A YORK HDFV TURBÓKOMPRESSZOROS HŰTŐGÉP MŰ- KÖDÉSÉNEK OPTIMALIZÁLÁSA

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki és Informatikai Kar Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Tanszéke A YORK HDFV TURBÓKOMPRESSZOROS HŰTŐGÉP MŰ- KÖDÉSÉNEK OPTIMALIZÁLÁSA SZAKDOLGOZAT Energetikai mérnöki szak, Gépészeti szakirány Készítette: LUDNIK TIBOR Neptun kód: AGBL14 Miskolc Egyetemváros 2015

2 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR ÁRAMLÁS- ÉS HŐTECHNIKAI GÉPEK TANSZÉKE 3515 Miskolc Egyetemváros Iktató szám: AH- -XXI-2013 MSC v. BSC TERVEZÉSI FELADAT LUDNIK TIBOR IV. éves Energetikai mérnök szakos hallgató részére Neptun kód: AGBL14 A tervezés tárgyköre: Robert Bosch Power Tool Kft. hűtési központjának üzemi \ energetikai optimalizálása A tervezési feladat címe: A York HDFV turbókompresszoros hűtőgép működésének optimalizálása A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: 1. Mutassa be a fenti telephely hűtési rendszerének működését az egyes hűtési körök részletezésével, valamint a rendszert üzemeltető épületautomatizálás ismertetésével. 2. Mutassa be a fenti hűtési körök jellemző terheléseit egy teljes évre vonatkozóan. 3. Mutassa be a tervcímben is jelölt hűtőberendezés működését, jellemző adatainak, működési görbéinek ismertetésével. 4. Végezzen méréseket a hűtési berendezések, kiemelten a fenti hűtőberendezés esetében az üzemi hőmérsékletek, térfogatáramok figyelembevételével és vizsgálja ki a berendezés üzemi állapotát, ellenőrizze a kiszolgáló berendezések üzemi pontjainak helyességét. 5. Értékelje a fenti pontok alapján a hűtési rendszer üzemvitelét. Tegyen javaslatot a rendszer optimalizálására a lehetséges hibák feltárásával. Tervezésvezető: Konzulens: Prof. Dr. Szabó Szilárd, tanszékvezető Helmeczi Zoltán, karbantartó mérnök ii

3 A tervezési feladat kiadásának időpontja: A tervezési feladat beadási határideje: Miskolc, 20 év hó nap Ph Dr. Szabó Szilárd tanszékvezető egyetemi tanár iii

4 1. A záró gyakorlat helye: 2. Instruktor: 3. A záródolgozat módosítása 1 : szükséges (módosítás külön lapon) nem szükséges dátum tervezésvezető 4. A tervezést ellenőriztem: dátum tervezésvezető 5. A záródolgozat beadható: i gen / nem 1 dátum tervezésvezetők konzulens 6. A záródolgozat és az alábbi mellékleteket tartalmazza: szövegoldalt, db rajz tervnyomtatvány egyéb melléklet (CD, stb.) 7. A záródolgozat bírálatra1 bocsátható nem bocsátható A bíráló neve: dátum 8. A záródolgozat osztályzata betűvel (és számmal): A bíráló javaslata: A tanszék javaslata: A ZVB döntése: Kelt: Miskolc, tanszékvezető Záróvizsga Bizottság elnöke 1 Megfelelő rész aláhúzandó iv

5 I. ÖSSZEFOGLALÁS A Robert Bosch Power Tool Kft. hűtési rendszerének bővítése során, egy a korábbi hűtőberendezésektől jelentősen eltérő teljesítményű berendezés került beépítésre, melynek beüzemelése során több, a rendszer egészét érintő hiányosság és probléma került felszínre, melyek a korábbi rendszer üzeme során nem jelentkeztek. Beüzemelést követő vizsgálatok eredményeképp kiderült, hogy a rendszerben lévő by-pass vezeték eltömődése okozta a problémákat. A szakdolgozatomban áttekintem a Power Tool energetikai rendszerét, kiemelt figyelmet fordítva a hűtési rendszerre. Részletezem a gyár hűtési igényeinek éves alakulását, illetve az igényeket befolyásoló tényezőket. Ismertetem a beépítésre került York típusú turbókompresszoros hűtőgépet, annak működését és üzemi paramétereit. Ezt követően megvizsgálom, hogy a by-pass ág eltömődése milyen rendszerirányítási, működésbeli és üzembiztonsági problémákat eredményezett. A hibák elhárítása érdekében egy új by-pass ág került beépítésre, ami szükségessé tette a hűtési rendszer hidraulikai beszabályozását. Bemutatom az átépítést követően, a hűtési rendszeren végzett méréseket, melyeket felhasználva kiszámítom azokat az üzemi pontokat, amelyek elengedhetetlenek a hidraulikai beszabályozáshoz. Az rendszer aktuális paramétereit felhasználva kiszámítom, hogy a rendszerszabályozó Tour&Andersson szelepeket milyen módon kell beállítani a hűtőgépek ideális üzemvitelének elérése céljából. Végezetül egy TA-CBI mérőműszer segítségével ellenőrzöm, hogy a számítások után beállított üzemi állapot a gyakorlatban is megvalósul-e. A by-pass vezeték átépítése megoldotta a York HDFV típusú hűtőgép üzemszerű működésének problémáját, viszont számos egyéb rendellenesség felszínre került. A rendszer hidraulikai beszabályozásával sikerült ezeket az eltéréseket megoldanom. v

6 II. SUMMARY In the Robert Bosch Power Tool company there was an important development, while the cooling system was expanded with a new cooler machine, which performance was much higher than the old ones. When the new machine started to working, several problem were revealed. After this, there were some tests. The results showed that the clogging of the by-pass was the main problem. In my thesis I will survey the energetic system of the Power Tool, pay particular attention to the cooling system. I detail the cooling need of the factory in the whole year, and the facts which influence that. I introduce the York water-cooled centrifugal chiller, the movement and the working parameters. After this I observe the clogging of by-pass what kind of problems had resulted. Solving of the problems a new bypass tube have been built. Because of this, the system must be controlled. I measured the pumps of the cooling system. I use the result of that, to know the working points of the pumps, what I need to know for the hydraulic control. I use that parameters to count the position of the Tour&Andersson valves. Then I turn the valves, into the best position for the chillers. In the end, I measured the whole system with a special TA-CBI measuring machine. The reconstruction of the by-pass tube solved the working problem of the York HDFV chiller, but some other problems were turned out. I can solve those problems with the hydraulic control. vi

7 1. TARTALOMJEGYZÉK 1. Tartalomjegyzék Jelölésekés indexek jegyzéke Bevezetés A Robert Bosch Power Tool kft hűtési rendszere Az McP területének bemutatása Energiaellátó központ (EVZ) Vízgépházak Primer hűtővízkör Szekunder hűtöttvíz kör A hűtőgépek bemutatása Az épületautomatizálási rendszer bemutatása Tápszivattyúk szabályozása Hűtöttvíz köri fogyasztók szabályozása Hűtőgép irányítása A MCP éves hűtési igénye A MCP éves villamos energia fogyasztásának alakulása A hűtőgépek leadott teljesítményének éves alakulása A külső hőmérséklet alakulása A gyár hűtöttvíz igényének területi megoszlása A csarnok hűtési igénye Kiszolgáló helyiségek hűtési igénye Hűtési igény megoszlása A YORK HDFV P8 tíusú hűtőgép bemutatása Hűtőgép működése Hűtőközegek logp-h diagram Hűtőgép szabályozásának módjai Optimális működésének feltétele COP értéke Hűtőgép szabályozása Hűtöttvíz kör elméleti működése Hűtőgép működésének problémái Hűtöttvíz rendszer jelenlegi működése Az épületfelügyeleti rendszer szabályozásának pontatlansága

8 7. A YORK HDFV hűtőgép üzemi pontjainak mérése By-pass ág átépítése Mérőszakasz áthelyezése By-pass vezeték átépítése Az átépített rendszer nyomásviszonyainak felmérése Mérés célja A mérés elrendezése A mérés menete Az eredmények kiértékelése Tápszivattyúk beszabályozásának méretezése TA szelep méretezése Beszabályozott rendszer TA szelepeinek mérése A mérés célja Mérési eredmények Összegzés Köszönetnyílvánítás Irodalomjegyzék F1. Függelék... Hiba! A könyvjelző nem létezik. M1. HG30 hűtőgép kondezátor oldalának szabályozó kapcsolási rajza M2. A vízgépház szabályozásának kapcsolási sémája M3. A by-pass ág illetve a mérőszakasz elhelyezkedése az átépítés előtt M4. A by-pass ág illetve a mérőszakasz elhelyezkedése az átépítés után M5. A Tour&Andersson szelep adattáblái és jelleggörbéi. 3

9 2. JELÖLÉSEKÉS INDEXEK JEGYZÉKE Jelölések: c p [kj/(kgk)] állandó nyomáson vett fajhő H [m] manometrikus szállító magasság Kv [-] veszteségtényező ρ [kg/m 3 ] sűrűség π [-] nyomásviszony p [Pa] nyomás Δp [Pa] differenciálnyomás t [ C] hőmérséklet Δt [ C] hőmérséklet különbség Q [W] hűtési teljesítmény z [m] geodetikus magasság q [l/h] szállított térfogatáram m [kg/h] tömegáram V [m 3 /h] térfogatáram Indexek: v visszatérő e előremenő 1 szívócsonk 2 nyomócsonk KV kompresszió véghőmérséklete HG hűtőgép HT hűtőtorony F filter SZ visszacsapó szelep TA Tour&Andersson H,h hűtési b by-pass vezeték sz szívó oldali ny nyomó oldali HGE hűtőgép előtt HGU hűtőgép után kond kondenzátor elpár elpárologtató 4

10 3. BEVEZETÉS A szakmai gyakorlatom során feladatul kaptam a Robert Bosch Kft. telephelyének energetikai feltérképezést, kiemelt figyelmet fordítva a Robert Bosch Power Tool Kft. energetikai rendszerére. A rendszer vizsgálata során bejártam az energetikailag jelentős területeket, az energiaellátó központot, a gáz-, és vízfogadó állomásokat, illetve a gyártócsarnok fölött található épületgépészeti területet. Az energiaellátó központ bejárása során megismertem a hűtési rendszer központi berendezéseit: a hűtőgépeket. A hűtőgéppark a gyáregység kivitelezési ütemeivel párhuzamosan, több lépcsőben került kivitelezésre. Az új gyártóegységek, irodák és a mérnöki épület folyamatos bővülése a hűtési igények folyamatos növekedését eredményezte, ami miatt szükségessé vált a hűtési rendszer bővítése. Ennek keretein belül egy, a korábbi hűtőberendezésektől jelentősen eltérő teljesítményű berendezés került telepítésre melynek beüzemelése során több, a rendszer egészét érintő hiányosság és probléma került felszínre, melyek a korábbi rendszer üzeme során nem jelentkeztek. A hűtőgép beüzemelése során tapasztalt hibák észlelése után azonnal megindultak a vizsgálatok a hibák feltárásának céljából. Ezekbe a vizsgálatokba kapcsolódtam be, ahol feladatom volt, hogy a 2014 augusztus hónapban tartott próbaüzem mérési eredményeit kiértékeljem, s azok felhasználásával elméleti úton mutassam be a fennálló rendszerirányítási és üzemeltetési problémákat. A felismert problémák elhárítása érdekében én átalakítási munkálatokat végeztek a hűtési rendszeren. Az átalakítást követően szükségessé vált a hűtési rendszer hidraulikai beszabályozása, aminek elvégzését személyesen én végeztem. A szakdolgozatomban a gyár hűtési rendszerének ismertetése után feltárom, a próbaüzem során tapasztalt hibákat, illetve az azokra bizonyítékul szolgáló mérési eredményeket. Ezt követően bemutatom az átépítési munkálatokat, majd azokat a méréseket és számításokat, amelyek elengedhetetlenek a rendszer beszabályozásához. A számítási eredmények kiértékelése után bemutatom, hogy hogyan végeztem el a szabályozás folyamatát a Tour&Andesson típusú szelepek segítségével. Végezetül ismertetem a szabályozás minőségének ellenőrzése céljából egy 5

11 TA-CBI mérőműszer segítségével elvégzett mérés eredményeit, illetve az abból levonható konklúziót. 6

12 4. A ROBERT BOSCH POWER TOOL KFT HŰTÉSI RENDSZERE A hűtési rendszer vizsgálata során elengedhetetlen megismerni a McP területén található épületeket, külön kiemelve az energetikailag kiemelt jelentőségűeket. A hűtési rendszer szemléltetése során a kiindulási alap miden esetben a hűtőgép, annak a kondenzátor- illetve elpárologtató oldalát mutatom be Az McP területének bemutatása A McP területén található egy gyártócsarnok, egy magas raktár, egy energiaellátó központ (EVZ), egy fejlesztési épület és az egész telephelyet központilag ellátó Sprinkler gépház. A 4.1-es ábrán jól láthatóak, hogy hogyan helyezkednek el a fent említett épületek. Energiaellátó központ Vízgépház Sprinkler gépház Magas raktár Gyártócsarnok Penthouse Fejlesztési épület 4.1. ábra Power Tool telephely felépítése [1] A szakdolgozatom során az energiaellátó központra, az abban található vízgépházra, illetve a gyártócsarnokra fogok fókuszálni Energiaellátó központ (EVZ) A gyár energetikai központja az energiaellátó központ (EVZ), melyben az alábbi részegységek találhatóak: vízgépház 7

