A hidraulikai beszabályozás feladatai

Hidraulikai beszabályozás:

Forrás: IMI International Épületgépész Kft. Irodalom: R. Petitjean: Teljes hidraulikai beszabályozás Tour & Andersson Hydronics kézikönyv- 1997.

2012. augusztusában megjelent a 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelet: „Az épületek energetikai jellemzõinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosításáról.”

A rendelet szerint a fûtési és hûtési rendszerek beszabályozási terv alapján történõ hidraulikai beszabályozás kötelezõ. A beszabályozást követõen, a statikus és dinamikus beszabályozó szelepek legkevesebb 10%-ára, ellenõrzés céljából kötelezõ rámérni.

Forrás: http://net.jogtar.hu/jr/gen/hjegy_doc.cgi?docid=A0600007.TNM

A fûtési- és klímatechnikai rendszerek tervezésének fõ célja a kellemes belsõ légállapot biztosítása mûködési zavarok nélkül és minimális üzemeltetési költségek mellett. Az új szabályozási technológiák a belsõ légállapot és az energia hatékony felhasználása szempontjából - elméletileg - ki tudják elégíteni a legszigorúbb követelményeket is. A gyakorlatban azonban ezek a modern rendszerek sokszor nem tudnak elég hatékonyan szabályozni, mivel a megfelelõ mûködésükhöz hiányoznak a szükséges hidraulikai feltételek.

Az épületgépészeti rendszerek általános üzemeltetési problémái:
" a tervezett hõmérséklet nem biztosítható minden helyiségben,
" a helyiség hõmérséklete annak ellenére ingadozik, hogy korszerû szabályozókat alkalmaznak. Ezek az ingadozások rendszerint kis, vagy közepes teljesítmény igény mellett jelentkeznek,
" elegendõ beépített teljesítmény mellett sem tudják leadni a fogyasztók a szükséges teljesítményt. Ez a probléma különösen a reggeli üzemindítás folyamán jelentkezik.
A fenti mûködési zavarokat nem tudjuk megszüntetni azzal, hogy egyre korszerûbb szabályozókat alkalmazunk. Gyakran a zavarok azért jönnek létre, mert a következõ három alapvetõ hidraulikai feltételbõl egy vagy több nem valósul meg:
" a tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia,
" a szabályozó szelepeken a nyomáskülönbségnek nem szabad sokat változnia,
" az egyes alrendszerek térfogatáramainak illeszkedniük kell egymáshoz.
A hidraulikai beszabályozás csak abban az esetben megfelelõ, ha mind a három alapvetõ hidraulikai feltétel teljesül.

1. A tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia
A hõcserélõk teljesítménye függ a hõhordozó közeg hõmérsékletétõl és térfogatáramától. Ezeket a paramétereket pl. az elõírt szobahõmérséklet függvényében szabályozzuk. A szabályozás csak akkor elfogadható, ha a szabályozó szelepnél ill. a fogyasztónál rendelkezésre áll a szükséges hõhordozó közeg térfogatáram.
Az 1. sz. ábra egy beszabályozatlan hidraulikai rendszert mutat. Az egyes fogyasztóknál 150 l/h névleges víz térfogatáramot kell biztosítanunk. A rendszer összes névleges térfogatárama : 3000 l/h. Amennyiben a rendszer elején beállítjuk a szivattyú névleges térfogatáramát, úgy a szivattyúhoz közelebb esõ fogyasztókon a névleges térfogatáram 154%át, a távolabbiakon a névleges térfogatáram 57%-át mérjük.

1. sz. ábra
Amennyiben a 2. sz. ábra szerint a legtávolabbi fogyasztónál is biztosítjuk a névleges térfogatáram 95%-át, úgy a szivattyú a tervezett összes térfogatáram 166%-át kénytelen a rendszerben keringtetni, miközben a villanymotor a korábbi áram kb. hatszorosát veszi fel az elektromos hálózatból.

2. sz. ábra
A megfelelõ térfogatáram elosztást csak a hálózat teljes hidraulikai beszabályozása biztosítja. A 3. sz. ábrán látható, hogy nyitott szabályozó szelepállásnál mindegyik fogyasztón az elõírt víz térfogatáram 100%-a halad át és a szivattyúzási költség hatoda az elõzõ példában látottaknál.

3. sz. ábra

2. A szabályozó szelepeken a nyomáskülönbségnek nem szabad sokat változnia
A szabályozó szelep karakterisztikáját - állandó nyomáskülönbség mellett - a szelepen keresztülhaladó közeg-térfogatáram és a szelepemelkedés kapcsolata határozza meg. A térfogatáramot és a szeleptányér emelkedését a maximális érték százalékában szokás megadni.
Egy lineáris karakterisztikájú szelepnél a térfogatáram egyenesen arányos a szelepemelkedéssel. A hõcserélõ nem lineáris karakterisztikájának köszönhetõen - kis és közepes teljesítmény esetén - a szabályozó szelep enyhe nyitása is jelentõsen megnövelni a közeg-áramlást és ezzel a hõleadó teljesítményét. A szabályozási kör emiatt kis és közepes teljesítménynél instabillá válhat.
A problémát úgy oldhatjuk meg, hogy olyan szabályozó szelepet választunk, amivel kompenzálhatjuk a hõcserélõ nem-lineáris karakterisztikáját, ezzel biztosíthatjuk, hogy a hõcserélõn a közeg térfogatáram egyenes arányos lesz a szelepemelkedéssel.
Tételezzük fel, hogy a hõcserélõ teljesítménye 50 %-a a tervezett értéknek abban az esetben, amikor a hõcserélõn keresztül a tervezett térfogatáram 20 %-a kering, tehát olyan szabályozó szelepet célszerû választani, amely a tervezett térfogatáramnak csak a 20 %-át engedi át, amikor a szelep 50 %-os, félig nyitott állapotban van. Ebben az esetben, ha a szelep félig nyitott állapotban van, akkor a hõleadás 50 %-a valósul meg. Abban az esetben, ha ez a beállítás az összes térfogatáram esetén érvényes, akkor olyan szelepkarakterisztikát kapunk, amely a hõcserélõ nem-lineáris tulajdonságát kompenzálja. Ezt a karakterisztikát (4. sz. ábra) az egyenlõszázalékos szelep jelleggörbéjének (EQM) nevezzük.

