IMI International Kft., HungaryIMI-international.net Vinkler Károly Bevezetés a beszabályozásba I. rész A 3 alapfeltétel Bevezetés A modern épületgépészeti, valamint technológiai fűtési és hűtési rendszerek elméletileg ki tudják elégíteni a legszigorúbb követelményeket is a szabályozott szakasz jellemzőinek stabil és pontos szabályozása (pl. belső légállapot) és az alacsony üzemeltetési költségek szempontjából. A gyakorlatban azonban ezek a modern rendszerek sokszor nem tudják beváltani ígéretüket: pl. a belső légállapot eltérése nagyobb a tervezettnél, az üzemeltetési költségek pedig sokszor magasabbak a vártnál. Ez gyakran előfordul, hiszen az épületgépészeti rendszer terve sokszor nem tartalmaz olyan elemeket, amelyek a pontos és a stabil szabályozáshoz szükségesek. A három fontos feltétel: 1. A tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia. 2. A szabályozó szelepeken a nyomáskülönbségnek nem szabad sokat változnia. 3. Az egyes alrendszerek térfogatáramainak illeszkedniük kell egymáshoz. Ez a tanulmány röviden elemzi az első feltételt. Sok probléma ennek a feltételnek a figyelmen kívül hagyásából ered. Általános problémák A következő problémák arra utalnak, hogy az első számú feltétel nem teljesül, vagyis a tervezett térfogatáram nem jut el minden fogyasztóhoz. Ezért - az energia költségek magasabbak a vártnál; - a beépített teljesítmény nem elegendő a csúcsigények kielégítésére; - az épület egyes részeiben túl meleg van, míg a többi részében hideg; - a technológiai folyamatokban előírt hőmérsékletet nem lehet elérni; - a kívánt szobahőmérséklet elérése hosszú ideig tart az éjjeli leállítás utáni üzemindításkor.
A megfelelő térfogatáram elérése A teljesítmény, amelyet a különböző hőcserélők leadnak, függ a hőhordozó közeg hőmérsékletétől és térfogatáramától. Ezeket a paramétereket pl. az előírt szobahőmérséklet függvényében szabályozzuk. A szabályozás csak akkor elfogadható, ha a szabályozó szelepnél és minden fogyasztónál rendelkezésre áll a szükséges víz ill. glikol mennyiség. Vannak, akik úgy gondolkodnak, hogy elegendő feltüntetni a tervezett térfogatáramot a terveken, és az máris megvalósul a gyakorlatban. A megfelelő térfogatáramot a valóságban csak úgy tudjuk elérni, ha megmérjük és beállítjuk azt. A szakértők meg vannak győződve a hidraulikai beszabályozás szükségességéről. A kérdés csupán az, hogy: Hogyan oldjuk meg a problémát? El lehet-e érni a megfelelő térfogatáram eloszlást azáltal, hogy gondosan végezzük el a méretezést? Elméletileg kialakulhat a megfelelő térfogatáram, de a valóságban ez csak egy álom. A csöveket, a szivattyúkat és a különböző berendezéseket általában úgy tervezzük, hogy fedezzék a maximális igényeket (kivéve, ha az egyidejűséget is figyelembe vesszük). Ha a rendszer egy láncszeme nem megfelelően méretezett, akkor a többi elem sem fog optimálisan működni. Ebből eredően nem érjük el a tervezett belső légállapotot, és a komfortot csak kompromisszumokkal tudjuk teljesíteni. Néhányan úgy gondolják, hogy a legtöbb probléma megelőzhető a biztonsági faktorokkal tervezett berendezéssel. Még ha néhány problémát meg is tudunk oldani, ily módon új problémák keletkeznek, különösen a szabályozásnál. Néhány túlméretezés elkerülhetetlen, mert az egyes elemeket a fennálló kereskedelmi választékból kell kiválasztani. A kínálat általában nem egyezik meg a számításokból származó igényekkel. Azon kívül a tervezési fázisban néhány rendszerelem jellemzője még nem ismeretes, mert azt a kivitelező egy későbbi lépésben választja ki. Az eredeti tervet a kivitelezésnek megfelelően többé-kevésbé módosítani kell, mivel a megvalósult állapot sohasem egyezik meg pontosan a tervekkel. A hidraulikai beszabályozás lehetővé teszi, hogy az adott berendezés megkapja a