13 hűtőtornyok elektromos áram fogadó-, átalakító- és elosztó egységek kompresszorterem kazánház Elektromos hálózat Az energiaellátó központok egyben villamos energia elosztóként is működnek. Az ÉMÁSZ hálózatáról, egy 20kV-os vezetéken keresztül kapja a gyáregység a villamos áramot, s az itt található kiszolgáló berendezések részére ebben a központban történik ennek az áramnak az átalakítása. Az áram először a középfeszültségű elosztó helyiségbe (KÖF) kerül, ahol mérik és elosztják a még 20 kv-os feszültségű áramot. A KÖF-ből az áram vagy az EVZ-ben található transzformátor állomásokra-, vagy a csarnokban lévő KÖF helyiségbe kerül. Az EVZ-ben található KÖF-ből az áram a transzformátor állomásra kerül, ahol a 20 kv-os feszültségről 0,4 kv-ra transzformálják le. Ezt követően kerül elosztásra a villamos energia egy kisfeszültségű elosztó helyiségben (KIF). Tehát a transzformátor primer oldalán a KÖF, míg a szekunder oldalán a KIF található. A KIF helyiségből történik az EVZ-ben található berendezések elektromos árammal való ellátása. A csarnokba érkező 20 kv feszültségű elektromos áram kezelése az EVZ-ben megismert folyamattal megegyező módon történik Gázhálózat A város felől érkező gázvezetékben található fölgáz 3 bar-os középnyomással lép be a telephelyre, ahol a fogadóállomáson található nyomásszabályozó szekrényben 1 bar-os kisnyomásra redukálódik le. A gázhálózatról vannak ellátva az EVZben található gázkazánok, melyek a fűtési szezonban az épület fűtéséről gondoskodnak Sűrített levegős hálózat Az EVZ épületében található a kompresszorteremben 3 darab kompresszor alkalmazásával kerül előállításra a gyártástechnológiák számára elengedhetetlen sűrített levegő. A sűrített levegő utókezeléséről kettő darab hűtve szárító berendezés gondoskodik. 8

14 Vízhálózat A telephely két ponton csatlakozik a városi vízellátó rendszerhez. Mindkét csatlakozási ponton különálló ivóvíz és tüzivíz leágazás is található. A két belépési pontból kiinduló betáplálási vezetékek egy közös találkozási pontjában két-két elzáró szerelvénnyel szakaszolhatóak, így lehetőség van csak az egyik pontból érkező vízhozam igény szerinti kizárására. A rendelkezésre álló két belépési pont közül általában egy időben csak egy van használatban, mivel a telephely ellátására a csatlakozási pontokból kiinduló gerincvezetékek azonos átmérővel folytatódnak. Az ivóvíz az EVZ épületekbe csatlakozik le, illetve látja el a sprinkler gépházat, ezáltal a telephely sprinkler rendszerét. Az ivóvizet szállító vezeték egy gerinchálózatot alkot. A tüzivíz hálózat, egy körhálózatként került kialakításra, s a tűzcsapok vízellátásának a biztosítása a feladata Vízgépházak Az energiaellátó központokban találhatóak a vízgépházak. A gépházban helyezkednek el a hűtőgépek, valamint a hűtőgép elpárologtató- és kondenzátor oldalához kapcsolódó kiszolgáló berendezések. A gyáregységben két nagyobb vízkör került kialakításra, az első egy 28/36 C-s primer-, hűtővíz kör, melynek az a feladata, hogy az energiaellátó központban található berendezések technológiai hűtését biztosítsa. A másik kör pedig egy 6/12 C-s szekunder-, vagy hűtöttvíz kör. Ez a kör a hűtőgépek elpárologtató oldalán halad keresztül. A fent említetteken kívül található még más egyéb vízkör is, melyek funkciójukat tekintve a jelen rendszer megismertetése és feltárása szempontjából irrelevánsak. A 28/36 C-s jelöli az előremenő és a visszatérő ágban áramló víz hőmérsékletét, a hűtőgép kondenzátor oldala felé a 28 C-s víz áramlik, míg a hűtőgépből már 36 Cs víz távozik. Ezt az analógiát követve a 6/12 C jelöli a hűtőgépből előremenő és visszatérő ág vízhőmérsékletét. A 6 C a hűtőgép elpárologtató oldalából érkező víz, míg a 12 C az elpárologtatóba áramló vizet jelenti. 9

15 A városi vízhálózatról vételezett ivóvíz a vízgépházban kerül kezelésre. A kezelt víz, vagy a hűtő-, vagy a hűtöttvíz körbe, vagy a kazán használati meleg víz körébe kerül betáplálásra Primer hűtővízkör A primer hűtővízkör feladata a kiszolgáló berendezések, nagyteljesítményű, magas hőmérsékleten üzemelő, nagy teljesítményű technológiák hűtése, mint például a hűtőgépek kondenzátora, a kompresszorok és hűtve szárítók. A vízkör kapcsolási rajza a 4.4-es ábrán látható: 4.2. ábra Primer hűtővízkör 10

16 A 28/36 C-s körben található két egyenként 30 m 3 puffer tartály, egyik a 28 C-s a másik a 36 C-s víz számára. A 28 C-s víz a hűtőgép kondenzátor oldali betápláló szivattyúinak segítségével halad át a hűtőgép kondenzátor oldalán, ahol felveszi a kompresszió során keletkezett hőt, aminek következtében kondenzálódik a hűtőközeg, majd a hűtőgépből már megközelítőleg 36 C-s hőmérsékleten távozik. Ezt követően a víz felkerül a vízgépház felett található hűtőtornyokba. Négy darab hűtőtorony található az energia-ellátó központ tetején, melyek egyenként 1,5 MW hűtési teljesítménnyel rendelkeznek. A hűtőtornyok ellenáramú nyitott rendszerű tornyok, s azt a célt szolgálják, hogy a 36 C-s vizet 28 C-s hőmérsékletre hűtsék vissza. A 4.2-es ábrán láthatóak az EVZ tetején található hűtőtornyok ábra Hűtőtornyok A 28/36 C-s kör vizét használják még fel a kompresszorok, illetve a hűtve- szárító berendezések is. A kompresszorok hűtővizét közvetlenül a 30 m 3 es tartályból szivattyúzzák, s egy lemezes hőcserélő segítségével biztosítják a kenőolaj hűtését. A kompresszorokkal állítják elő a nagyjából 7,5 bar nyomású levegőt, melyet a gyártósorokon használnak a berendezések. A kompresszorok után találhatóak a hűtve- szárító berendezések, melyek azt a célt szolgálják, hogy harmatpontra hűtsék a kompresszorban felmelegedett levegőt, így távolítva el belőle a benne maradt vizet, illetve olajpárát. Nyitott hűtőtornyok lévén a víz nyitott rendszerben kering, tehát a hűtőtornyokat követően szükséges a lehűlt víz szűrése, mielőtt a hűtőgépbe kerül. Az esetlegesen a vízbe jutott szennyezőanyagot egy Boll Kirch 6.18 típusú, folyamatos üzemű automata szűrő segítségével tisztítják meg. A 4.3-as ábrán a vízgépházban található három Boll filter közül az egyik látható. 11

17 4.4. ábra Boll automata szűrőberendezés A nyitott hűtőtorony miatt jelentős vízveszteség lép fel a 28/36 C-s körben a párolgás miatt. Az elpárolgott, illetve a Boll filter által visszamosatott vízmennyiség a közműhálózatról kerül pótlásra. Az egyes körök tápvizeinek betöltése előtt a városi nk keménységű víz lágyításra kerül. A primer hűtési rendszer töltésére ez a városi víz a keménysége miatt alkalmatlan, mivel nagyfokú vízkövesedés lépne fel a párolgás és a nagy hőfok különbségek miatt. A nyitott hűtőtornyokban a levegővel érintkező víz nagy mennyiségű szálló port, ezzel baktériumot és gombacsírát tud felvenni, emiatt ennek a körnek a tápvize úgynevezett biocid vegyszerrel van kezelve, mely legionella, algásodás és gombásodás ellen nyújt hatékony védelmet. Mivel a tápvíz előállítás ioncsere útján történik, a magas nátrium-ion tartalom miatt, továbbá rendszerek anyagai miatt korrózió gátló inhibitorok alkalmazása is történik. A fűtési rendszerbe való betáplálás előtt mindössze korrózió-, és kazánkő lerakódás gátló vegyszer kerül alkalmazásra. A hűtővízkör kapcsolási rajzán a 1-től 9-ig tartó számozás jelöltem a szivattyúkat. Az F1 és F2 jelzéssel a két beépített Boll-filtert jelöltem, s HG jelölés a hűtőgép szó rövidítéséből adódik, míg a HT a hűtőtornyokat jelöli. A dolgozatom tárgyát képező YORK-HDFV P8 típusú hűtőgép ezen az ábrán a HG30 jelöléssel van ellátva. 12

18 A 4.4-es ábrán látható, hogy a HG10-es és HG20-as hűtőgépért egy közös szivattyúcsoport felel. Ezen szivattyúk után egy közös gyűjtőcsövön helyezkedik el a Boll-filter, s csak azt követően válik ketté a két hűtőgép felé a csővezeték. A HG30-as hűtőgépért két darab szivattyú felel, melyek párhuzamosan vannak kötve, s szintén egy közös Boll-filteren halad keresztül az általuk szállított hűtővíz. Minden egyes hűtőtorony külön tápszivattyúval rendelkezik, melyek szintén párhuzamosan vannak kötve. Látható, hogy a hűtőtornyokból a lehűlt víz a 28 C-s puffer tartályba gravitációs úton jut el. Az 4.1. táblázatban a hűtővízkörben található szivattyúkat mutatom be: S.Sz táblázat Hűtővízkör szivattyúi Az 4.1. táblázatban szerepelnek a 4.4-es ábrán látható szivattyúk főbb adatai. Az első három szivattyú felel a HG10-es és a HG20-as hűtőgép hűtővíz ellátásáért. A HG30-as hűtőgép két külön tápszivattyúja egyenként majdnem 500 m 3 /h-s térfogatáramot képesek szállítani. A hűtőgépek tápszivattyúi frekvenciaváltós hajtással is rendelkeznek, ezt jelenti az 50Hz/FU jelölés. Az utolsó négy szivattyú a hűtőtornyok saját tápszivattyúi, melyek már nem rendelkeznek frekvencia váltóval. Az hűtővíz rendszer szabályozási, kacsolási sémája az M1-es mellékletben található Szekunder hűtöttvíz kör A 6/12 C-s hűtöttvíz kör egy zárt állandó nyomású rendszer, amelynél az állandó nyomást egy Reflex gyártmányú, processzorvezérelt, kompresszoros tágulási tartály biztosítja. Szivattyú jellemzők: Hidraulikai jellemzők: Motor jellemzők: Megnevezés Típus Gyártmány: Q (m 3 /h) H (m) Típus: Hajtás: 1 Hűtőgép hűtő 1 NK-100/ /A/BAQE/1/18,5/4 Grundfos MMG-180M-4-48E 50Hz/FU 2 Hűtőgép hűtő 2 NK-100/ /A/BAQE/1/18,5/4 Grundfos MMG-180M-4-48E 50Hz/FU 3 Hűtőgép hűtő 3 NK-100/ /A/BAQE/1/18,5/4 Grundfos MMG-180M-4-48E 50Hz/FU 4 HG30 Hűtőgép hűtő 1 NK-150/ A1F1AE-SBAQE Grundfos ,5 Siemens 1LG AA Hz/FU 5 HG30 Hűtőgép hűtő 2 NK-150/ A1F1AE-SBAQE Grundfos ,5 Siemens 1LG AA Hz/FU 6 Hűtőtorony 1 NB-100/315/316-A-F-A-BAQE Grundfos ,4 MMG 180L4-48FF300 50Hz 7 Hűtőtorony 2 NB-100/315/316-A-F-A-BAQE Grundfos ,4 MMG 180L4-48FF301 50Hz 8 Hűtőtorony 3 NB-100/315/334-A-F-A-BAQE Grundfos ,4 GMC2 200L-4-B35 50Hz 9 Hűtőtorony 4 NB-100/315/334-A-F-A-BAQE Grundfos ,4 GMC2 200L-4-B36 50Hz A gyár felől érkező 12 C-s visszatérő ág a hűtőgép elpárologtató oldali szivattyúk segítségével jut el a hűtőgéphez, ahol 6 C-ra csökken a hőmérséklete. A 6 C-s víz rögtön a gyárba áramlik, annak is az épületgépészeti szintjére, az úgynevezett penthouse részre. Itt találhatóak a légkezelő berendezések, melyek a nyári idő- 13