Ahhoz, hogy a kompenzációt el tudjuk végezni, két feltételnek kell teljesülnie:
· a teljesen nyitott szabályozó szelepen a tervezett térfogatáramnak kell áthaladnia (elsõ hidraulikai feltétel),
· a szabályozó szelepen lévõ nyomáskülönbségnek állandónak kell lennie minden üzemállapotban (második hidraulikai feltétel).
Ha a szabályozó szelepen lévõ nyomáskülönbség a hidraulikai rendszer egyutú szabályozó szelepeinek zárása miatt nem állandó (változó térfogatáramú elosztóhálózat), vagy a szelep túlméretezett, akkor a szabályozó szelep karakterisztikája eltorzul és a szabályozás instabillá válik (5. sz. ábra)

5. ábra

3. Az egyes alrendszerek térfogatáramainak illeszkedniük kell egymáshoz
Az egyes épületgépészeti alrendszerek illeszkedési problémáját a 6. sz. ábrák szemléltetik. A fûtési rendszer primer (hõtermelõ) és szekunder (elosztó) hálózatát egy igen kis hidraulikai ellenállású váltó választja szét, a szivattyúk interaktivitásának elkerülése végett. Amennyiben a primer és szekunder oldali víz térfogatáram megegyezik (6a. sz. ábra), a szekunder oldali elõremenõ hõmérséklet megegyezik a kazán kilépõ víz hõmérsékletével. Amennyiben a szekunder oldali víz térfogatáram magasabb a primer oldali térfogatáramnál- pl. hidraulikai beszabályozatlanság miatt- a szekunder oldali elõremenõ hõmérséklet alacsonyabb, mint a kazánt elhagyó víz hõmérséklete (6b. sz. ábra). Látható, hogy a nagyobb szekunder oldali szivattyú alkalmazása nem oldaná meg a problémát, ezért ebben az esetben a kazán alapjelét szokás megemelni, mely azonban jelentõs energiafogyasztás növekedéssel jár.

6a.sz.ába 6b.sz.ábra

Nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ

Az épületgépészeti fûtési és hûtési rendszerek tervezése során a maximális fûtési és hûtési teljesítmény igények kielégítésére összpontosítunk annak ellenére, hogy a rendszerek mûködésük során kb. 90%-ban részterhelésen üzemelnek. A részterheléses üzemelés során a lehetõ leghatékonyabb energia felhasználás érdekében -amennyiben lehetséges- csökkentjük az üzemelõ kazánok ill. folyadékhûtõk számát és az elosztóhálózatban keringtetett közvetítõ közeg térfogatáramát. A primer oldali "energiatermelõ" és a szekunder oldali elosztóhálózatok térfogatáramai a különbözõ üzemelési viszonyok között eltérhetnek egymástól, a szivattyúk más-más munkapontokon üzemelhetnek. Amennyiben a primer és szekunder oldali szivattyúk sorba vannak kötve egymással, részterheléses üzemállapotban a maximális terhelésre méretezett és beszabályozott rendszer hidraulikai egyensúlya felbomlik és a hálózat egyes részeiben térfogatáram hiány, míg más részeiben térfogatáram többlet jelentkezik. A primer oldali "energiatermelõ" és a szekunder oldali elosztóhálózat szivattyúinak interaktivitását meg kell szüntetni, melynek egyik lehetséges módja a nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõk használata. A nyomáskülönbség nélküli osztó gyûjtõk kialakításának több lehetõsége közül az alábbiakban kettõt vizsgálunk:
" Nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ kialakítása by pass vezeték beépítésével (1. sz. ábra)
" Nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ kialakítása hidraulikus váltó használatával (2. sz. ábra)

1.sz. ábra: Nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ by pass vezetékkel

2.sz. ábra: Nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ hidraulikai váltóval

Amennyiben a primer és a szekunder oldali hálózat közvetítõ közeg térfogatárama megegyezik ill. a primer oldali közvetítõ térfogatáram nagyobb, mint a szekunder oldali, a különbözõ módon kialakított nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõk hasonló módon viselkednek. A primer és a szekunder hálózat hidraulikailag nem befolyásolja egymás mûködését ill. a szekunder oldali fogyasztók elõremenõ közvetítõ közeg hõmérséklete megegyezik a kazán ill. a folyadékhûtõ elõremenõ hõmérsékletével.

By pass vezetékkel rendelkezõ nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ mûködése


Ha a részterheléses üzemállapot alatt a szekunder oldali közvetítõ közeg térfogatáram magasabb, mint a primer oldali, a különbözõ módon kialakított nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõk eltérõ módon viselkednek.
A 3. sz. ábra szerinti fûtési rendszer szabályozása a kazánokat léptetéssel üzemelteti.

3. sz. ábra By pass vezetékkel rendelkezõ nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ mûködése

Az elosztó hurok ellenállását az osztó-gyûjtõ DE by pass vezetékkel való összekötésével csökkentettük a hidraulikai interaktivitás elkerülése érdekében. Tételezzünk fel egy olyan üzemállapotot, amikor a két azonos szekunder oldali fogyasztói csoport szivattyúi a primer térfogatáram 150%-át keringtetik a nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõn. Ebben az esetben az "A" pontba a teljes primer oldali térfogatáram 75%-a lép be, 25%-ot hagyva a második fogyasztói csoport áramkörének. A második áramkör szintén a 100%-os térfogatáram 75%-át kapja, de csak 25%-ot az elõremenõbõl és 50%-ot saját visszatérõjébõl, így a "C" pontban 25% melegvíz keveredik 50% visszatérõ vízzel, mely a mértezési 90 °C helyett alacsonyabb elõremenõ hõmérsékletet eredményez. Amennyiben növeljük a második áramkör szivattyújának térfogatáramát, a helyzet még rosszabb lesz. A DE by pass vezetékbe épített visszacsapó szelep beépítésével a primer és szekunder oldali szivattyúk sorba kötését érjük el, mely kedvezõtlenül befolyásolja a kétutú szabályozó szelepek mûködését ill. a különbözõ üzemállapotokban a fogyasztók egyes csoportjainál közvetítõ közeg térfogatáram többlet, másoknál térfogatáram hiány lép fel.
A fenti példából jól látszik, hogy a by pass vezetékkel rendelkezõ nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõk utolsó fogyasztóinál teljesítmény problémák lépnek fel a primer és a szekunder oldali közvetítõ közeg térfogatáram hidraulikai egyensúlyának felbomlásakor. A fenti problémák elkerülésére az alábbi megoldásokat javasoljuk:
" A primer és szekunder oldali térfogatáramok folyamatos mérésével a kazánok léptetéses szabályozása vegye figyelembe a közvetítõ közeg térfogatáramok egyensúlyának követelményét.
" A kazánok szabályozó körének hõmérséklet távadóját az utolsó fogyasztó(k) osztó csõvezetéki csatlakozásához helyezzük el ("C" pont). Ennél a megoldásnál a kazánok indítását és leállítását óvatosan kell végezni, mivel a rendszer hajlamos lesz a lengésre.
" Amennyiben a szekunder oldali kétutú szabályozó szelepek közül legalább egy teljesen nyitott állapotban van, a kazánok elõremenõ hõmérséklet alapjelét néhány fokkal meg kell emelni.
" Az osztó-gyûjtõ utolsó fogyasztói a belsõ hõmérsékletre kevésbé érzékeny csoportok legyenek.

Hidraulikus váltóval rendelkezõ nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ mûködése

A 4. sz. ábrán négy folyadékhûtõvel üzemelõ hûtött vízrendszer elvi kapcsolása látható. Ha részterheléses üzemállapotban a qs térfogatáram nagyobb, mint a folyadékhûtõk qg térfogatárama, a hidraulikus váltóban a qb térfogatáram a "B" pontból az "A" pont felé áramlik. Az "A" pontban keveredési hely alakul ki, így a ts vízhõmérséklet magasabb lesz a tervezett értéknél és a folyadékhûtõk teljesítménye nem vihetõ át a szekunder hálózatra ill. romlik a rendszer hatásfoka.

