شیر کنترل مستقل از فشار (PICV) چیست؟ – بخش دوم

شیرهای PICV این پتانسیل را دارند که آسایش حرارتی را بهبود بخشیده و منجر به صرفه جویی چشمگیری در مصرف انرژی شوند، اما این در صورتی است که حتما شرایط عملکرد درست برای این شیرها فراهم شود، زیرا در پروسه طراحی سیستم توزیع جریان تفاوت هایی با سیستم های سنتی که از شیرهای دو راهه و سه راهه کنترلی استفاده می کنند وجود خواهد داشت.

این شیرها به همراه محرک بر روی کویل فن کویل، هوارسان و سایر مبدل های حرارتی نصب شده و در سیستم های دور متغیر جریان کاربرد دارند. همچنین در صورتی که بدون محرک (عملگر) نصب شوند می توانند در سیستم های دور ثابت، جهت بالانس جریان در رایزرها یا انشعابات مورد استفاده قرار بگیرند.

شیر PICV چیست؟

شیر PICV یک شیر کنترلی است که می تواند با اهداف زیر در مدار سیستم های گرمایشی و سرمایشی استفاده شود:

• کنترل دبی- با استفاده از شیر PICV سیستم کنترل قادر است مقدار گرمایش / سرمایش خروجی را از طریق کنترل دبی تغییر داده و تنظیم کند.
• تنظیم دبی- شیر PICV این قابلیت را دارد که دبی را بر روی میزان مشخص شده در طراحی سیستم تنظیم و حفظ کند.
• کنترل اختلاف فشار- شیر PICV باعث اطمینان از حفظ یک اختلاف فشار ثابت در دو سر بخش کنترل کننده دبی می شود. به صورتی که علیرغم تغییرات دور پمپ و یا باز و بسته شدن شیرهای کنترل سایر مدارهای سیستم این اختلاف فشار ثابت می ماند.

با توجه به بندهای مذکور، هر شیر PICV جایگزین 3 شیر جداگانه می شود که مورد نیاز سیستم است (شیر کنترل 2 راهه، شیر بالانس و شیر کنترل اختلاف فشار).

چه زمانی از شیر PICV استفاده می کنیم؟

شیرهای PICV بهترین راه حل برای کنترل دبی در هوارسان ها، فن کویل ها و پره های خنک کننده ای هستند که از سیستم های جریان متغیر تغذیه می کنند. در این سیستم ها دور پمپ و به تبع آن جریان، در پاسخ به تقاضای گرمایش / سرمایش فضاها تغییر می کند. ازین رو نهایتا در انرژی مصرفی پمپ ها صرفه جویی حاصل می شود.

قبل از معرفی شدن شیرهای PICV سیستم های جریان متغیر معمولا با مشکلات و مسائل زیر روبرو بودند:

• مشکلات انتخاب شیر کنترل: انتخاب شیر کنترل دو راهه دشوار است زیرا وابسته به فشار سیستم و یا فشاری است که توسط نزدیکترین شیر کنترل اختلاف فشار (DPCV) بالادست تأمین شده و ثابت نگه داشته می شود. مقدار این فشارها تا زمان مرحله راه اندازی و بالانسینگ سیستم در دسترس نیست.
• ایجاد صدا توسط شیر کنترل: شیرهای کنترل 2 راهه اغلب به دلیل اختلاف فشار بیش از اندازه باعث ایجاد سر و صدا می شوند. برای حفاظت شیرهای کنترل 2 راهه ازین فشار مفرط از شیرهای DPCV استفاده می شود، اما اگر نسبت به محل نصب شیر 2راهه در فاصله زیادی قرار بگیرند، قادر به انجام این عمل نخواهند بود.
• اقتدار پایین: شیرهای کنترل 2راهه اغلب در کنترل تدریجی جریان، ضعیف عمل می کنند (بصورتی که کنترل جریان تدریجی در این حالت عملا تنها کمی بهتر از حالت کنترل قطع و وصلی است)، این موضوع هم به دلیل محل نامناسب شیر DPCV است که باعث اعمال اختلاف فشار بیش از اندازه در دو سر شیر کنترل می گردد.

شیرهای PICV همه این مشکلات را حل می کنند و نتیجتاً منجر به بهبود آسایش حرارتی در ساختمان می گردند. ضمن اینکه صرفه جویی در مصرف انرژی پمپ ها را حداکثر می کنند.

شیرهای PICV دارای ارزش افزوده تنظیم و راه اندازی خیلی ساده تر از سیستم های سنتی هم هستند. زیرا مرحله بالانس جریان ها در شیرهای بالانسینگ نصب شده در خطوط اصلی و انشعاب ها حذف می گردد و تنها عمل مورد نیاز تنظیم شیرهای PICV در نقاط انتهایی سیستم توزیع جریان می باشد.

PICV چگونه کار می کند؟

شکل 1a و 1b دو نوع از رایج ترین انواع شیر PICV را به صورت شماتیک نشان می دهد.

بعضی از شیرها همانطور که در شکل 1a نشان داده شده است از 3بخش تشکیل شده اند، بخش های تنظیم فشار، تنظیم حداکثر دبی عبوری، کنترل دبی.

شکل 1a: شیر PICV سه بخشی

در نوع دیگر این شیرها همانطور که در شکل 1b نشان داده شده است، بخش های تنظیم حداکثر جریان و کنترل جریان یکپارچه شده اند.

