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Projektierungshinweise

Elektronisch druckunabhängiger Regelkugelhahn EPIV

Inhaltsverzeichnis

Der elektronische Regelkugelhahn (EPIV) 2

Projektierung 4

Auswahl und Bemessung 5Konstantes Durchflussvolumen V‘ 5Ventilauslegung 5Verifikation des Differenz druckes 6Auslegung bei fehlenden hydraulischen Daten 6Durchflusskennlinien 6

Bemessungsdiagramm für EPIV DN 15...50 8Einsatz 8Medien 8Mediumstemperaturen 8

Bemessungsdiagramm für EPIV DN 65...150 9Einsatz 9Medien 9Mediumstemperaturen 9

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Der elektronische Regelkugelhahn (EPIV)

Aufbau Nennweite DN 15...50 Nennweite DN 65...150

1. Regelkugelhahn (Leckrate A nach EN 12266-1) Luftblasendicht abschliessendes Regelorgan gewährleistet absolut dichtes Absperren bei Nulllast

und verhindert so zuverlässig Aktivierungsverluste2. Messrohr mit Volumenstromsensor Optimal auf die Anforderungen des Anwendungsgebietes abgestimmte Ultraschall-

Durchflussmessung3. Antrieb Speziell auf die druckunabhängige Durchflussregelung optimierter Antrieb

Wirkungsweise Das Stellgerät besteht aus drei Komponenten: Regelkugelhahn, Messrohr mit Volumenstromsensor und dem Antrieb. Der eingestellte maximale Durchfluss (V‘max) wird dem maximalen Stellsignal (typischerweise 10 V / 100%) zugeordnet. Das Stellgerät kann kommunikativ oder analog angesteuert werden. Im Messrohr wird das Medium vom Sensor erfasst und steht als Durchflusswert an. Der gemessene Wert wird mit dem Sollwert (analoges Stellsignal oder Anforderung per Buskommunikation) abgeglichen. Der Antrieb regelt die Abweichung durch Veränderung der Ventilposition nach. Der Drehwinkel α variiert je nach Differenzdruck über dem Stellglied.

α

∆p1 < ∆p2 < ∆p3

V‘

∆p3

∆p2

∆p1

V‘

Übertragungsverhalten des Wärmetauschers Je nach Bauart, Temperaturspreizung, Medium und hydraulischer Schaltung, ist die Leistung Q‘ nicht proportional zum Wasser-Volumenstrom V‘ (Kurve 1). Bei der klassischen Temperaturregelung wird versucht, das Stellsignal Y proportional zur Leistung Q‘ zu erhalten (Kurve 2). Dies wird durch eine gleichprozentige Ventilkennlinie erreicht (Kurve 3).

3

1

2

Y

Für Anwendungen mit linearem Übertragungsverhalten (a-Wert ~1) kann die Durchflusskennlinie des EPIV von gleichprozentig auf linear umgestellt werden.

1

2

31

2

3

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Regelverhalten Im Messteil (Fühlerelektronik) wird die Mediumsgeschwindigkeit gemessen und zu einem Durchflusssignal verarbeitet.Das Stellsignal Y entspricht dem Leistungsbedarf Q‘ am Tauscher. Im EPIV wird der Volumenstrom geregelt. Das Stellsignal Y wird in eine gleichprozentige Volumenstrom-Kennlinie umgewandelt und mit dem V‘max Wert als neue Führungsgrösse w versehen. Die momentane Regelabweichung bildet das Stellsignal Y1 für den Antrieb.Die speziell ausgelegten Regelparameter in Verbindung mit dem präzisen Durchflussfühler gewährleisten eine stabile Regelgüte. Sie ist aber nicht für schnelle Regelstrecken, wie Brauchwasserregelung, geeignet.U5 zeigt als Spannung den gemessenen Volumenstrom an (Werkeinstellung). Alternativ kann U5 zur Anzeige des Ventilöffnungswinkel verwendet werden.