4.sz. ábra Hidraulikus váltóval rendelkezõ nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõ mûködése

A fenti példából jól látszik, hogy a hidraulikus váltóval rendelkezõ nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõk mindegyik fogyasztójánál teljesítmény problémák lépnek fel a primer és a szekunder oldali közvetítõ közeg térfogatáram hidraulikai egyensúlyának felbomlásakor, de ez kisebb mértékû, mint a by pass vezetékkel rendelkezõ osztó-gyûjtõk utolsó fogyasztóinál.
A fenti problémák elkerülésére az alábbi megoldásokat javasoljuk:
" A primer és szekunder oldali térfogatáramok folyamatos mérésével a folyadékhûtõk léptetéses szabályozása vegye figyelembe a közvetítõ közeg térfogatáramok egyensúlyának követelményét.
" A folyadékhûtõk szabályozó körének hõmérséklet távadóját mindig olyan helyre építsük be, ahol minden üzemelési viszonynál biztosított a közvetítõ közegáramlás
" A folyadékhûtõk szabályozó körének hõmérséklet távadóját az "A" pontba építsük.
Mindkét esetben a szabályozó körök speciális kialakításával a hidraulikai egyensúlyi problémákat csak látszólag orvosoltuk, az igazi megoldást az egyensúlyi helyzet visszaállítása eredményezi.
A nyomáskülönbség nélküli osztó-gyûjtõk kialakításánál ill. a rendszerek mûködtetésénél nagy gondot kell fordítani az alrendszerek közvetítõ közeg térfogatáram egyensúlyának fenntartására. Az egyensúly felbomlásakor a "megtermelt energia" nem vihetõ át teljes mértékben a szekunder oldali elosztóhálózat fogyasztóihoz. A megoldást a hidraulikai egyensúly visszaállítása ill. a szabályozó körök speciális kialakítása jelenti.

Bevezetés a beszabályozásba I. rész
A 3 alapfeltétel
Bevezetés

A modern épületgépészeti, valamint technológiai fûtési és hûtési rendszerek - elméletileg - ki tudják elégíteni a legszigorúbb követelményeket is a szabályozott szakasz jellemzõinek stabil és pontos szabályozása (pl. belsõ légállapot) és az alacsony üzemeltetési költségek szempontjából. A gyakorlatban azonban ezek a modern rendszerek sokszor nem tudják beváltani ígéretüket: pl. a belsõ légállapot eltérése nagyobb a tervezettnél, az üzemeltetési költségek pedig sokszor magasabbak a vártnál.
Ez gyakran elõfordul, hiszen az épületgépészeti rendszer terve sokszor nem tartalmaz olyan elemeket, amelyek a pontos és a stabil szabályozáshoz szükségesek.
A három fontos feltétel:
1. A tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia.
2. A szabályozó szelepeken a nyomáskülönbségnek nem szabad sokat változnia.
3. Az egyes alrendszerek térfogatáramainak illeszkedniük kell egymáshoz.
Ez a tanulmány röviden elemzi az elsõ feltételt. Sok probléma ennek a feltételnek a figyelmen kívül hagyásából ered.

Általános problémák

A következõ problémák arra utalnak, hogy az elsõ számú feltétel nem teljesül, vagyis a tervezett térfogatáram nem jut el minden fogyasztóhoz. Ezért
- az energia költségek magasabbak a vártnál;
- a beépített teljesítmény nem elegendõ a csúcsigények kielégítésére;
- az épület egyes részeiben túl meleg van, míg a többi részében hideg;
- a technológiai folyamatokban elõírt hõmérsékletet nem lehet elérni;
- a kívánt szobahõmérséklet elérése hosszú ideig tart az éjjeli leállítás utáni üzemindításkor.
A megfelelõ térfogatáram elérése

A teljesítmény, amelyet a különbözõ hõcserélõk leadnak, függ a hõhordozó közeg hõmérsékletétõl és térfogatáramától. Ezeket a paramétereket pl. az elõírt szobahõmérséklet függvényében szabályozzuk. A szabályozás csak akkor elfogadható, ha a szabályozó szelepnél és minden fogyasztónál rendelkezésre áll a szükséges víz ill. glikol mennyiség.
Vannak, akik úgy gondolkodnak, hogy elegendõ feltüntetni a tervezett térfogatáramot a terveken, és az máris megvalósul a gyakorlatban. A megfelelõ térfogatáramot a valóságban csak úgy tudjuk elérni, ha megmérjük és beállítjuk azt. A szakértõk meg vannak gyõzõdve a hidraulikai beszabályozás szükségességérõl. A kérdés csupán az, hogy: Hogyan oldjuk meg a problémát? El lehet-e érni a megfelelõ térfogatáram eloszlást azáltal, hogy gondosan végezzük el a méretezést?
Elméletileg kialakulhat a megfelelõ térfogatáram, de a valóságban ez csak egy álom. A csöveket, a szivattyúkat és a különbözõ berendezéseket általában úgy tervezzük, hogy fedezzék a maximális igényeket (kivéve, ha az egyidejûséget is figyelembe vesszük). Ha a rendszer egy láncszeme nem megfelelõen méretezett, akkor a többi elem sem fog optimálisan mûködni. Ebbõl eredõen nem érjük el a tervezett belsõ légállapotot, és a komfortot csak kompromisszumokkal tudjuk teljesíteni.
Néhányan úgy gondolják, hogy a legtöbb probléma megelõzhetõ a biztonsági faktorokkal tervezett berendezéssel. Még ha néhány problémát meg is tudunk oldani, ily módon új problémák keletkeznek, különösen a szabályozásnál. Néhány túlméretezés elkerülhetetlen, mert az egyes elemeket a fennálló kereskedelmi választékból kell kiválasztani. A kínálat általában nem egyezik meg a számításokból származó igényekkel. Azon kívül a tervezési fázisban néhány rendszerelem jellemzõje még nem ismeretes, mert azt a kivitelezõ egy késõbbi lépésben választja ki. Az eredeti tervet a kivitelezésnek megfelelõen többé-kevésbé módosítani kell, mivel a megvalósult állapot sohasem egyezik meg pontosan a tervekkel. A hidraulikai beszabályozás lehetõvé teszi, hogy az adott berendezés megkapja a szükséges térfogatáramot, ezzel kompenzálva a túlméretezést és korrigálva a kivitelezést.
Állandó tömegáramú elosztóhálózatok

Egy állandó tömegáramú rendszerben (1.a. ábra) a háromjáratú szelepet úgy méretezzük, hogy azt a nyomásesést hozza létre, ami megegyezik a C fogyasztó tervezett nyomásesésével. Ez azt jelenti, hogy a szabályozószelep autoritása legalább 0,5 kell legyen, ami szükséges a megfelelõ szabályozáshoz. Ha a nyomásesés a fogyasztóban és a szabályozó szelepen összesen 20 kPa és a megengedhetõ rendelkezésre álló nyomáskülönbség (DH ) 80 kPa, akkor a 60 kPa különbséget le kell fojtani a STAD 1 beszabályozó szelep segítségével. Ha ezt nem tesszük, akkor 200 % -os túláram keletkezik a körben, ami szabályozási nehézségeket okoz, illetve zavarja a rendszer többi elemét.
A STAD 2 beszabályozó szelep az 1.b. ábrán nélkülözhetetlen. Nélküle a by-pass (AB) egy rövid kör lesz jelentõs túlárammal, térfogatáram-hiányt teremtve a rendszer más részein. A STAD 2-vel a primer (qp) térfogatáram mérhetõ és valamivel magasabb értékre állítható be, mint a qs szekunder oldali térfogatáram a STAD 3 szeleppel.
A beszabályozás biztosítja a megfelelõ térfogatáram elosztását, megelõzi az üzemeltetési problémákat, és lehetõvé teszi, hogy a szabályozók valóban tudjanak szabályozni.