19 szakban az optimális csarnokhőmérséklet elérése érdekében hűtik a beérkező levegőt, s ehhez szükséges a 6 C-s víz. Az épületben található irodák hűtéséről a fancoilok gondoskodnak, melyek szintén a 6 C-s vizet használják a megfelelő hőmérsékletű levegő előállításához. A 4.5-ös ábrán látható, az általam felvázolt hűtöttvíz kör kapcsolási sémája ábra Szekunder hűtöttvíz kör A 4.5-ös ábrán 1-5-ig tartó számozással jelöltem a különféle tápszivattyúkat. Az ábrán látható by-pass ágban SZ jelöléssel az ott található visszacsapó szelepet jelöltem. A es fejezetben megismert analógiát követve a HG jelölés a hűtőgépet jelöli. A Power Tool magában foglalja az egész gyáregységet, ezen ábrában egy egységes fogyasztóként van feltüntetve. A 4.2. táblázatban a hűtöttvíz körben található szivattyúk főbb üzemi adatait foglaltam össze táblázat Hűtöttvíz kör tápszivattyúi S.Sz. Szivattyú jellemzők: Hidraulikai jellemzők: Motor jellemzők: Megnevezés Típus Gyártmány: Q (m 3 /h) H (m) Típus: Hajtás: 1 HG10 tápszivattyú CLM 150/ A-F-A-BBUE Grundfos AF160M/4B-11 50Hz 2 HG20 tápszivattyú CLM 125/ A-F-A-BBUE Grundfos AF112M/4K-11 50Hz 3 HG30 tápszivattyú NB-150/200/224-A-F-A-BAQE Grundfos 399,7 9,6 GMC2 160L-4B35 50Hz 4 Épület hidegvíz kör 1 NK-150/315/312/BAQE Grundfos MMG 225S Hz/FU 5 Épület hidegvíz kör 2 NK-150/315/312/BAQE Grundfos MMG 225S Hz/FU Az első három szivattyú felel a három hűtőgép elpárologtató oldalának a vízellátásáról. Ezen szivattyúk nem rendelkeznek frekvenciaváltóval, állandó munkaponton üzemelnek. A táblázat utolsó két sorában található az egész gyárat ellátó két táp- 14

20 szivattyú. Ezen szivattyúk a 4.5-ös ábra alapján párhuzamosan vannak kötve, és frekvenciaváltós hajtással rendelkeznek, tehát munkapontja folyamatosan változik. A csarnokot ellátó két párhuzamosan kapcsolt tápszivattyú a 4.6-as ábrán látható ábra Csarnokot ellátó frekvenciaváltós tápszivattyúk 4.3. A hűtőgépek bemutatása A vízgépház központi berendezései a hűtőgépek. Az McP-ben három darab hűtőgép található, melyek a HG10, HG20, HG30 jelöléssel vannak ellátva. A 3. táblázat tartalmazza ezen hűtőgépek legfontosabb műszaki adatait táblázat Hűtőgépek főbb paraméterei DMS jelzés Gyártó Tipus Q hűtő (kw) P vill (kw) Töltet m töltet (kg) COP GWP Befoglaló méret (mm) M201HG10 York YK DCDD H4 SCLE R134a x2108x2451 M201HG20 York YS CACA S3 5CCD R134a x1591x1968 M201HG30 York YK HDFV 8P R134a 760 7, x2249x2794 A 3. táblázatból kiderül, hogy mindhárom hűtőgép R134a hűtőközeggel van megtöltve. A hűtési teljesítményükben viszont jelentős különbségek fedezhetőek fel. A HG10-es hűtőgép egy turbókompresszoros hűtőgép, maximális hűtési teljesítménye 1,8 MW. A három közül ez a legidősebb hűtőgép, ez rendelkezik a legtöbb üzemórával. A HG20-as berendezés egy csavarkompresszoros hűtőgép, mely maximális hűtési teljesítménye 0,725 MW. Feladata a hűtési igények ingadozásainak kiegyenlítése csúcsidőszakban, illetve völgyidőszakban akár a teljes fogyasztás lefedése. 15

21 A HG30-as a legújabb turbókompresszoros hűtőgép a vízgépházban, maximális hűtési teljesítménye 2,5 MW. Kevés üzemórával rendelkezik, feladata a névleges hűtési teljesítményének 30%-ig terjedő hűtési igények kielégítése. A 4.7-es képen látható a három hűtőgép. Jobbról balra haladva: HG20, HG10 és végül a HG30-as hűtőgép látható ábra A vízgépházban található hűtőgépek 4.4. Az épületautomatizálási rendszer bemutatása Az épületautomatizálási rendszer felel a gyártelep teljes energetikai hálózatáért, így ez felügyeli az McP-ben található vízkörök működését is. A rendszer alapvetően decentralizált működésű, tehát, az egyes részfolyamatok szabályzása az adott berendezéshez kapcsolt saját vezérléssel történik. Az épületfelügyeleti rendszer felel a különböző részfolyamatok összekapcsolásáért is. A hűtőgépek és a hűtöttvíz hálózat vízgépházban elhelyezkedő egységeinek vezérlési- és kapcsolási sémája az M2-es mellékletben található. A 4.8-as ábrán látható a teljes hűtöttvíz hálózat kapcsolási sémája, feltüntetve rajta a lényeges szabályozó elemek szabályozhatóságának mértékét, illetve a legfontosabb mennyiségeket. Az ábrán különböző színekkel jelöltem azokat a nagyobb egységeket, melyekben fokozottan megjelenik a decentralizáltság. 16

22 4.8. ábra Hűtöttvíz hálózat felépítése 17

23 Tápszivattyúk szabályozása A 4.8-as ábrán látható kék háttérrel jelölt terület a csarnok hűtöttvíz ellátásáért felelős két tápszivattyút, és annak szabályozását ábrázolja. A hűtöttvíz kör állandó 2,5 bar statikus nyomásán felül, melyet a Reflex tartály biztosít a 4, 5 szivattyúk Δp = ~90 kpa differenciál nyomás létrehozásáért felelősek, amik az egyes fogyasztók ellátásához szükségesek. Ez a nyomáskülönbség elég ahhoz, hogy leküzdje a szerelvények, csőszakaszok és a fogyasztók okozta hidraulikai ellenállást. A két tápszivattyú frekvenciavezérlése független az épületfelügyeleti rendszertől, a szabályozását csak a differenciálnyomás befolyásolja. A differenciálnyomás értékét egy az épület hűtöttvíz gerinchálózata közé kötött 4 20 ma-es kimenetű nyomás távadó segítségével alakítja át a szivattyú saját automatizmusa megfelelő vezérlő jellé a frekvenciaváltók számára. Az épületfelügyeleti rendszer tehát csak közvetett módon szabályozza a szivattyú működését, azáltal, hogy milyen differenciálnyomás előállítást ír elő számára Hűtöttvíz köri fogyasztók szabályozása A 4.8-as ábrán sárga háttérrel jelölt terület a fogyasztók területe. A 6 C-s vízhőmérsékletből ezen fogyasztókon való áthaladást követően lesz 12 C-s a víz hőmérséklete a visszatérő ágban. A legnagyobb ilyen fogyasztók a gyár penthouse részében elhelyezkedő légkezelő berendezések, melyek feladata a csarnok belső léghőmérsékletének a szabályozása. A szabályozás ez esetben is decentralizáltan működik, tehát az egyes berendezések külön-külön szabályozzák a működésüket. A 4.9-es ábrán külön kiemeltem a légkezelő berendezések keverő körét ábra Hűtési kalorifer keverőköre 18

24 A fenti ábrán látható, hogy egy háromutas motoros szelep segítségével valósítható meg a szabályozási folyamat. A légkezelő berendezés folyamatosan méri a csarnokba befúvott, illetve az onnan elszívott levegő hőmérsékletét. A befúvás során a léghőmérséklet nem csökkenhet 16 C alá, míg az elszívott légtömeg hőmérséklete nem emelkedhet 25 C fölé. Amennyiben valamely érték a beállított határértéktől eltér, abban az esetben a háromutas motoros szelep szabályozza a keverőkörbe érkező 6 C-s víz mennyiségét. A háromutas szelep használatával egy minőségi szabályozás valósítható meg, tehát a keverőkörben áramló víz térfogatárama állandó, mindössze a hőmérséklete változik. A szabályozási folyamat ez esetben is csak közvetetten kapcsolódik az épületfelügyeleti rendszerhez, hiszen a motoros szelepet csak a hőmérsékletértékek irányítják. Az épületfelügyeleti rendszer csak a légkezelő berendezés indítását szabályozza. Amennyiben a csarnokban elhelyezett hőmérők által mért értékek átlaga meghaladja a 22 C-s hőmérsékletet akkor egy újabb légkezelő berendezést indít el a rendszer. A számos párhuzamosan kapcsolt keverőkör egymástól függetlenül állítja a saját szelepinek nyitottságát, így a rendszerben a hidraulikai ellenállás pillanatról pillanatra változhat. Ezen változás okozza az előző pontban megjelenő Δp differenciálnyomás változását. A nyomáskülönbség széles határok között változhat, ezért szükséges a frekvenciaváltós szivattyúk alkalmazására Hűtőgép irányítása A 4.8-as ábrán a rózsaszín hátterű terület jelöli a hűtőgépeket. A hűtőgépek működése is decentralizált, tehát az épületfelügyelet jelen esetben is csak felügyelő szerepet tölt be. A hűtőgépek szabályozásának alapja az, hogy az elpárologtatóból kilépő víz hőmérséklete 6 C legyen. Az elpárologtatóba belépő és onnan kilépő víz hőmérsékletéből adódó Δt hőfoklépcső alapján szabályoz a hűtőgép. A 4.10-es ábrán látható a berendezések szabályozásának módja. A hűtőgép minden esetben feltételezi azt, hogy az elpárologtatóján állandó térfogatáram áramlik keresztül. 19

25 4.10. ábra A hűtőgép szabályozásának módjai A 4.10-es ábrán ötféle üzemállapotot ábrázoltam. Az első eset a teljes terhelés esete, mely során a hűtőgépnek a visszatérő 12 C-s vizet 6 C-s hőfokúra kell lehűtenie. Ehhez a teljes hűtés teljesítményére szüksége van, tehát ez a 100%-os terhelt állapot. Amennyiben a visszatérő víz hőmérséklete nem éri el a 12 C-t akkor a hűtőgép részterheléses üzemben fut. Ez esetben csak a maximális teljesítményének tört részét adja le. A harmadik esetben mind a visszatérő, mind az előremenő víz hőmérséklete negatív értékben tér el az elméleti határoktól. Ez esetben a hűtőgép visszaszabályozza magát, hiszen az előremenő vezetékben a vízhőmérséklet alacsonyabb, mint az elvárt, így elegendő részterheléssel működnie. A negyedik esetben az előremenő vízhőmérséklet magasabb, mint az elméleti érték, míg a visszatérő vízhőmérséklet alacsonyabb, mint az elvárt. Ez esetben a legfontosabb, hogy a hűtőgép előállítsa a 6 C-s előremenő vízhőfokot, amihez felszabályozza magát, tehát nagyobb hűtési teljesítménnyel kezd el dolgozni. A felszabályozás ez esetben csak részterhelést eredményez, hiszen ha 100%-ra szabályozná fel magát, akkor hidegebb vizet állítana elő, mint az előírt 6 C. 20

26 Az utolsó esetben mind az előremenő, mind a visszatérő ág hőmérséklete nagyobb, mint az előzetesen elvárt érték, ami miatt a hűtőgép felszabályozná magát. Mivel magasabb hőmérsékletről kell a vizet visszahűtenie, ezért még maximális hűtési teljesítmény esetén sem tudja előállítani a megfelelő, 6 C-s hőmérsékletű vizet az előremenő ágban. Ez esetben az épületfelügyeleti rendszer észleli a hűtési teljesítmény elégtelenségét, és egy új hűtőgép indításával igyekszik előállítani a megfelelő vízhőmérsékletet Hűtőgép indulásának folyamata A hűtési igény növekedésével a háromutas szelepek egyre több hűtött vizet kevernek be a hűtési kaloriferek keverő körébe, így a csarnok tápszivattyúi egyre magasabb fordulatszámon üzemelve egyre több vizet szállítanak a csarnokba. Mivel a csarnokba egyre több 6 C-s víz áramlik, ezért a visszatérő 12 C-s ágban a térfogatáram is növekedni fog. A hűtőgépen átáramló víz mennyisége nem változik, hiszen a tápszivattyú állandó munkapont üzemel. A hűtőgépen átáramló víz hőmérséklete viszont egyre magasabb és magasabb lesz, aminek következtében a létrejövő Δt hőfokkülönbség növekedni fog. A hűtőgép, érzékelve, hogy nagyobb hőfokkülönbséget kell létrehoznia, felszabályozza magát. Amennyiben a hűtési igény drasztikusan növekszik, és az aktuálisan működő hűtőgép több mint 6 percig nem képes előállítani az előremenő ágban a 6 C-s vízhőmérsékletet az épületfelügyeleti rendszer elindítja a következő hűtőgépet. 21