D

AU5

PP/MP

D

A

w

V‘

V‘max

M

A

Dk

DN

Y1

Y

1)

1)

Der elektronische Regelkugelhahn (EPIV) (Fortsetzung)

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Projektierung

Relevante Informationen Die Daten, Informationen und Grenzwerte auf den Datenblättern der elektronischen druckunabhängigen Regelkugelhahnen (EPIV) sind zu berücksichtigen bzw. einzuhalten.– EP..R+MP (DN 15...50 mit Standardantrieb)– EP..R+KMP (DN 15...50 mit elektrischer Notstellfunktion)– EP..R+MOD (DN 15...50 mit Modbus-Antrieb)– EP..F-MP (DN 65...150 mit Standardantrieb)– EP..F-KMP (DN 65...150 mit elektrischer Notstellfunktion)– EP..F-MOD (DN 65...150 mit Modbus-Antrieb)– P6..W..E-MP (DN 65...150 mit Standardantrieb)– P6..W..E-KMP (DN 65...150 mit elektrischer Notstellfunktion)– P6..W..E-MOD (DN 65...150 mit Modbus-Antrieb)

Dimensionen Die Abmessung der eingesetzten Antriebskombination sind von der verwendeten Ausführung und Nennweite abhängig. Die Masse sind auf den Datenblättern aufgeführt.

Abstände der Rohrleitungen Die für die Projektierung benötigten, minimalen Abstände der Rohrleitungen zu den Wänden und Decken hängen nebst der Ventilabmessungen auch von der Ausführung ab. Die Masse sind auf dem entsprechenden Datenblatt zu finden.

2-Weg-Ausführung 2-Weg EPIV sind Drosselorgane. Der Einbau im Rücklauf wird empfohlen. Dies führt zu geringeren thermischen Beanspruchungen der Armatur.

Durchflussrichtung Die spezifizierte Durchflussrichtung ist einzuhalten.

Wasserqualität Die Bestimmungen gemäss VDI 2035 bezüglich Wasserqualität sind einzuhalten.

Schmutzfilter Das EPIV ist ein Regelorgan. Damit die Regelaufgabe langfristig übernommen werden kann, werden zentrale Schmutzfilter im System empfohlen.

Ausführung Wassersystem Der Einsatz ist nur in geschlossenen Wasserkreisläufen zulässig.

Absperrorgane Es ist darauf zu achten, dass genügend Absperrorgane eingebaut werden.

Definitionen V‘nom ist der maximal mögliche Durchfluss.V‘max ist der eingestellte maximale Durchfluss bei grösstem Stellsignal, z.B. 10 V. V‘max kann zwischen 30% und 100% von V‘nom eingestellt werden (DN 15...50).V‘max kann zwischen (30)45% und 100% von V‘nom eingestellt werden (DN 65...150).V‘min 0% ist nicht veränderbar.

0100%

30%

100% V‘nom

V‘max

Y [V]

V‘ [m3/h]

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Auslegung und Bemessung

Ein konventionelles (druckabhängiges) Ventil wird anhand des kv-Wertes ausgelegt. Bei gegebenem Nenndurchfluss ist dieser abhängig vom Differenzdruck welcher über dem Ventil ansteht. Um eine ausreichende Regelgüte zu erhalten, ist bei druckabhängigen Ventilen weiter die Ventilautorität Pv zu berücksichtigen.

Bei einer druckunabhängigen Lösung, wie dem EPIV, ist die Auslegung stark vereinfacht. Aufgrund der automatischen Ausregulierung von Durchflussabweichungen stellt das EPIV jederzeit die benötigte Wassermenge zur Verfügung, dies auch bei Differenzdruckschwankungen und im Teillastbetrieb. Dank dieses dynamischen Abgleichs beträgt die Ventilautorität 1.

Konstantes Durchflussvolumen V‘ Dank des permanenten Abgleichs des gemessenen Durchflusswertes mit dem Sollwert und entsprechender automatischer Nachregulierung der Ventilöffnungsposition wird eine konstante druckunabhängige Wassermenge über einen grossen Differenzdruckbereich sichergestellt.