1. ábra. Példák állandó tömegáramú elosztóhálózatokra

Változó tömegáramú elosztóhálózatok

Egy változó tömegáramú elosztórendszerben a térfogatáram-hiány problémái csúcsigénynél jelennek meg.

2. ábra. Példa változó tömegáramú elosztóhálózatra

Elsõ megközelítésben nem szükséges beszabályoznunk az egyutú szabályozó szeleppel rendelkezõ rendszert, mivel a szabályozó szelep feladata, hogy a térfogatáramot a megfelelõ szintre állítsa be. A hidraulikai beszabályozásnak automatikusan meg kell történnie. Még gondos számítás esetén is elõfordulhat, hogy nem kaphatók a piacon olyan szabályozó szelepek, amelyek a kívánt Kvs értékkel rendelkeznek. Következésképpen a legtöbb szabályozó szelep túlméretezett. A szabályozó szelepek teljes nyitása általában nem kerülhetõ el, mint pl. az üzem indításakor, a hõmérséklet érzékelõk minimum vagy maximumértékre való beállításakor, vagy amikor valamely fogyasztó alulméretezett. Ezekben az esetekben, illetve, ha a beszabályozó szelepek nincsenek beépítve, néhány körben túláram keletkezik. Ez viszont térfogatáram-hiányt okoz más körben.
A változó fordulatszámú szivattyúk alkalmazása sem tudja megoldani ezt a gondot, mivel minden körben a térfogatáram arányosan változik a szivattyú emelõmagasságának módosulása esetén. Ha így próbáljuk meg kiküszöbölni a túláramot, akkor a térfogatáram hiány még jelentõsebbé válik.
Az egész rendszert úgy tervezzük, hogy maximális fogyasztás esetén biztosítsa a maximális hõ leadást, vagy hõ felvételt (egyidejûséggel vagy nélküle). Lényeges, hogy ez a maximális hõ leadás, vagy hõ felvétel mindig rendelkezésre álljon, amikor csak szükséges. A hidraulikai beszabályozás, ha az a méretezési állapot szerint készül, garantálja, hogy minden berendezéshez eljut a szükséges térfogatáram. Részfogyasztásnál, mikor egyes szabályozószelepek zárva vannak, a rendelkezésre álló nyomás a körben növekszik.

Reggeli üzemindítás

Egy változó tömegáramú elosztórendszerben minden éjszakai leállás után a reggeli üzemindítás komoly gondot okozhat, mivel a legtöbb szabályozószelep teljesen kinyit. Ezzel több térfogatáram kerül a rendszerbe, amely jelentõs nyomásesést eredményez a csõhálózatban. A rendszer legkedvezõtlenebb részén elhelyezkedõ fogyasztóhoz nem jut megfelelõ térfogatáram addig, ameddig a többi helyen a hõmérséklet el nem érte a beállítási értéket (feltéve, ha ezek a beállítási értékek helyesen lettek kiválasztva). Az üzemindítás tehát nehézkes, a vártnál több idõt vesz igénybe és gazdaságtalan az energia fogyasztás szempontjából. Ez az üzemindítás a központi szabályozó beállításának állandó változtatását eredményezi és az optimalizálás bármely formája gyakorlatilag lehetetlen.

3. ábra. Egy beszabályozatlan rendszert korábban kell indítani, ami növeli az energiafogyasztást.
Állandó tömegáramú elosztórendszerben a térfogatáram hiánya és a túláram megmarad az üzemindításkor és azután is, még inkább nehezítve a meglévõ problémát.
A beszabályozáshoz szükséges eszközök

A fûtési és hûtési rendszer beszabályozásához szükséges eszközök az alábbi feltételeknek meg kell, hogy feleljenek:
- A térfogatáramnak mérhetõnek kell lennie +/- 5% pontossággal. A beszabályozási folyamat lehetõvé teszi a fûtési és hûtési rendszer mûködésének ellenõrzését, a hibák észrevételét és a mérés alapján történõ korrigálását.
- A térfogatáramnak könnyen beállíthatónak kell lennie. Ezáltal a fûtési és hûtési rendszer rugalmas, az igényeknek megfelelõen megváltoztatható.
- A beszabályozó berendezésnek hosszú idõre szóló megbízhatóságot kell garantálnia. Ellenállónak kell lennie az agresszív vízzel és glikollal szemben.
- Feltöltés alatt a beszabályozó berendezést nem kell kiiktatni, illetve speciális szûrõt igénybe venni.
- A beállítási értéknek könnyen leolvashatónak és rögzíthetõnek kell lennie. A teljes záráshoz legalább négy egész fordítás szükséges a szelep kézikerekén, hogy a megfelelõ érték beállítható legyen.
- A nyomáskiegyenlített szelepkúpnak nagy nyomáskülönbség esetén alkalmasnak kell lennie - nagyobb méretû szelepeknél is - a beállításhoz szükséges forgatónyomaték lecsökkentésére.
- A beszabályozó szelepnek tartalmaznia kell az elzáró funkciót.
- A mérõkészüléknek olyannak kell lennie, hogy a térfogatáramot könnyen lehessen mérni a diagrammok használata nélkül is. A készüléknek tartalmaznia kell egy egyszerû beszabályozó eljárást és azt a funkciót, hogy az eredményeket ki lehessen nyomtatni. A berendezésnek tárolnia kell a térfogatáram, a nyomáskülönbségek és a hõmérsékletek értékeit diagnosztikai célokból.
A legegyszerûbb beszabályozási módszer, mely megtartja a rendszer diagnosztika lehetõségét

A hidraulikai beszabályozás biztosítja annak a lehetõségét, hogy az üzembe helyezés helyesen történjen. A beszabályozás alatt kiderül a legtöbb mûködési hiba (pl.: levegõ, elszennyezõdés, szûrõk, hidraulikai hibák).
A TA Balance módszer a legegyszerûbb módja egy fûtési és hûtési rendszer beszabályozásának. A TA Balance módszer lényegében egy számítógépes program, amely a kompenzációs módszeren alapul. A TA Balance módszer a CBI II. mérõkomputer mûködési elvére épül. A fûtési, vagy hûtési rendszeren végzett néhány mérés után a TA Balance eljárást alkalmazva a CBI kiszámolja a szelepek megfelelõ beállítását. E módszer legfõbb elõnye abban rejlik, hogy egy ember képes beszabályozni az egész rendszert egyetlen mérõkészülék igénybevételével.
Mint minden más beszabályozási folyamatban a rendszert modulokra kell osztani. Egy modul egy felszállót jelent, amelyhez az elosztóvezetékek csatlakoznak. Minden egyes felszálló rendelkezik egy beszabályozó szeleppel, amit partner szelepnek nevezünk (4. ábra).