27 4.11. ábra Hűtőgép döntési folyamatábrája A hűtőgépek indításának döntési folyamatábrája látható a 4.11-es ábrán. Új hűtőgép indításához, az épületfelügyelet kinyitja a hűtőgép kondenzátor oldalánál lévő motoros szelepet, elindítja az elpárologtató oldal tápszivattyúit, illetve kiküldi a gépnek az indítójelet. A kondenzátor oldalon lévő szelep megnyitását érzékeli a kondenzátor oldali tápszivattyúk vezérlő egysége, s elindítja a tápszivattyúkat, s ezzel a folyadékáramlást a kondenzátor oldalon. Ez a folyamat függetlenül játszódik le, nincs közvetlen kapcsolat az épületfelügyeleti rendszer és a kondenzátor oldali tápszivattyúk között. A tápszivattyúk működésének a feltétele tehát a nyitott kondenzátor oldali 22

28 szelep, illetve a 200 kpa-os differenciálnyomás, amit folyamatosan fenn kell tartaniuk. Amennyiben a hűtőgép megkapja az engedélyező jelet, akkor az épületfelügyelettől függetlenül megvizsgálja, hogy meg vannak-e a feltételek az induláshoz. A hűtőgép egy áramláskapcsoló segítségével vizsgálja, hogy ténylegesen van-e áramlás mind az elpárologtatóban, mind a kondenzátorban. Ellenőrzi, hogy nem zárlatos-e a berendezés, illetve, hogy megvan-e a kompresszor kenéséhez szükséges nyomás a gépen belül. Továbbá megvizsgálja, hogy az elpárologtatóba érkező víz hőmérséklete alapján érdemes-e elindulnia vagy sem. Végezetül ellenőrzi, hogy van-e még az épületfelügyelet részéről engedélyező jel. Amennyiben mindent rendben talált, elindítja a kompresszorát. Amennyiben a fent felsorolt feltételek valamelyike nem teljesül maradéktalanul a hűtőgép nem indul el. 23

29 5. A MCP ÉVES HŰTÉSI IGÉNYE A 4. fejezetben ismertettem az EVZ felépítését, a különböző hűtési köröket illetve a hűtési rendszer működésének elvét. A rendszer optimalizálásához elengedhetetlen ismerni, hogy milyen hűtési igények merülnek fel a gyár éves működése során, mi az a terhelés, amire méretezni kell a rendszert. A gyár hűtési igénye számos tényezőtől függ. Először meg kell vizsgálni, az igények éves alakulását továbbá vizsgálni kell, hogy mely területek milyen mértékben igénylik a hűtést. Az igények éves alakulásának vizsgálatára számos módszer áll rendelkezésre: a gyár villamos áram fogyasztásának nyomon követése, a hűtöttvíz kör Δt hőmérsékletkülönbségének-, illetve a külső légköri hőmérséklet éves alakulásának megfigyelése is megfelelő eredményekhez vezethet. Az épületfelügyeleti rendszerből lekérdezett mérési adatok a október 1.-étől szeptember 30.-ig terjedő időintervallumból álltak rendelkezésemre. Az alábbi pontokban látható diagramok X tengelyén minden esetben valamilyen időintervallumot fogok feltüntetni. A továbbiakban részletezem a mért adatokból kiértékelt eredményeket A MCP éves villamos energia fogyasztásának alakulása A gyár hűtési igényének kielégítéséhez mindenképp szükség van elektromos áramra. A kompresszoros hűtőgépeken kívül az őket ellátó szivattyúk szintén elektromos áramot fogyasztanak, így a hidegvíz igény növekedésével párhuzamosan szükségszerűen növekszik a villamosáram-fogyasztás is. A legnagyobb különbségek természetesen a fűtési és a hűtési időszak csúcsterheléseinél figyelhetőek meg. A januári és augusztusi villamos fogyasztás egymáshoz mért alakulása az 5.1-es ábrán látszódik. 24

30 5.1. ábra Januári és júniusi villamos fogyasztás alakulása Az ábrán látható, hogy a piros szaggatottal jelölt Augusztusi átlagfogyasztás 17%- al nagyobb mint a Január hónapban mért villamosáram-fogyasztás. A jelentős különbség oka természetesen a nyári hónapok hűtési igényének drasztikus növekedése. A gyártósorok, az irodák, a légkezelő berendezések, kompresszorok, hűtőtornyok egész évben nagyjából állandó mértékben, valamilyen ciklikusság szerint, fogyasztanak elektromos áramot, viszont a hűtőgépek csak a nyári hűtési szezonban üzemelnek. Így a Januári fogyasztás, tulajdonképpen tekinthető egyfajta alapterhelésnek is, amely egy megfelelő viszonyítási pont a további vizsgálatok számára A hűtőgépek leadott teljesítményének éves alakulása A leadott hűtési teljesítmény vizsgálata közvetett módon lehetséges. Ismerni kell a hűtőgép elpárologtatójába érkező és onnan eltávozó víz hőmérsékletét, továbbá a víznek a fajhőjét illetve tömegáramát. Ezen adatokból az alábbi képlettel számítható a hűtőgép által leadott hűtési teljesítmény: Q = (c ρ V t)/3600 (5.1) Ahol a t = t V t E. A t V jelöli a visszatérő a t E az előremenő vízhőfokot a c a víz fajhőjét és a ρ a víz sűrűségét. A fajhő és a sűrűség a hőmérséklet függvényében változik ugyan, viszont ez esetben elhanyagolható a változás mértéke. A vizsgált időszak legkisebb és legnagyobb vízhőmérsékletéhez tartozó fajhő és sűrűség értékek az 5.1-es táblázatban láthatóak: 25

31 5.1. táblázat Fajhő és sűrűség a vízhőfok függvényében Vízhőfok [ C] Fajhő [kj/kgk] Sűrűség [kg/m 3 ] 5,443 4, ,886 14,868 4, ,877 Az 5.1-es táblázatból látszódik, hogy a leghidegebb és a legmelegebb vízhőfokhoz tartozó fajhőkülönbség mindössze 5 században, a sűrűség pedig mindössze egy században tér el. Így a számításaim során e két hőfokhoz tartozó átlag-fajhő és átlag-sűrűség értékkel számoltam, mely megközelítőleg pontos értéket eredményez. A táblázat állandó nyomáson vett fajhőértéket tartalmaz. A táblázatban szereplő adatokat a Refutil nevű programból olvastam ki. A hűtőgépek által leadott hűtési teljesítmény alakulása az augusztus 1-31-ig terjedő időintervallumból az 5.2-es ábrán tekinthető meg ábra Augusztusi hűtési teljesítmény Megfigyelhetőek a napi ingadozások, ezek az éjszaka és nappal váltakozásaiból következnek. Augusztus huszadikát követően egy éles törés tapasztalható a hűtési teljesítményben, mind a hétköznapi, mind a hétvégi átlagok sokkal alacsonyabbak, mint a hónap elején mért átlagok. A hónap első felében a napi csúcsértékek 1,8 MW körül alakultak átlagosan, melyek a délelőtti és délutáni órákban voltak jellemzőek. Az éjszaka során átlagosan 1 MW-ra csökkent le a hűtési teljesítmény. A hónap második felében még a déli órákban sem emelkedett 1 MW-nál jelentősen feljebb a hűtési teljesítmény, s az éjszaka során 0,5 MW-ra csökkent le a teljesítmény értéke. 26

32 Az ábrán pirossal feltüntettem az Augusztus 20.-a előtti és utáni hűtési teljesítmény átlagát. Látható, hogy 20.-a előtt átlagosan 1,4 MW volt a leadott hűtési teljesítmény, míg 20.-át követően ez az érték 0,75 MW-ra csökkent A külső hőmérséklet alakulása A hűtési igény éves alakulásában rendkívül fontos szerepet játszik a külső hőmérséklet változása. Éves viszonylatban egyértelmű a hidegvíz igény hőmérséklettől való függése, viszont érdemes megvizsgálni, hogy heti szinten hogyan követik egymást a külső hőmérsékletek illetve a hűtési igények. Az 5.3-as ábrán láthatóak Augusztus hónap első három hetének hőmérsékleti illetve villamos fogyasztási adatainak összefüggése ábra Hűtési igény hőmérséklet függése Az 5.1-es fejezetben taglaltak szerint a villamos áramfogyasztás tökéletesen leköveti a hűtési igényt. Az 5.3-as ábrából kiderül, hogy a hőmérsékletingadozás szintén egy jelentős befolyásoló tényező. Ennek oka az, hogy a csarnok belső hőmérsékletét a légkezelő központokon keresztül szabályozzák. A légkezelő berendezések közvetlenül a külső levegőt szívják be, amely ha hirtelen felmelegszik, akkor a csarnok belső hőmérséklete nagyon gyorsan reagál. Az ábrán látható, hogy Augusztus második hetében a külső hőmérséklet közel állandó értéket vett fel, s a villamos áramfogyasztás sem változott jelentősen. Augusztus harmadik hetében napról napra csökkent a külső átlaghőmérséklet, s ezt a villamos áramfogyasztás pontosan lekövette. 27

33 Az 5.4-es ábrán látható, hogy hogyan alakul egy adott napon a külső hőmérséklet és a villamos teljesítmény maximális értéke. A diagramon szereplő villamos fogyasztási adatokat, az Émász által negyedórás mérési adatok felhasználásával készült, úgynevezett terhelési görbe értékeinek felhasználásával készítettem el. A diagram Y tengelyén szereplő Emax egy negyedórás mérési intervallum csúcsértékét jelenti. Ezen csúcsértékek átlagolásával kaptam meg a villamos fogyasztási adatokat ábra Augusztus 4.-i villamos teljesítmény külső hőmérsékletfüggése A hőmérséklet és villamos fogyasztás napi nyomon követésénél még pontosabban megfigyelhető a kapcsolat. Látható, hogy éjféltől hajnal 5-ig párhuzamosan csökken a villamos teljesítmény a hőmérséklettel. 6 órától, exponenciálisan nő a hőmérséklet és a villamos teljesítmény is. Természetesen ez nem csak a hőmérséklet növekedésének a következménye, 6 órától indul be a termelés, tehát a berendezések, és a csarnokban tartózkodó emberek jelentősen megnövelik a csarnoklevegő hőmérsékletét A gyár hűtöttvíz igényének területi megoszlása Az előzőekben bemutattam milyen hűtöttvíz igények lépnek fel egy évre vonatkozólag. Az igények szempontjából nagyon fontos tényező az, hogy a gyár mely területei milyen mértékben igénylik a hűtést. E szempont szerint két nagyobb területet különböztethetünk meg: ezek a gyártócsarnok illetve az irodák. 28

34 A csarnok hűtési igénye A csarnok hűtési igénye alapvetően két nagyobb területre bontható: először a csarnok légterének a hűtésére, másodszor a csarnokban található technológiai hűtés Léghűtés A csarnok légterének hűtéséről az épület energetikai szintjén található légkezelő berendezések gondoskodnak. Ezen gépek az épület északi oldala felől szívják be a külső légköri hőmérsékletű levegőt, majd különböző légkezelési, szűrési lépéseken keresztül bejut a csarnokba. Amennyiben a külső hőmérséklet növekszik, úgy a csarnok belsejébe befújt levegő hőmérséklete is növekedni fog, s ezt a csarnokban elhelyezett számos hőmérsékletmérő érzékeli. Amennyiben a hőmérséklet eléri a 22 C-s szintet, akkor a légkezelő berendezés elkezdi hűteni a beérkező friss levegőt. A légközpont hűtőbordáin keresztüláramlik a hideg víz, így hűtve le a levegőt. A hűtőbordákon átáramló hideg víz felmelegszik, s ezzel megnő a hűtőgépek felé visszatérő vezetéknek a hőmérséklete, s ezt érzékelve a hűtőgépek mind nagyobb és nagyobb hűtési teljesítménnyel kezdenek el dolgozni. Az 5.5-ös ábrán látható egy, a csarnok légellátásáért felelős légkezelő berendezés Technológiai hűtés 5.5. ábra Légkezelő berendezés A technológiai hűtés, a csarnokban található berendezések hűtött vízzel való hűtését hivatott szolgálni, ami a McP esetében nem áll fenn. Tehát jelenleg nincs olyan berendezés a csarnokban, amely olyan aktív hűtést igényelne, hogy rá kelljen kötni a 6 C-s hűtési hálózatra. Mindenképp érdemes viszont megemlíteni, hi- 29

