Transcript bilanciamento dinamico della portata

FOCUS TECNICO
Bilanciamento parte 5
BILANCIAMENTO DINAMICO
DELLA PORTATA
Regolatore di portata indipendente dalla pressione - FLOWMATIC®
In impianti a portata variabile è spesso necessario avere sia una regolazione (valvola di zona ON/OFF o modulante)
sia un bilanciamento per ogni terminale di emissione. Si pensi ad esempio agli impianti di climatizzazione a
ventilconvettori. Per questa situazione impiantistica gli stabilizzatori automatici di portata hanno campo di
applicazione limitato poichè devono essere abbinati ad una valvola di zona e prevedono una taratura fissa della
portata (corrispondente alla misura della cartuccia scelta).
Utilizzando il regolatore di portata indipendente dalla pressione (FLOWMATIC®) è possibile invece preregolare la
portata al valore desiderato e regolare il circuito tramite un attuatore ON/OFF o modulante: due funzioni in un
unico dispositivo.
BILANCIAMENTO DINAMICO DELLE PORTATE
Stabilizzatore
automatico di
portata
Gli stabilizzatori automatici di
portata sono in grado di mantenere
costante la portata di fluido che
attraversa il circuito in cui sono
installati.
Regolazione
indipendente dalla
pressione
Sono regolatori della portata
indipendenti dalla pressione
(in
inglese
sono
indicati
con la sigla PICV: Pressure
Independent Control Valve).
Mantengono la portata costante
al valore prefissato al variare delle
condizioni di funzionamento.
Tramite un opportuno attuatore
possono far variare la portata
nominale.
Le valvole di regolazione indipendenti dalla pressione permettono un dimensionamento molto facile (evitando
calcoli laboriosi richiesti dal bilanciamento tradizionale) ed un eventuale riequilibrilatura in caso di varianti in corso
d’opera. L’elevata autorità della valvola evita inoltre anche i calcoli di verifica.
stabilizzatore
di ΔP
P1
valvola di
regolazione
P2
P3 E SELEZIONE
FUNZIONAMENTO
La valvola di regolazione indipendente dalla pressione (in inglese indicata con la sigla PICV “Pressure Independent
Control Valve”) è un dispositivo composto da uno stabilizzatore automatico di ΔP (A) e da una valvola di regolazione
= pressione a monte
(B) che può essereP1servocomandata.
P
= pressione
intermediala differenza
cost
P2 - Pdi3=pressione
2
Lo stabilizzatore di ΔP
mantiene costante
che agisce sulla valvola di regolazione (P2 - P3).
=
pressione
a
valle
P
Pertanto tale valvola3 può regolare le portate indipendentemente dal differenziale di pressione che agisce sul circuito
in cui è inserita e quindi sulla valvola stessa. Essendo:
P1 - P3= ΔP valvola
Se (P1 - P3) aumenta, il regolatore di ΔP interno reagisce per chiudere il passaggio e mantenere (P2 - P3) = costante;
in queste condizioni la portata rimarrà costante.
A
B
B
stabilizzatore
di ΔP
P1
valvola di
regolazione
P2
P3
p3
p1
A
P1 = pressione a monte
P2 = pressione intermedia
P3 = pressione a valle
stabilizzatore
di ΔP
P2 - P3= cost
p2
B
valvola di
regolazione
A
La portata viene quindi stabilizzata ad un valore costante in un campo di pressione differenziale come avveniva per
P - P3= ΔP valvola
gli stabilizzatori di portata trattati1nel precedente
focus tecnico:
P1
G NOM
100%
P2
Portata
P1 = pressione a monte
P2 = pressione intermedia
P3 = pressione a valle
25 kPa
Δ P MIN
400 kPa
Δ P MAX
Δ P valvola
P3
P2 - P3= cost
P1 - P3= ΔP valvola
A differenza di uno stabilizzatore di portata la valvola è dotata di un dispositivo di regolazione (B) che controlla la
portata modificando la sua sezione di passaggio (in sostanza modificando il Kv della valvola) può essere regolata
a valori differenti con due modalità distinte:
• preregolazione della portata massima. Ottenibile variando meccanicamente la posizione della finestra di
regolazione sull’otturatore:
G10 = Portata nom. max
10
G8 = 80% G10
10
8
80÷
8
G6 = 60% G10
4
6
4 0 0 l/ h
6
2
4
G2 = 20% G10
2
0
25
Δ P (kPa)
400
• regolazione della portata tramite l’utilizzo di un attuatore modulante che agisce sull’otturatore.
Una volta fissato il valore massimo della portata è possibile farlo variare partendo dal valore massimo
preregolato GMAX fino a zero.
G (m3/h)
Gmax8
75% Gmax8
50% Gmax8
Δp (kPa)
Δp minimo
SCELTA DELLA MISURA E DEL CAMPO DI PORTATA
• La scelta della cartuccia deve essere effettuata sulla base della portata nominale di progetto. Poichè ogni
cartuccia ha un proprio campo di portata, si individuano in un primo tempo quelle che comprendono la portata
di progetto. Tra queste, come regola generale, si preferisce quella con l’intervallo più piccolo.