4. sz ábra Beszabályozási egység

A CBI mérõmûszer érzékeli a mértékadó áramkört (az a kör, ami a legnagyobb nyomáskülönbséget igényli) és elõirányozza a 3 kPa-os nyomásesést (ez a minimális nyomásesés, ami a megbízható térfogatáram-méréshez szükséges).
A mérõkomputer a többi beszabályozó szelep beállítását kiszámolja, hogy elérjük a modulon belül lévõ elemek egymáshoz viszonyított beszabályozását. A beállítás nem függ a szivattyú emelõmagasságától és a modulon kívül lévõ többi beszabályozó szelep beállításától sem. A CBI II. által meghatározott értékeket kell beállítani és rögzíteni a szelepeken.
Miután minden modul beszabályozása külön-külön megtörtént a modulokat egymáshoz képest kell beszabályozni az elõzõekhez hasonló módon. Ezzel a partner szelepek beállítását határozzuk meg.
Végezetül az összes tervezett térfogatáramot a fõ beszabályozó szelep segítségével be kell állítani. Az összes túlnyomás beállítható és mérhetõ ezen a szelepen. Ez a túlnyomás néha olyan magas, hogy egy kisebb szivattyút is be lehet építeni, hogy csökkenjen a szivattyúzás költsége.
Amikor ez a mûvelet befejezõdött a tervezett térfogatáram minden fogyasztónál rendelkezésre áll. Egy számítógépes nyomtatással listát készíthetünk minden egyes beszabályozó szelep beállításáról, nyomáskülönbségérõl és térfogatáramról.
Befejezés
Minden hûtési és fûtési rendszer feladata, hogy biztosítsa az elõírt szabályozott jellemzõ értékeket alacsony költségek és minimális mûködési hibák mellett.
Elméletileg a modern szabályozástechnika oldja meg ezt a feladatot. A gyakorlatban azonban nem a legmodernebb szabályozók azok, amelyek ezt elvégzik. Ennek gyakran az az oka, hogy a jó szabályozáshoz szükséges feltételeket nem mindig teremtik meg.
Egy ilyen feltétel, hogy a tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia. A hidraulikai beszabályozás megoldja ezt a feladatot. Egyrészt csökkenti az egyes körökben lévõ túláramot, másrészt megakadályozza, hogy más körökben a szükségesnél kisebb térfogatáram alakuljon ki. A hidraulikai beszabályozás jelzi a beépített szivattyú túlméretezését és ellenõrzi, hogy a rendszer valóban úgy mûködik-e, ahogyan a tervezõje elképzelte.
A TA Balance módszer elõnyei a többi beszabályozási technikákkal összevetve:
- gyors, pontos, egy ember által elvégezhetõ beszabályozási módszer,
- mivel a rendszert mérés útján szabályozzuk be, így ezzel a módszerrel a rendszer hidraulikai vizsgálatát, diagnosztikáját is elvégezhetjük,
- a beszabályozás után pontos hidraulikai térképet kapunk a rendszerrõl, amely pl. segítséget nyújt a késõbb bekötendõ fogyasztók rákötési helyének meghatározásához,
- mivel a hidraulikai modulokban a komputer kiválasztja a legkedvezõtlenebb helyzetben lévõ fogyasztót, a rendszer biztosan a lehetõ legalacsonyabb energia szinten kerül beszabályozásra, mellyel könnyen meghatározható a szükséges szivattyú munkapontja, vagy a frekvencia szabályozós szivattyú alapjele,
- a szelepek mozgó alkatrészt nem tartalmaznak, szennyezõdésre nem érzékenyek és a rendszerben egyúttal elzáró szerelvényként is üzemelnek,
- az esetleges, menet közbeni tervezett térfogatáram változtatások miatt a szelepek belsejét nem kell külön költségen kicserélni, hanem csak a rendszer meghatározott részeit kell újból beszabályozni,
- a módszert mind állandó, mind változó térfogatáramú elosztóhálózatban lehet alkalmazni

IMI International Épületgépész Kft.
Irodalom: R. Petitjean: Teljes hidraulikai beszabályozás
Tour & Andersson Hydronics kézikönyv- 1997.

Bevezetés a beszabályozásba II. rész

A hidraulikai beszabályozás és a nyomáskülönbség stabilizációja

Bevezetés

A fûtési és hûtési rendszerek tervezésének elsõrendû célja a szabályozott szakasz jellemzõinek stabil és pontos szabályozása (pl. a kellemes belsõ légállapot biztosítása), mégpedig mûködési zavarok nélkül és minimális üzemeltetési költség mellett.
Az új szabályozási technológiák pl. a belsõ légállapot és az energia hatékony felhasználása szempontjából - elméletileg - a legszigorúbb követelményeket is ki tudják elégíteni, a gyakorlatban azonban ezek a modern rendszerek sokszor nem szabályoznak hatékonyan. Ez azért fordulhat elõ, mert a megfelelõ mûködéshez hiányoznak a szükséges feltételek. Végeredményben mind a szabályozott szakasz jellemzõinek beállításában, mind költségmegtakarítás tekintetében kompromisszumot kell kötnünk, amit nem tartunk elfogadhatónak.
A fûtési/hûtési rendszerek általános problémái:
· A tervezett jellemzõk nem biztosítható mindenütt a rendszerben, különösen nagy teljesítmény-változások esetén.
· A szabályozott szakasz jellemzõ értéke megfelelõ ugyan, de ingadozik, annak ellenére, hogy korszerû szabályozókat alkalmaznak. Ezek a változások rendszerint kis, vagy közepes hõigény mellett jelentkeznek.
· A hõcserélõk elegendõ beépített teljesítmény mellett sem tudják leadni a szükséges teljesítményt. Ez a probléma különösen a reggeli üzemindítás alkalmával jelentkezik.
A fenti mûködési zavarokat nem tudjuk megszüntetni azzal, hogy még korszerûbb szabályozókat építünk be. Gyakran a zavarok azért jönnek létre, mert a következõ három alapvetõ hidraulikai feltételbõl egy vagy több nem valósul meg:
1 . A tervezett térfogatáramnak minden berendezéshez el kell jutnia.
2 .A szabályozó szelepeken a nyomáskülönbségnek nem szabad sokat változnia.
3. Az egyes alrendszerek térfogatáramainak illeszkedniük kell egymáshoz.
Ez a tanulmány a második feltétellel foglalkozik részletesen.
A szabályozó szelep karakterisztikája

A szabályozó szelep karakterisztikáját - állandó nyomáskülönbség mellett - a szelepen keresztülhaladó közeg-térfogatáram és a szelep emelkedésének kapcsolata határozza meg. A térfogatáramot és a szelep emelkedését a maximális érték százalékában szokás megadni.

