Trojcestný Zmiešavací Ventil s Pohonom: Princíp Fungovania a Aplikácie

Regulačné ventily sú kľúčové komponenty v systémoch kúrenia, vetrania a klimatizácie (HVAC), ktoré zabezpečujú efektívnu a bezpečnú prevádzku. Ich hlavnou úlohou je riadiť prietok média (vody, plynu alebo vzduchu) v systéme, čím ovplyvňujú teplotu, tlak a celkový výkon. Vykurovacie systémy musia mať všetky ich súčasti navzájom dokonale zladené, aby bola zaručená bezpečnosť, efektivita a bezproblémová prevádzka. Tento článok sa zameriava na trojcestné zmiešavacie ventily s pohonom, ich princíp fungovania a využitie v rôznych aplikáciách, s dôrazom na vykurovacie systémy.

Úvod do Regulačných Ventilov

Regulačný ventil je mechanické zariadenie, ktoré moduluje prietok, tlak, teplotu alebo úroveň kvapaliny či plynu v potrubnom systéme na základe signálu z riadiaceho systému. Jeho funkcia presahuje jednoduché otváranie a zatváranie; je to nástroj jemnej mechaniky a inteligentnej kontroly. Každý regulačný ventil je srdcom riadiacej slučky a jeho hlavnou úlohou je meniť prietok média v reakcii na riadiaci signál. Táto zmena prietoku následne ovplyvňuje riadenú premennú, ako je napríklad tlak alebo teplota.

Konštrukcia a Komponenty Regulačného Ventilu

Aby sme pochopili, ako to všetko funguje, pozrime sa na základné komponenty, ktoré tvoria každý regulačný ventil:

• Telo ventila (Body): Toto je hlavná konštrukčná časť, cez ktorú preteká médium. Je navrhnuté tak, aby vydržalo tlak a teplotu daného média.
• Vnútorné časti ventila (Trim): Sú to pohyblivé časti, ktoré sú v priamom kontakte s médiom a regulujú prietok. Patria sem sedlo, kuželka (alebo disk) a vreteno.
• Vreteno (Stem): Je mechanické spojenie medzi kuželkou a ovládačom.
• Ovládač (Actuator): Toto je zariadenie, ktoré mechanicky pohybuje vretenom, a tým aj kuželkou. Je to "sval" ventila, ktorý prijíma riadiaci signál.
• Pozicionér (Positioner): Nie je súčasťou každého ventila, ale je nevyhnutný pre presnú reguláciu.

Dôležitosť každého z týchto komponentov nemôžeme podceniť.

Ovládače Regulačných Ventilov

Ovládač je kľúčový pre to, ako regulačný ventil reaguje na riadiace signály. Existujú rôzne typy ovládačov, vrátane:

Prečítajte si tiež: Beko umývačka riadu a trojcestný ventil

• Pneumatické ovládače: Používajú stlačený vzduch na vytvorenie sily, ktorá pohybuje vretenom.
• Elektrické ovládače: Využívajú elektromotory na pohon vretena. Ponúkajú presnú kontrolu a sú vhodné tam, kde nie je k dispozícii stlačený vzduch.
• Hydraulické ovládače: Používajú hydraulickú kvapalinu na vyvinutie veľkej sily.

Pozicionér Regulačného Ventilu

Pozicionér je sofistikované zariadenie, ktoré zlepšuje presnosť a dynamiku regulačného ventila.

• Princíp fungovania: Pozicionér porovnáva vstupný riadiaci signál (napr. 4-20 mA alebo 0-10 V) so skutočnou polohou vretena ventila.
• Výhody: Znižuje hysteréziu, zlepšuje linearitu, kompenzuje trenie a zmeny tlaku média.

Typy Regulačných Ventilov

Svet regulačných ventilov je rozsiahly a každý typ má svoje špecifické vlastnosti, ktoré ho predurčujú pre určité aplikácie. Medzi najbežnejšie typy patria:

• Guľové ventily: Tieto ventily používajú otočnú guľu s otvorom na reguláciu prietoku. Štandardné guľové ventily nie sú ideálne pre jemnú reguláciu kvôli ich rýchlootváravej charakteristike. Avšak, upravené guľové ventily s tvarovanou guľou sú vhodné pre reguláciu. Guľový ventil je jeden z najčastejšie používaných prvkov vo vodných a vykurovacích inštaláciách. Skladá sa z telesa, gule, stonky a tesníc, čo zabezpečuje vysokú tesnosť a odolnosť. Jeho fungovanie je veľmi jednoduché - otočenie gule o 90 stupňov umožňuje rýchle a intuitívne zatváranie a otváranie prietoku. Vďaka tomu sú guľové ventily pohodlné na používanie a spoľahlivé v každodennom prevádzkovaní.
• Klapkové ventily: Klapkové ventily využívajú rotačný disk (klapku) umiestnený v tele ventila na reguláciu prietoku. Sú vhodné pre reguláciu prietoku s miernou presnosťou.
• Sedlové ventily: Sedlové ventily sú pravdepodobne najtradičnejším a najrozšírenejším typom regulačného ventila. Sú štandardom pre presnú reguláciu.
• Škrtiace ventily: Majú dlhú, zúženú kuželku, ktorá sa presúva do malého otvoru. Používajú flexibilnú membránu na reguláciu prietoku a sú ideálne pre korozívne, abrazívne alebo viskózne médiá.
• Uhlové ventily (Angle valves): Majú telo v tvare "L", čo je výhodné pre znižovanie turbulencií a lepšie riešenie erózie pri vysokých tlakoch.
• Trojcestné ventily (Three-way valves): Slúžia na miešanie dvoch prúdov alebo rozdeľovanie jedného prúdu na dva.
• Pinč ventily (Pinch valves): Gumová manžeta sa stláča na reguláciu alebo uzatvorenie prietoku.

Trojcestné Zmiešavacie Ventily: Detailný Pohľad

Trojcestný zmiešavací ventil slúži na miešanie horúcej a studenej vody tak, aby sa dosiahla požadovaná teplota. Používajú sa v rozvodoch kúrenia a chladenia, pre podlahové vykurovanie, ventiláciu, solárne systémy, centrálne rozvody a ďalšie systémy pitnej aj nepitnej vody. Niektoré trojcestné ventily majú aj rozdeľovaciu funkciu.

Možnosti ovládania:

• Manuálne pomocou kolieska so stupnicou
• Termostatickou patrónou
• Servopohonom (potrebný je správny adaptér)

Všetky hlavné súčasti zmiešavacích ventilov je možné ľahko vymeniť, avšak odporúčame do systému pred ventil nainštalovať vhodný filter.

Široké spektrum využitia:

• Rozvody a regulácia vykurovacej vody (umožňujú získať výslednú zmes o požadovanej teplote)
• Centrálne rozvody
• Podlahové vykurovanie
• Solárne systémy
• Rozvody a inštalácie chladiacich systémov
• Aplikácie pre ventiláciu a prevádzku klimatizácie

Niektoré typy trojcestných zmiešavacích ventilov môžu byť okrem zmiešavacej funkcie použité aj ako rozdeľovacie kohúty. Pripojenie je riešené pomocou vonkajších alebo vnútorných závitov, sú aj verzie s prírubovým pripojením. Ventil je opatrený nastavovacím kolieskom so stupnicou, ktorý možno ľahko upraviť aj na ovládanie servopohonom. K tomu postačí osadenie vhodným adaptérom, ktorý v našej ponuke pochopiteľne nechýba, použiť možno servopohony Belimo alebo pohony Esbe.

Prečítajte si tiež: Využitie trojcestného ventilu

Trojcestný ventil sa nazýva často aj trojcestný zmiešavač. Inštaluje sa do vykurovacieho systému, aby bolo možné regulovať objemové prietoky. Spadajú sem napríklad stanovená prívodná teplota, ale aj regulácia teploty spiatočky. Ventil sa preto dá príslušne nastaviť, aby voliteľne otváral alebo zatváral. Okrem opisovaného trojcestného ventilu možno do vykurovacích okruhov inštalovať aj dvojcestné ventily. Hoci úloha zostáva rovnaká a ventil bude následne vždy regulovať objemový prietok, konštrukcia sa môže líšiť.

Zónové alebo prepínacie ventily s tromi cestami sa prevádzkujú pomocou 230 V motora. Tento zabezpečuje, aby sa ventil otvoril, a tým dosiahol prevádzkový stav „OTV“. Ak sa napätie z ventilu odstráni, ventil sa znovu zatvorí a dosiahne tým naopak prevádzkový stav „ZATV“. Ovládanie sa v praxi realizuje cez reléový kontakt v riadiacom systéme. Ak sa ventil nachádza v polohe „OTV“, môže dôjsť k prechodu z cesty A na AB. Tento ventil však možno alternatívne obsluhovať aj prostredníctvom servomotora s pohonom 230 V. Ovládacie napätie variuje medzi nulou a desiatimi voltami a príslušne prestavuje ventil tak, ako to vyžaduje vykurovací okruh. Výhodou pri tom je, že neexistujú striktné obmedzenia medzi jednotlivými cestami a s tým spojenými prevádzkovými stavmi, pretože ventil sa dá regulovať postupne. Spravidla sa trojcestný ventil, ktorý je ovládaný servomotorom, používa len pri zmiešavačoch pre vykurovací okruh. Elektricky prevádzkované regulačné ventily sa z dôvodu nízkych teplotných zaťažení inštalujú väčšinou vo vratnom potrubí vykurovacieho systému.

