Danfoss Balans Vanası Nedir? Isıtma ve Soğutma Sistemlerinde Neden Kullanılır?

Balans vanası, bir devrenin direncini kontrollü biçimde artırarak o devreden geçen debiyi tasarım değerine indiren ölçüm nipelli ayar vanasıdır. İçinde ayarlanabilir bir kısma elemanı ve bu elemanın iki tarafındaki basıncı okumaya yarayan iki ölçüm noktası bulunur. Kısma miktarı bir skala üzerinden okunur ve kilitlenir; böylece ayar rastgele değil, tekrar edilebilir bir sayıya bağlanır.

Kesme vanasından ayıran üç özelliği vardır. Birincisi, karakteristiği eşit yüzdeli ya da doğrusala yakın seçilir; yarım tur çevirince debi uçmaz, kademeli değişir. İkincisi, her ayar konumu için üretici katalogunda bir Kv değeri tanımlıdır, yani konum ile debi arasında hesaplanabilir bir bağ vardır. Üçüncüsü, ölçüm nipelleri sayesinde ayarın sonucu sahada doğrulanabilir; iş bittiğinde devrenin kaç metreküp saat su çektiği rapor edilebilir.

Balans vanası ne işe yarar sorusunun mühendislik cevabı şudur: tasarım debisini garanti eder. Danfoss balans vanası ya da eşdeğeri bir dengeleme vanası olmadan bu garanti verilemez. Bir tesisatta 40 kW gücünde bir kolonun 20 K sıcaklık farkıyla çalışması isteniyorsa gereken debi Q eşittir P bölü 1,163 çarpı ΔT bağıntısından 40 bölü 1,163 çarpı 20 eşittir 1,72 m³/h çıkar. Balans vanasının işi bu kolondan tam 1,72 m³/h geçirmek, 3 m³/h geçirip yan kolonu 0,8 m³/h ile bırakmamaktır.

Bu iş yapılmadığında sistem yine çalışır ama yanlış çalışır. Fazla debi çeken devre tasarımdan düşük sıcaklık farkıyla döner, dönüş suyu sıcaklığı yükselir, yoğuşmalı kazan yoğuşma bandından çıkar ve verim kaybeder. Debisi eksik kalan devre ise ısınmadığı için kullanıcı termostat sıcaklığını yükseltir; bu kez tüm bina fazla ısınır. Vana grubumuzun tamamını inceleyebilirsiniz. (Detay: Vana Sistemleri)

Dengelenmemiş bir tesisat kendini altı belirtiyle gösterir ve bu belirtiler ölçüm yapmadan da okunabilir. Ortak paydaları şudur: sorun binanın tamamında değil, belirli bölgelerinde yaşanır. Arıza her yerde aynı ise kaynak kazan, pompa ya da yakıt tarafındadır; arıza yere göre değişiyorsa kaynak debi dağılımıdır.

• Kazan dairesine yakın kolonlar aşırı ısınır — pencere açarak serinleme alışkanlığı bu belirtinin kesin işaretidir
• En uzak veya en üst kattaki peteklerin bir kısmı ısınmıyor, gidiş borusu ılık gelir
• Pompa devri yükseltilince uzak devre biraz düzelir ama yakın devre iyice aşırı ısınır
• Kazan dönüş suyu sıcaklığı tasarımın 8-15 K üzerindedir, sistem ΔT değeri 20 K yerine 6-10 K bandındadır
• Kazan sık sık kısa çevrimle yanıp söner, brülör çalışma süresi 3 dakikanın altına düşer
• Bina ısınıyor ama pompa etiket gücünün tamamına yakınını çeker, tüketim beklenenin 1,5-2 katıdır

Bu tablonun fiziksel nedeni basit. Pompadan çıkan su, önüne gelen ilk düşük dirençli yoldan gitmeyi tercih eder. Kazan dairesine yakın kolonun toplam boru direnci düşüktür, uzak kolonunki yüksektir. Pompa her iki kolonun uçlarına aynı fark basıncı uygulamaz; yakın devrede 45 kPa, uzak devrede 12 kPa gibi çok farklı değerler oluşur. Debi de fark basıncın karekökü ile arttığından yakın devre uzak devrenin iki katına kadar su çeker.

Ölçüm yapılabiliyorsa iki sayı yeter. Birincisi devre gidiş ve dönüş sıcaklık farkıdır; ΔT değeri 8 K altındaysa o devre fazla debi çekiyordur. İkincisi kolon dibindeki fark basınçtır; kolonlar arasında 3 kattan fazla fark varsa sistem dengesizdir. Petekleri ısınmayan bir tesisatın teşhis sırası için ayrı bir rehberimiz var. (Detay: Kalorifer Petekleri Isınmıyor: Sorun Sirkülasyon Pompası Olabilir mi?)

Statik balans vanası, ayar konumu bir kez elle belirlenip kilitlenen ve o konumda sabit bir Kv değeri sunan manuel dengeleme vanasıdır. Adındaki statik kelimesi vananın hareketsiz olduğunu değil, sistem basıncı değiştiğinde ayarını kendiliğinden düzeltmediğini anlatır. Ayar yapıldığı andaki fark basınç için doğrudur; fark basınç değişirse geçen debi de değişir.

Yapısı üç parçadan oluşur. Birincisi el çarkı ya da altı köşe anahtarla döndürülen ön ayar mekanizmasıdır; genellikle 0 ile 4 arasında turlanır ve ara kademeleri okunur. İkincisi kısma konisi ya da sabit orifis plakasıdır. Üçüncüsü, kısma elemanının iki yanına yerleştirilmiş, iğneli manometre probunun sızdırmadan girebildiği iki ölçüm nipelidir. Statik tipte Danfoss balans vanası gamının tipik temsilcileri dişli gövdede Danfoss MSV-B ve MSV-BD, flanşlı büyük çaplarda Danfoss MSV-F2 vanalarıdır.

