"bezpłatny materiał szkoleniowy - wyłącznie do użytku wewnętrznego"

HYDRAULICZNE RÓWNOWAŻENIE INSTALACJI CIEPŁEJ WODY.

I. WSTĘP.

W systemie rozdziału ciepłej wody użytkowej jej temperatura znacznie spada w sytuacji minimalnego lub braku zużycia. Powyższe zjawisko szczególnie jest widoczne w sytuacji odkręcenia kranu i zorientowania się, że leci z niego zimna woda. Szczególnie jest to bolesne dla użytkowników którzy mają zamontowane liczniki ciepła na ciepłej wodzie a w takiej sytuacja płacą za teoretyczny a nie praktyczny podgrzew ciepłej wody w węźle lub kotłowni. Zabezpieczeniem się przed tego typu problemem jest utrzymywanie ciągłej cyrkulacji kompensującej straty ciepła rurociągu. Realizację powyższego spełnia nam zastosowanie w systemie pompy cyrkulacyjnej. Utrzymuje ona nam minimalny przepływ q1 w systemie jak to pokazano na poniższym schemacie.

Rys. 1: Utrzymanie temperatury wody w instalacji przez pompę cyrkulacyjną.

Przykładowo w instalacji ciepłej wody można wstępnie określić straty ciepła rurociągów korzystając z wzorów niżej zamieszczonych:
dz - zewnętrzna średnica rurociągu
dla rurociągów nieizolowanych: Pm = 2 x dz [W/m]
dla rurociągu dn=40mm - Pm = ok. 85 [W/m]
dla rurociągów izolowanych: Pm = 0,65 x dz [W/m.]
Pm = 28 [W/m] --- rura izolowana

II OKREŚLENIE MINIMALNEGO PRZEPŁYWU CYRKULACYJNEGO.

W instalacji c.w.u. najbardziej nieuprzywilejowany obwód może zostać zasilany wodą o temp. 5K niższej od temp. wody zasilającej - Ts.
Minimalny przepływ q1
b) ogólnie

Pm [W/m]- jednostkowa strata ciepła
D T [K] - spadek temperatury
L [m] - długość rurociągu

a) dla rurociągu nieizolowanego:

Li [m] - długość rurociągu
dzi [mm] - zewnętrzna średnica rurociągu

Dla układu pokazanego na rys. nr 1:

L = S Li = (S+I) + (I+II) + (II+III) + (III+IV) + 5 x l

nie są brane pod uwagę długości rurociągów powrotnych : V*IV* , IV*III* itd.

Gdy w układzie regulacji zainstalowany jest czujnik temperatury temperaturę wejścia do gałęzi można obliczyć zaczynając od pkt. S - straty ciepła dla rurociągu nieizolowanego:

P. = 2 x L_SI x dz

- spadek temperatury wody:

- temperatura wody w pkt. I: T_I = ( T_S -DT)

W sytuacji gdy spadek ciśnienia pomiędzy punktami S. i I wyniesie 1K, to pozostała różnica 4K [4K = 5 - (T_S - T_A)], może zostać stracona w sekcji I.

- cyrkulacja w sekcji I:

l [m] - odległość ostatniego pkt. czerpalnego od początku sekcji I

Przepływ różnicowy (q¹ - q₂) płynie w stronę sekcji II.

- temperatura i przepływ wody w pkt. II:

- dopuszczalny spadek ciśnienia w sekcji II:

- temperatura i przepływ wody w pkt. III (sekcjaIII):

Powyższe wzory są dla założenia, że instalacja posiada równomierne przepływy. W przypadku gdy przepływy te nie są równomierne sekcje znajdujące się bliżej pompy przejmą większość przepływu a ostatnia z kolei będzie miała wodę o temperaturze najniższej. Właśnie ostatnie sekcje potrzebują największej części przepływu recylkulacyjnego.

Sytuacja instalacji niezrównoważonej jest dokładnym przeciwieństwem.

Powyżej zobrazowany tok obliczeń pozwoli wystarczająco dokładnie określić rozpływy. Uniknie się przez to kosztownego i nieefektywnego pod względem eksploatacji przewymiarowania instalacji. Gdy brak jest rozbioru wody z pkt. czerpalnych zrównoważenie hydrauliczne jest kwestią koniecznie potrzebną. Zawór Z1 na rys. nr 1 pełni rolę zaworu wspólnego. Podczas realizacji procesu równoważenia zawór Z2 musi być całkowicie otwarty.

III. MIESZAJĄCY ZAWÓR REGULACYJNY JAKO ELEMENT RÓWNOWAŻENIA INSTALACJI.

Zastosowanie trójdrogowego zaworu regulacyjnego pozwala na utrzymanie temperatury wody zasilającej na stałym poziomie 55 czy 60°C. Stopień otwarcia zaworu trójdrożnego jest uzależniony od wartości temperatur T_G , T_S i T_O. Przy stałych temperaturach T_G , T_S i T_O zawór ten utrzymuje się w stałym położeniu, niezależnie od wielkości przepływu. Ilość wody o temp. T_G i ilość wody o temp. T_O potrzebnej dla uzyskania wody o temp. T_S pozostają w tej samej proporcji. Jedynie wahania temperatur T_S i T_O zostają skompensowane podczas normalnej pracy zaworu trójdrożnego. Zawór trójdrożny projektuje się zwykle na spadek ciśnienia od ok. 50-55 do ok. 95-100 kPa. Nocą podczas zerowego rozbioru wody woda płynące przez bypass zaworu trójdrożnego zamiast temperatury T_O ma zwykle temperaturę T_R. Wartość temp. T_R oscyluje zwykle w granicach około 50°C, podczas gdy temp. T_O (woda zimna) tylko w ok. 10°C. Powyższa sytuacja powoduje zmuszenie zaworu trójdrożnego do pracy w pozycji bliskiej zamknięcia co stwarza olbrzymie problemy dla stabilnej pracy instalacji. Podczas powrotu rozbioru wody z pkt. czerpalnych do poziomu normalnego zawór ponownie się otwiera do normalnego położenia. Efektem powyższej sytuacji jest gwałtowny napływ zimnej wody do instalacji co z kolei jest powodem niesterowalności sekcji recylkulacyjnej. Przy zerowym obciążeniu instalacji ciepłej wody ciśnienie różnicowe na zaworze Z2 steruje przepływem przez zawór mieszający. Gdy powyższe ciśnienie znajduje się w zakresie niskich wartości, zawór mieszający może tylko przekazać do sekcji ograniczoną ilość gorącej wody. Zawór trójdrogowy przez to zmuszony zostaje do szerszego otwarcia. Stopniem otwarcia zaworu trójdrożnego możemy sterować nastawieniem zaworu regulacyjnego Z2. Zabieg ten można wykonać niezależnie od panującego w danej chwili obciążenia instalacji. - przepływ przez zawór regulacyjny Z2 zastosować przy zerowym obciążeniu instalacji:

Przykładowo dla T_G = 80°C, T_S = 60°C , T_R = 50°C , T_O = 10°C uzyskamy q₂ = 0,53 q₁
Stopień otwarcia zaworu trójdrogowego jest znany jedynie podczas normalnej pracy instalacji. Gdy występuje tzw. Zerowe obciążenie zawór regulacyjny Z2 nastawia się tak by zawór trójdrogowy powrócił do swojego normalnego położenia. Możliwy do uzyskania na zaworze regulacyjnym Z2 spadek ciśnienia jest stosunkowo niski. Zawór regulacyjny Z2 dobiera się przeważnie na spadek ciśnienia około 1-2 kPa przy przepływie q₂ na zawór w pełni otwarty.