• In base al valore della portata nominale si valuta la posizione di preregolazione della portata massima per la
cartuccia scelta.
• La scelta della misura dell’attacco viene effettuata secondo le necessità, in base a quelli disponibili per la
cartuccia scelta.
IL CIRCUITO SECONDARIO
I circuiti secondari collegati ad un circuito primario tramite le linee di distribuzione sono soggetti a prevalenze
diverse dipendentemente dalla conformazione del circuito di distribuzione.
Due circuiti identici calcolati per avere una portata nominale GNOM collegati ad un circuito primario sono così soggetti
a delle prevalenze diverse (H1 e H2) che generano nei rispettivi circuiti delle portate diverse (G1 e G2) diverse da quelle
di progetto e quindi delle perdite di carico diverse (ΔP1 e ΔP2) diverse dalla perdita di carico nominale di progetto.
G1
G2
ΔP1
ΔP2
H1
H2
GNOM
GNOM
ΔH1
ΔH2
Il bilanciamento dinamico della portata di un circuito secondario consiste nell’introdurre all’interno di ogni circuito
una valvola di regolazione indipendente dalla pressione atta a neutralizzare l’influenza del circuito di distribuzione
primario, soprattutto nel caso di carichi molto variabili; in aggiunta questo tipo di valvola lascia la possibilità di
parzializzare la portata sul circuito secondario sempre in condizioni di circuito bilanciato. In buona sostanza nello
schema precedente va inserita una FLOWMATIC® in ogni circuito secondario scelta in base alla portata nominale
GNOM.
Caso 1: condizioni iniziale
CIRCUITO BILANCIATO: condizione iniziale
Gli elementi che compongono un circuito in limitazione
che controlla la portata sono essenzialmente: le linee
di distribuzione caratterizzate da perdite distribuite e
concentrate, una valvola di zona (o di regolazione),
ed il terminale di emissione. Nel caso dell’utilizzo
di una valvola di regolazione FLOWMATIC® non è
più necessario l’utilizzo di una valvola di zona (o di
regolazione) in quanto, questo tipo di valvola, provvede
a espletare le due funzioni, bilanciamento e regolazione
allo stesso tempo.
Per esemplificare la situazione si introduce un esempio
numerico. Il circuito in oggetto ha una GNOM di 320 l/h.
2
10
320 l/h
6
2
25
[kPa]
Se ai capi del circuito insiste una prevalenza H di 35 kPa, per avere una portata costante nel circuito deve essere
inserita una valvola di regolazione indipendente dalla pressione che assorba l’ecceso di pressione differenziale.
Per una portata nominale di 320 l/h i componenti del circuito hanno delle perdite di carico pari a:
ΔP distribuite e concentrate di due tratti = 4 kPa
Δp sistema di emissione = 6 kPa.
La prevalenza che la valvola FLOWMATIC® deve
assorbire è pari a 35-10= 25 kPa pari al valore minimo
(25 kPa) e quindi risulta funzionante correttamente
all’interno del campo di regolazione.
Per garantire la portata nominale la valvola si autoregola
in modo tale da avere un valore di Kv pari a:
Kv = 0,01 ⋅
√ ΔPVB
= 0,01 ⋅
320
√ 25
A
320
Portata
G
HC=35 kPa
35 kPa
Caso 2 : regolazione della portata
25 kPa
= 0,64 m3/h
400 kPa
Δ P MIN
Δ P MAX
ΔP
1
Come si vede nel diagramma la perdita di carico di progetto del circuito senza valvola di regolazione è pari a
10 kPa, la prevalenza che insiste sul circuito è pari a 35 kPa e quindi l’eccesso di prevalenza deve essere assorbito
A
dalla valvola di bilanciamento per 25 kPa.
320
B
230
5
35 kPa
Portata
Grafico perdite di carico
230 l/h
ΔP [kPa]
25 kPa
ΔPC+D
ΔPT
ΔPC+D
Δ P MIN
ΔPVB
30 kPa
40
ortata
HC=35 kPa
B
230
25 kPa
Δ P MIN
ΔPNOM = 10 kPa
1
ΔP
[kPa]
A
320
30
20
Δ P MAX
30
25
[kPa]
400 kPa
C
Portata
6
3
Curve di funzionamento del circuito
30
35 kPa
400 kPa
Δ P MAX
ΔP
10
Cond. iniziale
0
Caso 3: Aumento prevalenza
0
100
200
300
1
400
Q [l/h]
HC=35 kPa
BILANCIAMENTO DINAMICO PICV
Caso 2 : regolazione della portata
6
Kv = 0,01 ⋅
G
30
√ ΔPVB
= 0,01 ⋅
230
√ 30
Portata
Come detto, tramite un attuatore è possibile regolare
1
direttamente sulla valvola FLOWMATIC® la portata
passante per il circuito secondario. Si ipotizzi così
di avere le medesime condizioni di prevalenza (H) a
monte del circuito secondario pari a 35 kPa e che sia
5
necessarioBILANCIAMENTO
ridurre la portata a 230
l/h. Diminuendo
35 kPa
230 l/h
DINAMICO
PICV la
3
portata, le perdite di carico degli altri componenti che
costituiscono il circuito secondario si riducono nella
seguente misura:
ΔP [kPa]
ΔP distribuite e concentrate di due tratti = 2 kPa
Δp sistema di emissione = 3 kPa.