szükséges térfogatáramot, ezzel kompenzálva a túlméretezést és korrigálva a kivitelezést. Állandó tömegáramú elosztóhálózatok Egy állandó tömegáramú rendszerben (1.a. ábra) a háromjáratú szelepet úgy méretezzük, hogy azt a nyomásesést hozza létre, ami megegyezik a C fogyasztó tervezett nyomásesésével. Ez azt jelenti, hogy a szabályozószelep autoritása legalább 0,5 kell legyen, ami szükséges a megfelelő szabályozáshoz. Ha a nyomásesés a fogyasztóban és a szabályozó szelepen összesen 20 kpa és a megengedhető rendelkezésre álló nyomáskülönbség (DH ) 80 kpa, akkor a 60 kpa különbséget le kell fojtani a STAD 1 beszabályozó szelep segítségével. Ha ezt nem tesszük, akkor 200 % -os túláram keletkezik a körben, ami szabályozási nehézségeket okoz, illetve zavarja a rendszer többi elemét. A STAD 2 beszabályozó szelep az 1.b. ábrán nélkülözhetetlen. Nélküle a by-pass (AB) egy rövid kör lesz jelentős túlárammal, térfogatáram-hiányt teremtve a rendszer más
részein. A STAD 2-vel a primer (qp) térfogatáram mérhető és valamivel magasabb értékre állítható be, mint a qs szekunder oldali térfogatáram a STAD 3 szeleppel. A beszabályozás biztosítja a megfelelő térfogatáram elosztását, megelőzi az üzemeltetési problémákat, és lehetővé teszi, hogy a szabályozók valóban tudjanak szabályozni. 1. ábra. Példák állandó tömegáramú elosztóhálózatokra
Változó tömegáramú elosztóhálózatok Egy változó tömegáramú elosztórendszerben a térfogatáram-hiány problémái csúcsigénynél jelennek meg. 2. ábra. Példa változó tömegáramú elosztóhálózatra Első megközelítésben nem szükséges beszabályoznunk az egyutú szabályozó szeleppel rendelkező rendszert, mivel a szabályozó szelep feladata, hogy a térfogatáramot a megfelelő szintre állítsa be. A hidraulikai beszabályozásnak automatikusan meg kell történnie. Még gondos számítás esetén is előfordulhat, hogy nem kaphatók a piacon olyan szabályozó szelepek, amelyek a kívánt Kvs értékkel rendelkeznek. Következésképpen a legtöbb szabályozó szelep túlméretezett. A szabályozó szelepek teljes nyitása általában nem kerülhető el, mint pl. az üzem indításakor, a hőmérséklet érzékelők minimum vagy maximumértékre való beállításakor, vagy amikor valamely fogyasztó alulméretezett. Ezekben az esetekben, illetve, ha a beszabályozó szelepek nincsenek beépítve, néhány körben túláram keletkezik. Ez viszont térfogatáram-hiányt okoz más körben. A változó fordulatszámú szivattyúk alkalmazása sem tudja megoldani ezt a gondot, mivel minden körben a térfogatáram arányosan változik a szivattyú emelőmagasságának módosulása esetén. Ha így próbáljuk meg kiküszöbölni a túláramot, akkor a térfogatáram hiány még jelentősebbé válik. Az egész rendszert úgy tervezzük, hogy maximális fogyasztás esetén biztosítsa a maximális hő leadást, vagy hő felvételt (egyidejűséggel vagy nélküle). Lényeges, hogy ez a maximális hő leadás, vagy hő felvétel mindig rendelkezésre álljon, amikor csak szükséges. A hidraulikai beszabályozás, ha az a méretezési állapot szerint készül, garantálja, hogy minden berendezéshez eljut a szükséges térfogatáram. Részfogyasztásnál, mikor egyes szabályozószelepek zárva vannak, a rendelkezésre álló nyomás a körben növekszik. Reggeli üzemindítás Egy változó tömegáramú elosztórendszerben minden éjszakai leállás után a reggeli üzemindítás komoly gondot okozhat, mivel a legtöbb szabályozószelep teljesen kinyit. Ezzel több térfogatáram kerül a rendszerbe, amely jelentős nyomásesést eredményez a csőhálózatban. A rendszer legkedvezőtlenebb részén elhelyezkedő fogyasztóhoz nem jut megfelelő térfogatáram addig, ameddig a többi helyen a hőmérséklet el nem
