Szivattyús fűtéseknyomásviszonyaiból eredő rendszerhibák
2000/11. lapszám | Meszlényi Zoltán | 13 270 |
Figylem! Ez a cikk 25 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A lap eddig megjelent számaiban több oldalról is foglalkoztunk a meleg víz fűtési rendszerek nyomásviszonyainak kérdéseivel. „Nyitott és zárt tágulási tartályok”, „Szilárd tüzelésű fűtések biztosítása”, „Szivattyú a fűtési rendszerben” című cikkek alapfokon foglalták össze a nyomástartás, a nyomásviszonyok és ezek összefüggésének tudnivalóit.
Kétségtelen, hogy egy felkészült, gyakorló fűtésszerelő számára ezek a cikkek ismétlésként hatnak. Viszont azon fűtési rendszerek közül, amelyekkel napi munkám során találkoztam, nagy számban található a nyomásviszonyok kellemetlen alakulása miatt többé-kevésbé működésképtelen vagy rosszul működő berendezés. Ez sajnos arra utal, hogy kollégáink egy része nincs tisztában a nyomásviszonyok kialakulásának alapfogalmaival, vagy csak egyszerűen figyelmen kívül hagyja azokat. Ahhoz, hogy ezzel kapcsolatban ne érjen minket kellemetlen meglepetés „álmunkból felébresztve” is tisztában kell lennünk az előző cikkekben leírt alapismeretekkel, és ezek birtokában előre „ki kell találnunk” a rendszert úgy, hogy az abban kialakuló nyomásviszonyok minden tekintetben megfelelőek legyenek.
Ami nehezíti a helyzetet: a problémák általában nem tisztán, áttekinthetően jelentkeznek, mint az előző cikkek vagy a tankönyvek kapcsolási rajzain. Sokkal burkoltabban, ágas-bogas csőhálózattal takartan, néha csapda jelleggel, ami várja, hogy belesétáljunk…
A következőkben néhány olyan, gyakorlatban tapasztalt esetet ismertetek, amely végiggondolva, segít hasonló hibák elkerülésében. (Vegyük úgy, hogy aki a korábbi cikkekben leírtakat már pontosan tudja, az most „felsőbb osztályba léphet”.) Emlékeztetni szeretnék a „Szivattyú a fűtési rendszerben” című cikk (2000/4. szám) 9. ábrájára. Itt egy cirkó utólagos beépítésével kialakult kapcsolás látható, ahol a tágulási tartály igen kis magasságkülönbségre van a cirkó fölött. Tegyük rá a ceruzánkat a tágulási tartály vezetékének és a fűtési rendszernek a találkozási pontjára, ami az ábrán 0 pontként van jelölve. Induljunk el a fűtési előremenő vezetéken a ceruzával a szivattyú felé.
Az a vezetékszakasz – a 0 ponttól a szivattyúig –, amit így megjelöltünk, szívott lesz, ami annyit jelent, hogy a szivattyú üzemen kívüli állapotához (nyugalmi helyzet: a nyomást a rendszer minden pontjában a tágulási tartályban lévő vízmagasság határozza meg) képest a szivattyú elindulásakor csökkent nyomásra számíthatunk. Ez a (statikus) nyomáscsökkenés a vezetéken pontról pontra haladva változik – a szivattyúhoz közeledve egyre növekszik –, mégpedig az adott pont és a 0 pont közötti csővezeték áramlási ellenállásának mértékével.
Például: a tágulási vezeték csatlakozási pontjában 1,0 mvo nyomás uralkodik. Az előremenő vezetéken, innen 4 méterre, de azonos magasságban ennek a 4 méter csővezetéknek az ellenállásával kisebb a nyomás. Ha a csővezeték ellenállása pl. 0,1 mvo/m, akkor 4 méterre 0,4 mvo a teljes nyomásesés, tehát itt csak 1,0 – 0,4 = 0,6 mvo statikus nyomásra számíthatunk a szivattyú elindulása után. Az igazi baj akkor kezdődik, ha a vezeték valamely pontjáig nagyobb a csőhálózat ellenállása, mint amennyivel ez a pont a tágulási tartály vízszintje alatt van.
Persze, mint jeleztem, ez nem mindig jelentkezik ilyen tisztán.