Statik vananın güçlü yanı ölçülebilirlik ve basitliktir. İçinde membran, yay ya da kapiler boru yoktur; kirlenmeye ve tortuya karşı dayanıklıdır, DN 15 ile DN 400 arasında çok geniş bir çap aralığında bulunur. Devreye alma raporu üretmeye de en uygun tiptir, çünkü her devrenin ölçülmüş debisi ve ayar turu kayıt altına alınabilir.

Zayıf yanı sabit debili sistem varsayımıdır. Statik balans vanası ancak sistemdeki tüm devreler aynı anda ve aynı oranda çalışıyorsa doğru sonucu korur. Termostatik radyatör vanaları kapanmaya başladığında geride kalan devrelerin fark basıncı yükselir ve ayar bozulur. Bu nedenle statik dengeleme, sabit debili kolonlar, ana dağıtım hatları, boyler yükleme devreleri ve sirkülasyon hatları için doğru seçimdir.

Dinamik balans vanası, devreden geçen debiyi fark basınçtan bağımsız olarak ayarlanan üst sınırda tutan, içinde otomatik bir basınç dengeleyici bulunan vanadır. Sektörde basınçtan bağımsız balans vanası ve kontrol vanası, kısaca PIBCV olarak anılır. Dinamik tipte Danfoss balans vanası ailesinin temsilcisi Danfoss AB-QM serisidir.

İçinde iki bölüm vardır ve bu ikisi seri bağlıdır. Birinci bölüm membranlı bir fark basınç regülatörüdür; ikinci bölümün iki tarafındaki fark basıncı sabit tutar. İkinci bölüm ise debi ayar bölümüdür ve genellikle nominal debinin yüzde 20 ile yüzde 100 arasında kademesiz ayarlanır. Regülatör ikinci bölümdeki fark basıncı sabitlediği için, ayarlanan açıklık doğrudan bir debiye karşılık gelir ve sistem basıncı değişse bile o debi korunur.

Pratik sonucu şudur: aynı vana hem dengeleme hem de kontrol görevi yapar. Üstüne bir termik ya da modülasyonlu aktüatör takıldığında oda termostatı veya bina otomasyonu vanayı kısar; kısılan konum yine bir debiye karşılık gelir, çünkü fark basınç etkisi elenmiştir. Aktüatör seçimi ayrı bir konudur ve karşılaştırmasını ayrı bir yazıda topladık. (Detay: Danfoss mu Siemens mi Belimo mu? Motorlu Vana ve Aktüatör Karşılaştırması)

Çalışabilmesi için asgari bir fark basınca ihtiyaç duyar. Danfoss AB-QM için bu eşik küçük çaplarda yaklaşık 16 kPa mertebesindedir ve seriye göre değişir; aktüatörlü kullanımda üretici katalogundaki değer esas alınır. Üst sınır ise tipik olarak 400 kPa civarındadır. Devrenin fark basıncı asgari eşiğin altına düşerse vana artık debiyi sınırlayamaz, sıradan bir kısma vanası gibi davranır. Bu yüzden dinamik vana seçiminde pompa basma yüksekliği ile devre kaybı arasındaki fark mutlaka kontrol edilir.

Fark basınç kontrolörü, bir kolonun ya da bir şubenin uçları arasındaki fark basıncı ayarlanan değerde sabit tutan otomatik vanadır. Balans vanasından farkı, debiyi değil basıncı hedeflemesidir. Danfoss tarafında bu görev Danfoss ASV-PV ve ASV-P vanalarıyla yapılır; kolon dönüşüne monte edilirler ve kapiler boru ile kolon gidişindeki ortak vanaya bağlanırlar.

Bu ikili çalışmanın diğer yarısı ortak vanadır. Danfoss USV-I ve USV-M olarak bilinen, daha yeni katalogda ASV-I ve ASV-M kodlarıyla da geçen bu vanalar kolon gidişine takılır; kapiler bağlantı noktasını, kesme işlevini, boşaltma noktasını ve ölçüm nipelini taşırlar. Danfoss USV-I ölçüm ve ön ayar yapabilen tiptir, USV-M yalnızca kesme ve kapiler bağlantı görevini görür.

Ayar aralıkları seriye göre değişir; yaygın bantlar 5-25 kPa, 20-40 kPa ve 35-75 kPa mertebesindedir. Radyatörlü konut kolonlarında 10 kPa civarı, fan coil kolonlarında 20-30 kPa civarı tipik başlangıç değerleridir. Kolonun tepesindeki en zayıf tüketici hangi fark basınca ihtiyaç duyuyorsa, ayar o değerin biraz üstüne alınır.

Fark basınç kontrolörünün asıl faydası termostatik vanaların gürültüsünü ve otoritesini düzeltmesidir. Termostatik radyatör vanası 30 kPa üzerindeki fark basınçlarda cızırtı yapmaya başlar; kolon basıncı 10 kPa civarında sabitlenirse bu ses kaynağı ortadan kalkar. Isıtma tesisatı ürün grubumuzu inceleyebilirsiniz. (Detay: Isıtma)

Kv değeri, bir vananın belirli bir açıklıkta 1 bar fark basınç altında geçirdiği su debisinin metreküp saat cinsinden ifadesidir. Referans akışkan yaklaşık 20 °C sıcaklıkta sudur. Kv, vananın o konumdaki geçirgenliğini tek sayıyla anlatır ve balans vanası debi hesabının tamamı bu tek sayının üzerine kurulur.

