A három kulcs a tökéletes hidraulikai beszabályozáshoz II.

2011/11. lapszám | VGF&HKL online |  10 064 |

Figylem! Ez a cikk 15 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A tervezett közvetítőközeg-térfogatáramok az egyes fogyasztóknál témakörének ismertetése után az állandó nyomáskülönbségek biztosítása tárgykörrel folytatjuk, és a térfogatáramok kompatibilitása résszel lezárjuk cikksorozatunkat.

Második kulcs: állandó nyomáskülönbség biztosítása a szabályozó szelepeken (1. ábra)

A hidraulikai beszabályozás következő kulcsfontosságú kérdése a nyomáskülönbség szabályozása a szabályozó szelepeken, mivel a szabályozó szelepeken – a megfelelően stabil és pontos szabályozás érdekében – a nyomáskülönbségnek közel állandónak kell lennie. Ez a feltétel elsősorban változó tömegáramú rendszerekben hangsúlyos, ahol a hidraulikai elosztóhálózatban részterheléskor a rendelkezésre álló nyomáskülönbségek változnak. A szabályozás megfelelő minőségének és stabilitásának fontos feltétele a szabályozó (kimenő vagy pozicionáló) jel és a szabályozott jellemző (hőcserélő teljesítmény) közötti függvény (2. ábra). Ez az összefüggés az adott szabályozási kör eredő szabályozási jelleggörbéjével írható le, ami fontos feltétele a rendszer megfelelő minőségű és pontosságú szabályozásának. Az eredő átviteli jelleggörbe több függvény eredője (3. ábra).

1. ábra Második kulcs: állandó nyomáskülönbség biztosítása a szabályozó szelepeken.

A meghajtó karakterisztikája

A szabályozó szelep hajtóművének karakterisztikája a szabályozó (pozicionáló) jel és a kimenő jel (szelepzár-elmozdulás) közötti összefüggést írja le. Lefutása általában lineáris, de a hajtómű elektronikájától függően lehet egyenszázalékos is.

A szabályozó szelep karakterisztikája

A szabályozó szelep belső kialakításától függ, a szelepemelkedés és a szelep kv-értéke közötti kapcsolatot mutatja meg.

A fogyasztó (hőcserélő) karakterisztikája

A fogyasztók jelleggörbéje, vagyis a hőcserélő teljesítményének és az áthaladó közvetítőközeg térfogatáramának kapcsolata függ a hőcserélő kialakításától, méretétől és a primer, illetve szekunder oldali hőmérsékletektől, vagyis a termikus hatásfoktól. Lefutása eltér a lineáristól. A lineáris lefutástól való eltérés mértéke a termikus hatásfoktól függ. A módosított egyenszázalékos szabályozó szelep-karakterisztika olyan alap átfolyási szelep-jelleggörbe, amely kiegyenlíti a nem lineáris lefutású fogyasztói jelleggörbét (termikus hatásfok: 0,25), így biztosítva a közel lineáris hőcserélő-teljesítmény/szabályozó szelep-emelkedés eredő jelleggörbét.

A szabályozó szelep autoritása

A szabályozó szelep autoritás egy olyan, 0 és 1 közötti, mértékegység nélküli szám, ami felvilágosítást ad arra nézve, hogy adott feltételek között, a működő szabályozó szelep két oldalán milyen mértékben változik a nyomáskülönbség. A szabályozó szelep autoritása (a) a szabályozó szelepen teljesen nyitott és tervezett közvetítőközeg-térfogatáramnál mért nyomásesés, valamint a teljesen zárt szabályozó szelep két oldalán mért nyomáskülönbség aránya. A magas autoritás-érték azt jelenti, hogy működés közben a szabályozó szelepen a nyomáskülönbség közel állandó, és a szelep kv-értéke, valamint a ténylegesen mért térfogatáram között közel lineáris az ösz-szefüggés. Az alacsony autoritás-érték azt jelenti, hogy a szabályozó szelepen a nyomáskülönbség a szelep zárásával növekszik, vagyis a szelep kv-értéke és a ténylegesen mért térfogatáram közötti összefüggés eltér az ideális, lineáris lefutástól. Az alacsony autoritás-érték kihatással van az eredő átviteli függvényre, módosítva annak ideális, lineáris lefutását, ami pontatlan és instabil szabályozáshoz vezet. Változó térfogatáramú rendszerekben, a szabályozó szelepek működése közben azok autoritása változik, mivel a teljesen zárt szabályozó szelepen mért nyomáskülönbség értéke függ a többi szabályozó szelep nyitási/ zárási állapotától, a csővezetéki hálózat kialakításától és a pillanatnyi térfogatáramoktól. Ennek megfelelően kétféle autoritás értelmezhető:
■ a tervezett (maximum) és minimum autoritás. A két autoritás számításánál a számláló állandó (a teljesen nyitott szabályozó szelepen eső nyomás tervezett térfogatáramnál), a nevező viszont különböző: a tervezett (maximum) autoritásnál a nevezőben a tervezett állapotban, vagyis a maximális egyidejűség mellett mérhető zárási nyomáskülönbséget,
■ míg a minimum autoritásnál az üzem közben előforduló legnagyobb zárási nyomáskülönbséget vesszük figyelembe. Tervezés során mindkét autoritást ellenőrizni kell. Mind a szabályozó szelep-karakterisztika, mind az autoritás függ a szabályozó szelep kiválasztásától. A szabályozó szelep-kiválasztás komoly hatással van a szabályozási kör eredő függvényére, ezáltal a rendszer szabályozásának pontosságára és annak minőségére.