Egy lineáris karakterisztikájú szelepnél a térfogatáram egyenesen arányos a szelepemelkedéssel. A hõcserélõ nem lineáris karakterisztikájának köszönhetõen (1.a. ábra) - kis és közepes teljesítmény esetén - a szabályozó szelep enyhe megnyitása is jelentõsen megnövelni az áramlást. A szabályozási kör emiatt kis teljesítménynél instabillá válhat.
A problémát megoldhatjuk úgy, hogy olyan szabályozó szelepet választunk, amivel kompenzálhatjuk a hõcserélõ nem-lineáris karakterisztikáját. Ezzel biztosíthatjuk azt, hogy az áramlás a hõcserélõn egyenesen arányos lesz a szelepemelkedéssel.
Tételezzük fel, hogy a hõcserélõ teljesítménye 50 %-a a tervezett értéknek abban az esetben, amikor a hõcserélõn keresztül a tervezett térfogatáram 20 %-a kering. Olyan szelepet célszerû választani, amely a tervezett térfogatáramnak csak a 20 %-át engedi át, amikor a szelep 50 %-os, félig nyitott állapotban van. Ha a szelep félig nyitott - az 1.c ábrának megfelelõen - , akkor a hõleadás 50 %-a valósul meg. Abban az esetben, ha ez a beállítás az összes térfogatáram esetén érvényes, akkor olyan szelepkarakterisztikát kapunk, amely egy tipikus hõcserélõ nem-lineáris tulajdonságát kompenzálja. Ezt a karakterisztikát (1.b. ábra) az egyenlõszázalékos szelep jelleggörbéjének (EQM) nevezzük.
Ahhoz, hogy a kompenzációt el tudjuk végezni, két feltételnek kell teljesülnie:
· A szabályozó szelepeken lévõ nyomáskülönbségnek állandónak kell lennie.
· A tervezett térfogatáramnak kell áthaladnia a szabályozó szelepen, amikor az teljesen nyitva van.
Ha a szabályozó szelepen lévõ nyomáskülönbség nem állandó, vagy a szelep túlméretezett, akkor a szabályozó szelep karakterisztikája eltorzul.
A szabályozó szelep autoritása
Ha a szabályozó szelepet zárjuk, a térfogatáram és a nyomásesés lecsökken a hõcserélõn, a csövekben és a szerelvényekben. A szabályozószelepen a nyomásveszteségek különbségét kell beállítani. A nyomáskülönbség növekedésének hatására a szabályozó szelep elméleti jelleggörbéje eltorzul. Ezt a torzulást fejezi ki a szabályozó szelep autoritása (b):
szelep autoritása =
A szelepen lévõ nyomáskülönbség teljesen nyitott állapotban, a tervezett térfogatáram mellett/A teljesen elzárt szelep nyomásvesztesége
A számláló állandó, a tervezett térfogatáram értékétõl és a szabályozó szelep kiválasztásától függ. A nevezõ az elosztóhálózaton rendelkezésre álló nyomáskülönbség. Ha a hidraulikai rendszerbe a kiválasztott szabályozó szeleppel együtt egy beszabályozó szelepet is beépítünk, az nem változtatja meg a szabályozó szelep autoritását.
A szabályozó szelepet úgy kell kiválasztani, hogy az autoritás a lehetõ legnagyobb legyen. Általában a tervezésnél meghatározott méretû szabályozó szelep nem kapható a kereskedelemben. Ez a magyarázata annak, hogy a legtöbb szabályozó szelep túlméretezett.
Beszabályozó szelep használatával beállíthatjuk a tervezett térfogatáramot a szabályozó szelep teljesen nyitott állásánál. Ezáltal a szabályozó funkció javul, mivel a karakterisztika közelebb van a tervezetthez. (3.b. ábra).
Nyomáskülönbség-változások a fûtési és hûtési rendszerben, átlagos teljesítmény mellett
Szokásos kapcsolású elosztóhálózatokban a nyomáskülönbség a távoli fogyasztóknál változik leginkább. Kis térfogatáramnál, mikor a szivattyú által létrehozott nyomáskülönbség nagy része a szabályozó szelepen esik, a szabályozó szelep autoritása a legrosszabb.

Változtatható fordulatszámú szivattyú alkalmazásával többnyire állandó értéken tartjuk a nyomáskülönbséget, közel a legtávolabbi körön esõ nyomás értékéhez. (2.b. ábra)
A változó nyomáskülönbség problémája az elsõ fogyasztónál lép fel.
Abban az esetben, ha a változó fordulatszámú szivattyút az utolsó fogyasztóhoz közeli nyomáskülönbség érzékelõrõl szabályozzuk, a szivattyúzás költségeit jelentõsen csökkenthetjük. Ez azonban sokszor problémát okoz a szivattyúhoz közel esõ fogyasztóknál! Ha a szabályozó szelepet a méretezési állapotban számolt DH-ra választjuk, akkor kisebb DH értéknél a körben a szükségesnél kevesebb lesz a térfogatáram. Ha a szabályozó szelepet a minimális DH-ra méretezve választjuk ki, akkor méretezési állapotnál a körben túláram jelentkezik és a szabályozó szelepnek rossz lesz az autoritása. Hogy elkerülhessük ezt a problémát, a nyomáskülönbség érzékelõt a tervezett rendszer hidraulikai közepén kellene inkább elhelyezni. Ez több mint 50 %-kal lecsökkentheti a nyomáskülönbség változást, ha mindezt az állandó fordulatszámú szivattyúhoz viszonyítjuk.
A 2.c. ábra mutatja a kapcsolatot a leadott teljesítmény és a szelepnyitás mértéke között. Az ábra egyenlõszázalékos szabályozó szelepre vonatkozik, amelyet úgy választottunk ki, hogy a tervezett térfogatáramot teljesen nyitott állapotban és 0,25-ös szelepautoritás mellett engedje át. Amikor a nyomáskülönbség a körben növekszik, a szabályozó szelep karakterisztikája olyan mértékben torzulhat, hogy az a szabályozási kör lengéséhez vezethet.
Ebben az esetben egy helyi nyomáskülönbség-szabályozó stabilizálhatja a szabályozó szelepen keresztül a nyomáskülönbséget és tarthatja a szelepautoritás értékét közel az 1-hez. (4.a. ábra)
Az egyutú szabályozó szelepek kiválasztása

Az egyutú szabályozó szelep megfelelõen méretezett, ha:
1. A szabályozó szelepen a tervezett térfogatáram halad át a szelep teljesen nyitott állása mellett.
2. A szabályozó szelep autoritása legalább 0,25.
Az elsõ feltétel ahhoz szükséges, hogy elkerüljük a túláramot, amelynek hatására a rendszer más részére a szükségesnél kevesebb térfogatáram marad. A fenti problémával találkozhatunk (1) éjszakai leállás utáni reggeli üzemindításkor, (2) a fogyasztó alulméretezettsége esetén, (3) hûtés esetén, ha a termosztát minimum értékre van beállítva, valamint (4) ha a szabályozási kör nem stabil.

