自動バランスバルブ

自動バランス バルブは、システム内の水の流れに依存するセントラル ヒーティングおよび冷却システムで使用されます。最新のフロー技術を使用して、システム内の圧力変化に関係なく、設計流量が常に達成されるようにします。

冷暖房水分配システムは、システム全体の流量（コンポーネントターミナルライン、分配ライン、メイン分配ライン経由）が、システムの設計で指定された流量と一致しているときにバランスが取れています。システムのバランスが適切に確立されていない場合、流量の分配が不均等になり、一部のターミナルでは余剰効果があり、他のターミナルでは効果が不十分になります。その結果、必要な加熱または冷却が設備のすべての部分で保証されません。実際には、配管の操作やパイプ寸法の変更だけでは、完全にバランスの取れたシステムを実現することはできません。システム内の流量の正しい分配を確実に行うことができるのは、バランス調整バルブの正しいセットだけです。

可変一次冷水システムでは、設計流量はコイルのチューブ内の水流速度によって決まります。

• 通常の条件では、毎秒6～7フィート（1.8～2.1 m/s）
• 最大12フィート/秒（3.7メートル/秒）
• 最小 1.5 フィート/秒 (0.46 m/秒) (レイノルズ数7500に基づく)
• 最小流量は通常、設計流量の50%以下です。^[1]
• チラーメーカーは通常、チューブの速度を毎秒5.0～10.0フィート（1.5～3.0 m/s）の範囲に制限しています。^[2]

自動バランスシステムは定流量型と可変流量型に分類できます。^[3]

最近まで、定流量システムは暖房、換気、空調 (HVAC) システムの標準でした。定流量システムは、幅広いプロジェクトに適用できる単純明快な設計を採用しています。これには、システムの最大負荷に設定された固定速度ポンプの使用が含まれます。さらに、二重調節バランス バルブを手動で設定して、システム全体の圧力変化の影響を調整します。

CAV (定風量) システムは、主に単一のエリア (オープン プランなど) で構成されるオフィスで使用され、サーモスタットに応じて給気温度が変わります。

このタイプのシステムは、さまざまなエリアやさまざまな負荷があるオフィスでも使用できます。この場合、さまざまなゾーンに放出される給気の温度は、関連するゾーンにつながる空気ダクト内にある温水供給再加熱コイルを使用して変更できます。または、温風と冷風用の 2 つの別々のダクトが混合ボックスにつながり、2 つの流れが混合される二重ダクト システムを使用することもできます。

このタイプのシステムは正確な温度制御を可能にしますが、小規模なオフィスに適しています。必要な空気ダクトは多くのスペースを占め、設置に費用がかかり、また、オフィスのさまざまな場所で同時に暖房や冷房の要求がある可能性のある中間シーズンにはエネルギーを無駄にする可能性があります^[4]

定流量システムを導入するための資本コストは比較的低いですが、手動でバランス調整を行う必要があるため、時間がかかり、複雑で、手間がかかり、システムの効率も悪くなります。このため、ランニングコストが高くなり、結果として CO2 排出量も増加します_。ほとんどの空調システムや給水システムは、限られた期間のみピーク負荷に達するため、ポンプを一定速度で継続的に稼働させることでエネルギーが無駄になります。

可変流量ハイドロニックシステムでは、部分負荷条件に合わせてポンプ速度を下げたり、ボイラーやチラーと連動したポンプの段階を調整したりすることが、エネルギー効率の高い制御方法です。^[5]

VAV (可変空気流量) システムは、内部空間がオープン プラン エリアに分割された、大規模な近代的な商業用建物のニーズを満たします。このシステムは、屋内エリアの冷却要求の変化に対応するのに特に効果的です。季節や場所によって大きく異なる可能性のある周辺エリアの空気は、再加熱コイルを備えた VAV ボックスによって処理され、冷却モードのときは流量を調整し、冬季には再加熱コイルを使用して一定モードで動作します。

VAV システムで処理および分配される総空気流量は、最大同時負荷に基づいて計算すると、CAV システムよりも少なくなります。そのため、処理ユニットのサイズは小さくなり、ダクトも小さくなるため、空気分配プロセスに関連するエネルギー消費も小さくなります。

水暖システムの変化に伴い、必要なバルブのサイズ計算も変化しました。

可変流量システムには、新しい計算、新しい用語、そして最も重要なことに、新しい技術が必要です。制御バルブのサイズを決定する際の目的は、システムに最適なバルブ ソリューションを見つけることです。^[要出典] 最適なバルブを見つけるには、プロジェクトのハイドロニクスを理解し、最適な制御フローの重要性を認識する必要があります。