2. ábra A szabályozás megfelelő minőségének és stabi-litásának fontos feltétele a szabályozó (kimenő vagy pozicionáló) jel és a szabályozott jellemző (hőcserélő teljesítmény) közötti függvény.

 

3. ábra Az eredő átviteli jelleggörbe több függvény eredője.

A szabályozó szelep kiválasztásakor az alábbiakra kell figyelmet fordítani:

4. ábra Harmadik kulcs: a térfogatáramok kompatibilitása

■ A tervezett maximum egyidejűség mellett a teljesen nyitott szabályozó szelepen biztosítani kell a tervezett térfogatáramot.
■ Az ideális, lineáris eredő szabályozási jelleggörbe biztosításának érdekében olyan szabályozó szelepet kell kiválasztani, melynek alap átfolyási jelleggörbéje kompenzálja a fogyasztó (hőcserélő) karak-terisztikáját, ezzel biztosítva a lineáris hőcserélő-teljesítmény/szabályozó szelepemelkedés összefüggést. A kedvező eredő szabályozási jelleggörbe eléréséhez a szabályozó szelep minimum autoritásának 0,25-nál nagyobbnak kell lennie.
■ A kedvezőtlen, alacsony autoritás-érték elkerülése miatt, illetve az eredő szabályozási jelleggörbe kedvező, lineáris lefutásának biztosítása érdekében a tervezett (maximum) autoritásnak legalább 0,5-nek kell lennie.
■ A megfelelő szabályozó szelep-kiválasztáson túl a második kulcs teljesítéséhez el kell kerülni a nagy áramlási nyomásveszteségeket a csővezetéki elosztóhálózatban, fordulatszám-szabályozott szivatytyúkat kell alkalmazni, és nyomáskülönbség-szabályozó beszabályozó szelepek alkalmazásával nyomáskülönbség-független fogyasztói csoportokat kell kialakítani.

Harmadik kulcs: a térfogatáramok kompatibilitása (4. ábra)

A hidraulikai beszabályozás harmadik kulcsa: az egyes alrendszerek térfogatáramainak illeszkedniük kell egymáshoz. A hidraulikai interaktivitás azt jelenti, hogy párhuzamosan kapcsolt fogyasztói körök esetében a körök térfogatáramának változásai módosítják a hidraulikai körök működését, azok térfogatáramát. Ezekben az esetekben interaktivitási problémák jelentkezhetnek, ami például a tervezettnél alacsonyabb közvetítőközeg t-t vagy a folyadékhűtők elfagyását eredményezheti.

5. ábra 150%-os szekunder és 100%-os primer oldali térfogatáramot feltételezve, a két oldal közötti 50%-os térfogatáram-különbség a szekunder oldalról a primer oldal felé fog áramlani, ezzel alacsonyabb (hűtésnél magasabb) szekunder oldali előremenő közvetítőközeg-hőmérsékletet eredményezve.

