Doğru balans vanasını seçmek

Caleffi North America’nın ürün yönetimi ve teknik destek direktörü Kevin Freidt, PM Engineer’e balans vanaları ile ilgili ilginç bir yazı kaleme aldı. Biz de çok yararlı bulduğumuz bu yazıyı sizlerle paylaşmak isteriz. Teşekkürler Kevin Freidt! 

Doğru balans vanasını seçmek

Proje için doğru ürünü belirleyin.

Günümüz pazarında birkaç farklı balans vanası teknolojisi bulunuyor; bunlardan bazıları yeni bazıları ise on yıllardır mevcut. Spesifik hidronik veya sıhhi tesisat sistemi projeniz için doğru olan yaklaşımı seçerken tüm seçenekleri değerlendirmek size iyi bir yol haritası çıkarır.

Manuel balans vanaları

Manuel (statik tip olarak da bilinir) balans vanaları, uzun yıllardır sektörün önde gelen vanası olmuştur. "Statik" balans vanaları olarak adlandırılırlar çünkü bir kez ayarlandıktan sonra dahili bileşenlerde herhangi bir hareket meydana gelmez. Çoğunda içte yer alan akışın sınırlanışı süresince fark basıncının ölçülebilmesi için iki adet basınç test portu mevcuttur; bu, daha sonra bir grafik veya bir türden çizelge kullanılarak bir debi ile ilişkilendirilir.

İki tip manuel balans vanası vardır. Sabit orifisli tip ve değişken orifisli tip. Orifis, vananın iki basınç test portu arasında bulunan kısmını ifade eder.

Sabit orifisli balans vanaları

Sabit orifisli balans vanalarında, basınç portları arasında iç geometride hiçbir değişiklik yoktur; vana, debi ayar kesiti içerisinde bulunan bir klape ile yuva içerisinde pozisyonu ayarlanırken basınç portları arasındaki geometri hiçbir şekilde değişmez.

Bağlantı noktaları boyunca basınç kaybı ile debi arasında doğrudan bir ilişki vardır. Bu ilişki aşağıdaki formül ile ifade edilir:

Q = C_v√Δ_P

Burada:

Q = akış hızı (gpm cinsinden);

Cᵥ = portlar arasındaki deliğin akış katsayısı; ve

ΔP = portlar boyunca basınç düşüşü (psi cinsinden).

Örneğin; üreticinin Şekil 1'de vana için yayınladığı Cᵥ değeri 6.4'tür. Bağlantı noktaları boyunca ΔP 0,3 psi bar olarak ölçülürse, hesaplanan debi:

,Q = 6.4√0,3 = 3.5 gpm (yaklaşık 0,20 lt/saniye)

Uygulamacıların bu hesaplamayı yapma ihtiyacını ortadan kaldırmak için üreticiler, debinin hızlıca belirlenmesini sağlaması için bu ilişkiyi grafik veya çizelgeler üzerine çizerek ifade eder. Şekil 2, Şekil 1'de gösterilen vana debisine ait bir grafiği göstermektedir.

Kırmızı çizgiler önceden hesaplanan debinin nasıl belirlendiğini göstermektedir.

Sabit orifisli ve Değişken orifisli balans vanalarında fark basıncı ölçmek için özel aletler kullanılır. Dijital bir ölçüm cihazı ile vana boyunca ölçülen fark basıncı doğrudan bir debi okumasına dönüştürmek için programlanabilir.

Değişken orifisli balans vanaları

Şekil 3, aşağıdaki görsel değişken orifisli bir manuel balans vanasıdır. Debiyi ayarlamak için ayar başlığı çevrildiğinde, yuva ve klape basınç test portları arasında olduğu için orifisin geometrisi değişir.

Böylece vana ayarlandıkça orifisin Cᵥ değeri değişir. Bu, debinin belirlenmesini sabit orifisli vanalardan daha karışık hale getirmektedir. Üreticiler, her boyuttaki vanalar için bir eğri ailesi yayınlar. Her eğri, belirli bir pik noktasına sahiptir. Şekil 5, vana için yayınlanan eğri ailesini göstermektedir. Var olan kırmızı çizgiler, vana üzerindeki 2 konumuna ait, 0,2 bar’lık ölçülen bir fark basınç ile birleştiğinde 0,18 l/saniye’lik bir debinin işaret edildiğini göstermektedir.

0,18 l/saniye’lik ölçülen debi yapılan ilk ölçümse ve sistemde olması gereken debi 0,31 l/saniye ise; uygulamacı vanayı 3 veya 4 numaralı konuma getirerek, yeni debiyi belirlemesi ve basit bir enterpolasyon yoluyla 0,31 l/saniye debi değerine ulaşabilir. Bu süreç, hedefe ulaşılana dek tekrarlanacaktır.

