Szivattyú a fűtési rendszerben
2000/7-8. lapszám | Meszlényi Zoltán | 37 691 |
Figylem! Ez a cikk 24 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A melegvíz-fűtőberendezések biztosításának ismertetésénél nem foglalkoztunk a fűtési rendszerben lévő szivattyúval és annak hatásaival a rendszer nyomásviszonyaira, így az előzőekben elmondottak csak gravitációs fűtőberendezések esetében érvényesek.
A fűtési rendszerbe beépített szivattyú megindulása a rendszer addig nyugalminak tekinthető nyomásviszonyait nagymértékben befolyásolja. A nyomásviszonyok megváltozása igen kellemetlen jelenségek okozója is lehet. Ezeknek a jelenségeknek felismeréséhez és az adódó problémák lehetőség szerinti megoldásához tisztában kell lennünk a fűtési rendszerek gyakorlatban előforduló nyomásviszonyaival. A 1. ábrán mindkét végén nyitott U cső vízszintes szárának közepén egy szivattyút helyeztünk el. Amíg a szivattyú áll, addig a közlekedőedények törvénye értelmében az U cső két szárán a víz azonos magasságban helyezkedik el.
1. ábra: Szivattyú nyitott U csőben
A szivattyú megindulásakor a szívóoldalon a vízoszlop magassága csökken, a nyomóoldalon emelkedik: a két vízszint közötti magasságdifferencia a szivattyú üresjárási (vízszállítás nélküli) emelőmagasságának felel meg, mint azt az ábra jobb szélén lévő szivattyú-jelleggörbén láthatjuk. Próbáljuk meg a szivattyú szívócsonkjára a 2. ábra szerint egy viszonylag nagy térfogatú (nagy vízszintes felületű) tartályt csatlakoztatni. A szivattyú álló állapotában a tartályban és a nyomóoldalon lévő csővezetékben a vízszint azonos. A szivattyú megindulásakor a szívóoldali és a nyomóoldali vízszint között ismét az üresjárási emelőmagasságnak megfelelő vízszint-differencia jön létre.
2. ábra: szivattyú szívóoldalon nyitott tartállyal
Az előző esethez viszonyítva a különbség annyi, hogy most a tartályoldalon vízszintváltozás alig következett be, viszont a szivattyú nyomóoldalán lévő vezetékben emelkedett meg a vízoszlop a szivattyú üresjárási nyomásának megfelelően. Nyilvánvaló, hogy a nagy térfogatú tartály szinte vízszint-változás nélkül tudja biztosítani a csővezetékben történő vízszint-emelkedéshez szükséges vízmennyiséget. Hasonló a helyzet, ha a nyitott tartályt a szivattyú nyomócsonkjára kötjük (3. ábra).
3. ábra: szivattyú nyomóoldalon nyitott tartállyal
A tartályban a vízszint a szivattyú bekapcsolása után sem változik észrevehetően, viszont a szívócsonkra kötött csővezetéken a szivattyú nulla vízszállításához tartozó szállítómagasságának megfelelő vízszint-csökkenést tapasztalhatunk. Kimondhatjuk tehát, hogy a tágulási tartály csatlakozási pontjában a szivattyú működésétől függetlenül a nyomás gyakorlatilag állandó. Ez a rendszer 0, vagy neutrális (semleges) pontja. Itt a nyomás mindig a szabad vízfelszín tetejére ható légköri nyomással, plusz a vízoszlop-magassággal egyenlő akár áll a szivattyú, akár üzemben van. Próbáljuk meg az 1. ábrán lévő U csöves rendszert nyitott tágulási tartállyal ellátni, mint azt a 4. ábra mutatja.
