Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Félreértések és tévhitek a HMV cirkulációs hálózatok körül

2015/5. lapszám | Székely Tamás |  30 003 |

Figylem! Ez a cikk 10 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Félreértések és tévhitek a HMV cirkulációs hálózatok körül

Az utóbbi időben több cikk is megjelent különböző épületgépész médiákban a HMV (használati meleg víz) cirkuláció témájában. Ez egyrészt üdvözlendő, hisz azt jelenti, egyre többen látják a téma fontosságát, ugyanakkor több olyan dologgal is találkoztam, ami kiegészítést, illetve némi korrekciót igényel. Itt most nem szeretném ismételten leírni (kicsit más szavakkal), mi is a HMV cirkuláció és annak szabályozásának módjai, sokkal inkább koncentrálnék néhány olyan részletre, amelyek általában nincsenek kifejtve, vagy félreértést okoz(hat)nak. A témát elsősorban hidraulikai, illetve energia-megtakarítási szempontból járom körül.

Statikus beszabályozás?

Kezdjük rögtön a cirkulációs ágaknál a statikus beszabályozás „kontra” visszatérő vízhőmérséklet-szabályozás témakörével. Még most, a XXI. században is vannak olyanok, akik statikus strangszabályozással oldanák meg a cirkulációs ágak összehangolását olyan céllal, hogy minden hurokban folyamatosan (napi 24 órában, 365 napon keresztül) azonos térfogatáram keringjen. Ehhez természetesen mérőcsonkos szelepeket építenének be a cirkulációs strangba, és hangolnák össze az ágakat a szelepek fojtásával, valamilyen mérés-beszabályozási módszerrel.

Ha megnézzük a belügyminiszter 40/2012. (VIII. 13.) BM rendeletének 7/2006. (V. 24.) TNM módosítás, az 5.2. (HMV rendszerekre vonatkozó) Beszabályozás, próbaüzem, átadás bekezdését, a következőket olvashatjuk: „A cirkulációs vezetékkel rendelkező használati melegvíz-rendszereket a beszabályozási terv alapján javasolt beszabályozni, és a beszabályozást dokumentálni. A mérés után szúrópróbával a szelepek min. 10%-át kötelező ellenőrizni.” Bárki bármit mond, ez statikus beszabályozást sugall, mintha csak át lenne másolva a fűtési/hűtési rendszerek statikus beszabályozására vonatkozó részéből. Ugyanakkor ismerjük a mai kor elvárásait: energiahatékonyság és komfort. Sajnos ezeket a célkitűzéseket nem tudjuk megvalósítani statikus beszabályozással! Az ilyen rendszerek jellemzői:

  • energiaveszteség (csővezetéki hőveszte-ség, a tényleges igénytől függetlenül folyamatosan kering a meleg víz, valamint szivattyúzási villamosenergia-veszteség, állandó fordulatszámon forog a szivattyú – 24 h/365 nap),
  • egyenetlen csapolási hőmérséklet (ahogy távolodunk a szivattyútól, a csapolóknál egyre alacsonyabb lesz a víz hőmérséklete).

Érdemes még megnézni azt is, hogy mit érhetünk el a statikus beszabályozással. Ha akkurátusan elvégezzük a mérőcsonkos szelepek beállítását, átadáskor tényleg a beállított mennyiségű víz kering (±15-20% a statikus beszabályozás pontosságát figyelembe véve). Azonban az idő múlásával a csővezetékben elindul (vagy folytatódik) a vízkő-kiválás, aminek következtében a cső keresztmetszete és így az ellenállása is változik. A korábban beállított vízmennyiségek változnak, a teljes rendszer hidraulikája „felborul” (nem feltételezhető az egyenletes vízkőkiválás!). Az ilyen rendszereket célszerű lenne évente újraszabályozni, ami komoly pluszköltséget jelent.