A
ΔPC+D
ΔPC+D ΔPVB
320
La perdita di carico nominale
inΔPTqueste
condizioni
1
[kPa]
30
passerebbe40così da 10 a 5 kPa.
Rimanendo il valore di prevalenza (H) ai capi del circuito costante a 35 kPa la valvola FLOWMATIC® dovrà adattare
il suo valore di Kv in modo automatico per assorbire l’eccesso di prevalenza per 35-5 = 30 kPa.
ΔP
400 kPa
Cond. iniziale
ΔP
Δ P MIN
Δ P MAX
25
HC=35 kPa
Il valore di Kv della FLOWMATIC® passerà quindi da 0,64
a 0,42 m3/h.
20 Questa variazione
di Kv, essendo dovuta
alla
regolazione
della
portata, avviene tramite il
movimento 10dell’otturatore
del componente B della
valvola come in figura.
A
320
B
Portata
230
ΔPNOM = 10 kPa
[kPa]
400 kPa
25 kPa
= 0,42 m3/h
HC=35 kPa
CIRCUITO BILANCIATO: regolazione della portata
25 kPa
30 kPa
MIN
Δ P 3:
Δ P MAX
Caso
Aumento prevalenza
0
0
200
300
400
Q [l/h]
1
Grafico perdite di carico
tata
100
Curve
di funzionamento del circuito
A
320
C
B
230
ΔP [kPa]
ΔPC+D
ΔPVB
5
40 kPa
40
230 l/h
25 kPa
Δ P MIN
30
35 kPa
3
400 kPa
Δ P MAX
ΔP
3
30
1
35
[kPa]
HC=35 kPa
25
[kPa]
30
20
10
Cond. iniziale
Regolazione portata
0
0
100
200
300
400
Q [l/h]
HC=40 kPa
ΔPT
Portata
ΔPC+D
0
320
100
200
300
400
Q [l/h]
Portata
ata
A
Caso 3: Aumento prevalenza
ΔP [kPa]
CIRCUITO BILANCIATO: aumento della prevalenza
ΔPT
ΔPC+D
ΔPVB
Se nelle nuove condizioni di portata regolata a 230 l/h
si avesse un incremento della prevalenza nel circuito
primario da 35 a 40 kPa la FLOWMATIC® dovrebbe
assorbire questo aumento per mantenere la portata
costante al30 nuovo valore regolato.
In questo caso la perdita di carico della parte residua
del circuito sarebbe sempre 5 kPa (portata costante).La
valvola si dovrà adattare dinamicamente per assorbire
la nuova prevalenza,
in particolare
20
40-5 = 35 kPa.
La valvola riduce quindi la
sua sezione di passaggio,
grazie al componente
A,
10
per mantenere costante il
valore di P2-P3 ai capi della
valvola di regolazione.
Il nuovo valore di Kv
0
della valvola risulterà essere:
230
G
Kv = 0,01 ⋅
= 0,01 ⋅
= 0,39 m3/h
√ ΔPVB
√ 35
25 kPa
Δ P MIN
5
230 l/h
3
Portata
25
30
25 kPa
Δ P MIN
30 kPa
Δ P MAX
1
A
320
B
230
100
0
25 kPa
Δ P MIN
30
ΔP
400 kPa
35
Portata
[kPa]
B
230
40 kPa
Δ P MAX
1
A
320
HC=35 kPa
3
ΔP
400 kPa
HC=40 kPa
ΔPC+D
40
[kPa]
Cond. iniziale
C
Regolazione portata
200
300
35 kPa
400
Q [l/h]
ΔP
400 kPa
Δ P MAX
Curve di funzionamento del circuito
Grafico perdite di carico
ΔP [kPa]
40
ΔPC+D
ΔPT
ΔPC+D
ΔPVB
30
3
35
10
Regolazione portata
Aumento prevalenza
0
0
100
200
300
400
Q [l/h]
Le valvole FLOWMATIC® sono quindi ideali a servizio di unità terminali o zone nei casi in cui si voglia realizzare
una semplice logica di controllo ON/OFF, oppure quando è necessario realizzare una modulazione della portata
in funzione del carico termico grazie all’utilizzo di un servocomando proporzionale.
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0852016
[kPa]
HC=40 kPa
30
20