Prečo sú Potrebné Trojcestné Ventily?

Vo vykurovacom systéme musia všetky komponenty navzájom perfektne reagovať, aby jednak zaručovali bezpečnosť a efektivitu, ako aj bezchybnú prevádzku. Trojcestný ventil sa stará o potrebné zníženie prívodnej teploty. V praxi je takýto ventil potrebný napríklad ako zmiešavač v prípade, keď sa tradičný plynový vykurovací systém používa spolu s podlahovým vykurovaním. V takomto prípade dochádza k tomu, že vykurovacie médium s nižšou teplotou z vratného potrubia sa zmiešava s médiom s vyššou teplotou. Okrem toho umožňuje postup prostredníctvom jednotlivých ciest aj to, aby sa napájanie teplou vodou mohlo vykonávať separátne od vykurovania bytu alebo domu. Zároveň je však možné aj paralelné využívanie. Takéto využívanie potom umožní, aby sa mohlo vykurovať permanentne, namiesto toho, aby sa musela stanoviť priorita medzi ohrevom teplej vody a vykurovaním.

Na trhu sú dostupné takéto zmiešavače v rôznych vyhotoveniach. Spravidla by ste pri kúpe nového zmiešavača mali počítať s cenou približne od 90 do 150 eur. Ideálne je, ak to pred nákupom môžete konzultovať s vaším inštalatérom, prípadne mu priamo povedzte, aby kúpil zmiešavač zodpovedajúci vykurovaciemu systému. Do úvahy treba brať okrem iného výkon servomotora, ako aj veľkosť ventilu. Trojcestný ventil prispieva ako neviditeľný konštrukčný prvok k tomu, aby všetky komponenty vo vykurovacom systéme boli navzájom dobre zosúladené. Aby ste sa pri nákupe vyhli chybám, je nevyhnutné odborné posúdenie inštalatérom.

Regulačné a Zmiešavacie Ventily v Moderných Vykurovacích Inštaláciách

Moderné vykurovacie inštalácie vyžadujú použitie regulačných a miešacích ventilov, ktoré sú zodpovedné za presné riadenie prietoku kvapaliny. Ich správne fungovanie priamo ovplyvňuje efektivitu celého systému. Regulačný ventil umožňuje prispôsobiť množstvo prúdiacej vody aktuálnym potrebám, čo zabezpečuje stabilitu fungovania a zníženie spotreby energie. Na druhej strane miešací ventil umožňuje presné miešanie teplej a studenej vody, čo je kľúčové vo vykurovacích a sanitárnych systémoch. Vďaka ich spolupráci možno dosiahnuť optimálnu rovnováhu medzi výkonom a úsporou energie. Osobitnú pozornosť si zasluhujú aj bezpečnostné ventily, ktoré chránia inštaláciu pred nadmerným tlakom. Termostatický ventil je inteligentné riešenie, ktoré automaticky prispôsobuje teplotu v inštalácii. Vďaka vstavanému snímaču reaguje na zmeny teploty okolia, regulujúc prietok kvapaliny v systéme. V dôsledku toho miestnosti udržiavajú stály, komfortný stupeň tepla bez potreby manuálnej regulácie.

Prečítajte si tiež: Použitie trojcestného ventilu v kotloch

Charakteristika Prietoku Regulačného Ventila

Charakteristika prietoku regulačného ventila popisuje vzťah medzi zdvihom kuželky (otvorením ventila) a relatívnym prietokom. Existujú rôzne typy charakteristík:

• Lineárna charakteristika: Pri ventile s lineárnou charakteristikou je prietok priamo úmerný zdvihu kuželky.
• Ekvipercentuálna charakteristika: Pri ekvipercentuálnej charakteristike sa rovnaká percentuálna zmena zdvihu kuželky prejaví ako rovnaká percentuálna zmena prietoku. Je to najbežnejšia charakteristika pre regulačný ventil, pretože kompenzuje nelineárnu odozvu mnohých procesov.
• Rýchlootváravá charakteristika: Ventil s rýchlootváravou charakteristikou dosiahne väčšinu svojho prietoku už pri malom zdvihu. Používa sa predovšetkým pre uzatváracie ventily, kde je potrebná rýchla reakcia otvárania/zatvárania, alebo pre aplikácie, kde sa reguluje na princípe ON/OFF.

