انتخاب و تعیین سایز  شیرهای کنترل گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) گاهی برای بسیاری از طراحان یک وظیفه نگران کننده است. در گذشته، شیرهای کنترل در درجه اول وابسته به فشار بودند؛ یعنی در این شیرها برای هر موقعیت مشخص شیر، جریان وابسته به اختلاف فشار در شیر است. شیرهای کنترل مستقل از فشار در سال های اخیر درصدی از بازار را به خود اختصاص داده اند. امروزه، در زمان تصمیم گیری در مورد نحوه کنترل بهتر بارهای گرمایش و سرمایش بار، ما وسایل زیادی برای کنترل جریان سیال داریم.
در این مقاله، مبانی شیر کنترل به اختصار بررسی و تفاوت های بین دو فناوری شیر کنترل اولیه و سایر ضمایم مورد استفاده در کنترل جریان آب توضیح داده می شود تا به طراحان در انتخاب شیرهای کنترل تعدیل کننده مطابق با کاربری مورد نظرشان کمک شود.

مبانی شیر سیستم آب

یک شیر کنترل برای کنترل جریان سیال از طریق مقدار جریان عبوری مختلف که توسط سیگنال یک کنترلر تعیین می شود، استفاده می شود. این شیر یک وسیله اوریفیس متغیر است که محل آن با محرک (اکچویتور) و کنترلر برای کنترل دبی جریان مشخص می شود. این شیرها می توانند مجهز به یک توپی (پلاگ) تنظیم کننده روغن، پورت V یا یک توپ دوار که به طور خاص برای ایجاد یک جریان مشخص طراحی شده باشند. شیر کنترل معمولاً حفظ دمای تخلیه هوای کویل یا نقطه تنظیم دمای فضا را تعدیل می کند. یک شیر کنترل ایده آل می  تواند در همه شرایط دقیقاً جریان مورد نیاز را با بار مطابقت دهد.

مختصات جریان

عملکرد شیر با توجه به ویژگی های جریان آن بیان می شود. مختصات جریانی یک شیر، رابطه بین حرکت استِم (یا ساقه) شیر بر اساس افت فشار ثابت که به صورت درصد حرکت بیان می شود و جریان سیال از میان شیر که با درصد جریان کامل بیان می شود، می باشد. سه ویژگی رایج که در شکل 1 نشان داده شده عبارتند از:

• بازشدن سریع. شیری که بیشترین جریان ممکن را بلافاصله بعد از اینکه ساقه دیسک را از سیت شیر بلند کرد فراهم می کند.
• خطی. شیری که یک رابطه مستقیم جریان با لیفت فراهم می کند. همچنین تغییرات جریان مساوی برای تغییرات لیفت برابر بدون توجه به درصد باز بودن شیر تأمین می کند.
• درصد مساوی. شیری که جریان را با یک درصد برابر (بدون توجه به دبی) برای حرکات مشابه در حرکت ساقه (در هر نقطه در محدوده جریان) تغییر می دهد.
  مختصات مختلف شیر، «بازشوهای شیر » مختلفی برای یک موقعیت کوبه می دهد. کوبه فاصله ای است که پلاگ یا ساقه از یک موقعیت کاملاً بسته تا یک موقعیت کاملاً باز طی می کند. در مقایسه شیرهای خطی و درصد برابر، یک شیر خطی ممکن است برای یک افت فشار و دبی خاص، کوبه 25 % داشته باشد، درحالی که یک شیر درصد برابر ممکن است کوبه 70 % برای شرایط دقیقاً یکسان داشته باشد.
  ایده آل این است که یک سیستم کنترل یک پاسخ خطی در کل محدوده کاری خود داشته باشد. در این صورت هماهنگی کنترل ها ساده تر و عملکردشان پایدارتر خواهد بود. پس حساسیت کنترل به تغییر در دما در کل محدوده کنترل ثابت است. برای مثال، افزایش اندک در دما سبب افزایش جزیی در سرمایش می شود.
  یک سیستم غیرخطی، مثل یک کویل هواساز همرفتی یا یک تیر سرد فعال، حساسیت مختلف دارند. برای مثال، افزایش جزیی در دما می تواند افزایش بزرگ در سرمایش در یک بخش از محدوده کاری و افزایش جزیی در بخش دیگر محدوده کاری فراهم کند.

شیرهای کنترل

برای رسیدن به کنترل خطی، عملکرد سیستم ترکیبی محرک، شیر کنترل و بار باید خطی باشد. اگر عملکرد کویل خطی نباشد، یک شیر کنترل غیرخطی مثل یک شیر با درصد برابر برای تعدیل سیستم مناسب است؛ در نتیجه عملکرد حاصل به خطی نزدیک تر است. اما این بحث به دلیل دینامیک های سیستم واقعی بیشتر جنبه تئوری دارد.
برای مثال، همان طور که در شکل 2 می بینید، کویل های گرمایش در برابر مشخصات عملکرد ظرفیت جریان بسیار غیرخطی دارند. اگر دمای آب گرم دوباره تنظیم شود، این خطی تر می شود که اغلب از سوی کدهای انرژی الزامی است. در بیشتر سیستم های هیدرونیک، اختلاف فشار موجود در شیر به دلیل عملکرد دینامیک سیستم های جریان متغیر به ندرت ثابت باقی می ماند. با کاهش جریان از میان شیر، فشار در لوله ها و کویل کاهش می یابد، در نتیجه افت فشار در شیر باید زیاد شود. همزمان، کار سایر شیرهای کنترل فشار موجود در شیر را تغییر می دهد. طراحی خوب سیستم هیدرونیک، سایز زدن شیر کنترل و کنترل می تواند به حداقل کردن نوسانات اختلاف فشار کمک کند. نوسانات فشار سیستم هیدرونیک می توانند سبب انحراف عملکرد شیر کنترل واقعی از منحنی منتشرشده برای مختصات جریان شود.
ترکیب تمایل به خطی کردن عملکرد کویل و شیر و خطی کردن تأثیر کوبه شیر در برابر افت فشار در شیر منجر به انتخاب شیر با درصد برابر برای همه شیرهای دوطرفه در سیستم های هیدرونیک جریان متغیر می شود. برای شیرهای (بشقابی) گلوب، این به معنای استفاده از پلاگ های درصد برابر است. برای شیرهای توپی که رفتار درصد برابر نشان می دهند، باید از توپی یا دیسک های ویژه استفاده کرد. این شیرهای توپی به دلیل هزینه کم، رده بندی فشار قطع- بسته، محدوده کاری بالا و سهولت اتصال به یک محرک الکترونیکی دوار محبوب هستند.