35 szen ipari körülmények között egy ilyen jellegű igény bármikor fennállhat így kapacitásszámítás során mindenkép számolni kell ezen tényezővel Hűtéseloszlás A fent bemutatottak alapján megállapítható, hogy a csarnok hűtési igénye teljes egészében a levegő hűtésére fordítódik. Ezt az állítást támasztja alá a hűtési igény szezonalitása is, hiszen amennyiben a külső hőmérséklet alacsony, a légkezelő berendezések működése során nincs szükség a beérkező levegő hűtésére Kiszolgáló helyiségek hűtési igénye A kiszolgáló helyiségek alatt az irodákat, tárgyalókat, öltözőket, konyhát és az étkező helyiséget kell érteni, tehát azon részeket, amik nem kifejezetten a gyártási területhez tartoznak Irodák hűtése Az irodák hűtéséről az úgynevezett fancoilok gondoskodnak. A fancoil működési elve az, hogy egy hőcserélőn keresztül fújja a ventilátor a levegőt, amely a hőcserélőben lévő hidegvíz hatására lehűl. [2] Az irodák hűtését azért csoportosítottam külön, mert azoknál csak hétköznap merül fel igény, tehát a nyári időszak 2/7 részében ezen helyiségekben nincs szükség a hűtött vízre Egyéb kiszolgáló helyiségek hűtése A többi kiszolgáló helyiség a hét minden napján folyamatosan üzemel, hiszen azokat a csarnokban dolgozó emberek használják, akiknek biztosítani kell a megfelelő körülményeket a munkájuk során Hűtési igény megoszlása A csarnok levegőjének hűtésére a teljes igény 67%-a fordítódik éves viszonylatban, míg a maradék 33%, a fancoilok által, a kiszolgáló helyiségek hűtését látja el. Tehát a hűtőgépek által előállított 6 C-s víz csak léghűtési feladatokat lát el, emiatt szezonális a hűtőgépek működtetése. 30

36 6. A YORK HDFV P8 TÍUSÚ HŰTŐGÉP BEMUTATÁSA A dolgozatom tárgyát képező hűtőgép egy 2,5 MW maximális hűtési teljesítményű turbókompresszoros hűtőgép. A berendezés hátulnézeti ábrája látható a 6.1-es ábrán ábra York hűtőgép hátulnézeti képe A berendezés az EVZ épület, vízgépházában került elhelyezésre a másik két hűtőgép mellé. A befoglaló méreteit tekintve a teljes berendezés hossza 5688 mm, szélessége 2279 mm és a magassága 2794 mm. A 6.1-es ábrán látható hátulnézeti képen a berendezés kondenzátora, kompreszszora illetve a hajtást biztosító elektromos motor. Mind az elpárologtató, mind a kondenzátor kétjáratú, tehát egyazon oldalon érkezik be és távozik el belőle a folyadék. A berendezés felső részén található a kompresszor, a hajtást biztosító elektromos motor, illetve a vezérlőegység. A vezérlőegységhez tartozik egy kijelző is, melyen a manuális beállítási lehetőségek mellett a legfontosabb üzemi paraméterek jeleníthetőek meg. 31

37 A hűtőgépben egy fojtásos, szárazciklusú, utóhűtéses, kompresszoros körfolyamat valósul meg. A következő fejezetben bemutatom, hogy hogyan valósul meg a berendezésen belül az egyfokozatú kompressziós körfolyamat Hűtőgép működése A hűtőgép működésének elvét a York típusú hűtőgép metszeti képének segítségével szeretném bemutatni. A gép metszeti képe a 6.2-es ábrán látható. Az ábrán fel vannak tüntetve a berendezés, körfolyamat szempontjából legfontosabb részei, továbbá a hűtőközeg állapotváltozásai is jól nyomon követhetőek ábra York típusú hűtőgép metszeti rajza [3] A kompresszoros hűtőgépben a kompresszor a hűtőközeget száraz telített állapotban szívja el az elpárologtatóból a szívócsövön keresztül. A gőz először egy szabályozó, előperdítő lapátsoron halad keresztül majd a kompresszor megnöveli a gőz nyomását és hőmérsékletét. A már nagynyomású gőz a nyomócsövön keresztül a kondenzátorba jut, ahol leadja a kompresszió során felvett energiát. A berendezés rendelkezik még egy utóhűtővel, amely a folyamat fajlagos hűtőteljesítményének javítását szolgálja. A kondenzáció végén a nagynyomású gőzből 32

38 nagynyomású folyadék keletkezik. Ez a nagynyomású folyadék egy változtatható fojtószelepen halad keresztül, ahol elveszíti nyomási energiájának jelentős részét, majd kisnyomású folyadékként lép be az elpárologtatóba. A hűtő körfolyamat a megfelelő hűtőközeg alkalmazása nélkül nem valósulhat meg. A következő fejezetben részletezem a dolgozatom tárgyát képező hűtőgépben alkalmazott hűtőközeget, illetve annak tulajdonságait Hűtőközegek A körfolyamat legfontosabb eleme a hűtőközeg. A nem megfelelően megválasztott hűtőközeg ellehetetleníti a hűtőgép működését, így a tervezés során nagy gondot kell fordítani a kiválasztásra. Az energetikai célok elérése mellett ügyelni kell a vonatkozó jogszabályok és környezetvédelmi szabályozások betartására is. Elsőként megvizsgálom a jogi és környezetvédelmi szempontoknak való megfelelőséget. A vizsgálat tárgyát képező hűtőgép hűtőanyag-töltete R134a típusú hűtőközeg. Az R134a kódjel az 1,1,1,2 tetrafluoretán (F 3 CCH 2 F) [4] kémiai vegyületet takarja. A közeg biztonsági lapja alapján az alábbiak állapíthatóak meg: alacsony toxicitású emberi szervezettel érintkezve fagyási sérüléseket okozhat alkáli fémekkel és alkáli földfémekkel hevesen reagálhat magnéziummal, vagy 2%-nál magasabb magnézium tartalmú ötvözetekkel nem lép reakcióba veszélyes halogén savak képződhetnek hőbomlás, vagy hidrolízis útján normál légköri körülmények között nem gyúlékony [3] az ODP (Ozone Depletion Potential, [5] Ózonlebontó potenciál) értéke 0 a GWP (Global-warming potential, Globális felmelegedési potenciál) értéke 1300 [6] Az energetikai célok megvalósítása során ügyelni kell arra, hogy az elpárolgási és kondenzációs hőmérséklet a lehetséges alkalmazási tartományon belül legyen. A folyamat szempontjából elengedhetetlen, hogy az elpárolgási és kondenzációs nyomás viszonya ne legyen túl nagy, illetve, hogy a kompresszor véghőmérséklete ne lépje túl a kritikus ponthoz tartozó hőmérsékletet. 33

39 Az energetikai folyamatanalízisre rendkívül alkalmas az úgynevezett logp-h diagram, melyben a folyamat során megvalósuló nyomás és hőmérsékleti értékek nyomon követése lehetséges logp-h diagram Az R134a hűtőközeg töltetű hűtőgépben lejátszódó körfolyamat logp-h diagramja látható a 6.3-as ábrán. A diagram megrajzolásához a Refutil nevű programot használtam ábra A hűtőgében lezajló körfolyamat logp-h diagramja A 6.3-as ábrán látható, hogy az elpárolgás (4-1) 6 C-s hőmérsékleten történik meg. A kompresszió során az elpárologtatóban lévő hűtőközeget p elpár. =3,8 bar nyomásról, p kond. =12 bar nyomásra komprimálja fel a kompresszor. A körfolyamat nyomásviszonya ebből kifolyólag az alábbiak szerint alakul: π = p kond. = 12 = 3,157. (6.1) p elpár. 3,8 A körfolyamat nyomásviszonya megfelelő, mivel π < 8. A kompresszió véghőmérséklete T kv =48 C, ami szintén az optimálisan beállított körfolyamat feltétele. [6] A kondenzátoron 44 C-s hőmérsékletű, p kond =12 bar nyomású hűtőközeg áramlik keresztül Hűtőgép szabályozásának módjai Egyfokozatú kompresszorral ellátott hűtőgépek esetén az alkalmazási tartománynak számos korlátja van, hiszen a szabályozásához különleges berendezésekre van szükség. Az egyfokozatú kompresszorral ellátott hűtőgépek esetén az alábbi lehetőségek adottak a szabályozásra: 34

40 előperdítő lapátsor frekvenciaváltós hajtás A YK HDFV P8 szabályozásának módjai A York HDFV P8 típusú hűtőgép szabályozását és ellenőrzését egy mikroproceszszoros szabályozó központ látja el. A szabályozás alapja, az elpárologtatóból kilépő hűtött folyadék állandó hőmérsékletének fenntartása. Mivel az elpárologtatóba belépő folyadék hőmérséklete széles határok között változik, ezért szükséges a kompresszor teljesítmény szabályozása. A változó terheléshez a kompresszor teljesítményét a járókerék előtt elhelyezkedő előperdítő lapátokkal lehet beállítani. Az előperdítő lapátok láthatóak a 6.4-es ábrán. 6.4 Kompresszor előperdítő lapátok [7] A lapátok helyzetét a kompresszor házán kívül felszerelt elektromotor működtető karjával automatikusan szabályozza a mikroprocesszor. Az előperdítő lapátok teljes terhelés esetén teljesen nyitottak, legkisebb terhelésnél teljesen zárt állásúak. [3] Az előperdítő lapátokon kívül kompresszort hajtó motor fordulatszám változtatása révén lehet szabályozni a körfolyamatot. A frekvenciaváltós motor 0-50 Hz között tudja változtatni a frekvenciáját, s így a fordulatszámát. A hűtőgép mikroprocesszora automatikusan állítja mind az előperdítő lapátokat, mind a motor fordulatszámát, annak érdekében, hogy az elpárologtatóból távozó víz hőmérséklete állandó 6 C-s hőmérsékletű legyen. Manuális üzemben is lehet használni a berendezést, tehát van lehetőség arra, hogy külsőleg szabályozzuk mind az előperdítő lapátokat, mind a motor fordulatszámát. 35

41 Optimális működésének feltétele A hűtőgép akkor működik optimálisan, ha az elpárologtatóból távozó víz hőmérséklete állandó 6 C hőmérsékletű. A mikroprocesszor e tényezőt elsődleges prioritással kezeli, minden más optimumra való törekvést alárendel ennek. Az előperdítő lapátok és a fordulatszám szabályozás kettős jelenléte lehetőséget ad arra, hogy energetikailag is hatékonyan tudjon működni. Az előperdítő lapátok állítása mellett lehetőség van a fordulatszám szabályozás segítségével az áramfelvételt szabályozni. Az áramfelvétel szabályozhatósága révén a gép energetikai hatékonysága változtatható COP értéke Az energetikai hatékonyságot számos módon ki lehet fejezni. Hűtőgépek esetén a COP érték használatos, mely az angol Coefficient Of Performance [8] (Teljesítmény tényező) kifejezésből ered. A COP értéke kifejezi, hogy egységnyi hűtési teljesítményhez, mekkora elektromos teljesítményfelvételre volt szükség. Tehát a COP érték a körfolyamat által nyert és a befektetett munka hányadosa. COP = Q H W vill. [8] (6.2) Minél nagyobb egy hűtőgép COP értéke, annál magasabb a jósági foka. A dolgozatom tárgyát képező hűtőgép adattábláján szerelő, névleges üzemi ponthoz tartozó COP értéke 7,5. Ez a kompresszoros hűtőgépek esetén egy kimagaslóan jó értéknek számít. A továbbiakban az épületfelügyeleti rendszer által rögzített adatok alapján megvizsgálom a gyári paraméterek helyességét, illetve, hogy mely az az üzemi tartomány melyben a leghatékonyabb a működése a berendezésnek. A York HDFV típusú hűtőgép augusztus 2.-tól 21.-ig tartó tesztüzem során, átlagosan napi 22,44 órát működött. A diagramok elkészítése során, ezen időszak során mért adatokat használtam fel A hűtőgép COP értékének napi alakulása A 6.5-ös ábrán látható, hogy hogyan viszonyul egymáshoz a hűtőgép elpárologtatóján áthaladó térfogatáram mennyisége a COP értékéhez. 36

42 6.5. ábra Térfogatáram és COP érték napi ingása A fenti ábrán a kékkel jelölt térfogatáram értéke az előzetes várakozásoknak megfelelően alakult, hiszen a nap folyamán reggel 6 órától egészen 15 óráig monoton emelkedik a hűtöttvíz igény. Az igények növekedésével meglepő módon nem emelkedett a COP értéke. Látható, hogy minél nagyobb a hűtési igény annál roszszabb COP értékkel dolgozott a berendezés. Mivel a vizsgált időszakban egyedül a HG30-as gép működött, ezért arra lehet következtetni, hogy a hűtőgép nem a hűtési kapacitásának felső tartományában működik energetikailag a leghatékonyabban. A pontosabb eredmények érdekében megvizsgáltam, hogy az augusztus 2.-tól 21.-ig terjedő időintervallumban hogyan viszonyult egymáshoz a hűtöttvíz hálózat gerincvezetékében mért térfogatáram és a COP értékének változása A COP értékének Augusztus havi alakulása A 6.6-os ábrán kék színnel jelöltem a hűtöttvíz hálózat 6 C-os előremenő gerincvezetékében áramló víz térfogatáramát, illetve pirossal a COP értékének alakulását. A diagram elkészítéséhez óránkénti adatok álltak rendelkezésemre. 37