∆p [kPa]

V‘ [l/min]

0350

150

100 200 300

V‘max = Nenndurchfluss V‘nom (Katalogwert)Regelanforderung 100% (z.B. 10 V)

Druckunabhängiger Durchfluss über einen grossen Differenzdruckbereich dank Dynamischem Abgleich (Beispiel EP040R+MP)

Ventilauslegung Das Ventil wird anhand des maximal benötigten Durchflusses V‘max bestimmt. Eine Berechnung des kvs-Wertes ist nicht notwendig. Der benötigte anlagenspezifische maximale Durchfluss V‘max muss innerhalb des zulässigen Einstellbereiches des EPIV liegen. DN 15...50: V‘max = 30…100% von V‘nom (Datenblattwert) DN 65...150: V‘max = (30)45…100% von V‘nom (Datenblattwert)Bei der Inbetriebnahme wird am Ventil der gewünschte anlagenspezifische Durchflusswert V‘max mittels Einstellgerät ZTH EU, Software PC-Tool oder über Bus eingestellt.

∆p [kPa]

V‘ [l/min]

0

150

75

350100 200 300

V‘max = Nenndurchfluss V‘nom (Katalogwert)Regelanforderung 100% (z.B. 10 V)

V‘max = 50% V‘nom (Einstellung)Regelanforderung 100% (z.B. 10 V)

Anlagenspezifische Einstellung des maximalen Durchflusses V‘max (Beispiel EP040R+MP)

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Verifikation des Differenzdruckes Für einen ordnungsgemässen Betrieb muss der Differenzdruck über dem Ventil innerhalb eines definierten Bereichs liegen.

Minimaler Differenzdruck (minimaler Druckabfall)Der minimal benötigte Differenzdruck (Druckabfall über das Ventil) zur Erreichung des gewünschten Volumenstroms V‘max kann mit Hilfe des theoretischen kvs-Wertes (siehe Datenblatt) und der nachstehenden Formel berechnet werden. Der berechnete Wert ist vom benötigten maximalen Volumenstrom V‘max abhängig. Höhere Differenzdrücke werden vom Ventil automatisch kompensiert.

Formel:

∆pmin = 100 xV‘max

kvs theor.

2 ∆pmin: kPaV‘max: m3/hkvs theor.: m3/h

Beispiel (DN25 mit gewünschterm maximalen Durchfluss = 58% V‘nom )EP025R+MPkvs theor. = 8.6 m3/hV‘nom = 69 l/min58% * 69 l/min = 40 l/min = 2.4 m3/h

∆pmin = 100 xV‘max

kvs theor.

2

= 100 x = 8 kPa2.4 m3/h8.6 m3/h

2

Maximaler DifferenzdruckHöhere Differenzdrücke über dem Ventil werden von diesem automatisch ausgeglichen. Eine Bewegung des Schliesskörpers in Richtung Schliesspunkt bewirkt eine Erhöhung des Druckabfall über dem Ventil. Dies gewährleistet eine konstante Wassermenge. Der zulässige maximale Differenzdruck ist auf dem Datenblatt spezifiziert.

Auslegung bei fehlenden hydraulischen Daten

Wenn keine hydraulischen Daten vorhanden sind, kann der Ventil-DN gleich der Nennweite des Wärmetauschers gewählt werden.

Durchflusskennlinien Bei einem elektronisch druckunabhängigem Regelkugelhahn entspricht die Stellsignalanforderung direkt einem Durchflusswert. Das EPIV bietet diverse Einstellmöglichkeiten mit welchen sich die Kennlinie beeinflussen lässt:

• Charakteristik der Kennlinie – gleichprozentig mit einem Kennlinienfaktor n(gl) = 3.2, im Öffnungsbereich optimiert(*)

(Werkseinstellung) – linear• Arbeitsbereich Y – DC2...10 V (Werkseinstellung) – Startpunkt DC 0.5...24 V / Endpunkt DC 8.5...32 V• Einstellbarer Durchfluss V‘max – DN15...50: 30...100% von V‘nom – DN 65...150: (30)45...100% von V‘nom – Werkseinstellung V`max = 100% von V‘nom• Invertierung Stellsignal – nein (Werkseinstellung) – ja (*) Im unteren Durchflussbereich zwischen 0 und 30% Anforderung ist der Verlauf linear.Dies gewährleistet ein ausgezeichnetes Regelverhalten, auch im unteren Teillastbereich.