Visszatérő vízhőmérsékletre történő szabályozás

Ezért is terjed a cirkulációs hálózatok ún. visszatérő vízhőmérsékletre történő szabályozása. A lényeg, hogy csak akkor menjen a cirkuláció, ha nincs fogyasztás, és a csővezetéki hőveszteség oly mértékű, hogy a csapolási hőmérséklet biztosításához a keringésre ténylegesen szükség van. Ehhez egy olyan szelepre van szükség, ami képes érzékelni a cirkulációs ág vizének hőmérsékletét, és csak akkor nyit, ha a beállított értéknél hidegebb a cirkulációs víz. Egy ilyen rendszerkialakítást mutat az 1. ábra.

A kérdés, hogy hogyan egyeztethetünk össze egy ilyen rendszert a fenn említett BM rendelet előírásaival?

A lényeg, hogy ebben az esetben a szabályozott jellemző nem a vízmennyiség, hanem a visszatérő vízhőmérséklet, így a beszabályozási tervnek a megkívánt cirkulációs hőmérsékletet kell tartalmaznia – a beszabályozás alatt a hőmérséklet-beállítást kell értenünk, a szúrópróba-szerű ellenőrzés pedig hőmérsékletmérés kell, hogy legyen. A dokumentálás viszonylag egyszerű, a jegyzőkönyvben a megkívánt és tényleges hőmérsékleteket kell feltüntetni.

Térfogatáram-korlátozás?

Felvetődik a kérdés, hogy van-e szükség bármilyen hidraulikai beszabályozásra az ilyen, hőmérsékletalapú szabályozásnál? Ebben a kérdésben is erősen megoszlanak a vélemények. Vannak gyártók, akik úgy alakítják ki szerelvényüket, hogy a hőmérsékletszabályozáson túlmenően még egy hidraulikai fojtást is be lehessen vinni. A többség azonban csak a hőmérsékletszabályozásra koncentrál.

Közelítsük meg a kérdést abból az irányból, hogy mikor lehet szükseg térfogatáram-korlátozásra (fojtásra). Gondoljuk először végig, hogy milyen terfogatáramot kellene beállítanunk egy adott strangra! A szükséges maximális vízmennyiség a csővezetéki hőveszteségből számolható ki (feltételezve, hogy nincs fogyasztas), figyelembe véve a csőátmérőt (figyelem, nem csak a cirkulációs ágnak van hővesztesége!), a cső „pozícióját”, a szigetelés vastagságát, a környezeti hőmérsékletet és a meleg víz hőfokát. A szigetelt csö hőveszteségének közelítő számítása már önmagában sem egy egyszerű feladat. A gyakorlatban nem is számolják (tisztelet a kivételnek), hanem jól megszokott „ökölszabályokat” használva határozzak meg a szükséges térfogatáramot. A sok közül egy példa: a szükseges cirkulációs térfogatáram 10 Vh lakásonként. Az ilyen jellegű közelítéseknek az az alapvető jellemzője, hogy biztonságra törekednek, és ez mindig „túlmeretezést” eredményez. Ennek fényében a statikus térfogatáram-korlátozásról (a hőfokkorlátozás mellett) egy cirkulációs ágban a következőket mondhatjuk:

  • Normál üzemben sosem fog megjelenni az a vízmennyiség egy strangon, amire a korlátozást beállítanánk, hiszen a hőmérsékletszabályozás dominál, így mindig kevesebb víz kering a csőben (akkor meg minek a térfogatáram-korlátozás?), tehát nincs értelme.
  • Csökkentett üzemben, például éjszaka (bár nagyobb rendszerekben egyre ritkábban használnak éjszakai csökkentést!) a HMV hőmérsékletét veszik vissza, ami önmagában elegendő ahhoz, hogy ezt az állapotot ne vizsgáljuk tovább, hiszen az alapvető komfort, a megfelelő csapolási hőmérséklet eleve nem biztosítható.
  • Felfűtési állapotban (amennyiben alkalmaznak csökkentett üzemet), mikor a termosztatikus szelepek teljesen nyitva vannak (és esetleg nagyobb az áteresztésük), egy hidraulikailag kiegyenlített rendszer le tudja rövidíteni a felfűtés időtartamát. Ugye, ezt csináljuk a kétcsöves fűtési rendszerekben is? Azonban itt van egy óriási különbség! Míg fűtés esetén a reakcióidő nagyon hoszszú (kb. 1 °C helyiséghőfok-emelkedés óránként), HMV esetén a termosztatikus strangszabályozók percek alatt reagálnak (és visszafojtja a térfogatáramot a kívánt szintre). Így a felfűtési idő hidraulikai beszabályozás nélkül sem jelentősen több, mint amennyi idő alatt megfordul a víz a rendszerben.

Más szóval a felfűtési idő mindössze néhány perccel rövidíthető csak le egy hozzáadott térfogatáram-korlátozással (ami egyéb problémákat vet fel, mint például beszabályozás, újraszabályozás, eltömődés, meghibásodás stb.).

Az előzők alapján levonható a következtetés, hogy a HMV rendszerek statikus beszabályozása nem javasolt, a termosztatikus szabályozás mellett alkalmazott térfogatáram-korlátozás nem hoz hasznot.

De mitől is „jó” egy ilyen termosztatikus cirkulációs szelep?

Mint ahogy bármely szabályozástól, ettől is azt várjuk el, hogy gyorsan reagáljon a változásra (esetünkben 1-2 perc), pontosan tartsa a beállított értéket (± 0,5 °C), kicsi legyen a hiszterézise (<1,5 K), legyen lineáris a hőmérséklet-karakterisztikája (az arányos szabályozás jellege minden nyitási állapotban megegyező), és hogy a kapacitása illeszkedjen az igényekhez (DN-Kvs összhang), alapesetben teljesen le tudjon zárni. A piacon kapható termékek nagy mértékben szórnak. Csak egy gyors pillantás a 3. ábrára, és máris látható, mennyire különböznek egymástól az egyes szelepek.

Az egy termékre vonatkozó mérés bal oldali diagramja a hőmérséklet- (piros), illetve a térfogatáram-változást (kék) mutatja az eltelt idő függvényében, a jobb oldali pedig a hőmérsékletszabályozási karakterisztikát (vízszintes tengelyen a HMV hőmérséklete, függőleges tengelyen a térfogatáram-érték látható.) A jobb és a bal oldali alsó termékek egyike sem teljesíti a fent leírt követelményeket! A jobb oldali két felső termék közül érdemes választani.

Többletfunkciók

A termosztatikus szerelvényeket gyakran különböző többletfunkciókkal egészítik ki, ilyen például az elzárhatóság, a strangürítési lehetőség. Vizsgáljuk meg ezek létjogosultságát.

Ha jobban belegondolunk, az elzárási igény teljesen jogos, sőt a szelep kizárhatósága is megfontolandó szervizcélzattal (a 2. ábra termosztatikus szelepeknél alkalmazott elzáró golyóscsap-párt mutat), azonban az ürítési igény teljes mértékben értelmetlen, hisz magában egy szál cirkulációs csőben jó eséllyel soha sem lesz olyan károsodás, ami az üríthetőséget igényli. Ha mégis, ebben az egy szál csőben (általában DN 15) olyan kevés a víz, hogy annak ürítése amúgy is megoldható. Valószínűleg ez az igény megint csak a fűtési rendszerek strangjainál (ahol lényegesen nagyobb vízmennyiség van a rendszerben) megszokott elvárások másolása.