43 6.6. ábra Térfogatáram és COP értékének havi alakulása A térfogatáramok esetében nagyon élésen megfigyelhető ciklikusság jelentkezik, amely a nappalok és éjszakák váltakozásából adódik. A nappali csúcsértékek 335 m 3 /h átlagértéket mutatnak, míg az éjszakai minimumok 265 m 3 /h értékre adódnak. A vizsgált időszak első felében a COP értékében szintén megfigyelhető egyfajta ciklikusság. Látszódik az előző pontban megismert tény, miszerint a hűtőgép COP értéke magas hűtési teljesítmény igény mellett alacsonynak adódik. Látható, tehát, hogy a korábban példaként felhozott napi alakulás nem csak egy lokálisan kiugró érték, hanem több nap esetén is hasonló tapasztalatok vannak. A vizsgált időszak második felében a COP értékének hirtelen és nagymértékű ugrálása figyelhető meg. Ennek oka a hűtési igény hirtelen változásaiban keresendő. Az 5.3-as ábrán bemutatott diagramban kiemeltem, hogy Augusztus hónap második felében a hirtelen lecsökkent napi átlaghőmérséklet jelentősen befolyásolta a hűtési igényeket. Ez a változás mutatkozik meg a COP értékben is, hiszen az igények csökkenésével, a hűtőgép is kisebb hűtési teljesítményen üzemelt, ami a COP értékének növekedését eredményezte COP értékének hűtési teljesítményfüggése A COP értékének térfogatáramtól való függésének vizsgálatához készítettem egy olyan diagramot, amely a hűtőgép terhelését ábrázolja a hűtési teljesítmény függvényében. 38

44 6.7. ábra A hűtési teljesítmény és a COP érték kapcsolata Látható, hogy a hűtőgép hűtési teljesítményének alsó tartományában a COP értéke is alacsonynak adódott és 1600 kw-os hűtési teljesítmény tartományon belül kaptam a legjobb COP értéket, itt megfigyelhetőek 7,8-as értékek is. Tehát energetikailag ekkor volt a leghatékonyabb kw hűtési teljesítmény felett már csak egy-egy kiugró esetben fordult elő 6 fölötti COP érték, ami egyértelműen jelzi, hogy hol van az a határ, ami fölött már energetikailag nem a hatékony a működése. A diagramon zölddel jelzett területen belül a található az a tartomány, amelyben energetikailag a legkedvezőbben lehet üzemeltetni. A diagramban található fekete színnel jelölt görbe, a különböző hűtési teljesítményekhez tartozó átlagos COP értéket hivatott mutatni, mely egy trendvonalként is funkcionál. A vízszintes szakaszok jelenítik meg egy adott tartományban az átlagos COP értéket. Az első vízszintes szakasz a 10-20%-os hűtési teljesítménytartományhoz tartozó átlagértéket-, míg az utolsó vízszintes a 60-70%ig terjedő hűtési teljesítménytartomány átlag COP-t jeleníti meg. A görbéből kiderül, hogy ha a hűtőgép a maximális hűtési teljesítményének 40-50%-t adja le akkor átlagosan 5,5 a COP értéke, tehát ez az a tartomány ahol a legkedvezőbb üzemeltetni. A HG30-as hűtőgép COP értékének kiszámításához a tesztüzem során mért adatok álltak a rendelkezésemre. A tesztidőszak során kapott eredményekből kiderül, 39

45 hogy a rendszerben nem csak időlegesen keletkeznek üzemzavarok, hanem, mint ahogy az a COP értékből is kiderül, a berendezések hatékony működését gátló folyamatos jellegű problémák találhatóak. A következő fejezetekben feltárom a fennálló szabályozás- és méréstechnikai problémákat, amelyek többek között a hűtőgép COP értékének romlását eredményezték Hűtőgép szabályozása A hűtőgép indulásának elméleti metódusát a as fejezetben taglaltam. Ebben a fejezetben megvizsgálom, hogy a gyakorlatban milyen tényezők hatnak az indulásra, illetve, hogy melyek azok a jelenleg fennálló problémák, melyek ezt a folyamatot gátolják Hűtöttvíz kör elméleti működése A hűtőgép az indulási folyamat során megvizsgálja, hogy van-e az elpárologtatóban, illetve a kondenzátorban folyadékáramlás, ezt egy áramláskapcsoló segítségével ellenőrzi. A HG30-as hűtőgép számára az ideális működéshez szükséges elpárologtató oldali térfogatáram az alábbi egyenlet megoldásából adódik: Q H = Ahol t = t v t e és t v = 12 illetve t e = 6 (c m t) (6.3) A (6.3) egyenletet átrendezve, az 5.1-es táblázat fajhőre vonatkozó adatát behelyettesítve, az alábbi egyenletet kaptam: m = Q h 3600 c t = ,1 6 = ,65 kg h. (6.4) A térfogatáram és tömegáram kapcsolatát kifejező összefüggés az alábbiak szerint alakul: ρ = m V. (6.5) Átrendezve a (6.5) egyenletet és behelyettesítve a tömegáramra kapott eredményt illetve az 5.1-es táblázatban található sűrűségértékeket, az alábbi eredményt kapjuk: V = m = ,65 m3 = 365, (6.6) ρ 999,8814 h 40

46 Az eredményül kapott 365,89 m 3 /h-s eredményt a könnyebb számíthatóság érdekében 370 m 3 /h-ra kerekítettem Hűtöttvíz rendszer elméleti működése a hűtőgép 100%-os terheltsége mellett Ahhoz, hogy a hűtőgép le tudja adni teljesítményének a 100%-t jelentő 2,5 MW-t, szükséges tehát az, hogy az elpárologtatóján közel 370 m 3 /h víz áramoljon keresztül. Továbbá, hogy az elpárologtatóba belépő és onnan kilépő víz hőmérséklete között 6 C legyen a hő lépcső. Ezt az elméleti esetet szemlélteti a 6.8-as ábra is ábra 2,5 MW hűtési teljesítmény leadásához szükséges feltételek. Az ábrán látható, hogy a hűtőgépen 370 m 3 /h térfogatáramnyi víz halad keresztül, illetve, hogy a 4-es és 5-ös jelű csarnokot ellátó tápszivattyúk szintén 370 m 3 /h vizet szállítanak. Így a beépített by-pass ágon 0 m 3 /h folyadék áramlik keresztül. Ebben az állapotban tehát a hűtőgép a teljes hűtési kapacitását kihasználja Hűtöttvíz rendszer elméleti működése a hűtőgép 50%-os terheltsége mellett Az 5. fejezetben ismertetett adatok alapján nincs folyamatosan akkora igény, hogy a hűtőgép kihasználja a teljes kapacitását, így a 6.9-es ábrán bemutatok egy olyan esetet, amikor a hűtőgép csak a maximális teljesítményének 50%-ával üzemel. 41

47 6.9. ábra 1,25 MW teljesítmény leadásához szükséges feltételek Az ábrán látható, hogy a gyár által kívánt térfogatáram 185 m 3 /h, illetve a gyárból visszaérkező víz hőmérséklete 12 C. Mivel a 4-es és 5-ös számú csarnok tápszivattyú, csak 185 m 3 /h, 6 C-s vizet igényel a hűtőgéptől ezért a maradék 185 m 3 /h térfogatáram a by-pass ágon halad keresztül. Ennek az az oka, hogy a 3-as jelzésű hűtőgép tápszivattyú az állandó 50Hz-es hajtással rendelkezik, tehát állandó térfogatáramot biztosít a hűtőgép számára. Mivel a hűtőgép akkor üzemel a legjobban, ha mind az elpárologtató-, mind a kondenzátor oldalán a megfelelő menynyiségű folyadék áramlik keresztül ezért az az ideális, ha a maximális 370 m 3 /h-nyi folyadék áramlik az elpárologtatóján keresztül. A hűtőgépből 6 C hőmérsékletű víz távozik, melynek a fele a gyártócsarnok igényeinek fedezésére fordítódik, míg a másik fele a by-pass ágon visszakering a hűtőgépbe. A by-pass ágban keringő 6 C-s víz a csarnokból visszatérő vezetékbe csatlakozva lecsökkenti annak, eredetileg 12 C-s hőmérsékletét 9 C-ra. Így a hűtőgépen már csak a 9 C hőmérsékletű, de már 370 m 3 /h térfogatáramú víz fog keresztülhaladni. A hűtőgép folyamatosan méri az elpárologtatójába érkező víz hőmérsékletét, és az alapján szabályozza a kompresszor motorjának frekvenciáját, illetve az előperdítő lapátok állását. A 6.9-es ábrán vázolt esetben a Δt hőmérsékletkülönbség mindössze 3 C-nak adódik, hiszen a tv = 9 C, míg a te = 6 C, tehát a Δt = tv te = 9 6 = 3 C. Az adatokat behelyettesítve az (5.1) egyenletbe az alábbi eredményt kaptam: 42

48 Q H = c V ρ t = 4, ,88 3 = 1264 kw. (6.7) Tehát amennyiben a gyár hűtöttvíz igénye a felére csökken, akkor a hűtőgép hűtési teljesítménye ehhez ez rövid időn belül tud igazodni Hűtőgép működésének problémái Az 6.2-es fejezetben a hűtési rendszer elméleti önszabályozásáról írtam. Ezek a bemutatott szabályozási módok a gyakorlatban csak korlátozott mértékben valósulnak meg, a rendszerben lévő problémák okán. A szakdolgozatom célja a fennálló problémák feltárása, kiküszöbölése, illetve további fejlesztési potenciálok megnevezése Hűtöttvíz rendszer jelenlegi működése A 4.11-es ábrán lévő folyamat szerint a hűtőgép, az indítási folyamat részeként megvizsgálja azt a feltételt, hogy van-e áramlás az elpárologtató, illetve a kondenzátor csöveiben. Ezen feltétel vizsgálásához egy olyan érzékenységű áramláskacsolót használ, amely a legkisebb áramlás esetén is jelzi az áramlás mivoltát. A 6.2-es fejezetben levezetett számítás alapján a HG30-as hűtőgépnek 370 m 3 /h mennyiségű vízre van szüksége, az optimális működés fenntartásához. Amennyiben a hűtőgép indítása során az áramláskapcsoló jelzi az áramlást, a hűtőgép azt úgy értelmezi, hogy az elpárologtatón 370 m 3 /h-nyi folyadék áramlik keresztül. A 6.2-es fejezetben bemutatott mindkét elméleti esetben a hűtőgépen 370 m 3 /h víz áramlott keresztül. A gyakorlatban ezek a folyamatok nem valósulnak meg. Ebben a fejezetben kifejtem ennek az okait, illetve az abból eredeztethető problémákat By-pass ág eltömődése A vízgépházban végzett vizsgálatok eredményeképp kiderült, hogy a 4.5-ös ábrán lévő by-pass ág, illetve a benne található visszacsapó szelep nem tudja ellátni a funkcióját. A visszacsapó szelep elégtelen működése miatt a by-pass ágban mindössze csekély mértékű folyadékáramlás figyelhető meg. A by-pass ág eltömődése miatt számos probléma felmerül, mind a rendszerautomatizálást, mind a HG30- as hűtőgép üzemszerű működését illetőleg. 43

49 A rendszer decentralizáltsága miatt, a hűtőgép a működése során csak azt érzékeli, hogy van-e folyadékáramlás az elpárologtatón belül, illetve, hogy mennyi a hőfokkülönbség az elpárologtatóba belépő és kilépő víz hőmérséklete között. A as fejezetben megismert szabályozási módok alkalmazásával a hűtőgép mikroprocesszora szabályozza a leadott hűtési teljesítményt. A szabályozás legfontosabb feltétele az, hogy az elpárologatóból kilépő víz hőmérséklete 6 C legyen. E cél elérése érdekében a névleges maximális teljesítményének 30%-ig képes leszabályoznia magát, ami 750 kw-t jelent. Tehát amennyiben az elpárologatón átáramlott víztömeg lehűtésére kevesebb, mint 750 kw teljesítményre van szükség akkor a berendezés automatikusan lekapcsolja magát. A hűtőgép vezérlő egysége úgy van beprogramozva, hogy a hűtési teljesítményét a Q = c m t képlet alapján számolja ki. A vezérlőegység azt feltételezi, hogy a működése során a képletben szereplő c m értéke állandó. Ezért van csak egy egyszerű áramláskapcsoló beépítve a folyamatba, és ezért méri a gép az elpárologtató előtt és után a vízhőmérsékletet. A by-pass ág eltömődésével a térfogatáram állandóságának feltétele megszűnik, ami a körfolyamat, és az üzemszerű működés megszűnését eredményezheti. A 6.10-es ábrán bemutatom, hogyan befolyásolja a hűtöttvíz rendszer működését a by-pass ág eltömődése ábra Hűtöttvíz kör valós működése A 6.10-es ábrán látható, hogy a (4,5) jelzésű csarnok hűtöttvíz köri tápszivattyúi 185 m 3 /h térfogatáramú vizet szívnak el a hűtőgéptől. Zárt rendszer lévén a csar- 44