érte a beállítási értéket (feltéve, ha ezek a beállítási értékek helyesen lettek kiválasztva). Az üzemindítás tehát nehézkes, a vártnál több időt vesz igénybe és gazdaságtalan az energia fogyasztás szempontjából. Ez az üzemindítás a központi szabályozó beállításának állandó változtatását eredményezi és az optimalizálás bármely formája gyakorlatilag lehetetlen. 3. ábra. Egy beszabályozatlan rendszert korábban kell indítani, ami növeli az energiafogyasztást. Állandó tömegáramú elosztórendszerben a térfogatáram hiánya és a túláram megmarad az üzemindításkor és azután is, még inkább nehezítve a meglévő problémát. A beszabályozáshoz szükséges eszközök A fűtési és hűtési rendszer beszabályozásához szükséges eszközök az alábbi feltételeknek meg kell, hogy feleljenek: - A térfogatáramnak mérhetőnek kell lennie +/- 5% pontossággal. A beszabályozási folyamat lehetővé teszi a fűtési és hűtési rendszer működésének ellenőrzését, a hibák észrevételét és a mérés alapján történő korrigálását. - A térfogatáramnak könnyen beállíthatónak kell lennie. Ezáltal a fűtési és hűtési rendszer rugalmas, az igényeknek megfelelően megváltoztatható. - A beszabályozó berendezésnek hosszú időre szóló megbízhatóságot kell garantálnia. Ellenállónak kell lennie az agresszív vízzel és glikollal szemben. - Feltöltés alatt a beszabályozó berendezést nem kell kiiktatni, illetve speciális szűrőt igénybe venni. - A beállítási értéknek könnyen leolvashatónak és rögzíthetőnek kell lennie. A teljes záráshoz legalább négy egész fordítás szükséges a szelep kézikerekén, hogy a megfelelő érték beállítható legyen. - A nyomáskiegyenlített szelepkúpnak nagy nyomáskülönbség esetén alkalmasnak kell lennie - nagyobb méretű szelepeknél is - a beállításhoz szükséges forgatónyomaték lecsökkentésére. - A beszabályozó szelepnek tartalmaznia kell az elzáró funkciót.
- A mérőkészüléknek olyannak kell lennie, hogy a térfogatáramot könnyen lehessen mérni a diagrammok használata nélkül is. A készüléknek tartalmaznia kell egy egyszerű beszabályozó eljárást és azt a funkciót, hogy az eredményeket ki lehessen nyomtatni. A berendezésnek tárolnia kell a térfogatáram, a nyomáskülönbségek és a hőmérsékletek értékeit diagnosztikai célokból. A legegyszerűbb beszabályozási módszer, mely megtartja a rendszer diagnosztika lehetőségét A hidraulikai beszabályozás biztosítja annak a lehetőségét, hogy az üzembe helyezés helyesen történjen. A beszabályozás alatt kiderül a legtöbb működési hiba (pl.: levegő, elszennyeződés, szűrők, hidraulikai hibák). A TA Balance módszer a legegyszerűbb módja egy fűtési és hűtési rendszer beszabályozásának. A TA Balance módszer lényegében egy számítógépes program, amely a kompenzációs módszeren alapul. A TA Balance módszer a CBI II. mérőkomputer működési elvére épül. A fűtési, vagy hűtési rendszeren végzett néhány mérés után a TA Balance eljárást alkalmazva a CBI kiszámolja a szelepek megfelelő beállítását. E módszer legfőbb előnye abban rejlik, hogy egy ember képes beszabályozni az egész rendszert egyetlen mérőkészülék igénybevételével. Mint minden más beszabályozási folyamatban a rendszert modulokra kell osztani. Egy modul egy felszállót jelent, amelyhez az elosztóvezetékek csatlakoznak. Minden egyes felszálló rendelkezik egy beszabályozó szeleppel, amit partner szelepnek nevezünk (4. ábra). 4. sz ábra Beszabályozási egység A CBI mérőműszer érzékeli a mértékadó áramkört (az a kör, ami a legnagyobb nyomáskülönbséget igényli) és előirányozza a 3 kpa-os nyomásesést (ez a minimális nyomásesés, ami a megbízható térfogatáram-méréshez szükséges). A mérőkomputer a többi beszabályozó szelep beállítását kiszámolja, hogy elérjük a modulon belül lévő elemek egymáshoz viszonyított beszabályozását. A beállítás nem függ a szivattyú emelőmagasságától és a modulon kívül lévő többi beszabályozó szelep beállításától sem. A CBI II. által meghatározott értékeket kell beállítani és rögzíteni a szelepeken.