Temel bağıntı şudur: Q eşittir Kv çarpı karekök Δp. Burada Q metreküp saat cinsinden debi, Δp bar cinsinden vana üzerindeki fark basınçtır. Bağıntı ters çevrilerek de kullanılır: Δp eşittir Q bölü Kv, sonucun karesi. Bir devrede belirli bir debiyi tutmak için gereken kısmanın ne kadar olacağı bu ikinci biçimle bulunur.

Birim dönüşümü hatanın en sık kaynağıdır. Saha manometreleri genelde kPa ya da mbar okur; 1 bar eşittir 100 kPa eşittir 1000 mbar. Ayrıca 1 bar yaklaşık 10,2 mSS karşılığıdır. Δp değerini kPa cinsinden bağıntıya doğrudan koymak, debiyi kabaca 10 kat büyük göstermek demektir; bu hata devreye alma raporlarında sıkça görülür.

Kvs ile Kv karıştırılmamalıdır. Kvs, vananın tam açık konumdaki geçirgenliğidir ve tek bir sayıdır. Kv ise her ön ayar konumu için ayrı ayrı tablolanmıştır; DN 25 bir vanada 0,5 turda Kv 1,2 iken 4 turda Kv 8,5 olabilir. Seçim yapılırken Kvs değil, çalışma noktasındaki Kv esas alınır. Vana ve armatür seçiminde debi hesabının bütünü için pompa tarafındaki hesap yöntemine de bakılmalıdır. (Detay: Pompa Debisi Nasıl Hesaplanır? m³/h, L/dk ve Basınç Hesaplama)

Balans vanası nasıl ayarlanır sorusunun cevabı üç adımdır: gereken debiyi hesapla, vananın ölçüm nipellerinden Δp oku, okunan Δp ile Kv tablosundan geçen debiyi bul ve fark varsa ayarı düzelt. İşlem her devre için tekrarlanır ve sonuç bir tabloya değil, bir devreye alma listesine yazılır.

Birinci adım tasarım debisidir. 28 kW gücündeki bir fan coil kolonu için 12 K sıcaklık farkı öngörülmüşse gereken debi Q eşittir 28 bölü 1,163 çarpı 12 eşittir 28 bölü 13,96 eşittir 2,01 m³/h olur. Bu sayı Danfoss balans vanası ayarının hedefidir.

İkinci adım ölçümdür. Vana başlangıçta 2,0 tur açık bırakılmıştır ve katalog bu konum için Kv değerini 4,2 vermektedir. Dijital fark basınç ölçerin iğneli probları iki nipele batırılır ve 26 kPa okunur. Bu değer bara çevrilir: 26 bölü 100 eşittir 0,26 bar.

Üçüncü adım debinin hesabıdır. Q eşittir Kv çarpı karekök Δp bağıntısından Q eşittir 4,2 çarpı karekök 0,26 eşittir 4,2 çarpı 0,510 eşittir 2,14 m³/h bulunur. Ölçülen debi 2,14 m³/h, hedef 2,01 m³/h olduğuna göre devre yaklaşık yüzde 6,5 fazla su çekmektedir. Kabul bandı genellikle artı eksi yüzde 10 olduğundan bu devre sınırın içindedir ve müdahale gerektirmez.

Sapma bandın dışında olsaydı gereken yeni Kv değeri hesaplanırdı. Hedef debi 2,01 m³/h ve ölçülen fark basınç 0,26 bar ise gereken Kv eşittir Q bölü karekök Δp eşittir 2,01 bölü 0,510 eşittir 3,94 çıkar. Katalogda Kv değerinin 3,94 olduğu konum örneğin 1,8 tur ise vana 2,0 turdan 1,8 tura kısılır. Kısma sonrası ölçüm tekrarlanır, çünkü kısma devrenin fark basıncını da bir miktar değiştirir.

Ölçümde iki pratik kural vardır. Birincisi, ölçüm sırasında pompa nominal devrinde ve tüm devreler açık olmalıdır; kısmi yükte yapılan dengeleme tam yükte bozulur. İkincisi, Δp değeri 3 kPa altına düşerse ölçüm hassasiyeti kaybolur; bu durumda vana bir kademe daha kısılarak ölçülebilir bir fark basınç yaratılır ya da bir küçük çap vana kullanılır.

Preset yöntemi, her vananın ön ayar konumunun sahada değil masada hesaplanıp montaj sırasında doğrudan uygulandığı dengeleme yöntemidir. Ön ayar preset değeri, kısma elemanının kaç tur veya kaç kademe açık olduğunu gösteren, vana üzerinde okunabilen ve kilitlenebilen sayıdır. Danfoss balans vanası katalogundaki Kv tablosu bu hesabın girdisidir. Yöntemin ön koşulu, hidrolik hesabın tesisat projesinde yapılmış olmasıdır.

İşleyişi dört adımdır. Önce her devrenin tasarım debisi ısı yükü ve ΔT değerinden bulunur. Sonra devrenin boru ve armatür kaybı hesaplanır. Ardından pompanın o devreye uyguladığı fark basınç ile devrenin doğal kaybı arasındaki artık basınç bulunur; balans vanasının yutması gereken basınç budur. Son olarak Kv eşittir Q bölü karekök artık Δp bağıntısından gereken Kv ve karşılığındaki ön ayar okunur.