Bir devrenin geleneksel manuel balans vanalarıyla balanslanması, tekrar eden bir "deneme-yanılma" sürecidir. Ayrıca devreler hidronik olarak bağlı olduğundan, bir devredeki akışın ayarlanması; diğer devrelerdeki akışı etkiler. 10 devreli bir sistem, istenen debinin elde edilebilmesi için 50 veya daha fazla ölçüm ve ayarlama gerektirebilir. Doğru balanslama, beceri ve deneyim gerektirir. 

Doğrudan debi okumalı balans vanaları

Sabit orisifli balans vanalarının bir varyasyonu, ayrı bir ΔP ölçümü gerektirmez. İçinde yer alan debimetre, bu ölçüm için yeterlidir. Yani debi, doğrudan ölçülebilmektedir. Bu tip vanalar genellikle manuel balans vanalarından daha pahalıdır ancak balanslama çözümünü basitleştirir, işçilik süresini önemli ölçüde azaltır ve hataların önüne geçer. Şekil 6’da bir örneği gösterilmektedir.

Bu tip bir vana, sabit bir venturinin her iki tarafına da bağlı bir bypass kanalı içerir. Debiyi ayarlamak için, bypass vanası üzerindeki halka çekilerek bypass kanalından akışa izin verilir. Bir yay / disk mekanizması, bu bypass kanalı içinde vananın debisiyle orantılı bir mesafede hareket eder. Disk manyetiktir ve sızdırmaz cam silindirin içindeki küçük metal küreyi çeker. Silindir ölçeklendirmesi, kürenin konumu debiyi gösterecek şekilde kalibre edilir.

Hedef değere ulaşana kadar, akışı ayarlamak için, debimetre görüntülerken kontrol gövdesi bir anahtarla döndürülür ve ardından halka serbest bırakılır. Bu cihazlar sayesinde devre akışı, geleneksel manuel balans vanalarda gereken sürenin çok daha azında ayarlanabilir. Ayrıca: yanlış kalibre edilmiş cihazların, yanlış hesaplanmış basınç değerlerinin, yanlış enterpolasyonlu logaritmik grafiklerin ve yanlış ayar konumlarının önüne geçilir.

Kullanım sıcak su re-sirkülasyon sistemleri gibi düşük debilerin görüldüğü uygulamalarda, en uzak armatürde minimum sıcaklığı korumak için gereken branşman debileri genellikle o kadar düşüktür ki, fark basınç prensibi ile çalışan geleneksel manuel balans vanaları kullanılarak ölçülmesi zor veya imkansızdır.

Avantajları nedeniyle, doğrudan debi okumalı manuel balans vanaları, hem hidronik hem de kullanım sıcak su re-sirkülasyon uygulamaları için popülerlik kazanmaktadır. Şekil 7, bir kullanım sıcak su dönüş hattındaki düşük kurşunlu (LOW LEAD) örnek bir vana gösterilmektedir. Ölçekte minimum 2 lt/dk  min ayar debisine dikkat edin lütfen. Bu, yaygın olarak kullanılan bir re-sirkülasyon devre debisidir ve basınç test portlu bir balans vanası kullanarak bu debiyi ayarlamak zor olacaktır.

Otomatik Balans Vanaları

Şekil 8, genellikle otomatik (veya basınçtan bağımsız) balans vanası olarak adlandırılan bir tür balans vanası tipini gösterir. Manuel bir balans vanasının aksine, otomatik balans vanası, vanadaki fark basınç değiştikçe sabit bir debiyi korumak için hareket eden dahili bir kartuşa sahiptir. Bu vanalara "dinamik tip” balans vanaları adı verilir.

Hareket eden parçalara sahip balans vanası teknolojileri artık günümüzde çok fazla kullanılmaktadır. Bu teknoloji içerisinde termal balans vanaları ve basınçtan bağımsız kontrol vanaları da var ve bu vanalar “otomatik”tir. Tam da bu sebeple Şekil 8’de gösterdiğimiz balans vanasını termal balans vanasından ve basınçtan bağımsız kontrol vanasından ayırmak için sadece “otomatik” kelimesini kullanmak artık yeterli değildir. Bu yüzden onlara, yani Şekil 8’de yer alan vanalara “Basınçtan Bağımsız Otomatik Debi Limitleyici” balans vanaları diyoruz.