Az 1. ábrán egy sűrűn előforduló gyakorlati esetet látunk: meglévő gravitációs fűtés pincében elhelyezett kazánnal, padlástérben lévő nyitott tágulási tartállyal.
Jön a mester, aki tisztában van azzal, hogy a szilárd tüzelésű kazán tartalékként való meghagyása esetén a nyitott tágulási tartálynak is meg kell maradnia. (Arra vonatkozólag, hogy a gravitációs üzemű kazánnál miként akadályozzuk meg a cirkó szivattyús üzemében a víz visszafelé áramlását, már korábban adtunk egy tippet, azt most a rajzon nem jelöljük.) Szóval jön a mester, felszereli az új gázüzemű cirkót az emeleten, és öszszeköti a meglévő fűtési rendszerrel. Az emeleti elhelyezés azért gyakori, mert rendszerint ott van „szabad” kémény és a készülék elhelyezésre alkalmas fürdőszoba.
A felszerelt készülék szivattyúja úgy 1,6 méterrel került a tágulási tartály vízszintje alá.
A meglévő fűtési rendszert az új fűtőkészülékkel összekötő cső viszonylag vékonyra, nagy ellenállásúra sikeredett. Ez egyébként abból a szempontból jó, hogy segít lefojtani a készülék szivattyújának a meglévő gravitációs rendszerhez túl nagy nyomását. Az így kialakított rendszer melyik része szívott? Induljunk el ismét a ceruzával a tágulási tartály csatlakozási pontjától a vezetéken: előremenő vezeték – radiátorok – új bekötő-vezeték szivattyú előtti ága, tehát a rendszer nagy része! Ennek – a 0 ponttól a szivattyúig terjedő – vezetékszakasznak áramlási ellenállását kiszámolva több mint 1500 mmvo = 1,5 mvo jött ki. Ez annyit jelent, hogy a szivattyú elindítása után annak szívócsonkjában a nyugalmi 1,6 mvo statikus nyomás helyett mindössze 0,1 mvo = 0,01 bar statikus nyomás mérhető. Ekkora szívóoldali nyomás pedig még a visszatérő vezetékben elhelyezett, ezáltal alacsonyabb hőmérsékletű vizet szállító szivattyú esetén sem biztosítja a kavitációmentes üzemet. Ezért is kerültünk oda: a tulajdonos megunta az időnként kavitáló szivattyú zajának hallgatását…
Sajnos ez a kialakítás csak átszereléssel „gyógyítható”.
(Persze sokkal nehezebb megtalálni a hiba okát, ha a nagy szívóoldali ellenállás okozója nem maga a szűk csőhálózat vagy vezetékszakasz, hanem valamilyen kívülről nem látható áramlási akadály a „bűnös”. Viszont az ilyen eset, ha a hiba oka már megvan, általában könnyebben hárítható el.)
Mit is lehet tenni, ha mégis a cső a szűk? A meglévő fűtési rendszer és a készülék közötti csővezeték szívó-ágát kell bővebbre kicserélni a szívott szakasz ellenállásának csökkentésére. A szállított vízmennyiség beállítását, meglévő fűtési rendszerhez való „hozzá szabályozását" pedig a fűtőkészülék nyomott előremenő vezetékében elhelyezett szabályozó-szeleppel kell megoldani.
Ennek nem csupán a szivattyú üzeme szempontjából van előnye.
A fali fűtőkészülékekben (cirkókban, kombikban) lévő zárt tágulási tartály a rajzon bemutatotthoz hasonló esetekben a feltöltés során nyugalmi állapotban marad: vizet nem vesz fel, akár le is lehet szerelni.
Ezt a belső tágulási tartályt a gyártók rendszerint 0,5 – 0,7 bar „üres” gáznyomásra állítják be. Ha a nyitott fűtési rendszer statikus nyomása a zárt tágulási tartály csatlakozási pontjában ezen nyomásérték alatt van, akkor a zárt tágulási tartály „üres” marad, abba víz nem jut be. Ez egymagában még nem baj.