A tervezett feltételek mellett a tervezett térfogatáramot akkor kapjuk meg, ha a szabályozó szelep teljesen nyitott állásánál mért nyomáskülönbség egyenlõ az adott helyen mért DH nyomáskülönbség és a csõhálózaton, valamint a szerelvényeken esõ nyomás különbségével.
Tételezzük fel, hogy szabályozó szelepet kell kiválasztanunk arra az esetre, amikor a szelepen áthaladó térfogatáram 1,6 l/s. A kereskedelemben kapható egyik szabályozó szelep 13 kPa nyomásesést hoz léte, egy másik 30 kPa-t míg a harmadik 70 kPa-t. Esetünkben 45 kPa nyomásesésû szabályozó szelepre lenne szükségünk, de a kereskedelemben ilyen szelep nem kapható. A nagyobb szelepet kell választanunk, s látható, hogy a szabályozó szelep túlméretezett. Egy beszabályozó szelep szükséges ahhoz, hogy - a tervezett feltételek mellett - elérjük a tervezett térfogatáramot. A beszabályozó szelep javítja a szabályozó szelep jelleggörbéjét anélkül, hogy felesleges nyomásesést hozna létre (3.b ábra).
A szabályozó szelep kiválasztása után ellenõriznünk kell, hogy az autoritása elegendõ-e? Ha az autoritás nem megfelelõ, akkor meg kell vizsgálni, hogy megengedhetõ-e egy kisebb szabályozó szelepen keresztül nagyobb nyomásesés?

Speciális megoldások a helyi problémák kiküszöbölésére
A helyi problémák megoldására speciális eljárást alkalmazva általában jobb mûködési feltételeket tudunk biztosítani, mintha a rendszer többi részét kényszerítenénk arra, hogy reagáljon a rendellenes állapotokra.
Amikor a szabályozó szelep kiválasztása kritikus, vagy az elosztóhálózatban jelentõsen változik a DH, akkor egy helyi nyomáskülönbség szabályozó alkalmazásával stabilizálhatjuk a szabályozó szelepen keresztül kialakuló nyomáskülönbséget (4.a. ábra). Ez az az eset, amikor a szabályozó szelep autoritása, nyomáskülönbség stabilizálás nélkül leeshet 0,25 alá is.
Az elv egyszerû. A STAP nyomáskülönbség-szabályozó szelep membránját hozzákapcsoljuk a hõmérsékletszabályozó szelep ki- és belépõ csonkja elé ill. után. Amikor a nyomáskülönbség nõ, az erõ a membránon növekszik és arányosan lezárja a STAP szelepet. A STAP a nyomáskülönbséget közel állandóan tartja a szabályozó szelepen. Ezt a nyomáskülönbség értéket úgy választjuk ki, hogy megkapjuk a tervezett térfogatáramot, ami a STAM szelepen mérhetõ abban az esetben, ha a szabályozó szelep teljesen nyitva van. A szabályozó szelep soha sem lesz túlméretezett és a szelep autoritása közel lesz az 1-hez.

Minden további nyomáskülönbséget a STAP-on állítunk be. A nyomáskülönbség szabályozása egyszerûbb, mint pl. a hõmérséklet szabályozása. Egy arányossági tartományt használhatunk, hogy elkerüljük a belengést.
Ha a helyi nyomáskülönbség-szabályozókat változtatható fordulatszámú szivattyúval együtt
alkalmazzuk, a szabályozáshoz a legkedvezõbb feltételeket biztosíthatjuk. A szabályozott jellemzõk biztosítása lényeges energiamegtakarítás mellett javítható és a zajjelenségek kockázata is jelentõsen lecsökken. E megoldás alkalmazását - gazdasági okokból - kis egységeknél nem mindig javasoljuk. Nagyobb egységeknél, ahol a nyomáskülönbség nagymértékben változik, a maximális Kvs értéket korlátozhatjuk egy nyomásérzékelõ segítségével, amely a beszabályozó szelephez csatlakozik (4.b.ábra). Amikor a nyomáskülönbséget - a tervezett térfogatáramnak megfelelõen - megmérjük, a szabályozó szelepnek nem szabad tovább nyitnia. Ez a megoldás megfelelõ, ha az épület-felügyeleti rendszer térfogatáram mérést igényel.

Ha a fûtési/hûtési rendszer méretezésénél az egyidejûségi tényezõt is figyelembe vettük, akkor a maximális térfogatáram az üzem indításakor lecsökkenhet, így biztosítva minden kör számára a homogén térfogatáram elosztást. A maximális térfogatáram értéke a szivattyúkhoz közelebb lévõ fûtési körök igényei szerint megváltoztatható.
Amennyiben a fogyasztókat kétállású vagy arányos szabályozó szeleppel szabályozzuk, a nyomáskülönbség korlátozás elõsegítheti a zajjelenségek csökkentését és egyszerûsítheti a beszabályozást. Ebben az esetben a nyomáskülönbség-szabályozó állandó értéken tartja az elosztóhálózat nyomásesését (5. ábra). Ez a megoldás szintén használható a kisebb egységek beállításánál is, ahol egyutú szabályozó szelepeket alkalmaznak.

A fenti példákkal néhány sajátos probléma specifikus megoldását igyekeztünk bemutatni.
A nyomáskülönbség állandó értéken tartása a fûtõ és hûtõ rendszerekben
Változó tömegáramú elosztóhálózatok

A fûtési/hûtési rendszerben a szabályozó szelepek elõbeállítását rendszerint annak feltételezésével végzik el, hogy a rendelkezésre álló nyomáskülönbség DHo = 10 kPa

A beszabályozási folyamat során a STAD beszabályozó szelepet úgy állítsuk be, hogy megkapjuk a tervezett teljes térfogatáramot az alapvezetéken. Ez indokolja az elõbeállítást és azt, hogy a 10 kPa-os nyomáskülönbséget a fogyasztócsoport közepére számítjuk.
A fûtési/hûtési rendszerekben a rendelkezésre álló nyomáskülönbség általában több mint 30 kPa. Ilyenkor zajjelenség is felléphet, különösen akkor, ha levegõ marad a rendszerben. Ebben az esetben a STAP nyomáskülönbség szabályozó szelep használata javasolt, hogy a nyomáskülönbséget lecsökkentsük, és állandó értéken tartsuk.

A STAP szelep a nyomáskülönbséget minden egyes fûtési körben vagy kisebb felszálló vezetéken állandó értéken tartja. A fogyasztó térfogatáramát (qs) a STAM mérõszelep segítségével mérjük. Ez a kialakítás mentesíti a szabályozó szelepet a többletnyomás alól.
Állandó tömegáramú elosztóhálózatok

Az épületben lévõ fûtési/hûtési elõremenõ víz/glikol hõmérsékletét központi szabályozóval szabályozzuk.
Ha a szivattyú emelõmagassága nagy, zajjelenségek jöhetnek létre a szabályozó szelepeken. Ha nincs korlátozás a visszatérõ víz hõmérsékletét illetõen, akkor állandó térfogatáramú elosztóhálózatot alakíthatunk ki.