4. ábra: Szivattyú nyitott tartállyal ellátott U csőben
A szivattyú álló állapotában a vízszint a nyitott tartályban és az U cső mindkét szárában azonosan helyezkedik el. A szivattyú megindulásakor a nyomócsonkra kötött vezetékben a vízszint megemelkedik, a nyitott tartályban és a szívócsonkra csatlakozó vezetékben gyakorlatilag változatlan marad: a nyitott tartály csatlakozási pontjában uralkodó nyomás határozza meg a szívóoldali vezetékben kialakuló vízmagasságot is. Bár a szivattyús központi fűtési rendszerben a víz zárt körön áramlik, a jelenség itt is hasonló, azonban a rendszer egyes pontjaiban a tágulási tartály csatlakozási pontjához viszonyítottan kialakuló túlnyomást, netán szívást a csőhálózat szakaszainak áramlási ellenállása is befolyásolja. Az 5. ábrán feltüntetett egyszerű fűtési körnél a tágulási vezetéket a szivattyú szívócsonkja közelében csatlakoztattuk a fűtési rendszerhez. Itt van tehát a rendszer 0 pontja, ahol a szivattyú üzemállapotától függetlenül a légköri nyomás és a tartály vízszintje által meghatározott vízoszlop-magasság uralkodik.
5. ábra: Nyomott fűtési rendszer nyomásviszonyai
A szivattyú üzeme alatt ettől a ponttól a szivattyúig szívóhatás, a szivattyútól a 0 pontig nyomóhatás érvényesül. Ha ennek a rendszernek egyes pontjaira a kialakuló vízszint megfigyelésére alkalmas üvegcsövet kötünk, tapasztalhatjuk, hogy a nyomott szakaszon a vízoszlop a tágulási tartály vízszintje fölé emelkedik, a szívott szakaszon az alá süllyed. Természetesen az egyes pontokban kialakuló nyomást – mivel ez esetben vízszállítás, áramlás van – a szivattyú és a vizsgált pont között fellépő áramlási ellenállás, nyomásveszteség is befolyásolja. A 6. ábrán azt az esetet vizsgáljuk, amelyben a „tágulási vezeték” csatlakozási pontja a szivattyú nyomócsonkjának közelében van. Most tehát a rendszer 0 pontja a szivattyú nyomócsonkjának közelében alakul ki. A szivattyú nyomócsonkjától eddig a pontig terjedő szakaszon a nyomás nagyobb, mint amit a tágulási tartály vízszintje meghatároz. Viszont a 0 ponttól a szivattyú szívócsonkjáig – tehát szinte az egész rendszer – a tágulási tartály vízszintje által meghatározottnál kisebb nyomás alatt áll, ún. szívott szakaszon van. Attól függően tehát, hogy a fűtési rendszer (a radiátorok és a csőhálózat nagy része) a szívott vagy a nyomott szakaszon helyezkedik el, szívott vagy nyomott fűtési rendszerről beszélünk. Érdemes megfigyelni a 6. ábrán, hogy az előremenő vezeték végpontján a mérőcsőben lévő vízszint közelít a csőhöz való csatlakozás pontja felé.
6. ábra: Szívott fűtési rendszer nyomásviszonyai
Kedvezőtlen esetben, ha a csővezeték áramlási ellenállása eddig a pontig nagyobb, mint amennyivel a tágulási tartály vízszintje ennél a pontnál magasabban van, a csőhálózat ezen magaspontja nemcsak relatív (tágulási tartály vízszintjéhez viszonyított), hanem abszolút (légkörhöz viszonyított) szívóhatás alá kerül, ami komoly légtelenítési problémák okozója lehet. Ugyancsak kellemetlen jelenséggel jár, ha a rendszer-ellenállás olyan nagy, hogy a szivattyú szívócsonkjában uralkodó nyomás – különösen magasabb vízhőmérséklet esetén – a kavitáció elkerüléséhez szükséges minimális nyomásérték alá esik. Az ilyen problémák miatt a szívott fűtési rendszerek létesítését igyekszünk elkerülni. Fel kell hívnom a figyelmet, hogy szívott fűtési rendszert gyakran nem tudatosan sikerül „elkövetni”. Főleg meglévő gravitációs fűtőberendezésekre utólag felszerelt cirkó okozhat ilyen jellegű problémákat. Nem szabad elfelejtenünk, hogy cirkó beépítésével a fűtési rendszerbe hidraulikailag szivattyút építünk be, ami különféle zavarokat okozhat. Ha ilyen esetben légtelenítési problémákkal, netán a szivattyúnál kavitációs zörejjel találkozunk: nagy a valószínűsége, hogy a rendszer szívott. A fűtési rendszer szívott vagy nyomott nyomásviszonyainak különösen nyitott rendszerek esetén van jelentősége a kazánbiztosítás megoldását illetően is. A 7. ábra a visszatérő vezetékbe elhelyezett szivattyú esetében mutatja be a tágulási és biztonsági vezeték kialakítását.