Miután minden modul beszabályozása külön-külön megtörtént a modulokat egymáshoz képest kell beszabályozni az előzőekhez hasonló módon. Ezzel a partner szelepek beállítását határozzuk meg. Végezetül az összes tervezett térfogatáramot a fő beszabályozó szelep segítségével be kell állítani. Az összes túlnyomás beállítható és mérhető ezen a szelepen. Ez a túlnyomás néha olyan magas, hogy egy kisebb szivattyút is be lehet építeni, hogy csökkenjen a szivattyúzás költsége. Amikor ez a művelet befejeződött a tervezett térfogatáram minden fogyasztónál rendelkezésre áll. Egy számítógépes nyomtatással listát készíthetünk minden egyes beszabályozó szelep beállításáról, nyomáskülönbségéről és térfogatáramról. Befejezés Minden hűtési és fűtési rendszer feladata, hogy biztosítsa az előírt szabályozott jellemző értékeket alacsony költségek és minimális működési hibák mellett. Elméletileg a modern szabályozástechnika oldja meg ezt a feladatot. A gyakorlatban azonban nem a legmodernebb szabályozók azok, amelyek ezt elvégzik. Ennek gyakran az az oka, hogy a jó szabályozáshoz szükséges feltételeket nem mindig teremtik meg. Egy ilyen feltétel, hogy a tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia. A hidraulikai beszabályozás megoldja ezt a feladatot. Egyrészt csökkenti az egyes körökben lévő túláramot, másrészt megakadályozza, hogy más körökben a szükségesnél kisebb térfogatáram alakuljon ki. A hidraulikai beszabályozás jelzi a beépített szivattyú túlméretezését és ellenőrzi, hogy a rendszer valóban úgy működik-e, ahogyan a tervezője elképzelte. A TA Balance módszer előnyei a többi beszabályozási technikákkal összevetve: - gyors, pontos, egy ember által elvégezhető beszabályozási módszer, - mivel a rendszert mérés útján szabályozzuk be, így ezzel a módszerrel a rendszer hidraulikai vizsgálatát, diagnosztikáját is elvégezhetjük, - a beszabályozás után pontos hidraulikai térképet kapunk a rendszerről, amely pl. segítséget nyújt a később bekötendő fogyasztók rákötési helyének meghatározásához, - mivel a hidraulikai modulokban a komputer kiválasztja a legkedvezőtlenebb helyzetben lévő fogyasztót, a rendszer biztosan a lehető legalacsonyabb energia szinten kerül beszabályozásra, mellyel könnyen meghatározható a szükséges szivattyú munkapontja, vagy a frekvencia szabályozós szivattyú alapjele, - a szelepek mozgó alkatrészt nem tartalmaznak, szennyeződésre nem érzékenyek és a rendszerben egyúttal elzáró szerelvényként is üzemelnek, - az esetleges, menet közbeni tervezett térfogatáram változtatások miatt a szelepek belsejét nem kell külön költségen kicserélni, hanem csak a rendszer meghatározott részeit kell újból beszabályozni, - a módszert mind állandó, mind változó térfogatáramú elosztóhálózatban lehet alkalmazni
Vinkler Károly IMI International Épületgépész Kft. Irodalom: R. Petitjean: Teljes hidraulikai beszabályozás Tour & Andersson Hydronics kézikönyv- 1997.