Výber správnej charakteristiky je kritický. Nesprávna charakteristika môže viesť k nestabilite riadiacej slučky, pomalej odozve alebo zbytočnému opotrebovaniu ventila.

Dimenzovanie a Výber Regulačného Ventilu

Výber a dimenzovanie regulačného ventila nie je len o výbere typu a materiálu. Koeficient prietoku Kv (pre metrické jednotky) alebo Cv (pre imperiálne jednotky) je najdôležitejší parameter pre dimenzovanie ventila. Výpočet správneho Kv/Cv je nevyhnutný na zabezpečenie, aby ventil dokázal regulovať požadovaný rozsah prietokov pri danom tlakovom spáde.

Tlaková Strata a Kavitácia

Tlaková strata je zníženie tlaku média, ktoré prechádza ventilom. Tlaková strata je potrebná pre funkciu ventila. Príliš malá tlaková strata môže spôsobiť, že ventil stratí regulačnú schopnosť.

Kavitácia nastáva, keď tlak kvapaliny klesne pod tlak pár pri prechode zúžením ventila, čo spôsobí vznik bublín. Flashing nastáva, keď tlak kvapaliny zostane pod tlakom pár aj po opustení ventila, čo znamená, že kvapalina sa čiastočne odparí a preteká ventilom ako dvojfázová zmes (kvapalina + para). Riešením je použitie ventilov s odolnými materiálmi (napr. špeciálne zliatiny).

Materiály a Inštalácia

Telo a vnútorné časti musia byť kompatibilné s médiom (chemická odolnosť), odolné voči teplote, tlaku a erózii/abrázii. Tesnenia musia zabezpečiť nulové úniky cez vreteno (packing) a sedlo. Materiály tesnení zahŕňajú PTFE, grafit, rôzne elastoméry.

Správna inštalácia je základom. Je potrebné dodržať smer prúdenia, ktorý je často vyznačený na tele ventila. Je dôležité tiež zabezpečiť dostatočný priestor pre údržbu a demontáž. Moderné digitálne pozicionéry umožňujú online diagnostiku výkonu ventila, sledovanie opotrebovania a predikciu porúch. Preventívna údržba zahŕňa pravidelnú kontrolu tesnení, kalibráciu pozicionéra a vizuálnu kontrolu mechanických častí.

Použitie Regulačných Ventilov: Príklad z Praxe

Regulačné ventily sú skutočne chrbticou automatizácie a riadenia procesov v mnohých odvetviach. Regulačný ventil je skutočne univerzálny nástroj, ktorý sa prispôsobuje nespočetným výzvam rôznych priemyselných odvetví.

Príklad použitia v administratívnej budove Aircraft:

V administratívnej budove Aircraft v Bratislave bol použitý systém vykurovania s fancoilovými jednotkami, ktoré slúžia aj na chladenie interiéru. Každú jednotku riadi regulačný ventil AB-QM s pohonom, ktorý optimalizuje prietok chladiaceho média v systéme v závislosti od požadovanej teploty v interiéri. Tieto ventily sú tlakovo nezávislé, čo znamená, že kolísanie tlakových pomerov v systéme s variabilným prietokom neovplyvňuje prietok fancoilovou jednotkou a tým ani teplotu vo vykurovanej či chladenej miestnosti. Systém je bezúdržbový a ventil AB-QM zabezpečuje dve základné funkcie: vyváženie a reguláciu prietoku. Investičné a montážne náklady sa preto pohybovali na úrovniach výrazne nižších oproti bežným regulačným ventilom.