• Durchflusskurve (Werkseinstellung)

Auslegung und Bemessung (Fortsetzung)

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Y [V]

V‘ [l/min]

0102

V‘max(= 100% V‘nom)

• Durchflusskurve - Einstellungen: – V‘max reduziert

Y [V]

V‘ [l/min]

0102

V‘max

V‘max(= 70% V‘nom)

• Durchflusskurve - Einstellung: – lineare Charakteristik – Arbeitsbereich 0.5...10 V

Y [V]

V‘ [l/min]

0102

V‘max(= 100% V‘nom)

Auslegung und Bemessung (Fortsetzung)

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Bemessungsdiagramm für EPIV DN 15...50

Einsatz Dieses Stellgerät wird in geschlossenen Kalt- und Warmwassersystemen zur stetigen wasserseitigen Regelung von Luftbehandlungs- und Heizungsanlagen eingesetzt.

Medien Kalt- und Warmwasser, Wasser mit Glykol bis max. 50% vol.Mediumstemperaturen Die zulässigen Mediumstemperaturen sind dem entsprechenden Datenblatt zu entnehmen.

�∆pminMinimal notwendiger Differenzdruck (Druckabfall über das Ventil) zur Erreichung des gewünschten Volumenstroms max

2

3

456

810

20

30

40

∆p m

in [k

Pa]

0.02

0.03

0.040.050.06

0.080.1

0.2

0.3

0.40.5

∆p m

in [b

ar]

V’max [l/s]

V’max [m3/h]

0.08

3

0.11

0.14

0.17

0.22

0.28

0.56

0.83 1.

11.

41.

7

2.2

2.8

0.3

0.4

0.5

0.6

0.8

1 2 3 4 5 6 8 10 205.

6

DN 1

5

DN 2

0

DN 2

5

DN 3

2DN

40

DN 5

0

50

V‘max Gewünschter Volumenstrom der bei Volllast erreicht werden soll. Durchfluss bei grösstem Stellsignal, z.B. 10 V

∆pmin = 100 xV‘max

kvs theor.

2 ∆pmin: kPaV‘max: m3/hkvs theor.: m3/h

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Bemessungsdiagramm für EPIV DN 65...150

Einsatz Dieses Stellgerät wird in geschlossenen Kalt- und Warmwassersystemen zur stetigen wasserseitigen Regelung von Luftbehandlungs- und Heizungsanlagen eingesetzt.

Medien Kalt- und Warmwasser, Wasser mit Glykol bis max. 50% vol.Mediumstemperaturen Die zulässigen Mediumstemperaturen sind dem entsprechenden Datenblatt zu entnehmen.

10

20

30

405060

80100

∆p m

in [k

Pa]

0.1

0.2

0.3

0.40.50.6

0.8

56

8

0.050.06

0.08∆

p min

[bar

]

2.8

5.6

8.3 11 14 17 22 28

200

300

56 83

DN 6

5

DN 1

00DN

125

DN 1

50

DN 8

0

10 20 30 40 50 60 80 100

V’max [l/s]

V’max [m3/h]

�∆pminMinimal notwendiger Differenzdruck (Druckabfall über das Ventil) zur Erreichung des gewünschten Volumenstroms max

V‘max Gewünschter Volumenstrom der bei Volllast erreicht werden soll. Durchfluss bei grösstem Stellsignal, z.B. 10 V

∆pmin = 100 xV‘max

kvs theor.

2 ∆pmin: kPaV‘max: m3/hkvs theor.: m3/h

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