Statik tip balans vanasından farklı olarak, bir Basınçtan Bağımsız otomatik debi limitleyici vana Şekil 9'da gösterildiği gibi, kartuştaki “cihaza özgü” açıklığa dayalı olarak bir devre içindeki debiyi sabit bir değere ayarlar. Vana üzerindeki fark basınç 0'dan çalışma aralığının minimum değerine yükseldikçe, akış orantılı olarak artar. O ana kadar, vana içindeki kartuş henüz hareket etmemiştir ve yay henüz sıkışmaya başlamamıştır. Fark basınç artmaya devam ettikçe, kartuş yaya karşı sıkışmaya başlar, cihaza özgü akış açıklığı alanını azaltır ve akışı sabit tutar. Bu ayar süreci, basınç çalışma aralığının maksimum fark basınç değerine yükseldikçe devam eder. Maksimum fark basınç değerinin üzerinde, debi artacaktır çünkü yay tamamen sıkıştırılmıştır. Çok kolonlu bir sistemde, basınçtan bağımsız vanalar her kolonda değişken fark basınç varyasyonlarında ayarlanan debiyi korur.

Basınçtan Bağımsız Otomatik Debi Limitleyici Vanalar önceden ayarlanmış bir debi kartuşu ile tedarik edildiğinden, esasen "tak-çalıştır" özelliktedir ve ayrı bir işçilik gerektirmez. Bu yüzden bazı tasarımcılar devreye alımı basitleştirmek için manuel balans vanaları yerine Basınçtan Bağımsız otomatik debi limitleyici vanaları tercih eder. Bu cihazlar hem hidronik hem de sıhhi tesisat (düşük kurşun modelleri) uygulamalar için etkilidirler.

Termal balans vanaları

Termal balans vanaları nispeten yeni bir balans vanası türüdür. Öncelikle kullanım sıcak suyu re-sirkülasyon devrelerini dengelemek için tasarlanmıştır. Bir Termal Balans Vanası, sabit bir sıcaklığı korumak için bir devre içindeki debiyi ayarlar. Kullanım sıcak su re-sirkülasyonunda bu işlem önemlidir çünkü balanslamanın ısı transferini kontrol etmeyi amaçladığı hidronik uygulamaların aksine, kullanım sıcak su re-sirkülasyon sistemlerinde, armatürlerde yeterli su sıcaklığını sağlamak için balanslama yapılmaktadır. Vanaya giren su, kullanım sıcak su sistemindeki sıcak su besleme hattından gelmektedir. Bu nedenle sistemde homojen bir sıcaklık dağılımı yapmak için kritik devre dahil her armatüre doğru debiyi iletmek gerekmektedir. Termal balans vanaları sıcaklık ayarına imkanı veren ve sistemi balanslayan bir vana çözümüdür.

Bazı termal balans vanası modelleri, Lejyonella ile mücadelede uygulanan termal dezenfeksiyon çözümü için bypass özelliğine sahiptir.

Termal balans vanalarında sabit sıcaklıklı modeller ve ayarlanabilir sıcaklıklı modeller mevcuttur. Şekil 10 ise, devre dönüş hattı içinde ayarlanabilir tipte bir termal balans vanasını göstermektedir.

Bir termal balans vanasında, dahili bir termal modül, vanadan geçen su sıcaklığına bağlı olarak genişler ve daralır. Soğuk su mevcut olduğunda, akışı en üst düzeye çıkarmak için vana ağzı tamamen açıktır. Su sıcaklığı yükseldikçe vana, sıcaklık kullanıcı tarafından ayarlanan değere ulaşana kadar kapanmaya başlar. Ayar noktası sıcaklığında ve üzerinde, vana ağzı minimum konumda olup; devam eden sıcaklık algılaması için minumum bypass açıklığındadır.

Termal balans vanasının bu ayar etkisi, her bir re-sirkülasyon branşı içinde otomatik su sıcaklık kontrolü sağlar. Sabit basınç modunda çalışan değişken hızlı bir pompa ile birleştirildiğinde, termal balans vanaları enerji tasarrufu sağlayabilir çünkü sistem sıcaklıkları ayar noktasında ve vanalar minimum konumda olduğunda pompa yavaşlar ve enerji tüketimini azaltır.

Özetle

Geçmişleri ve aşinalıkları nedeniyle, manuel balans vanaları hala birçok sektör profesyoneli için başvurulan vanalardır. Otomatik vanalar ise manuel vanalarda gerçekleşen işçilik sürecini oldukça azaltır ve eğer hedefimiz sabit debi değeri ise otomatik vanalar bu hedef için iyi bir seçimdir.

Kullanım sıcak suyu devresi sıcaklık kontrolü için ise, termal balans vanalarının sıcaklığa dayalı teknolojileri nedeniyle rakiplerine yenilmesi oldukça zordur.

Günümüzde balans vanası seçenekleri oldukça fazla... Ancak biraz bilgi ile balanslama projeniz için doğru seçimleri yapabilirsiniz.

BALANSLAMA KATALOĞUNU İNCELEYİN