7. ábra: Nyomott rendszer – szivattyú a visszatérő vezetékben
Azért, hogy a szívott rendszernél előforduló bajokat elkerüljük, nyomott rendszert célszerű létesíteni. A rendszerben 0 pontot a szivattyú szívócsonkja közelében kell létrehozni, azaz ide kell a tágulási vezetéket csatlakoztatni. A biztonsági vezetéknek viszont az előírás szerint a kazán előremenő csonkjától kell indulnia. Ez a pont azonban a szivattyú nyomócsonkja után, a fűtési rendszer „nyomott” részén van. Ide tehát a szivattyúnyomás hat, ami a folyadékoszlopot a biztonsági vezetékben megemeli. Ha a biztonsági vezetékben kialakított „hurok” nem elég magas, azaz nem nagyobb, mint a szivattyú emelőmagassága, akkor a biztonsági vezeték – tágulási tartály – tágulási vezetékkörön áramlás indul meg. Az itt létrejövő áramlás a tartály szabad légtérrel érintkező vízfelszínén folyamatosan elnyelt oxigén miatt, a fűtési rendszer súlyos károsodását okozhatja, ezért ez az áramlás megengedhetetlen. A korszerű szivattyúk magasabb hőmérsékletű víz szállítására is alkalmasak, így azok az előremenő vezetékbe is elhelyezhetők. Ezzel a fent jelzett kellemetlen nyomáskülönbség és áramlás elkerülhető. Mint a 8. ábrán látható, ilyen előremenő vezetékbe épített keringtetőszivattyú esetén a tágulási vezeték csatlakozása a kazán visszatérő csonkja közelében van, tehát itt van a fűtési rendszer 0 pontja.
8. ábra: Nyomott rendszer – szivattyú az előremenő vezetékben
Innen a szivattyúig terjedő szakasz – tehát gyakorlatilag csak a kazán – szívott, a szivattyú utáni rész, tehát szinte az egész rendszer nyomott. A biztonsági vezeték csatlakozási pontja a kazán előremenő csonkjánál, a szivattyú előtt a szívott szakaszon van, tehát ha az a tágulási tartály légterébe köt, benne áramlás megindulni nem tud. A 9. ábrán egy cirkó átgondolatlan beépítésével „előidézett” szívott rendszert mutatunk be.
9. ábra: Szívott rendszert létesítő cirkó
Sajnos ez a hibás megoldás egyáltalán nem ritka. Régebben készült gravitációs fűtés tágulási tartálya gyakran az előremenő vezeték fölött kis magasságban, pl. a padlásfödémen került elhelyezésre. Bekötését az előremenő vezeték magas pontjáról oldották meg, ahol légtelenítési funkciót is ellát. Ebbe a rendszerbe a rajzon látható módon beépített cirkó szivattyúja az előremenő vezetéket a tágulási tartály csatlakozási pontjáig (0 pont) nyomottá, onnan tovább az egész rendszert szívottá teszi. A tartály vízszintje és a mennyezet alatt szerelt előremenő csővezeték közötti kis magasságkülönbség miatt az áramlási ellenállások kedvezőtlen alakulása esetében a cirkó szivattyúja az előremenő vezetékben kismértékű vákuumot idézhet elő – folyamatos légtelenítési problémákat okozva.