50 nokból visszatérő vezetékben szintén 185 m 3 /h térfogatáramnyi víz fog visszatérni a vízgépházba. A by-pass ág eltömődése miatt rajta nem áramlik át folyadék, így a Q b 0 m3 -nak adódik. Tehát a hűtőgép (3) jelzésű tápszivattyúja mindössze 185 h m 3 /h vizet tud csak szállítani a hűtőgép elpárologtatóján keresztül. A by-pass ág eltömődésével az állandó munkaponton üzemelő hűtőgép tápszivattyú sorba van kapcsolva a frekvenciaváltós hajtással rendelkező csarnok tápszivattyúkkal, így a hűtőgép elpárologtatója csak ideális esetben fogja megkapni a megfelelő működéséhez szükséges vízmennyiséget. A sorba kapcsolt két szivatytyú közös munkapontja magasabban van, mint a hűtőgép tápszivattyújáé, ezért nem elégséges a folyadék mennyisége. A 6.10-es ábrán látható példában a hűtőgép által leadott hűtési teljesítmény kiszámítására az (5.1) egyenletet használtam s az alábbiak eredményt kaptam: Q H = c V ρ t = 4, ,88 6 = 1264 kw. (6.8) Az 1264 kw, a hűtőgép névleges teljesítményének közel 50%-t jelenti, tehát eddig le tud szabályozni a működése során. Amennyiben akár a térfogatáram, akár a visszatérő víz hőmérséklete lecsökken, előfordulhat a 6.11-es ábrán látható eset, mely során a hűtőgép, a biztonsága érdekében lekapcsolja a kompresszorát ábra Hűtöttvíz kör nem megfelelő működése 45

51 Az ábrán a korábbi példákkal ellentétben a hőmérséklet is egy változóként jelenik meg, s látható, hogy a térfogatáram és a hőmérséklet egyidejű változása milyen zavart okozhat. A 6.11-es ábrán látható példában a hűtőgép által leadott hűtési teljesítmény az adatok (5.1) egyenletbe helyettesítését követően az alábbiak szerint alakult: Q H = c V ρ t = 4, ,88 5 = 683 kw. (6.9) A 683 kw-os hűtési teljesítmény leadása már nem elégséges ahhoz, hogy a hűtőgép megfelelően és biztonságosan üzemeljen, ezért a saját biztonsága érdekében a mikroprocesszor leállítja a hűtőgépet, mindaddig, míg a hűtési igény ismét lehetővé nem teszi a számára az újraindulást. A by-pass ág eltömődése miatt a rendszer sokkal érzékenyebb a térfogatáramok ingadozására. A decentralizált működés miatt a 4-es, 5-ös jelű csarnok tápszivatytyúk csak a differenciálnyomás változása szabályozza a működésüket, ami miatt a hűtőgép elpárologtatóján gyakorlatilag pillanatról pillanatra változó térfogatáram halad keresztül. Az elpárologtatón áthaladó folyadék mennyisége jelentősen befolyásolja a lejátszódó körfolyamatot. Hiszen az elpárolgás akkor következik be, ha a hűtőközeg a hűtendő közegtől hőt von el. Minél több a hűtendő közeg mennyisége annál több hűtőközeg tud elpárologni, s annál több elpárolgott hűtőközeget tud a kompreszszor az elpárologtatóból elszívni és komprimálni. Az elpárolgás mértéke és a hűtendő közeg mennyisége között tehát megfigyelhető ez a kapcsolat. Amennyiben a hűtendő közeg mennyisége csökken, elérhet egy olyan kritikus szintet, ahol már nem párolog el elegendő mennyiségű hűtőközeg ahhoz, hogy a körfolyamat stabilan végbemehessen. Amennyiben az elpárolgott hűtőközeg mennyisége kevés, akkor a kompresszor nem tud elegendő túltelített gőzt elszívni az elpárologtatóból, ami miatt felléphet a "szörcsögés" jelensége. A jelenség során tehát nem jut elegendő gőz a kompresszorhoz, ami emiatt jellegzetes szörcsögő hangot ad ki magából, innen kapta az elnevezést. Ez a kritikus állapot nem csak elméletben, hanem a gyakorlatban is jelentkezik. A 6.12-es ábrán látható a térfogatáram, illetve az előremenő és visszatérő ág hőmérséklete, a :59-től :50-ig tartó időszakból. 46

52 ábra HG30-as hűtőgép instabil működése Az ábrán kék színnel van jelölve a csarnokba előremenő víz térfogatárama, pirossal a visszatérő vezetékben lévő víz hőmérséklete a hűtőgépbe lépés előtt, míg zölddel a hűtőgépből kilépő víz hőmérséklete. Látható, hogy egészen a piros függőleges vonallal jelzett 0 óra 12 percig a kékkel jelölt térfogatáram folyamatosan csökkenő tendenciát mutat. Eddig az időpontig mind az előremenő, mind a visszatérő ág hőmérséklete közel állandó értékű. 0 óra 13 perckor az elpárologtatón átáramló víz térfogatárama, és az előremenő és visszatérő víz hőfokkülönbsége miatt vélhetően fellépett a szörcsögés jelensége, s emiatt a hűtőgép védelmi mechanizmusa automatikusan lekapcsolta magát. A lekapcsolást követően hirtelen elkezd növekedni az előremenő ág hőmérséklete, az értéke a korábbi közel 6 C-ról 12,1 C-ra ugrik fel. A visszatérő ág vízhőmérséklete kezdetben kevéssé meredeken emelkedik, amely egy újabb bizonyíték a by-pss ág eltömődésére, hiszen amennyiben megfelelően működne, akkor az előremenő vezeték vízhőfok emelkedésével párhuzamosan emelkedne a visszatérő ág vízhőmérséklete. Az elpárologtatón hűtés nélkül átáramló vízmennyiség áthalad a csarnokon, és az 1-es jelű nyíllal jelzett időpontban érkezik meg a hűtőgép elpárologtatójához. Ezt jelzi a hirtelen, rendkívül meredeken emelkedő vízhőfok. Az emelkedés egészen a 2-es nyíllal jelzett időpontig tart, ahol a kondenzátor előtt a víz hőmérséklete eléri a 17,5 C-t is. Az elpárologtatóba belépő víz hőmérsékle- 47

53 te ezt követően rendkívül meredeken csökken, melynek az az oka, hogy az 1-es nyíllal jelzett időpontban a hűtőgép újraindult, s emiatt az elpárologtatóból kilépő 6 C-s hőmérsékletű víz a by-pass ágon keresztül elkezdte visszahűteni a csarnokból visszatérő vizet. A fenti ábrából kiderül, hogy milyen komoly problémát okoz a by-pass ág eltömődése, hiszen az éjféltől a 6 óra 50 percig terjedő időintervallumban hétszer állt le majd indult újra a hűtőgép. A hűtőgép leállásának pontos oka nem ismert, viszont nagy bizonyossággal kijelenthető, hogy a nem elégséges térfogatáram okozta az üzemzavart. A leállás előtt látszódik, hogy a hűtőgép elpárologtatójába 12 C hőmérsékletű víz érkezett, ami miatt a hűtőgép kompresszora felszabályozott egészen a maximális teljesítményéig. Az elpárologtatón átáramló víz mennyisége a leállás előtt 250 m 3 h szintre csökkent, ami 120 m 3 h -val kevesebb, mint az elméletileg szükséges 370 m 3 h. Tehát a hűtőgép elpárologtatóján 30%-as kevesebb víz áramlott keresztül, ami miatt az elpárologtatóban elpárolgott hűtőközeg mennyisége szintén jelentősen lecsökkent, emiatt viszont a maximális fordulatszámon üzemelő kompresszor nem tudod elegendő mennyiségű gőzt felszívni, s a kompresszor szörcsögő üzemállapotba került. A gép mikroprocesszora érzékelte a veszélyes üzemállapotot, s lekapcsolta a kompresszorát Az épületfelügyeleti rendszer szabályozásának pontatlansága A as fejezetben leírtak alapján a hűtőgépek indításáért az épületfelügyeleti rendszer a felelős, így az épületfelügyeleti rendszer a hűtési igények alakulása alapján adja ki az engedélyező jelet. A hűtési igény kiszámítása során az épületfelügyeleti rendszer a Q = c m Δt képlet alapján számolja ki a hűtési igényt. Ahol az m a térfogatáram, melyet a hűtöttvíz kör előremenő DN300-as vezetékén elhelyezett indukciós elven működő térfogatáram mérőjével mér. A t hőfokkülönbséget a csarnokból visszatérő és a csarnok felé előremenő víz hőmérsékletének különbségéből számítja ki. 48

54 6.13. ábra Hűtöttvíz kör épületfelügyeleti szabályozása A 6.13-as ábrán látható, hogy a térfogatáram mérő a by-pass ág és a hűtőgépek között helyezkedik el, így nem a ténylegesen a csarnok felé áramló hűtöttvíz térfogatáramát méri, hanem azt a térfogatáramot ami az ábrán az 1, 2 vagy 3-as jelű szivattyúk által a hűtőgépeken keresztül halad. A by-pass ágon lekeringő vízmenynyiséget ezzel az elrendezéssel nem lehet mérni. A by-pass ág eltömődése miatt rajta elhanyagolható mennyiségű víz áramlik keresztül, így tulajdonképpen a térfogatáram mérő megközelítőleg pontos adatot szolgáltat az épületfelügyeleti rendszer részére, a további kalkulációk céljából. 49

55 7. A YORK HDFV HŰTŐGÉP ÜZEMI PONTJAINAK MÉRÉSE Az előző fejezetben ismertettem a hűtési rendszer működésében fennálló legfontosabb problémákat, melyek ellehetetlenítették a York HDFV hűtőgép működését. Ebben a fejezetben bemutatom, hogy milyen intézkedések történtek a fennálló problémák elhárításának érdekében, továbbá megvizsgálom azokat az üzemi paramétereket, melyek elengedhetetlenek a rendszer optimalizálásához. Bemutatom azokat a méréseket, melyek segítségével végre lehet hajtani a vízgépház hidraulikai beszabályozását. Elméleti kalkulációk segítségével kiszámítom azon paramétereket melyek alapján a beszabályozást elvégzem. Végezetül mérésekkel ellenőrzöm, hogy a beállított paraméterek megfelelnek-e az előzetesen elvárt eredményeknek By-pass ág átépítése Az előző fejezetben feltártam a hűtöttvíz hálózatban fellelhető legfontosabb problémát: a by-pass ág eltömődését, és az abból eredő szabályozástechnikai nehézségeket. Az ág eltömődése ellehetetlenítette a York HDFV típusú hűtőgép működését, így roppant sürgős volt ennek a problémának a mielőbbi elhárítása. Emiatt én átalakítási munkálatok történtek a vízgépházban. Ennek keretein belül egy új by-pass ág került kialakításra, illetve a 6 C-s előremenő vezetéken található térfogatáram mérő csőszakasz átépítésre került Mérőszakasz áthelyezése A munkálatok során először a régi mérőszakaszt nagyjából 0,5 méterrel távolabb helyezték a hűtőgépektől. Erre azért volt szükség, mert a régi by-pass ágnál a csarnok irányába menő vezetéken lévő térfogatáram mérő a by-pass ág előtt volt elhelyezve. Az az elrendezés viszont hibás mérési eredményekhez vezetett, hiszen nem volt mérhető a by-pass ágon visszakeringő térfogatáram, így az épületfelügyeleti rendszer hibás eredmények alapján kalkulálta ki a hűtési igényeket. Az M3-as mellékleten látható, hogyan helyezkedett el az átalakítás előtt a, az M4- es mellékletben pedig az átalakítás követően látható a mérőszakasz, illetve a bypass ág. A 7.1-es ábrán látható, a mérőszakasz átépítés előtti és azt követő állapota. 50

56 7.1. ábra Az áramlásmérő szakasz átépítés előtti és utáni állapota 51

57 A 7.1-es ábra felső képén látható az átépítés előtti állapot, amin a pirossal bekereteztem, a diffúzor és a könyök közötti csőszakaszt ami eltávolításra került. Az ábra alsó képén bekeretezett részén látható, hogy az átalakítást követően a diffúzor kilépő éle egyben a könyök belépő éle is By-pass vezeték átépítése A mérőszakasz átépítését követően, a régi by-pass vezetékkel párhuzamosan beépítésre került az új csőszakasz. A mérőműszer hűtőgépektől való távolabb helyezése lehetővé tette, hogy a beépítendő by-pass vezetéket a mérőműszer és a hűtőgépek közé helyezzék el. Az új elkerülő vezetékbe egy DN200 átmérőjű viszszacsapó- és azt követően egy pillangószelep került beépítésre. A visszacsapó szelepről készült kép a 7.2-es ábrán látható ábra Visszacsapó szelep A 7.3-as ábrán a beépítést követően látható mind a visszacsapó szelep, mind a pillangószelep. 52