Ezen hibák elkerülése végett hidraulikai leválasztót vagy egy egyszerű bypass-t kell a termelő (primer) és a fogyasztó (szekunder) oldal közé építeni, ezzel elkerülve a párhuzamosan kapcsolt fogyasztói körök interaktivitását. Hidraulikai beszabályozás nélkül azonban ezek a megoldások egy másik, kompatibilitási problémához vezethetnek. A primer és szekunder oldal közötti térfogatáram-kompatibilitási problémák nem minden üzemállapotban jelentkeznek. Részterheléseknél úgy tűnhet, hogy a rendszerben minden rendben van. Viszont a tervezett méretezési körülmények között, mikor nagy teljesítményigények jelentkeznek a fogyasztói oldalon, a hidraulikai kompatibilitás hiánya miatt a termelői oldal teljesítménye nem vihető át a fogyasztói oldalra. A termelők maximális teljesítménye a tervezésnél figyelembe vehető, a gyártók által a katalógusban közölt adat. Mivel azonban a szekunder oldalon a térfogatáram az esetek jelentős részében nagyobb a tervezettnél – a különböző biztonsági tényezők és a „biztos, ami biztos” felfogás miatt –, a hidraulikai leválasztó tartályban a primer és a szekunder oldal közvetítőközeg-térfogatárama keveredik, ezzel módosítva a szekunder oldalon a primer oldali közvetítőközeg előremenő hőmérsékletét. A francia COSTIC Épületgépészeti Kutatási és Tréning Központ felmérése alapján az esetek 90%-ában a szekunder oldali térfogatáram legalább a 150%-a a szükséges értéknek. Ha a szekunder oldali szivaty-tyúk túlméretezettek, és a szekunder oldali térfogatáram nagyobb, mint a primer oldali, akkor a bypass vezetékben, illetve a hidraulikai váltóban áramlás alakul ki, és a szekunder visszatérő közvetítőközeg keveredni fog a primer előremenő közvetítőközeggel. Például 150%-os szekunder és 100%-os primer oldali térfogatáramot feltételezve, a két oldal közötti 50%-os térfogatáram-különbség a szekunder oldalról a primer oldal felé fog áramlani, ezzel alacsonyabb (hűtésnél magasabb) szekunder oldali előremenő közvetítőközeg-hőmérsékletet eredményezve (5. ábra).

Ez a jelenség akkor is létrejöhet, ha a szekunder oldali térfogatáram ugyan nincs túlméretezve, de a hidraulikai beszabályozás egyáltalán nem, vagy nem megfelelő minőségben lett elvégezve. Mivel a nemkívánatos keveredés miatt a megfelelő szekunder előremenő közvetítőközeg-hőmérséklet nem érhető el – különösen nagy szekunder oldali terhelések idején –, az épületet használók azt tapasztalják, hogy a helyiségek hőmérséklete nem megfelelő (túl alacsony fűtésnél, túl magas hűtésnél).

6. ábra A problémákra, mint látjuk, a megfelelő megoldás a primer és a szekunder oldal térfogatáramainak helyes beállítása, biztosítva az energia megfelelő átadását a termelő (primer) és a fogyasztó (szekunder) oldal között. Természetesen minden további rendszerhatárnál ugyanezen feltételeket kell biztosítani.

A probléma megoldására általában növelik a szekunder oldali szivattyúk emelőmagasságát és térfogatáramát, vagy a primer előremenő közvetítőközeg hőmérsékletét (hűtésnél csökkentik), esetleg egy további termelő egységet (például kazán, folyadékhűtő) telepítenek a primer oldalra. Ha a szekunder szivattyúk emelőmagasságát és térfogatáramát növeljük, a probléma még súlyosabb lesz, fűtésnél a szekunder előremenő közvetítőközeg hőmérséklete tovább csökken, míg hűtésnél tovább növekszik. Egy további termelő (például kazán, folyadékhűtő) telepítésével a probléma orvosolható, de a megoldás igen költséges. A primer előremenő közvetítőközeg-hőmérséklet növelésével (hűtésnél csökkentésével) a probléma szintén megoldható, de ez a megoldás többletenergiát igényel, így többletköltséget eredményez. A problémára a megfelelő megoldás a primer és a szekunder oldal térfogatáramainak helyes beállítása, biztosítva az energia megfelelő átadását a termelő (primer) és a fogyasztó (szekunder) oldal között (6. ábra). Természetesen minden további rendszerhatárnál ugyanezen feltételeket kell biztosítani. Zárásként annyit mondhatunk, hogy a három (kulcs) feltételeinek megvizsgálásával és azok előírásainak teljesítésével a hidraulikai rendszerek optimalizálhatók azért, hogy a megfelelő komfortot minimális költségek mellett biztosítsák.

Kepka György

---