Sayısal örnek yöntemi netleştirir. Bir devrenin tasarım debisi 1,5 m³/h, boru ve ekipman kaybı 22 kPa, pompanın o noktada sağladığı fark basınç 60 kPa olsun. Artık basınç 60 eksi 22 eşittir 38 kPa, yani 0,38 bar bulunur. Gereken Kv eşittir 1,5 bölü karekök 0,38 eşittir 1,5 bölü 0,616 eşittir 2,43 çıkar. Katalogda Kv değerini 2,43 veren ön ayar konumu neyse vana montajda o konuma alınır.

Yöntemin üstünlüğü hızıdır. Yüzlerce devreli bir binada saha ekibi ölçüm yapmadan tüm vanaları ayarlayabilir, ölçüm yalnızca doğrulama amacıyla seçilmiş devrelerde yapılır. Zayıflığı, hesabın gerçekle uyumuna bağımlı olmasıdır. Boru güzergâhı projeden saparsa, çap değişirse ya da montajda fazladan dirsek kullanılırsa hesaplanan artık basınç tutmaz. Bu yüzden preset yöntemi mutlaka örnekleme ölçümüyle kapatılır: en uzak devre, en yakın devre ve ortadaki iki devre ölçülür.

Oransal dengeleme yöntemi, hesap yapmadan yalnızca ölçümle çalışan ve tüm devreleri birbirine oranlayarak dengeleyen saha yöntemidir. Temel fikri şudur: her devrenin ölçülen debisinin tasarım debisine oranı hesaplanır ve bu oran tüm devrelerde eşitlenir. Oranlar eşitlendiğinde sistem dengelidir; kalan iş toplam debiyi pompadan ayarlamaktır.

Uygulama sırası şöyledir. Önce tüm balans vanaları tam açık konuma alınır ve pompa nominal devirde çalıştırılır. Her devrede Δp okunur ve Kv tablosundan debi bulunur. Sonra her devre için oran hesaplanır: ölçülen debi bölü tasarım debisi. En küçük orana sahip devre referans devre, yani indeks devre olarak seçilir; bu devre en aç kalan devredir ve hiçbir zaman kısılmaz.

Ardından diğer devreler tek tek referans devrenin oranına indirilir. Örnek bir şubede dört devre olsun. Devre A oranı 1,45, devre B oranı 1,22, devre C oranı 1,08, devre D oranı 0,84 ölçülmüş olsun. Referans devre D olur. A vanası kısılarak oranı 0,84 seviyesine çekilir; kısma nedeniyle diğer devrelerin debisi yükseleceğinden ölçümler yenilenir. Sonra B, sonra C aynı biçimde indirilir. Şube içi oranlar eşitlendiğinde şubenin kendisi bir sonraki üst seviyede tek bir devre gibi ele alınır.

Son adım pompadır. Tüm devrelerin oranı örneğin 0,84 seviyesinde eşitlendiyse sistemde her devre tasarımın yüzde 84 ünü çekiyor demektir. Pompa devri ya da ana hattaki vana yüzde 100 e ulaşacak biçimde açılır ve oranlar bozulmadan tüm debiler birlikte yükselir. Oransal dengeleme yönteminin en değerli yanı budur: göreli denge kurulduktan sonra toplam debi tek noktadan ölçeklenebilir.

Yöntemin bedeli zamandır. Her kısma diğer ölçümleri değiştirdiği için devre sayısı arttıkça iterasyon uzar; 20 devreli bir şube iki kişilik bir ekip için tipik olarak yarım gün alır. Buna karşılık proje hesabı olmayan, sonradan değiştirilmiş ya da belgesiz tesisatlarda uygulanabilen tek güvenilir yöntemdir.

Değişken debili bir sistemde termostatik vanalar ve iki yollu kontrol vanaları kapandıkça sistem direnci yükselir, buna karşılık pompa basma yüksekliği artar ve açık kalan devrelerin üzerindeki fark basınç büyür. Statik balans vanası bu değişimi göremez; ayarı yapıldığı andaki fark basınca kilitlidir. Sonuç, kısmi yükte kaçınılmaz aşırı debidir.

Büyüklüğü hesapla görülür. Bir devrede tam yükte 20 kPa fark basınç altında 1,00 m³/h debi ayarlanmış olsun; buradan Kv eşittir 1,00 bölü karekök 0,20 eşittir 2,24 çıkar. Binadaki devrelerin yarısı kapandığında aynı devre üzerindeki fark basınç 50 kPa ya yükselsin. Yeni debi Q eşittir 2,24 çarpı karekök 0,50 eşittir 2,24 çarpı 0,707 eşittir 1,58 m³/h olur. Yani kısmi yükte devre tasarımın yüzde 58 fazlasını çekmektedir.

Bu fazlalığın üç zararı vardır. Birincisi ΔT çöker; eşanjör ya da fan coil bataryası aynı ısıyı daha fazla suya aktardığından dönüş sıcaklığı yükselir ve yoğuşmalı kazan ya da ısı pompası verimi düşer. İkincisi kontrol vanasının otoritesi kaybolur; vana açıklığının ilk yüzde 20 sinde kapasitenin yüzde 70 i geçer, oda sıcaklığı salınıma girer. Üçüncüsü pompa gereksiz debi taşıdığı için elektrik tüketimi artar.