شکل 1b: شیر PICV دو بخشی

هر بخش از شیر به ترتیب زیر عمل می کند:

در ورودی هوزینگ شیر، بخش تنظیم اختلاف فشار قرار دارد این بخش بر اساس برهم کنش یک دیافراگم قابل انعطاف و یک فنر عمل می کند که باعث تغییر مقطع ورودی عبور جریان می گردد. یک طرف دیافراگم از سمت ورودی شیر در تماس با آب در فشار P1 می باشد.  در حالی که طرف دیگر دیافراگم در سمت خروجی شیر در تماس با آب در فشار P3 می باشد. این موضوع بدین معنی است که اگر تغیراتی در اختلاف فشار P1 به P3 وجود داشته باشد، وضعیت دیافراگم تنظیم کننده اختلاف فشار نیز تغییر خواهد کرد.  نتیجه این خواهد شد که اختلاف فشار P2 به P3 (از پایین دست رگلاتور اختلاف فشار به خروجی شیر) در طول زمان علیرغم تغییرات کلی P1 به P3، ثابت خواهد ماند. بنابراین اصطلاح “مستقل از فشار” بدین معنی است که مهم نیست فشار چقدر تغییر می کند، عملکرد شیر تا مادامی که در محدوده کاری خود باشد تحت تأثیر قرار نخواهد گرفت.

در بخش مرکزی، یک شیر کنترل دو راهه وجود دارد. به این معنی که دهانه عبور جریان می تواند توسط محرک (اکچویتور) شیر بر اساس سیگنال ورودی از سیستم کنترل تغییر کند تا فضا به دمای مورد نیاز برسد.

در قسمت خروجی شیر، یک بخش تنظیم دبی وجود دارد که دبی مورد نیاز محاسبه شده توسط مهندس طراح را تأمین می کند. این دبی  با استفاده از صفحه مدرج بالای بدنه شیر قابل تنظیم است.

اگر بخش های تنظیم کننده حداکثر دبی و شیر کنترل یکپارچه باشند (شکل 1b)، هنگامی که حداکثر دبی روی شیر تنظیم می شود، در واقع بخشی از کورس حرکت شیر برای تنظیم حداکثر دبی، کاهش یافته و به تبع آن تغییر تدریجی دبی توسط محرک، تنها در طول باقیمانده از کورس شیر کنترل فراهم است.

به واسطه پورت های اندازه گیری فشار بر روی بدنه شیر، اختلاف فشار P1 به P3 قابل اندازه گیری است. این اندازه گیری برای اطمینان از عملکرد شیر در محدوده مجاز اختلاف فشاری که توسط سازنده ارائه شده است، انجام می گیرد.

PICV چه کاری انجام می دهد؟

طریقه عملکرد شیر PICV آن را برای استفاده در سیستم های دور متغیر ایده آل می سازد. تغییرات در فشار P1 (که احتمالا بر اثر تغییرات دور پمپ یا بسته شدن شیرهای سایر بخش های سیستم ایجاده شده است) به صورت خودکار به واسطه عملکرد بخش تنظیم کننده اختلاف فشار جبران می شود. در تعریف ساده بخش کنترل کننده در صورت افزایش P1 مقاومت شیر در مقابل جریان را افزایش می دهد و بالعکس در صورت کاهش P1 مقاومت شیر را کاهش می دهد.

علاوه بر این، توانایی رگلاتور فشار در نگهداری اختلاف فشار ثابت بین P2 و P3 دو مفهوم مهم دارد:

اولا، با شیر کنترل کاملا باز و تنظیم دبی بر روی میزان مورد نیاز، شیر به طور موثر تبدیل به یک شیر تنظیم کننده جریان ثابت می گردد (زیرا یک اختلاف فشار ثابت در دو سر یک اوریفیس ثابت منجر به عبور یک جریان ثابت می گردد). بنابراین اگر شیر PICV بدون محرک نصب گردد می تواند به عنوان یک شیر محدود کننده جریان استفاده شود تا بدون تاثیر گرفتن از تغییرات دبی و فشار سایر بخش های سیستم، جریان را بر روی نقطه تنظیم مورد نیاز حفظ کند. این کاربرد می تواند در مدارهای جریان ثابت با خط بای-پس مفید باشد.

ثانیا، با حفظ اختلاف فشار ثابت در دو سر شیر کنترل و بخش تنظیم کننده جریان، اقتدار شیر کنترل به مقدار حداکثر می رسد. اقتدار یک شیر کنترل نشان دهنده این است که شیر با چه دقتی قادر به تغییر تدریجی دبی هنگام باز شدن و بسته شدن می باشد. برای رسیدن به یک اقتدار خوب، اختلاف فشار دو سر شیر باید حداقل 50 درصد اختلاف فشار کلی در انشعاب یا مداری باشد که عبور جریان در آن کنترل می گردد. چنین شیری اقتدار 5/0 را تجربه خواهد کرد. اغلب اوقات سایز کردن یک شیر دو راهه سنتی با چنین اقتدار مناسبی غیرممکن خواهد بود، زیرا مدار کنترل جریان شامل پایانه حرارتی، لوله کشی و شاید شیر DPCV می باشد که این مسئله ایجاب می کند شیر دو راهه ای با افت فشار خیلی زیاد برای کنترل جریان انتخاب گردد و به تبع آن پمپی با هد خیلی بالا را برای سیرکوله جریان طلب می کند. بنابراین اغلب استفاده از شیر کنترلی با اقتدار پایین حدود 2/0 رایج است که خیلی از عدد ایده آل دور می باشد.

این در حالی است که در یک شیر PICV از آنجا که اختلاف فشار P2 به P3 در دو سر شیر کنترل و بخش تنظیم دبی بر کل مدار کنترل جریان تأثیرگذار است، اقتدار شیر بهبود می یابد. این موضوع به این معنی است که افت فشار پایانه حرارتی و لوله کشی برای انتخاب شیر PICV مؤثر نبوده  و شیر تنها بر اساس دبی عبوری انتخاب می گردد.