"bezpłatny materiał szkoleniowy - wyłącznie do użytku wewnętrznego"

TEORIA I PRAKTYKA ELEMENTÓW RÓWNOWAŻENIA

I. WSTĘP

Konieczność przeprowadzenia równoważenia hydraulicznego instalacji oraz korzyści z tego płynącego zostały przedstawione w poprzednim rozdziale. Metoda uzyskiwania projektowanych rozpływów we wszystkich sekcjach instalacji opracowana i stosowana przez duński koncern BROEN INDUSTRI Division bazuje na montażu, na poszczególnych odgałęzieniach zaworów regulacyjnych mających na celu równoważenie hydrauliczne instalacji. Sam proces hydraulicznego równoważenia instalacji jest często bardzo pracochłonny, gdyż stosując montaż zaworów regulacyjnych pod wszystkimi pionami i na wszystkich odgałęzieniach byłby rozwiązaniem zbyt drogim i niepotrzebnym. Dlatego też, przed rozpoczęciem procesu równoważenia hydraulicznego instalacji należy ją podzielić na elementy, które mogą być równoważone niezależnie.

II. ELEMENTY W PROCESIE RÓWNOWAŻENIA.

Miejsca instalowania zaworów regulacyjnych.
Teoretycznie jeden zawór regulacyjny, który przypada na jedną sekcję grzewczą (odgałęzienie), powinien pozwolić uzyskanie projektowanych rozpływów czynnika grzewczego. Ustawiając na danym zaworze żądany przepływ powodujemy zmianę spadku ciśnienia na zaworach i rurociągach, co w dalszej kolejności wpływa na zmianę ciśnienia różnicowego na pozostałych zaworach. Zmiana przepływu na pozostałych zaworach (także już wcześniej ustawionych) uzależniona jest więc od nastawy przepływu na jednym zaworze. Należy wielokrotnie powtarzać czynności związane z ustawieniem przepływów zaworów, żeby dokładnie ustawić i wyregulować całą instalację. Powoduje to ogromne wydłużenie w czasie całego procesu równoważenia hydraulicznego instalacji. Metoda proporcjonalna pozwala na uzyskaniu stanu, w którym wszystkie zawory danej sekcji (elementu) są ustawione pozornie "źle" przy zachowaniu takiej samem proporcji dla każdego. Skompensowanie tej "złej" proporcji do wartości 1 możemy uzyskać przez zastosowanie dla całego elementu zaworu wspólnego, który umożliwi żądany przepływ przez zawory sekcji. Całą instalację należy podzielić na elementy i zainstalować zawory regulacyjne mające na celu zrównoważenie (skompensowanie) w dowolnym miejscu systemu za pomocą kilku zaworów bądź tylko jednego. Przy podłączeniu kilku sekcji do tych samych punktów utworzą one nam element, który jest poprzedzony wspólnym zaworem regulacyjnym. Można więc skompensować zaburzenia zewnętrzne za pomocą jednego tylko zaworu wspólnego zamiast przeprowadzać kompensację na kilku zaworach sekcji w elemencie. Zawór wspólny jest zatem zaworem, który umożliwia zrównoważenie rozpływów, niezależnie od tego co się dzieje na pozostałych częściach instalacji, wewnątrz elementu.

Prawo proporcjonalności.
Sekcje (gałęzie) przedstawione na rys. 1, formują pojedyńczy element. Zewnętrzne zaburzenia elementu wywołują zmianę różnicy ciśnień pomiędzy punktami X i Y. Przepływy we wszystkich sekcjach (gałęziach) elementu zmieniają się proporcjonalnie w takim samym stopniu ponieważ przepływ w każdej sekcji zależy od ciśnienia różnicowego. Nadzór i kontrolę nad zmianami przepływów może być dokonywany przez pomiar jednej z nich. Taka sekcja stanowi sekcję (gałąź) odniesienia. Zawór wspólny (zewnętrzny zawór regulacyjny elementu) może skompensować tylko efekt zewnętrznego zaburzenia, dla każdego przepływu wewnątrz elementu. Równoważenie hydrauliczne instalacji opiera się głównie na pojęciach zaworu (sekcji) wspólnego i zaworu (sekcji) odniesienia. Zrozumienie powyższych pojęć prowadzi do poprawnej interpretacji zjawisk obejmujących zagadnienia związane z racjonalną dystrybucją ciepła w systemach grzewczych budynków.