A baj ott kezdődik, hogy a készülékgyártók a készülék hőcserélőjének méretezésénél gyárilag beállított tartálynyomást általában a készülék minimális üzemi nyomásának tekintik. (Van olyan készülék is, amely ezen nyomásnál kisebb üzemi nyomás esetén el sem tud indulni – nyomásérzékelőjén keresztül villamosan reteszelt állapotban marad.)
Nyitott rendszernél pedig, mint láttuk, adott esetben ez a nyomás nincs meg. Ezért a 0,5 –0,7 bar minimális nyomásra méretezett hőcserélő egyes részein alacsonyabb nyomásérték mellett kellemetlen zajjal járó, felületi forrás következik be. A nem kellő statikus nyomással terhelt készülék hőcserélője tehát zajjal járó felületi forrás kialakulására hajlamosabb lesz; különösen akkor, ha a hőcserélő csöveinek belső felületén még valami fűtővízből eredő lerakódás is jelentkezik.
Miként tudjuk ezt elkerülni? Úgy, hogy a zárt tágulási tartállyal ellátott készülék nyitott rendszerre történő felszerelése esetében:
– a készüléket a nyitott tágulási tartálytól minél nagyobb függőleges távolságban telepítjük és
– a meglévő rendszerhez esetleg felesleges szivattyúnyomást az előzőek szerint a készülék előremenő bekötő vezetékében elhelyezett fojtószeleppel fojtjuk le.
Ekkor a szivattyú üzeme alatt (az égő bekapcsolt állapotában a szivattyú mindig jár) a készülék hőcserélőjét terhelő statikus nyomás: a hőcserélő és a nyitott tágulási tartály vízszintje közötti vízoszlopmagasság plusz a nyomóoldali (előremenő ági) csőellenállás a hőcserélőtől a 0 pontig. Ha ez az érték közelíti a gyári előírt minimális üzemi nyomás értékét, akkor általában nagy baj már nem lehet. Legalábbis ebből…
Ha már itt tartunk, akkor még valamivel érdemes foglalkozni. Mégpedig: ha valahol kiderül, hogy egy csőszakasznak túl nagy az ellenállása és ez valamilyen problémát okoz, akkor szinte mindig felmerül, hogy mi lenne ha kicserélnék a szivattyút egy nagyobbra, esetleg kettőre. Kétségtelen, hogy gyakran ez lenne a legegyszerűbben végrehajtható átalakítás, de az esetek túlnyomó részében nem old meg semmit. Különösen nem oldja meg az esetleg jelentkező kavitációs problémákat és a szállított vízmennyiség növelésére sem sok hatással van. Ennek belátására vessünk egy pillantást a 2. ábrára. Az ábrán egy viszonylag szűk (nagy ellenállású) és egy bővebb (kisebb ellenállású) csőhálózat jelleggörbéjét (paraboláit) és egy UPS 25-60 keringtetőszivattyú maximális fordulatszámához tartozó jelleggörbéjét tüntettük fel.
Ha valahol kevés a szállított vízmennyiség, az túlzott ellenállású csőhálózatot, vagy annak egy túlzott ellenállású szakaszát jelenti.
Az ilyen szűk csőhálózat jelleggörbéjét leíró parabola mindig „meredek”. Ezt a meredek jelleggörbét metszésbe hozva egy akár megduplázott (sorba kötött) szivattyú jelleggörbéjével, látható, hogy a szállított vízmennyiség alig növekszik. A szivattyú cseréje vagy duplázása tehát a vízmennyiség növelése szempontjából nem járható út.
Sajnos megoldást általában csak a “műtét” jelent: meg kell keresni és ki kell cserélni bővebbre a túlzott áramlási ellenállást okozó csőszakaszokat. (Tapasztalataim szerint igen ritka, hogy egy egész csőhálózat el van … méretezve. Sokkal inkább az fordul elő, hogy egy-egy szűkebb szakasz okozza a kellemetlenkedő túlzott áramlási ellenállást.) A túlzott áramlási ellenállást jelentő csőszakasz vagy szakaszok kicserélése után a kialakuló lényegesen “laposabb” parabola szerint már az eredeti szivattyú is képes a szükséges vízmennyiség szállítására.
Persze az sem megvetendő dolog, ha az elmondottakat előre számításba véve úgy tervezzük meg, vagy terveztetjük meg a fűtési rendszert, hogy utólag ne kelljen átalakítani…