Basınçtan bağımsız balans vanası bu üç sorunu tek hamlede çözer. İç regülatör kontrol bölümü üzerindeki fark basıncı sabitlediği için, sistemde 20 kPa da olsa 300 kPa da olsa ayarlanan debi aşılmaz. Kontrol vanasının otoritesi pratikte 1 e yaklaşır, ΔT korunur ve kısmi yükte pompa gereksiz debi basmaz. Değişken debili sistemlerin pompa tarafındaki karşılığı için frekans konvertörlü çözümlere de bakılmalıdır. (Detay: Frekans Konvertörlü Pompa Nedir? Gerçekten Elektrik Tasarrufu Sağlar mı?)

Danfoss balans vanası gamı dört aileye ayrılır ve her ailenin net bir görev tanımı vardır. Bir Danfoss balans vanası seçilirken sıra bu dört aile arasından doğru olanı bulmakla başlar. Seçim, devrenin sabit debili mi değişken debili mi olduğu ve dengelenecek noktanın terminal mi kolon mu ana hat mı olduğu sorularıyla yapılır.

• Danfoss MSV-B ve MSV-BD — dişli gövdeli manuel statik balans vanası, ölçüm nipelli ve ön ayarlı, tipik olarak DN 15 ile DN 50 arasında, sabit debili kolonlar ve şubeler için
• Danfoss MSV-F2 — flanşlı gövdeli statik balans vanası, büyük çaplarda ana dağıtım hatları, kazan ve soğutma grubu devreleri için
• Danfoss USV-I — kolon gidişine takılan ortak vana, kapiler bağlantı noktası, ölçüm nipeli ve kesme işlevi bir arada
• Danfoss USV-M — yalnızca kesme ve kapiler bağlantı görevi gören sadeleştirilmiş ortak vana
• Danfoss ASV-PV ve ASV-P — kolon dönüşüne takılan otomatik fark basınç kontrolörü, ayar bandı seriye göre 5-75 kPa aralığında
• Danfoss AB-QM — basınçtan bağımsız balans ve kontrol vanası, aktüatör takılabilir, fan coil ve klima santrali bataryaları ile kolon uçları için

Karar kuralı üç satırda özetlenebilir. Terminal cihazda kontrol vanası varsa Danfoss AB-QM tek başına hem dengeleme hem kontrol işini görür ve ayrıca statik vana gerekmez. Terminalde termostatik vanalar varsa kolon dibine Danfoss ASV-PV ve Danfoss USV-I ikilisi konur. Devre tamamen sabit debiliyse Danfoss MSV-B ya da büyük çapta Danfoss MSV-F2 yeterlidir.

Malzeme ve sıcaklık sınırları da seçime girer. Dişli gövdeler genellikle korozyona dayanıklı bronz veya DZR pirinçtir, flanşlı gövdeler dökme demirdir. Çalışma sıcaklığı ısıtma tarafında 120 °C mertebesine kadar, soğutma tarafında eksi 10 °C ye kadar iner; soğutma devrelerinde yoğuşmayı önlemek için yalıtım kabuğu kullanılır. Taşıdığımız markaların tamamını görebilirsiniz. (Detay: markalar sayfamız)

Balans vanası pazarında Danfoss dışında da olgun ürün aileleri vardır ve teknik olarak aynı fizik yasasına göre çalışırlar. Karşılaştırma marka üzerinden değil, dört teknik ölçüt üzerinden yapılır: ön ayar çözünürlüğü, ölçüm nipeli varlığı, dinamik tipte asgari fark basınç eşiği ve katalogdaki Kv tablosunun ayrıntısı.

• Danfoss MSV-B — manuel statik, ölçüm nipelli, dört tur ön ayar, dişli gövde, geniş Kv tablosu
• Caleffi 130 serisi — manuel statik dengeleme vanası, ölçüm portlu, ön ayarlı ve kilitlenebilir, muadil kullanım alanı aynı
• Caleffi 132 FLOWCAL — kartuşlu otomatik debi sınırlayıcı, sabit debi kartuşu ile çalışır, ayar kademesizliği yerine kartuş değişimi gerektirir
• Watts hidronik dengeleme vanaları — manuel statik ve otomatik debi sınırlayıcı tipler mevcuttur, model kodları seri ve çapa göre değişir, seçimde üretici Kv tablosu esastır
• Honeywell Kombi-3-plus — kesme, boşaltma ve dengeleme işlevlerini tek gövdede birleştiren manuel tip, konut kolonlarında yaygın
• Danfoss AB-QM — basınçtan bağımsız tip, debi ayarı yüzde 20-100 bandında kademesiz, aktüatör ile doğrudan kontrol edilebilir

Kartuşlu otomatik debi sınırlayıcılar ile basınçtan bağımsız balans vanası arasındaki fark önemlidir ve sık karıştırılır. Kartuşlu tip yalnızca kartuşun üzerinde yazan tek bir debiyi tutar; debiyi değiştirmek için kartuşu sökmek gerekir. Basınçtan bağımsız tipte ise debi el çarkından kademesiz ayarlanır ve devreye alma sırasında yeniden değiştirilebilir. Değişken kullanımlı ofis ve otel projelerinde bu esneklik belirleyicidir.

Bir noktayı açıkça belirtmek gerekir: burada anılan markaların hepsi Pomeka Mekanik portföyünde bulunmaz. Portföyümüzde bulunan dengeleme ve kontrol vanası tarafında Danfoss, Caleffi, Watts, Honeywell ve Siemens ürünleri yer alır; portföyde olmayan markalar bu yazıda yalnızca teknik karşılaştırma amacıyla anılmıştır. Proje bazlı eşdeğer belirleme için bize yazabilirsiniz. (Detay: iletişim sayfamız)

Seçimi belirleyen tek soru şudur: devrenin fark basıncı işletme boyunca değişiyor mu? Değişmiyorsa statik balans vanası daha ucuz, daha dayanıklı ve yeterlidir. Değişiyorsa dinamik balans vanası zorunludur, çünkü statik vana kısmi yükte ayarını koruyamaz.