Rys. 1: Zaburzenia zewnętrzne a wpływ na każdą sekcję elementu.

Rys. 2: Przykład odgałęzienia (pionu) w instalacji tworzący element równoważenia.

Przepływ w całej sekcji zależny jest od ciśnienia różnicowego pomiędzy punktami A i L. Spowodowanie jakiejkolwiek zmiany wpłynie na w równym stopniu na zmiany przepływów przez poszczególne sekcje elementu. Zamykanie zaworu regulacyjnego w sekcji 3 spowoduje zaburzenie wewnątrz elementu równoważenia, szczególnie na przepływy w odcinkach CD. I IJ a dalej na spadki ciśnienia w tych sekcjach rurociągów. Wyraźnej zmianie ulegnie ciśnienie ciśnienie różnicowe pomiędzy punktami E i H zmieniając także przepływ w elementach 4 i 5. Rurociągi AB i KL nie odczują diametralnie faktu, że sekcja nr 3 jest odcięta z eksploatacji, ponieważ spadki ciśnienia na nich ulegną tylko nieznacznej zmianie. Element nr 1 także nie zareaguje na zaburzenia w takim samym stopniu jak elementy 4 i 5 ponieważ ciśnienie różnicowe pomiędzy punktami B i K prawie się nie zmieni. Z powyższego widać, że prawo proporcjonalności nie dotyczy zaburzeń wewnętrznych. Powyższa teza ma swoje odzwierciedlenie w procesie równoważenia hydraulicznego.

Rys. 3A i 3B: Skutki odcięcia przepływów w sekcji 3.

Optymalizacja równowagi hydraulicznej sekcji wewnątrz elementu.
Ciśnienie dyspozycyjne ma znaczący wpływ na położenie nastaw zaworów regulacyjnych dla uzyskania właściwego przepływu wewnątrz elementu regulacji. Pozostaje wybranie optymalnej kombinacji nastaw zaworów regulacyjnych przy różnych ciśnieniach.

Rys. 4A i 4B: Równoważenie elementów na różnych poziomach ciśnień (hipotetyczne kombinacje nastaw zaworów).

Powyższe rysunki zawierają wartości spadków ciśnień na każdym elemencie, zaworze regulacyjnym i ciśnienia różnicowe. Spadki ciśnienia oraz przepływy w poszczególnych sekcjach są takie same dla przypadku A i B. Mimo istnienia możliwości utworzenia wielu kombinacji nastaw zaworów przeważnie tylko jedna jest tą kombinacją optymalną zapewniającą:

Przy minimalnych spadkach ciśnienia na zaworach regulacyjnych w poszczególnych sekcjach elementu równoważenia możemy uzyskać powyższe kryteria. W celu przeprowadzenia dokładnego pomiaru przepływu na zaworze, spadek ciśnienia nie powinien być większy od 3-4 kPa. Przy powyższym spadku ciśnienia zawór regulacyjny będzie pracował z najwyższym autorytetem przez co zostaną zmniejszone koszty pompowania. Zmniejszeniu ulegnie też ryzyko hałaśliwej pracy instalacji co staje się ważne szczególnie w przypadku gdy zawory regulacyjne zostaną usytuowane blisko pomieszczeń użytkowych. Za wariant o optymalnym rozkładzie ciśnień i nastaw możnaby przyjąć wariant pokazany na rys. nr 4B.

