Gemotoriseerde kranen

Wat is het?

Gemotoriseerde kranen zijn kleppen uitgerust met een motor die de kleppen kan openen en sluiten zonder manuele interventie. Ze bestaan in de vorm van 2, 3 of 4-wegkleppen of zelfs meer. De motor maakt een gedeeltelijke of volledige opening van de klep mogelijk. Dit laat een nauwkeurige regeling toe van de debieten die erdoorheen stromen.

Figuur 1: Voorbeeld van een gemotoriseerde 3-wegklep.

 

Gemotoriseerde kranen zijn nuttig voor vele configuraties van verwarmingsinstallaties op het primaire of secundaire circuit. Gemotoriseerde 3- of 4-weg mengkleppen worden gebruikt om het debiet en de temperatuur in een secundair circuit van een verwarmingssysteem te regelen door het mengen van water uit het primaire circuit met het retourwater van het secundaire circuit. Het energieverbruik van de installatie wordt hierdoor geoptimaliseerd dankzij een nauwkeurige regeling van de temperatuur van het gecirculeerde water in de secundaire circuits, door de debieten die erdoorheen stromen te laten variëren.

Het gebruik van mengkleppen om lage temperaturen te bekomen en zo het energieverbruik te beperken, is essentieel wanneer de generator niet zelf de lage temperatuur in de distributieleidingen kan garanderen..

Een ander voorbeeld is de 6-weg klep die het mogelijk maakt om de herkomst van het water in een bivalent afgifte-element (d.i. een afgifte-element dat zowel warmte als koude uitstraalt, zoals een klimaatplafond) vast te leggen. Hier zal de klep idealiter de volledige sluiting van een van de twee distributiecircuits (warm of koud) mogelijk maken om lokaal vermenging en energieverlies te voorkomen.

 

Figuur 2: Voorbeeld van een gemotoriseerde 6-weg klep voor een klimaatplafond. [Bron: https://www.sauter-controls.be/wp-content/uploads/ImportPDM/1149981.pdf]

De hydraulische isolatie van een ketel in een cascadeconfiguratie is een laatste voorbeeld van veelvuldig gebruik van gemotoriseerde kleppen. In dat geval gaat het om 2-weg kleppen.

Figuur 3: Het bovenstaande schema is een vereenvoudigde weergave van een hydraulisch circuit. De 3-weg kleppen in dit circuit maken temperatuurregeling van elk secundair circuit mogelijk. De 2-weg kleppen zorgen voor de hydraulische isolatie van de twee ketels in cascade. In een hydraulisch schema worden gemotoriseerde kleppen onderscheiden van manuele kleppen door het vierkant (dat de motor voorstelt) verbonden met de driehoeken die de verschillende wegen van de klep vertegenwoordigen.

Hoe werkt het?

De hoofdcomponent van een klep, gemotoriseerd of niet, is een geperforeerde kogel of een zuiger. De klep werkt als een stroomregelaar door de hoeveelheid vloeistof die in elke richting (elke ‘weg’ van de klep) stroomt te moduleren in functie van de oriëntatie van de kogel of de hoogte van de zuiger. Dit maakt een nauwkeurige controle van de debieten die door de klep kunnen stromen mogelijk. De motor zorgt voor de rotatie van de kogel of de verplaatsing van de zuiger.

Figuur 4: Sectorklep

 

Figuur 5: Zuigerklep

Digitale aansturing

De gemotoriseerde klep moet verbonden zijn met de controller van de verwarmingsinstallatie (controller van de warmteproducent of externe regelaar) om de relevante bedieningsinformatie te ontvangen,. Afhankelijk van de rol van de kraan gebeurt de bediening in functie van informatie van verschillende apparaten zoals de thermostaat, de warmteopwekker (aanvoertemperatuur van het water, cascadewerking), de buitenvoeler, …

De regelaar kan werken met enkel een master-slave-verbinding, wat de mogelijkheid biedt om de opening van de klep te controleren. Een analoog protocol (bijvoorbeeld een signaal met een variabele spanning 0-10V of een variabele stroom 0-20 mA) is voldoende voor dit type verbinding. Voor preventief onderhoud en/of nauwkeurigere regeling moet de klep ook informatie kunnen doorgeven aan de controller of een andere partij die de gegevens kan analyseren. Een bidirectionele communicatie tussen de twee elementen is dan noodzakelijk, wat het gebruik van een digitaal protocol vereist. Om dit te garanderen, moet een klep worden gekozen die een aansluiting voor een uitgangssignaal of “feedback” heeft.