• Sabit debili kazan yükleme devresi, boyler yükleme hattı, sirkülasyon hattı — statik balans vanası, Danfoss MSV-B
• Ana dağıtım kolonu, soğutma grubu evaporatör devresi, büyük çap ana hat — statik flanşlı tip, Danfoss MSV-F2
• Termostatik radyatör vanalı konut kolonu — kolon dibinde fark basınç kontrolörü, Danfoss ASV-PV artı Danfoss USV-I
• İki yollu kontrol vanalı fan coil ve klima santrali bataryası — basınçtan bağımsız tip, Danfoss AB-QM
• Yerden ısıtma kolektörü — kolektör içi rotametreli ayar artı kolektör girişinde dengeleme vanası
• Otel ve ofis gibi kısmi yükün yüzde 50 nin altına indiği binalar — dinamik tip, statik tip kısmi yükte yüzde 40-60 aşırı debi verir

Maliyet kalemleri açısından statik vana daha düşük yatırımla kurulur ama dengeleme işçiliği uzundur; ölçüm ve iterasyon saatleri projeye eklenir. Dinamik vana yatırım tarafında daha yüklüdür, buna karşılık devreye alma süresi kısalır çünkü ayar sahada ölçümle değil, doğrudan debi skalasından yapılır. Yüz devreyi aşan projelerde bu işçilik farkı, iki seçeneğin toplam kalemlerini birbirine yaklaştırır.

Kesin hüküm şudur: iki yollu kontrol vanalı ve değişken debili her sistemde basınçtan bağımsız tip seçilmelidir. Üç yollu vanalı sabit debili sistemlerde ise statik tip yeterlidir ve gereksiz karmaşadan kaçınmak için tercih edilmelidir. İki yollu ile üç yollu vana arasındaki seçimi ayrı bir yazıda ele aldık. (Detay: 2 Yollu Vana mı 3 Yollu Vana mı? Nerede Hangisi Kullanılır?)

Balans vanası nereye takılır sorusunun kısa cevabı dönüş hattıdır. Dönüşe takılmasının nedeni ölçüm sıcaklığının daha düşük ve daha kararlı olması, gövdedeki hava birikme riskinin azalması ve kesme işlevinin bakım sırasında daha kullanışlı olmasıdır. Gidiş hattına montaj mümkündür ama ölçüm nipellerinin sıcak yüzeye yakınlığı hem ölçümü hem işçi güvenliğini zorlaştırır.

Ölçümün doğru çıkması için düz boru mesafesi kuralına uyulur. Vana girişinde çapın en az 5 katı, çıkışında en az 2 katı düz boru bırakılır. DN 40 bir vanada bu, girişte yaklaşık 200 mm, çıkışta yaklaşık 80 mm demektir. Dirsek, pompa çıkışı, redüksiyon ve çek valf hemen vananın önüne konursa akış profili bozulur ve ölçülen fark basınç gerçek debiyi yansıtmaz.

• Montaj yönü gövde üzerindeki akış okuna uygun olmalı, ters montajda ön ayar tablosu geçersizdir
• Vana önüne pislik tutucu konulmalı, tortu kısma konisini aşındırır ve Kv değerini kalıcı biçimde kaydırır
• Ölçüm nipelleri erişilebilir yönde bırakılmalı, tavan içi montajlarda denetim kapağı planlanmalı
• Ayar tamamlandıktan sonra ön ayar mutlaka kilitlenmeli ve devreye alma raporuna yazılmalı
• Soğutma devrelerinde gövde yalıtımı yapılmalı, nipel bölgesi yoğuşma damlatmasına karşı korunmalı
• Fark basınç kontrolörünün kapiler borusu ezilmemeli, keskin kıvrım verilmemeli ve boşaltma sırasında hava kaçırılmamalı

Yatay ve düşey montaj konusunda genel kural, manuel statik vanaların her iki konumda da çalışabilmesi, membranlı fark basınç kontrolörlerinin ise üretici tarafından belirtilen konumda monte edilmesi gerektiğidir. Devreye alma sırasında sistemin yıkanmış ve havası alınmış olması ön koşuldur; hava kabarcığı içeren bir devrede yapılan fark basınç ölçümü güvenilmezdir. Tesisat malzemeleri grubumuza göz atabilirsiniz. (Detay: Tesisat)

Hidronik dengeleme, tesisat basınç testi ve yıkama tamamlandıktan sonra, ısı üretici devreye alındıktan hemen sonra yapılır. Kirli bir tesisatta yapılan dengeleme geçersizdir, çünkü tortu pislik tutucuyu tıkadıkça devre direnci değişir ve ayar kayar. Aynı şekilde havası alınmamış devrede fark basınç ölçümü kararsız okur.

