Valve characteristics for motorized valves in district heating substations: Fid-Bau Portal

Valve characteristics for motorized valves in district heating substations

Benonysson, A. / Boysen, H.

Danfoss (Dänemark) hat zur Regelung der Warmwasserbereitung eine neue Generation von motorbetriebenen Stellventilen entwickelt. Die Autoren beschreiben die dieser Entwicklung zugrundeliegenden physikalischen Beziehungen, verifiziert durch Modellversuche und Labortests. Schwerpunkte der Untersuchungen sind neben Wärmetauscher, Regler vor allem Stellventil und Stellantrieb. Es wird demonstriert, daß bei FW-Hausstationen wegen hocheffizienter Wärmetauscher und wegen großer Flußänderungen/Laständerungen die Kennlinien des Wärmeüberträgers als linear betrachtet werden können. Wird jedoch die typische Regelgröße Temperatur des Rücklaufs der Sekundärseite betrachtet und streng konstante Regelungsverstärkung gefordert, so ergibt sich eine exponentielle Kennlinie des Steuerventils. Für die Praxis ist lediglich eine Reduzierung der Änderungen in der Regelungsverstärkung und ein Vergleich von Ventilen mit linearen und exponentiellen Kennlinien erforderlich. Letztere zeichnen sich durch eine gute Stabilität der Temperaturregelung aus, erfordern jedoch schnelle, teure Stellantriebe und haben ein für den unteren Lastbereich ungünstiges Stellverhältnis. Stellventile mit linearer Kennlinie haben ein großes Stellverhältnis, einen kurzen Hub und ermöglichen auch mit langsamen Stellantrieben eine schnelle Regelung. Nachteilig ist die nicht konstante Verstärkung der Regelung, die zu einer langsamen Regelung bei großer Leistung führt. Um die Vorteile der beiden Kennlinien zu kombinieren, wird eine in zwei lineare Bereiche aufgeteilte Kennlinie vorgestellt, deren Steigung bei kleinen Volumenströmen wesentlich geringer ist als im zweiten, oberen Betriebsbereich (Split-Kennlinie). Schnittpunkt/Steigungen der Split-Kennlinie sind von Ventileigenschaften (Hub, Kapazität) abhängig. Obwohl bei diesem von Danfoss A/S mit nur einem Ventilkegel realisierten Konzept das Stellverhältnis ähnlich dem eines Ventils mit exponentieller Kennlinie ist, kombiniert es die Vorteile der schnellen Regelung und des kurzen Hubes mit der Option eines langsameren, preisgünstigeren Stellantriebs. Wegen geringerer Verstärkung des Regelkreises bei niedrigsten Volumenflüssen (kleinere Steigung der Kurve) wird im Vergleich zu einem linearen Ventil eine stabilere Temperaturregelung erreicht.