HMV hőmérséklet

Önmagában a HMV hőmérsékletének megválasztásával is vigyázni kell. A DIN 4708 szerint térfogatáramtól függően 40 és 45 °C között kell, hogy legyen a szolgáltatási hőmérséklet. A gyakorlatban például a távhő-szolgáltatók általában min. 42 °C-ot biztosítanak. Sokan úgy gondolják, abból nem lehet haj, ha melegebb a víz. Ők azonban tévednek! Igazság szerint nincs is ideális hőmérséklet, valamilyen „érdek” mindenképpen sérülni fog. Ha alacsony a hőmérséklet (40- 45 °C), a légionella baktériumok szaporodhatnak el nagymértékben. Ha magas, nő az üzemeltetési költség, fokozódik a vízkő-kiválás, illetve forrázásveszély lép fel. A 4. ábra a vízkőkiválást, az 5. a forrázásveszélyt illusztrálja. Tekintettel arra, hogy e két dolog nagymértékben „rongálja” vagy a hálózatot, vagy a felhasználót, vissza kell kanyarodnunk a szabvány által ajánlott hőmérsékletekhez, ugyanakkor komolyan kell venni a HMV rendszer legionella baktérium elleni fertőtlenítését.

Legionella elleni védekezés

A legionella baktériumokkal szembeni küzdelemben több különböző fegyvert is bevethetünk. Vannak kémiai eszközök (amelyek általában megváltoztatják a víz minőségét, illetve növelik a korrózió kockázatát), valamint fizikai módszerek, melyek közül a termikus fertőtlenítés a leghatékonyabb. Különböző hőmérsékletek mellett különböző arányban változik a légionella baktérium darabszáma. A hőmérséklet növelésével gyorsan csökken a szaporulat, például 60 °C környékén már néhány perc alatt ragyogó eredmény érhető el anélkül, hogy a vízkőképződés lényegében elindulna.

Termikus fertőtlenítés

A termikus fertőtlenítésnek alapvetően két változata létezik, a segédenergia nélküli és az elektronikus.

A segédenergia nélküli, másodlagos termosztatikus érzékelő által vezérelt fertőtlenítés lényege, hogy a szelep belsejében ki kell alakítani egy bypass-ágat, hogy egy minimális áramlás mindig meglegyen. Így ha a termikus fertőtlenítési időszakban a víz hőmérséklete megemelkedik, a másodlagos termosztát ki tud nyitni, és a fertőtlenítő hőmérsékletű víz át tudja öblíteni a rendszert (egy ilyen szelepet és annak karakterisztikáját mutatja a 4. ábra).

Ezen a ponton kell megemlíteni a bypass-ág okozta anomáliát. Ha túl nagy kvmin éréket hagyunk, a szelep nem tudja elvégezni eredeti feladatát, nem képes rendesen leszabályozni a keringtetett cirkulációs vízmennyiséget. Ha túl kicsit elpiszkolódás-veszély állhat fenn. Célszerű a szelep specifikálása előtt meggyőződni erről a paraméterről. A javasolt minimális kapacitás kv = 0,15 m³/h, ez kb. 50 l/h vízmennyiséget biztosít (10 kPa nyomásesés mellett), ami kb. egy 5 emeletes épület cirkulációs vízmennyiség-igénye. Ha ennél nagyobb a kvmin értéke, az energia-megtakarítás jelentősen csökken.

A rendszer hátránya, hogy a fertőtlenítés nem ellenőrzött, a fertőtlenítési hőmérséklet elég magas (vízkőkiválás kockázata), meg kell becsülni, mennyi ideig fog tartani a rendszer átöblítése (ami biztos több, mint az ideális), ráadásul fellép a forrázásve-szély is. Ez utóbbi ellen a csapolók elé beépített termikus keverőkkel lehet védekezni, viszont ez az eredetileg kedvező beruházási költséget megnöveli. Sok esetben a keverőket ezért kihagyják, és a forrázás ellen a lakóközösség tájékoztatásával védekeznek, például felhívják a használók figyelmét, hogy a fertőtlenítést minden hónap első hétfőjén, hajnali 2 és 3 óra között végzik, vigyázzanak! Hát ez nem tökéletes megoldás, lássuk be (viszont igen költséghatékony). Az elektronikus fertőtlenítéssel minden fenn említett probléma kiküszöbölhető. Magát a fertőtlenítés hőmérsékletét, a fertőtlenítési idő hosszát és a strangok sorrendiségét is programozhatjuk, miközben nincs szükség bypass-ágra sem. A rendszerkialakítás (5. ábra) magasabb beruházási költséget igényel, ugyanis a szabályozó automatikán és a kábelezésen kívül minden szelepre fel kell szerelni egy mozgatómotort, valamint egy hőmérsékletérzékelőt, ugyanakkor mind az üzemről, mind a fertőtlenítésről folyamatos adatgyűjtést lehet végezni, és bizonyítani a rendszer működésének megbízhatóságát.