• Adım 1 — Tesisat yıkanır, pislik tutucular temizlenir, sistem basıncı işletme değerine alınır
• Adım 2 — Otomatik ve manuel purjörlerden hava tamamen atılır, kolon uçlarında hava kontrolü yapılır
• Adım 3 — Tüm balans vanaları tam açık, tüm termostatik vanalar tam açık konuma getirilir
• Adım 4 — Pompa nominal devirde çalıştırılır, ana hat toplam debisi ölçülür
• Adım 5 — Şube şube oransal dengeleme yöntemi ya da hesaplanmış preset ön ayar uygulanır
• Adım 6 — Ayarlar kilitlenir, her devre için ölçülen debi ve ayar konumu devreye alma raporuna yazılır
• Adım 7 — Sistem tam yükte 24 saat çalıştırılır, kolon ΔT değerleri ve kazan dönüş sıcaklığı doğrulanır

Devreye alma raporunun bir hukuki değeri de vardır. EN 14336 ısıtma sistemlerinin montaj ve devreye alınmasını, EN 12828 ise bina ısıtma sistemlerinin tasarımını tarif eder ve her ikisi de dengeleme sonuçlarının belgelenmesini bekler. İçme suyu tarafında TS EN 806-3 ve DIN 1988-300 boru boyutlandırma ve akış hızı kurallarını verir; sirkülasyon hatlarının dengelenmesi bu standartların kapsamında değerlendirilir.

Mevcut binalarda ise sıra tersine döner. Önce mevcut durum ölçülür ve bir dengesizlik haritası çıkarılır; hangi kolonun kaç kat fazla debi çektiği görülür. Sonra vana montaj noktaları belirlenir, ardından dengeleme yapılır.

Hidronik dengelemenin enerji kazancı iki ayrı kalemden gelir: pompa elektriği ve ısı üretici verimi. İkisi birbirinden bağımsızdır ve toplandığında bir binada tipik olarak yüzde 10-20 bandında bir yıllık enerji iyileşmesi verir. Danfoss balans vanası ile yapılan bir dengeleme çalışmasında iki kalem birlikte raporlanır. Aşağıdaki hesap mertebe göstermek içindir; her bina için ölçümle doğrulanmalıdır.

Pompa tarafını sayalım. 1,5 kW etiket gücündeki bir sirkülasyon pompası ısıtma sezonu boyunca 5000 saat çalışıyorsa yıllık tüketim kabaca 1,5 çarpı 5000 eşittir 7500 kWh/yıl olur. Dengeleme sonrası toplam debi tasarım değerine indiğinde, aşırı debi yüzde 25 azalmışsa değişken devirli pompada çekilen güç kabaca debinin karesiyle orantılı biçimde düşer: 0,75 in karesi eşittir 0,56, yani 1,5 çarpı 0,56 eşittir 0,84 kW. Yeni tüketim 0,84 çarpı 5000 eşittir 4200 kWh/yıl olur ve kazanç 3300 kWh/yıl mertebesindedir.

Sabit devirli pompalarda bu kazanç doğmaz, çünkü kısma pompayı eğri üzerinde sola kaydırır ve güç düşüşü çok daha sınırlı olur. Bu yüzden dengeleme çalışması, mümkün olan her yerde devir kontrollü pompa ile birlikte planlanır. Pompanın neden fazla elektrik yaktığını ayrıntılı inceleyen bir yazımız var. (Detay: Pompa Neden Çok Elektrik Yakar? Enerji Tüketimini Düşürmenin 8 Yolu)

Isı üretici tarafını sayalım. Yoğuşmalı kazanda dönüş suyu sıcaklığı 55 °C den 45 °C ye indiğinde mevsimsel verim tipik olarak 3-6 puan artar. 200 kW gücünde ve yılda 1200 tam yük saati çalışan bir kazanda yıllık ısı üretimi 240000 kWh mertebesindedir; yüzde 4 lük bir verim iyileşmesi kabaca 9600 kWh/yıl yakıt tasarrufu demektir. Isı pompalı sistemlerde etki daha da büyüktür, çünkü düşük dönüş sıcaklığı doğrudan COP değerine yansır.

Bir üçüncü kalem konfor ve şikâyet maliyetidir ve sayıya dökülmesi zordur. Dengelenmiş bir binada oda sıcaklığı hedefin artı eksi 1 K bandında tutulabilir; dengesiz binada aynı ayarla bazı daireler 24 °C, bazıları 18 °C görür. Aşırı ısınan dairelerde pencere açma alışkanlığı, tek başına yıllık ısı tüketimini yüzde 10 mertebesinde artırabilir. Enerji verimliliği yaklaşımımızı ayrıca anlattık. (Detay: Mekanik Sistemlerde Enerji Verimliliği)

Yerden ısıtma ve fan coil devreleri farklı dengeleme mantığı ister. Yerden ısıtmada devre sayısı çok, devre debisi küçüktür ve dengeleme kolektör üzerinde yapılır. Fan coil devrelerinde ise her terminal kendi kontrol vanasına sahiptir ve dengeleme terminal başında yapılır.

Yerden ısıtma kolektöründe her devre için bir rotametre bulunur ve tipik ayar aralığı 0,5 ile 5 litre dakika arasındadır. Devre debisi devre uzunluğuna göre belirlenir: 100 metre boru ve 15 W/m² ısı yükü olan yaklaşık 15 m² lik bir alan için gereken debi, 5 K sıcaklık farkında kabaca 1,5-2,0 litre dakika mertebesine oturur. Rotametreler yalnızca devreler arası dengeyi kurar; kolektörler arası dengeyi kurmak için kolektör girişine ayrı bir balans vanası konur.