Rys. 5: Utworzenie nowego elementu regulacji przez sekcje w pojedyńczym pionie.

Instalacja zaworów regulacyjnych powinna odbywać się w całej instalacji grzewczej budynku. Umożliwia to tworzenie elementów regulacji, w których równoważenie można przeprowadzić niezależnie od pozostałej części systemu grzewczego. Powyższa idea zilustrowana jest na rysunku nr 6. Mając w systemie grzewczym budynku wiele podobnych grzejników lub central ogrzewczowentylacyjnych wystarczające może być zainstalowanie tylko na nich zaworów termostatycznych ze wstępną nastawą, którą dobrano na odpowiednie ciśnienie dyspozycyjne np. 10-12 kPa. Wtedy należy ustawić wspólny zawór regulacyjny dla całej sekcji na żądany obliczeniowy przepływ sumaryczny. Uzyskamy przez to założone wcześniej ciśnienie dyspozycyjne dla centrum obciążenia cieplnego całego elementu regulacji.

Rys. 6: Rozmieszczenie zaworów regulacyjnych w teorii.

III. TEORIA A PRAKTYKA.

Przypadek przedstawiony na rys. 7A, dwie sekcje są wspólną działką rurociągu. Każda z sekcji utworzyła element regulacji z oddzielnym zaworem wspólnym. Równoważenie tych sekcji powinno być przeprowadzone wzajemnie przy zastosowaniu dodatkowego zaworu regulacyjnego, który byłby wspólny dla nich obydwu. Liczba zaworów ze względów technicznych i ekonomicznych pokazana na rys. 7A jest za duża. W celu zmniejszenia liczby zaworów zakładamy, że działki I i II tworzą część działek III - VI. Powyższe założenie może być słuszne przy spełnieniu przynajmniej jednego z dwóch poniższych uwarunkowań:

• suma przepływów działek I i II jest mniejsza od około 20% całkowitego przepływu w działkach III-VI,
• spadek ciśnienia w rurociągu BC jest niższy o około 10% mniejszego ze spadków w działkach I i II. (działki I i II można podłączyć bezpośrednio do węzła B).

Schemat rysunku 7A można przekształcić w równorzędny mu schemat jak na rys 7B. Schemat z rysunku 7C można także uznać za równorzędny ze schematem 7A przy założeniu, że spadek ciśnienia na odcinku AB jest pomijalnie mały w stosunku do całkowitego ciśnienia dyspozycyjnego w elemencie regulacji. Powyższe dotyczy także schematu na rys 7D przy założeniu, że pomijalny jest spadek ciśnienia na odcinku EF.

Rys. 7: Zmniejszenie liczby zaworów regulacyjnych sposobem uproszczenia schematu instalacji.

Inny przykład uproszczenia pokazany jest na rys. nr 8. Odwzorowanie uproszczenia powyższego schematu instalacji jest rys. nr 9A. W powyższym przypadku liczba zaworów niezbędna do przeprowadzenia równoważenia hydraulicznego wynosi 9 zamiast 11. Jednak, gdy w niektórych odcinkach rurociągów występują pomijalnie małe spadki ciśnienia powyższą liczbę zaworów można zredukować nawet do 6 sztuk. Obrazuje to schemat przedstawiony na rys. nr 9B.

Rys. 8: 11 szt. zaworów regulacyjnych w systemie.

Rys. 9: Zmniejszenie ilości zaworów poprzez uproszczenie układu systemu grzewczego.

IV. WNIOSKI.

Warto dokładnie przeanalizować rozległość i złożoność całej instalacji grzewczej budynku przy dobieraniu miejsc montażu zaworów regulacyjnych których zadaniem będzie równoważenie hydrauliczne instalacji. Powyższa ocena możne znacznie ograniczyć koszty inwestycyjne a także wpłynąć na uproszczenie samego procesu równoważenia.