A fertőtlenítési idő minimális (mérhető, mennyi ideje jelent meg a fertőtlenítési hőmérséklet, és egy beállított idő elteltével automatikusan megszüntethető), így a fertőtlenítésre felhasznált energia mennyisége is. Ugyanakkor a többlet vízkőképződés elhanyagolható.

Korrózió

Amiről a gyártók nem szeretnek beszélni, de sajnos elkerülhetetlenül felmerülő jelenség, az nem más, mint a korrózió. Ahogy már megszokhattuk, a HMV rendszerekben minden kicsit másképp van, mint a fűtési hálózatokban – a korrózió is ilyen. Ez elsősorban abból adódik, hogy csapvíz kering a cirkulációs vezetékben, melynek ásványianyag-tartalma olyan, amilyen (helyi adottság), pH értéke sem szabályozott, és ha nem is nyitott a rendszer, de oxigénben gazdag vízről beszélhetünk. Ugyan az ivóvízhálózatok tervezéséről szóló szabvány előírja, hogy az ilyen vezetékekben cinkkiválás-mentes szerelvényeket (anyaga: CuZn36Pb2As) kell használni (egészségvédelmi okokból), az ún. cinkkorrózió megindul. Szerencsére ez a korrózió egészségre ártalmatlan, de a szerelvényeket tönkreteszi. A korrózió elsődleges előidézői: túlságosan lágy víz, alacsony pH érték (<9), klór, szulfátok, ammónia jelenléte, valamint a nagy áramlási sebesség a szelepülék és -tányér között. A klór és a pH érték közötti összefüggést a 6. ábra szemlélteti. A folyamat a szelep felszínéről indul. A kristályhézagokban elhelyezkedő ólom kioldódik, ami bontja a kristályszerkezetet, és apró lapocskákban leválik a szelep anyaga. A korróziónak ezt a formáját „ » kristályközi korróziónak nevezzük. (A korrózió további részleteivel talán egy következő cikkemben részletesen foglalkozom.)

Hosszú távú üzemeltetési tapasztalatok alapján megállapíthatjuk, hogy a HMV hálózatokba beépített szelepek átlagos élettartama ~10 év (8-12 év, függően a fentiekben részletezettektől). Tekintettel arra a tényre, hogy a termosztatikus cirkulációs szelepek beépítésének megtérülési ideje 0,4-0,7 év, a beruházások mindenképpen javasoltak, hiszen mintegy 9 éves időintervallumban pénzt takarítanak meg a felhasználóknak.

Összefoglalás

A HMV rendszerek korszerűsítését (statikus beszabályozásról termosztatikus szabályozásra való átállítását) előtérbe kell helyezni! Nem csupán azért, mert jelentős mennyiségű energiát tudunk megtakarítani vele, hanem azért is, mert ezeknek a modernizálásoknak messze a legalacsonyabb a megtérülési ideje (0,4-0,7 év). Sok gyártó kínál megoldást, azonban legyünk körültekintők a termék kiválasztásakor, ugyanis kis, apró, nüánsznyi különbségek – amik esetleg elsőre fel sem tűnnek – nagymértékben befolyásolják az elérhető eredményeket!