58 Áramlási irány Régi by-pass ág Visszacsapó szelep Eltömődött visszacsapó szelep Pillangószelep 7.3. ábra A beépítésre került visszacsapó-, és pillangószelep A fenti ábrán látható az éppen építés alatt álló új- és a régi by-pass ág. Az újonnan kiépített ágban közvetlenül a visszacsapó szelep után egy pillangószelep került beépítésre, mellyel szakaszolhatóvá válik a rendszer ábra A hűtöttvíz kör sematikus ábrája az átépítés előtt és után A 7.4-es ábrán látható, hogyan hatott az átalakítás a kapcsolási sémára. A jobb oldalon látható az átépítést követő állapot, melyben szaggatott vonallal jelöltem a régi by-pass ágat. Látható, hogy az átalakítás követően az áramlásmérő, már a by-pass ág után található, így pontos adatokat tud szolgáltatni az épületfelügyeleti rendszer számára a hűtési igények kiszámításához. 53

59 Ezzel az átépítéssel megoldódtak azok az automatizálási problémák, melyek ellehetetlenítették a York HDFV hűtőgép működését, illetve az épületfelügyeleti rendszer mostantól kezdve pontosabb mérési eredmények alapján kalkulálhatja a hűtési igényeket. A pontosabb kalkulációval a jövőben remélhetőleg jelentős menynyiségű villamos energiát lehet majd megtakarítani, hiszen megszűnik annak a lehetősége, hogy az épületfelügyeleti rendszer fals eredmények alapján indítson új hűtőgépet Az átépített rendszer nyomásviszonyainak felmérése Az elvégzett munkálatokat követően jelentősen megváltoztak a rendszer hidraulikai paraméterei. Az átépítést követően számos ponton megmértem a rendszernyomást, melynek segítségével elvégezhető a hidraulikai beszabályozás folyamata. A következőkben bemutatom a mérések elvét illetve kiértékelem a kapott eredményeket Mérés célja A hűtöttvíz kör hidraulikai beszabályozásáról az úgynevezett Tour&Andersson (TA) szelepek gondoskodnak. A szelepek állításával szabályozható milyen munkaponton üzemelnek a tápszivattyúk. A vízgépházban található hűtőgépek elpárologtató oldali vízkörein belül, hidraulikai beszabályozási feladatokat látnak el a csővezetékekbe beépített TA szelepek. Először megvizsgáltam milyen nyomásértékeket mérhetők az elpárologtató oldalon. A rendszer statikus alapnyomása 2,4 bar, melynek állandóságáról egy beépített Reflex típusú kompresszoros tágulási tartály gondoskodik. A hűtőgépek tápszivattyúinak szívóoldalán elhelyezett nyomásmérőknek, ideális esetben, ezt a statikus nyomásértéket kell mutatniuk. A 7.5-ös ábrán láthatóak azok a pontok ahol a nyomásértékeket megmértem. 54

60 7.5. ábra A hűtöttvíz kör és a mérési pontok A fenti ábrán látható, hogy a csővezetékeken, és szerelvényeken kívül számos jelentős hidraulikai ellenállással rendelkező elem található. Ezek közül a statikus ellenállással rendelkeznek a hűtőgépek előtt található kosaras szűrők, a hűtőgépek elpárologtatójában a csőkötegelés a visszacsapó szelep, a csővezetékek és a szerelvények. Ezeken az elemeken a térfogatáram függvényében állandó a folyadék nyomásesése. A körbe beépített TA szelep az egyetlen manuálisan változtatható hidraulikai ellenállással rendelkező elem. Ennek segítségével lehet a rendszer hidraulikai ellenállását dinamikusan változtatni, s ezzel be lehet állítani a körben üzemelő tápszivattyúnak a munkapontját. A hidraulikai beszabályozás előtt szükséges volt felmérni, hogy az átépítést követően milyen munkaponton üzemeltek a tápszivattyúk s az ennek megállapításához szükséges méréseket, illetve eredményeket mutatom be A mérés elrendezése A méréshez a rendszerbe beépített Bourdon csöves mérőköröket használtam, mellyel a különböző mintavételezési pontok egy gömbcsappal szakaszolhatóak. A 7.6-os ábrán látható egy, a méréseim során használt tipikus mérési elrendezés. 55

61 7.6. ábra Nyomásméréshez használt mérőkör A méréseket a vízgépházban található hűtőgép tápszivattyú szívó és nyomócsonkjain, a hűtőgépek előtt és után, illetve a TA szelep előtt és után mértem. A mérés pontosságának növelése érdekében, egy mérés során egyszerre csak egy tápszivattyú működött, így tehát összesen 3 mérést végeztem el. Először a HG10, majd a HG20 végezetül a HG30 tápszivattyúját indítottam el, s mértem meg a rendszer működés közbeni nyomásviszonyait. A 7.7-es ábrán látható a mérés elrendezése, a mérési pontok feltüntetésével ábra A mérés elrendezése A mérések során a vízgépházban csak a hűtőgép tápszivattyúja működött, tehát a csarnok tápszivattyúi nem voltak bekapcsolva. Így elméletileg a tápszivattyú által szállított teljes vízmennyiség a by-pass ágon haladt keresztül. Attól függetlenül, hogy a csarnok tápszivattyúi nem üzemeltek, rajtuk valamennyi folyadék mindenképp átáramlott. Ennek a mennyiségnek a mérésére az előremenő vezetékben található áramlásmérő segítségével volt lehetőség. A mérések során folyamatosan jegyeztem a csarnok felé átáramlott vízmennyiséget, s általánosan elmondható, 56

62 hogy a körből elszivárgott víz mennyisége kevesebb, mint 5% volt. Így a 7.7-es ábrán vázolt zárt hurok jó közelítéssel a mérés során megvalósult A mérés menete A mérés első lépéseként elindítottam a hűtőgép tápszivattyúját, majd ezt követően a Reflex tartály kijelzőjén ellenőriztem, hogy mennyi a rendszerben meglévő p statikus alapnyomás. Ennek az értéke a mérés során végig a megfelelő 2,4 bar volt. A mérés során leolvastam a nyomásértékeket a 7.5-ös ábrán jelzett mérőórákról. A kapott eredményeket a 7.1-es táblázatban foglaltam össze táblázat Mérési eredmények A táblázatban szereplő p 1 és p 2 a tápszivattyú szívó-, illetve nyomócsonkján mért nyomásérték. A p HGE és p HGU a hűtőgép előtt-, és az után mért nyomásérték. A TA állás pedig a TA szelep állását jelzi. A szelepek adatai a 7.2-s táblázatban látható táblázat TA szelepek típusai A TA szelepek által hidraulikailag szabályozható a hűtési kör. Ennek megfelelően a szivattyúk munkapontja rendkívül egyszerű módon beállítható a kívánt értéknek megfelelően. A 7.3-as táblázatban összefoglaltam a hűtőgép tápszivattyúinak típusait. tyú típusának jelölésében az első számhármas jelöli a névleges szívó és nyomóp 1 [bar] p 2 [bar] p HGE [bar] p HGU [bar] TA állás HG10 2,4 3,5 3,2 2,6 10,8 HG20 2,4 3,1 3 2,6 7 HG30 2,4 3,4 3,1 2,75 12 TA típus Maximális TA állás TA HG10 TA Staf DN TA HG20 TA Staf DN150 8 TA HG30 TA Staf DN HG10 HG20 HG30 Hűtőgép tápszivattyú típusa CLM CLM NB /224A 7.3. táblázat Hűtőgép tápszivattyúk típusai A táblázatban szereplő szivattyúk egységesen Grundfos gyártmányúak. A szivaty- 57

63 csonk átmerőt, a második számhármas pedig a járókerék névleges átmérőjét jelöli Az eredmények kiértékelése A 7.1-es táblázatban összefoglalt adatok alapján megállapítható, hogy milyen munkaponton üzemelnek a szivattyúk. A szivattyúk H-Q jelleggörbéjének felhasználásával egyszerűen megállapítható, hogy megfelelően vannak-e beállítva a TA szelepek. A következőkben minden egyes tápszivattyú esetén kiértékelem a kapott eredményeket HG10 tápszivattyú Az eredmények kiértékelése előtt kiszámítom, hogy milyen elméleti térfogatáramot kellene szállítani a szivattyúnak. Ehhez az (5.1) képletet fogom használni. A keresett mennyiség az V értéke. Átrendezve V -re az egye, és behelyettesítve az értékeket az alábbi egyenletet kaptam: V HG10 = Q 3600 = = 263,44 m3 c t ρ 4, ,88 h. (7.1) A HG10-es hűtőgép elpárologtatóján tehát 263 m 3 h víznek kellene átáramolni a megfelelő működés érdekében. A 7.1-es táblázat alapján a szivattyú nyomócsonkján mért nyomás 3,5 bar. Ez a 3,5 bar nyomás a csővezetékeket, szerelvényeket, a kosaras szűrőt és a hűtőgépet követően, végül 2,6 bar értékűre redukálódik le. Ezt követően a TA szelepen és az új by-pass ágon összesen 0,2 bar nyomásesés következik be. A 7.2-es táblázat alapján a hűtőgéphez tartozó DN200-as TA szelep teljesen kitekert állásához 12-es érték tartozik. Ekkor jó közelítéssel nulla a TA szelepen a nyomásesés. A mérés során 10,8-as értékre volt beállítva a TA szelep, tehát csak nagyon minimális rajta a nyomásesés. A 7.8-as ábrán látható a CLM 150 típusú Grundfos szivattyú H-Q diagramja. A diagramban számos járókerék átmérővel rendelkező szivattyú diagramja látható. A HG10-es hűtőgép tápszivattyújánál járókerék átmérője a 7.3-as táblázat alapján 242 mm, így a diagramban a /242 jelzésű görbe a tápszivattyúé. 58

64 7.8. ábra CLM150 H-Q diagramja [9] A szivattyú műszaki leírásából kiderül, hogy a szívó és nyomócsonk azonos átmérővel rendelkezik, és azonos szinten helyezkedik el, így a manometrikus szállítómagasság a nyomási energiák különbségéből adódik. [10] A 7.1-es táblázat alapján 1,1 bar volt a nyomásnövekedés a két csonk között, így a manometrikus szállítómagasság számítására szolgáló képlet a következőképp egyszerűsödik: H = p 2 p 1 ρ g. (7.2) Ahol a p 2 a nyomócsonkon-, a p 1 a szívócsonkon mért nyomás. A ρ értéke az 5.1- es táblázat alapján 999,8814 kg m 3 nak adódik, míg a g = 9,81 m s 2 -nek adódik. Behelyettesítve a (7.2) képletbe a szivattyú manometrikus szállítómagassága: H HG10 = p 2 p 1 = 3, , = 11,214 [m]. (7.3) ρ g 999,8814 9,81 Tehát a szivattyú manometrikus szállító magassága 11,214 m. Ez alapján a 7.8-as ábrán bejelöltem az ehhez a szállítómagassághoz tartozó térfogatáramot, ami megközelítőleg 240 m 3 h értékűre adódik. Ez a szállított térfogatáram majdnem megközelíti a korábban kiszámolt 263 m 3 h térfogatáramtól. Ez esetben mindenképp szükséges a TA szelep állításával új munkapontra beállítani a szivattyút. 59

65 HG20 tápszivattyú Az előző pontban megismert analógiát követve kiszámoltam a HG20-as hűtőgép hűtési igényének kielégítéséhez szükséges térfogatáramot az (5.1) képlet V-re való átrendezésével s az alábbi eredményt kaptam: V HG20 = Q 3600 = = 102,451 m3 c t ρ 4, ,88 h. (7.4) Tehát a hűtőgép megfelelő működéséhez az elpárologtatóján 102,451 m 3 h víznek kell keresztüláramolnia. A jelenlegi TA szelepállás mellett a 7.1-es táblázat alapján, a szivattyú nyomócsonkján 3,1 bar nyomást mértem. A 7.9-es ábrán látható a CLM 125 típusú Grundfos gyártmányú szivattyú H-Q diagramja ábra CLM125 H-Q diagramja [9] A HG20-as hűtőgép tápszivattyújának járókerék mérete a 7.3-as táblázat alapján 211 mm-nek adódik. Tehát a fenti diagramban a /211-es görbe a tápszivattyú jelleggörbéje. A szivattyú műszaki leírásából kiderül, hogy a szívó és nyomócsonk azonos keresztmetszetű, illetve, hogy azonos z magasságban helyezkednek el, így a manometrikus szállítómagasság csak a nyomási energiák különbségéből adódik. 60