Hydraulické Vyregulovanie Vykurovacích Sústav

V súčasnosti sú bytové domy, aj tie po zateplení, vybavené termoreguláciou na spotrebičoch, avšak toto samotné dosahuje maximálne 5% úspory z celkových nákladov na tepelnú energiu bytového domu. Päty stúpacích potrubí vykurovania sú vybavené regulátormi prietoku. Táto základná regulácia však narazí na nedostatky ako náhle je bytový dom zateplený a zrazu sa v systéme hlučne prihlási zvýšený tlak v systéme, šum vo vykurovacích telesách, pískanie na termoregulačných armatúrach. Preto sa teraz budeme zaoberať rozdielom medzi jestvujúcimi regulačnými armatúrami zabudovanými vo väčšine našich bytových domoch, tzv. regulátormi na konštantný prietok (napr. Heimeier Strato R, alebo HERZ Stromax GM), oproti armatúram, ktoré sú po významnej obnove bytového domu odporúčané zabudovať do vykurovacieho systému vzhľadom na ich schopnosť regulácie aj pri nízkom prietoku stúpačkou, resp. V sústave s reguláciou prietokom je osadený regulačný ventil (regulátor prietoku) navrhnutý tak, aby jeho tlaková strata bola minimálne rovná tlakovej strate spotrebičov pri menovitom prietoku a bolo dosiahnuté rozdelenie prietokov podľa výpočtov.

Príklad Konkrétneho Trojcestného Ventilu: ESBE VRG 131

Trojcestný zmiešavací ventil ESBE VRG 131 je vyrobený z mosadze typu DZR s ochranou proti vylúhovaniu zinku. Ventil je vybavený nastavovacím ručným kolieskom so stupnicou, ktoré je navyše vybavené koncovými dorazmi. Akčný rádius ventilu je max. 90°. Je kompatibilný s radou servopohonov ESBE rady 90 (vrátane regulátorov 90C a pod.) - vyžaduje si osadenie adaptérom VRG 801. Taktiež je kompatibilný s VZT servopohonmi BELIMO. Všetky hlavné časti je možné vymeniť alebo pretesniť - k dispozícii je sada tesnení alebo kompletná renovačná sada.

Ovládanie Pohonov: Rôzne Metódy

Existujú rôzne metódy ovládania pohonov trojcestných ventilov:

• Dvojbodové ovládanie: Má dva pracovné body. Pohon je pripojený tromi vodičmi (neutrálnym a dvoma prúdovými). Napätie je neustále privedené na jeden z prúdových vodičov. V tomto okamžiku sa pohon otáča na jednu zo strán (v závislosti na nastavenie prepojky). Pokiaľ je napätie privedené aj na druhý vodič, ventil sa začne otáčať opačným smerom. Tieto akčné členy sú namontované na ventiloch, ktoré pracujú vo spínacej funkcii.
• Trojbodové ovládanie: Má 3 pracovné body: otočiť ventil doľava, otočiť ventil doprava, zastaviť ventil. Obdobne ako u dvojbodového je pripojený tromi vodičmi (neutrálnym a dvoma prúdovými), ale je tu možnosť, že napätie nie je pripojene ani k jednému z prúdových vodičov, tým je pohon zastavený. Tieto pohony sa používajú vo zmiešavacích systémoch.
• Proporcionálne riadenie: Plynule riadi otečenie ventilu. Vďaka svojej konštrukcií je ovládanie veľmi presné. Proporcionálny pohon musí spolupracovať s proporcionálnym regulátorom. Z pohonu vedú 4 vodiče - dva pre napájanie („+“ a „-“) a dva pro správne pripojenie k regulátoru („Y“ a „U“). Riadiaca jednotka odošle krátke pulzy a po každom z nich skúma dopad na inštaláciu. Pokiaľ je nutné vykonať ďalšiu úpravu nastavení, tak sú odoslané ďalšie pulzy. Tieto akčné členy sa používajú vo zmiešavacích systémoch, kde je veľmi dôležité stabilizovať teplotu zmiešavaného média.

Tepelné Čerpadlá a Budúcnosť Vykurovania

Súčasný trh ponúka viacero možností, ktorými sa dá domácnosti zaistiť potrebné teplo. Jednou z nich je vykurovanie domu tepelným čerpadlom. Táto alternatíva láka používateľov čoraz viac, a to predovšetkým vďaka nízkym prevádzkovým nákladom a ekologickosti zariadenia. Tepelné čerpadlá predstavujú moderný spôsob vykurovania. Zmiešavacie ventily slúžia na zmiešavanie dvoch kvapalín s rôznou teplotou v takom pomere, aby bola z ventilu docielená konkrétna požadovaná výstupná teplota. Trojcestné ventily zmiešavajú z dvoch prívodov do jedného výstupu, zmiešavaním teda znižujú alebo zvyšujú prietok v jednotlivých prívodoch. Typické použitie týchto ventilov je pre zmiešavanie vykurovacej vody do vykurovacích okruhov (podlahové, stenové vykurovanie, ohrevné telesá), alebo zmiešavanie spiatočky kotlov na tuhé palivo na zamedzenie nízkoteplotnej korózie.

tags: #trojcestny #zmiesavac #servopohon