemperaturen minimeres i varmesystemer
• Returtemperaturen maksimeres i kjølesystemer

Men, det har en stor ulempe:
• Differansetrykkene i anlegget kan variere mye under drift

Ved å oppfylle det andre vilkåret, kan den ulempens negative påvirkning på driften og kapasiteten reduseres, eller til og med unngås. Hvordan gjøres dette? Ved å prosjektere det vannbårne systemet korrekt!

Formålet med ethvert VVS-anlegg er å gi et komfortabelt inneklima til lavest mulig kostnad.
I teorien kan moderne reguleringsteknikk klare de tøffeste krav til komfort og energieffektivitet. I praksis kan imidlertid ikke selv de mest avanserte regulatorer oppnå den teoretiske ytelsen, hvis ikke vilkårene for stabil regulering er oppfylt. Dette avhenger av konstruksjonen. Enkelt sagt – regulering kan ikke kompensere for dårlig prosjekterte systemer. Derfor må systemet prosjekteres så regulerbart som mulig.

Kretskarakteristikk
En viktig målestokk for konstruksjonens kvalitet er kretskarakteristikken. Figur 1 viser en krets med et varmeapparat. Kretskarakteristikken er forholdet mellom reguleringssignalet og den påfølgende varmeeffekten fra apparatet. Dette bestemmer hvor regulerbart systemet er.

Figur 1.

Desto brattere kurve på kretskarakteristikken, desto høyere er risikoen for ustabil regulering og desto større reguleringsproblemer. Dette er det enkelt å se for seg. Med en svak kurve vil en endring i reguleringssystemets signaler bare føre til marginale endringer i varmeytelsen, noe som gjør systemet tregt. Med en bratt kurve vil selv de minste reguleringsendringer føre til endringer i varmeytelsen, noe som gjør systemet følsomt og potensielt ustabilt. Dersom du vil unngå problemer med ustabilitet, som i praksis ødelegger reguleringsfunksjonen, kreves det en lavt innstilt forsterkningsverdi (tilsvarende et bredt P-bånd) i regulatoren.
Ulempen med en lav forsterkningsverdi er imidlertid lavere nøyaktighet i reguleringen og lengre responstid ved forstyrrelser.
Det er derfor veldig viktig å unngå bratte kurver i en kretskarakteristikk. I et slikt perspektiv må ambisjonen være å skape en lineær kretskarakteristikk, ettersom det vil redusere kurvens stigning over hele reguleringsområdet.

Kretskarakteristikkens sammensetning

Kretskarakteristikken består av:
• Aktuatorens karakteristikk
• Ventilens karakteristikk
• Terminalens karakteristikk
• Ventilautoriteten

Aktuatorens karakteristikk viser forholdet mellom det innkommende reguleringssignalet fra reguleringen til aktuatoren og den påfølgende ventilåpningen. Vanligvis er karakteristikken lineær, men andre karakteristikker finnes også.

Ventilkarakteristikken viser forholdet mellom ventilåpningen og ventilkapasiteten (kv-verdi), og avhenger helt av reguleringsventilens mekaniske konstruksjon. Du kan velge mellom flere forskjellige typer ventilkarakteristikker på markedet. De mest vanlige er karakteristikkene lineær og likeprosentlig, eller faktisk modifisert likeprosentlig (EQM – Equal-Percentage Modified).

Terminalens karakteristikk kan variere, avhengig av konstruksjon, størrelse og temperaturer, men er definitivt ulineær. En vanlig karakteristikk avgir 50 % effekt ved 20 % vannmengde og 80 % effekt ved 50 % vannmengde, hvilket er helt motsatt av karakteristikken for en EQM-ventil. Det er også grunnen til at EQM normalt foretrekkes ved valg av reguleringsventil, ettersom den motvirker terminalens ulinearitet.

Ventilautoritet er et mål på endringen i differansetrykk over en reguleringsventil under drift. Vannmengden gjennom en reguleringsventil avhenger av differansetrykket over ventilen og dens kv-verdi. Kv-verdien fastsettes av ventilkarakteristikken. Dersom differansetrykket er konstant under drift, skal forholdet mellom kv og vannmengde være helt lineært. I systemer med variabel vannmengde vil differansetrykket derimot variere under drift, noe som betyr at forholdet blir mer eller mindre ulineært. Graden av ulinearitet uttrykkes gjennom ventilautoriteten:

Bare ved å se på den sammensatte kretskarakteristikken er det åpenbart at en lav ventilautoritet fører til en uhensiktsmessig kretskarakteristikk. Derfor må det andre vilkåret oppfylles. For stor variasjon i differansetrykket over en reguleringsventil fører til lav autoritet, forvrengt kretskarakteristikk og dårlig regulering. I tillegg vil store variasjoner i differansetrykket føre til en vekselvirkning mellom kretsene, noe som gjør reguleringen enda vanskeligere.