Het is ook mogelijk om indirect informatie over de klep te verkrijgen door bijkomende sensoren te plaatsen. Bijvoorbeeld, voor een 3-weg klep geven de debieten en temperatuur van het primaire circuit en die in het secundaire circuit, een indicatie van de opening van de klep. Die temperatuur- en debietgegevens kunnen worden gemeten door sensoren.. Merk op dat voor het meten van het debiet de plaatsing van een invasieve sensor is vereist. Klik verder voor meer informatie ove  temperatuursensoren en watermeters.

De feedback-informatie van de kraan of afkomstig van externe sensoren kan worden vergeleken met het stuursignaal van de regelaar. Dit maakt het mogelijk om een diepere diagnose van de klep te maken: zo kan bv. een defect worden opgespoord door te onderzoeken of de gemeten opening overeenkomt met de gewenste opening van de regelaar en zijn stuursignaal.

Een meer geavanceerde versie van de gemotoriseerde kleppen, zijn slimme kranen of “smart valves”. Deze kleppen kunnen naast het variëren van hun opening debieten en/of temperaturen meten, dankzij ingebouwde sensoren. Ze sturen meestal zichzelf bij (door hun opening te regelen) op basis van het temperatuur- of drukverschil tussen twee kanalen. Ze kunnen ook gebruikt worden als warmtemeters en kunnen helpen bij de hydraulische inregeling en ook voor monitoring en opvolging. Deze smart valves hebben naast het feedbacksignaal naar een controller of een BMS/GBS-systeem meestal ook een internetverbinding. Die maakt het mogelijk om de informatie op een applicatie of een webpagina te visualiseren, wat handig kan zijn voor commissioning of onderhoud.

Een meer geavanceerde versie van de gemotoriseerde kleppen, zijn slimme kranen of “smart valves”. Deze kleppen kunnen naast het variëren van hun opening debieten en/of temperaturen meten, dankzij ingebouwde sensoren. Ze sturen meestal zichzelf bij (door hun opening te regelen) op basis van het temperatuur- of drukverschil tussen twee kanalen. Ze kunnen ook gebruikt worden als warmtemeters en kunnen helpen bij de hydraulische inregeling en ook voor monitoring en opvolging. Deze smart valves hebben naast het feedbacksignaal naar een controller of een BMS/GBS-systeem meestal ook een internetverbinding. Die maakt het mogelijk om de informatie op een applicatie of een webpagina te visualiseren, wat handig kan zijn voor commissioning of onderhoud

 

Figuur 6: Voorbeeld van een geconnecteerde klep: Belimo Energy Valve die warmtemeting mogelijk maakt. De geregistreerde gegevens zijn op afstand toegankelijk via een online platform. Links bevindt zich de behuizing van de motor van de klep, rechts de module die de verwerking en verzending van de door de verschillende sensoren verzamelde gegevens mogelijk maakt. [Bron en meer informatie: https://www.belimo.com/nl/fr_FR/products/valves/product-documentation/energy-valve]

 

Hieronder staat een voorbeeld van een mogelijke configuratie met een slimme kraan. De temperatuur en het debiet van het water in elk secundair circuit wordt gemeten en gestuurd door de kleppen. De informatie over de opening van alle kleppen (alpha in het onderstaande schema) wordt door de controller (hier BMS) gebruikt om de debietinstelling van de circulatiepomp vast te leggen.

Figuur 7: Voorbeeld van de sturing van een circulatiepomp via geconnecteerde kleppen. [Bron: Belimo]

Aandachtspunten

Om ervoor te zorgen dat de “feedback”-verbinding functioneel is, moet het gebouwbeheersysteem of de controller die de gegevens verzamelt, het communicatieprotocol van het door de klep gegenereerde signaal kunnen begrijpen. Over het algemeen zullen de bedrade protocollen Modbus of BACnet IP worden gebruikt en de gebouwbeheersystemen weten doorgaans informatie van dit type te verzamelen, maar dit moet worden geverifieerd.

De gemotoriseerde klep onderscheidt zich van de elektromagnetische klep.  Die laat alleen volledige opening of afsluiting toe. Een elektromagnetische klep ontvangt een signaal (stroom of spanning) dat de klep openzet. Het signaal moet de hele tijd worden gehandhaafd om de klep open te houden. Bij de gemotoriseerde klep is het impuls signaal enkel nodig tijdens de opening of sluiting van de klep. Dit type regeling is geschikt voor specifieke configuraties: de klep mag slechts gedurende korte perioden worden geopend om overconsumptie te voorkomen. Deze video zal u helpen om zijn actie beter te visualiseren.

Meer informatie

Voor meer informatie over het gebruik van 3- en 4-weg mengkleppen met het oog op het verminderen van het energieverbruik: De handleiding voor regeltechniek !

Het rapport nr. 14 deel regeling: https://www.buildwise.be/fr/publications/methodes-de-dimensionnement/14/