Kolektör girişindeki vana genellikle fark basınç kontrolörüdür, çünkü termik aktüatörler kapandıkça kolektör içindeki fark basınç yükselir ve rotametre ayarları kayar. Yerden ısıtma sisteminin genel işleyişini ayrı bir rehberde topladık. (Detay: Yerden Isıtma Sistemi Nasıl Çalışır? Kollektör, Pompa ve Termostat Seçimi)

Fan coil tarafında kural nettir: her fan coil bataryasının önüne bir Danfoss AB-QM ya da eşdeğeri basınçtan bağımsız vana konur ve üzerine aktüatör takılır. Böylece hem tasarım debisi garanti edilir hem oda kontrolü yapılır. 3 kW soğutma kapasiteli bir fan coil için 5 K su tarafı sıcaklık farkında gereken debi Q eşittir 3 bölü 1,163 çarpı 5 eşittir 0,52 m³/h olur; vana bu debiye ayarlanır. Fan coil seçimi ve kapasite mantığını ayrıca inceledik. (Detay: Fan Coil Nedir? 2 Borulu ve 4 Borulu Fan Coil Sistemleri Arasındaki Farklar)

Klima santrali bataryalarında çap büyüdüğü için basınçtan bağımsız vana maliyeti artar; alternatif olarak statik balans vanası artı ayrı kontrol vanası kombinasyonu kullanılabilir. Bu durumda kontrol vanasının otoritesi hesaplanmalı ve yüzde 50 nin altına düşmemelidir. Otorite düşükse vana açıklığının ilk üçte birinde kapasitenin çoğu geçer ve sıcaklık kontrolü salınıma girer.

Dengeleme ve pompa seçimi aynı hesabın iki yüzüdür. Balans vanaları sisteme kasıtlı olarak direnç ekler; bu direnç pompa basma yüksekliği hesabına baştan dahil edilmelidir. Dahil edilmezse ya pompa yetersiz kalır ya da sahada vanalar tam açık bırakılarak dengeleme fiilen iptal edilir.

Pratik yaklaşım şudur: en kritik devre, yani indeks devre üzerindeki balans vanası için 3-6 kPa arası bir asgari kayıp öngörülür. Basınçtan bağımsız vana kullanılıyorsa bu değer üreticinin asgari fark basınç eşiği kadar, yani yaklaşık 16 kPa mertebesinde alınır. Toplam basma yüksekliği, en uzak devrenin boru kaybı artı terminal kaybı artı balans vanası kaybı toplamıdır.

Sayısal örnek: en uzak devrenin boru ve armatür kaybı 38 kPa, fan coil bataryası kaybı 22 kPa, Danfoss AB-QM asgari fark basıncı 16 kPa olsun. Toplam 38 artı 22 artı 16 eşittir 76 kPa, yani yaklaşık 7,8 mSS bulunur. Pompa bu basma yüksekliğinde tasarım debisini verecek biçimde seçilir. Sirkülasyon pompası seçim adımlarını ayrı bir yazıda tarif ettik. (Detay: Sirkülasyon Pompası Nasıl Seçilir? 25/4, 25/6, 25/8 Ne Anlama Geliyor?)

Kontrol modu da dengelemeyle birlikte seçilir. Basınçtan bağımsız vanalarla donatılmış bir sistemde pompa değişken fark basınç modunda çalıştırılır ve kısmi yükte basma yüksekliğini düşürerek enerji kazandırır. Elektronik kontrollü pompaların bu modlarını Grundfos MAGNA3 örneği üzerinden ayrıntılı anlattık. (Detay: Grundfos MAGNA3 Nedir? MAGNA1 ve MAGNA3 Arasındaki Farklar)

Bir uyarı gerekir: aşırı büyük seçilmiş pompa dengelemeyi zorlaştırır. Basma yüksekliği ihtiyacın iki katı olan bir pompada balans vanaları çok fazla basınç yutmak zorunda kalır, kısma konisi neredeyse kapalı konuma iner ve hem gürültü hem kavitasyon riski doğar. Doğru sıra şudur: önce doğru pompa, sonra dengeleme.

Balans vanasında gürültü, vananın üzerinde yuttuğu fark basıncın çok yükselmesinden doğar. Kısma noktasında hız artar, statik basınç düşer ve su lokal olarak buharlaşıp yeniden yoğuşur; ortaya cızırtı ya da çakıl sesi çıkar. Bu davranış markadan bağımsızdır ve bir Danfoss balans vanası ile eşdeğerlerinde aynı biçimde görülür. Eşik yaklaşık olarak vana üzerindeki fark basıncın 50 kPa yı aşması ve vananın ön ayarının dörtte birden az açık kalmasıdır.

Üç çözüm sırayla denenir. Birincisi pompa basma yüksekliğini düşürmektir; sistemde gereksiz basınç varsa vanalar bunu yutmak zorunda kalmaz ve ses kendiliğinden kesilir. İkincisi kolon dibine fark basınç kontrolörü koyarak basıncı kaynağında sınırlamaktır. Üçüncüsü vana çapını küçültmektir; bir kademe küçük vana aynı debiyi daha açık bir konumda geçirir ve kısma sesi azalır.

Bir kademe küçültmenin mantığı Kv üzerinden görülür. DN 25 bir vanada 1,2 m³/h için gereken Kv 2,0 ise, bu vananın 4 tur skalasında yaklaşık 0,7 tur konumuna denk gelir; yani neredeyse kapalıdır. Aynı Kv değeri DN 20 bir vanada 2,0 tur civarına düşer ve akış profili çok daha düzgün olur.

Gürültü şikâyeti kavitasyon sınırına yaklaşıldığını gösteriyorsa sistem basıncı da kontrol edilmelidir. Kapalı devre ısıtma tesisatında statik basıncın en yüksek noktada en az 0,5 bar mutlak fazlalık bırakması, tesisat basıncının ise soğukken 1,0-1,5 bar bandında olması beklenir. Basınç düşürücü vana kullanılan tesisatlarda ayar değerinin doğruluğu da gözden geçirilmelidir. (Detay: Honeywell/Resideo Basınç Düşürücü Vana Nasıl Seçilir?)