Prosjektert og minste ventilautoritet
Det tilgjengelige differansetrykket over den vannbårne kretsen overføres til reguleringsventilen når den lukker, hvilket betyr at systemets størrelse, konstruksjon og regulering bestemmer differansetrykket over reguleringsventilen når den er helt lukket (nevneren i formelen over). Derfor bestemmer systemets tilstand i øyeblikket det tilgjengelige differansetrykket over kretsene, noe som betyr at ventilautoriteten varierer under drift. Dersom for eksempel kun én reguleringsventil stenger i et system mens de andre er åpne, blir differansetrykket over den spesifikke ventilen betydelig lavere enn dersom alle reguleringsventilene lukker samtidig. Dette fører til to forskjellige formler for ventilautoritet – prosjektert autoritet og minste autoritet. For toveisventiler i systemer med variabel vannmengde gjelder følgende formler:

Når et system skal prosjekteres bør man ta hensyn til begge formlene, ettersom ventilautoritetens nivå kommer til å variere mellom prosjektert autoritet og den minste autoriteten under drift.

Figuren nedenfor viser hvordan varierende differansetrykk påvirker kretskarakteristikken. Det beste tilfellet representerer karakteristikken i den aktuelle kretsen under prosjektert autoritet, hvilket tilsvarer en situasjon hvor alle andre reguleringsventiler i systemet holdes helt åpne. Det verste tilfellet illustrerer hva som skjer i en situasjon hvor alle andre reguleringsventiler i systemet er helt lukket. Det siste eksemplet fører til et mye høyere differansetrykk over kretsen og derfor en brattere kretskarakteristikkurve, samt alt for stor vannmengde når reguleringsventilen er helt åpen.

 
Hydronisk konstruksjon

Effekten av valg av reguleringsventil på kretskarakteristikken og dermed systemets regulerbarhet er ganske åpenbar, ettersom både ventilkarakteristikken og ventilautoriteten avhenger av reguleringsventilen. Når du velger reguleringsventil, må det tas hensyn til både det første og andre vilkåret.

- Den prosjekterte vannmengden må finnes når reguleringsventilen er helt åpen ved prosjekterte forhold.

- For å bedre regulerbarheten, bør ventilkarakteristikken kompensere for terminalens ulinearitet.

- For å opprettholde en gunstig kretskarakteristikk, må ikke ventilautoriteten være for lav.

Man forhindrer at ventilautoriteten forvrenger kretskarakteristikken for mye, ved ikke å underskride følgende minimumsverdier:

Den prosjekterte autoriteten for en reguleringsventil skal ikke være mindre enn 0,5, hvilket i praksis betyr at det prosjekterte trykkfallet over en helt åpen (toveis) reguleringsventil ved prosjektert vannmengde må tilsvare minst halvparten av det tilgjengelige differansetrykket over kretsen ved prosjekterte forhold. Formålet med dette prinsippet er å sikre at kretskarakteristikken på sitt beste kommer i nærheten av lineær, under forutsetning av at det er blitt valgt en ventil med passende ventilkarakteristikk.

Det andre vilkåret sier at den minste autoriteten ikke skal være lavere enn 0,25, hvilket fastsetter det laveste nivået for kretsens karakteristikk. Det er åpenbart at dette vilkåret er av stor betydning, ettersom det i praksis setter en grense for hva reguleringen skal håndtere.

I tillegg til å være nøye ved valg av reguleringsventiler, finnes det andre forholdsregler man kan ta for å unngå lav autoritet i konstruksjonen:

-  Unngå store rørtrykkfall
-  Bruk pumper med variabel hastighet
-  Bruk differansetrykkregulatorer ved behov

Selv om reguleringsventilen velges med stor omhu, kan det oppstå situasjoner hvor ventilautoriteten uansett blir for lav, ganske enkelt fordi den ikke avhenger bare av reguleringsventilen, men også av hvordan resten av systemet er konstruert. Et effektivt tiltak i så henseende er å installere differansetrykkregulatorer. Det kan radikalt forbedre forutsetningene for en problemfri regulering.

Konklusjon
Formålet med ethvert VVS-anlegg er å gi et komfortabelt inneklima til lavest mulig kostnad.
I teorien kan moderne reguleringsteknologi gjøre dette mulig. I praksis hender det likevel at selv de mest avanserte regulatorer ikke gir full valuta for pengene. Årsaken til dette er ofte at vilkårene for stabil regulering ikke er oppfylt.
Ett slikt vilkår er at differansetrykket over reguleringsventilene ikke må variere for mye. Begrunnelsen for å opprettholde ventilautoriteten på et tilstrekkelig nivå er å forhindre at kretskarakteristikken forvrenges for mye. På denne måten unngår man mange reguleringsproblemer.