可変流量システムが制御弁の選択に与える影響は、当初は認識されていませんでした。制御弁は同じK _v計算を使用して選択され、3ポート弁のバイパスがブロックされて2ポート弁になりました。それはそれほど単純ではありませんでした。これは、K _v計算 が

K _v = 流量 [m ³ /h] / Δ P [ bar

一定圧力と一定K _vに基づいており、一定の流量を供給します。ただし、可変流量システムの領域が閉じられると、差圧が増加し、供給流量が増加し、開いた回路でオーバーフローが発生します。

回路のオーバーフローはコストがかかります。従来の制御バルブでは、オーバーフローは避けられません。制御バルブのサイズを決めるとき、計算されたK _{v は}、最も近い適切なバルブのK _vとほぼ確実に一致しません。たとえば、K _v計算が 4.5 m ^{3 /h の場合、} K _v = 6.3 m ³ /hのバルブが選択される可能性が高くなります。これは、バルブが必要な流量よりも 40% 多い流量を供給できることを意味します。可変流量システムで圧力が上昇すると、バルブはこの追加の圧力流量を供給します。

この過剰な流量により、温度が設定温度を超えてしまいます。室内センサーがこのオーバーフローを検出すると、アクチュエータが閉じられ、流量が急激に低下します。このプロセスは、「ハンティング」と呼ばれる現象で繰り返されます。

ハンティングにより、室温が絶えず変動し、環境品質の低下とメンテナンスの増加により、クライアントに大きな負担がかかります。管理者への苦情の 4 分の 3 以上は、温熱感覚に関するものです。これらの苦情は、好みの温度の個人差が原因であることはほとんどなく、温度偏差が拡大するにつれて増加します。この種の苦情に対処するために、建物管理者の 3 分の 2 以上が使用する解決策は、設定温度を変更することです。冷却システムの設定温度を平均 1 °C 下げると、エネルギー使用量が最大 10% 増加します。冷水システムにおける「ハンティング」とオーバーフローの問題の解決策は、圧力に依存しない制御バルブを使用することです。

圧力非依存型制御弁は、ファンコイル端末とエアハンドリングユニットへの流量を制限するために使用されます。この流量は、入口圧力の変化の影響を受けません。弁内のダイヤフラムが出口圧力を一定に保ち、これにより端末に一定の流量が供給されます。圧力非依存型制御弁のもう 1 つの利点は、アクチュエータを取り付けると、手動バランス調整弁と電動制御弁が 1 つの弁に置き換えられ、設置コストが削減されることです。^{[引用が必要]}

電子式圧力非依存制御バルブは、流量計またはオリフィスを介した圧力降下を利用して、下流に適切な流量を供給するアクチュエータに流量データを提供します。これらのバルブは、圧力調整器が動作するために一定範囲内の圧力を必要とするのに対し、はるかに低い圧力要件を提供します。設定可能な流量範囲が機械式バルブよりも大幅に広いため柔軟性が向上し、水路が簡素化されているため汚れに対する耐性が向上し、流量を建物管理システムに報告する機能もあります。

圧力非依存制御バルブは、どの制御システムでも使用できます。アクチュエーター オプションでは、熱、3 点制御、または変調制御を選択できます。これは、従来の制御バルブと同じように、ビル管理システムや個々の部屋の制御で機能します。アクチュエーターを使用して、流量を制限してバルブを設定することもできます。3 点制御アプリケーションでは、実行時間制限を使用してこれを行うことができます。たとえば、設計流量が 70% の場合、アクチュエーターに合計実行時間の 70% を割り当てます。変調アクチュエーターでは、70% の例を実現するために、コントローラーを 0～10 V 信号の 0 V と 7 V の間で制御するように設定します。

オーバーフローは、設定温度を達成する制御システムの能力に影響します。これは避けられないことではありません。一部の圧力非依存型制御弁を使用すると、ファンコイルと空調ユニットの最大流量を設計流量と正確に設定できます。従来の制御弁を圧力非依存型に切り替えることは、設置コストを削減することで機械請負業者にのみメリットがあると考えるべきではありません。システム インテグレーター、そして最も重要なクライアントにもメリットがあり、快適性の向上とエネルギー消費の削減の両方が保証されます。圧力非依存型制御弁は、冷水用途の水力制御に不可欠な要素です。選択と設定が簡単です。安定した圧力、安定した流量、そして最も重要なことに、安定した室温を実現します。

各ターミナル ユニットに圧力調整装置を設置する代わりに、ターミナルが並列の場合は 1 つの大型差圧コントローラを使用できます。Dp コントローラはライザー全体、つまり各ターミナル ユニット全体の圧力を一定に保ちます。これにより、圧力に依存しないユニットが 1 つだけになるためシステムのコストが削減され、各ターミナルに手動バランス バルブを設置する利点 (測定、調整、確実な遮断) も維持されます。