Az egyik megoldás, hogy minden stranghoz - egy, a 8. ábrán AB-vel jelölt - bypass ágat alakítunk ki és egy STAD-1 beszabályozó szelepet építünk be (8.a. ábra).

Ez a beszabályozó szelep használja el a rendelkezésre álló nyomáskülönbséget (DH). A rendszerben a fûtõ/hûtõvíz keringetését egy második szivattyú végzi, amelynek emelõmagassága kisebb, mint 30 kPa. Ha a szabályozó szelep zár, a nyomás a szelepen megfelelõ, zajhatás nem lép fel. A szekunderoldali tervezett térfogatáramnak kissé alacsonyabbnak kell lennie, mint a primer térfogatáramnak, hogy elkerüljük a fordított irányú áramlást a bypass ágban, amely keverési pontot hozna létre az A pontban és lecsökkentené az elõremenõ víz hõmérsékletét. Ez az oka, amiért a második beszabályozó szelepre, a STAD-2-re is szükség van.
A másik megoldás, hogy minden starnghoz egy BPV arányos túláramszelepet építünk be (8.b. ábra). Ez feleslegessé teszi a második szivattyú és a STAD 2 szelep használatát. A BPV szelep egy STAD szeleppel mûködik együtt úgy, hogy megkapjuk a szükséges primer térfogatáramot. A BPV szelepet úgy kell beállítani, hogy megfeleljen a radiátoros körök igényének. Ha a termosztatikus szelepek zárnak, a nyomáskülönbség az A és B pont között túlnõ a beállítási értéken, majd a BPV kinyit és a nyomáskülönbséggel arányos bypass térfogatáram jelenik meg. Ez azt jelenti, hogy a nyomáskülönbség az A és B pontokon majdnem állandó marad.
Általános tervezési javaslatok

A fûtési/hûtési rendszer beszabályozási terve a rendszer jelleggörbéjétõl és a mûködési feltételektõl függ. Változó tömegáramú elosztórendszerekre - szokásos vagy Tichelmann kapcsolással- állandó vagy változó fordulatszámú szivattyúval, folyamatos vagy állásos szabályozóval - a következõ javaslatok vonatkoznak:
1. Végezzük el a fûtési/hûtési rendszer hidraulikai beszabályozását a tervezett feltételek beállítása céljából. Ez biztosítja, hogy a beépített teljesítmény fedezze az igényeket. Nincs különbség, ha folyamatos vagy állásos szabályozóval látjuk el a hõcserélõket.
2. Használjuk a TA Balance komputer programot a fûtési/hûtési rendszer beszabályozásához. Ezzel elkerülhetjük a rendszer teljes átvizsgálását, és jelentõsen lecsökkenthetjük a beszabályozás költségeit. Ez a módszer felfedi a szivattyú túlméretezését, és lehetõvé teszi a szivattyúzás költségeinek csökkentését. A beszabályozási folyamat révén a legtöbb hidraulikai problémára fény derül. A kézi beszabályozó szelepek segítségével a térfogatáram diagnosztikai célokból mérhetõ.
3. Gondosan válasszuk ki az egyutú szabályozó szelepeket az alábbi szempontok szerint:
a. a helyes szelep-karakterisztika alkalmazása,
b. helyes méretezés: a szabályozó szelep teljesen nyitott állásánál és a tervezett térfogatáramnál kell biztosítani a kívánt nyomásesést,
c. a szabályozó szelep autoritásának nem szabad 0,25 alá esnie.
4. Ha a harmadik pont szerinti utolsó feltétel néhány fûtési/hûtési körben nem teljesül, akkor ezekbe a körökbe helyi nyomáskülönbség-szabályozót építünk be, hogy beállíthassuk a szabályozó szelep autoritását és csökkentsük a zaj-jelenségek kockázatát.
5. Változó fordulatszámú szivattyú esetén úgy helyezzük el a nyomáskülönbség érzékelõt, hogy a szivattyúzási költségek csökkentése mellett csökkenteni tudjuk a nyomáskülönbség változásokat a szabályozó szelepen. Az érzékelõ optimális elhelyezését számítógépes szimulációval segíthetjük elõ.
Kövezkeztetések
Az épületgépészeti rendszereket a maximális teljesítményre tervezzük, mégis elõfordul, hogy a fûtési/hûtési rendszer nem képes ellátni az összes fogyasztót, mert nincs beszabályozva. Ekkor a fûtési rendszer beruházása nem volt megfelelõ.
Maximális teljesítménynél a szabályozó szelepek teljesen kinyitnak, így nem tudják az összes hõcserélõnek biztosítani a szükséges térfogatáramot. Emellett a szabályozó szelepek általában túlméretezettek és így mûködésük nem megfelelõ. Az épületgépészeti rendszer költségeinek alig 1 %-át jelentõ hidraulikai beszabályozás tehát alapvetõ fontosságú. Minden reggel, az éjszakai leállás után teljes teljesítményre van szükség ahhoz, hogy a helyiségekben a lehetõ leghamarabb visszaálljanak a szükséges a komfortkörülmények. A megfelelõen beszabályozott fûtési/hûtési rendszernél ez gyorsan bekövetkezik. Ha az üzemkezdés utáni felfutási idõ 30 perccel rövidebb, ezzel az energia fogyasztás 6%-át takarítjuk meg naponta. Ez gyakran több, mint az egész elosztóhálózat teljes szivattyúzási költsége.
A változó tömegáramú hûtési elosztóhálózatoknál a szivattyúzás energiaköltsége általában kevesebb a hûtõgép szezonális fogyasztásának 5 %-nál. Hasonlítsuk össze ezt azzal a költséggel (10-16 %), amely az 1 °C-kal kisebb helyiséghõmérséklethez szükséges. A megfelelõ komfort elérése a helyes útja annak, hogy energiát takarítsunk meg. Bármely, a szivattyú energiafogyasztásának érdekében tett lépést úgy kell megterveznünk, hogy a fogyasztók szabályozási köreinek mûködésére ne legyen ellentétes hatással. Számos módja van annak, hogy csökkentsük a szivattyúzás költségeit. Az egyik, hogy minden lehetséges esetben növeljük vagy csökkentsük a tervezett térfogatáramot. A másik lehetõség az, hogy változó fordulatszámú szivattyút alkalmazzunk a nyomáskülönbség-érzékelõ optimális elhelyezése mellett. A harmadik lehetséges megoldás, ha stabil, folyamatos PI szabályozót használunk, ami közepes teljesítmény egyutú szelepek esetén kisebb térfogatáramot igényel (1.a. ábra). A legfontosabb szempont mégis az, hogy kompenzáljuk a szivattyú túlméretezését. Ha a beszabályozó szelepeket a TA Balance módszer segítéségével beállítjuk, ez felfedi a szivattyú túlméretezésének mértékét. A hûtési rendszer számára felesleges nyomáskülönbség a szivattyúhoz legközelebb esõ beszabályozó szelepen jelenik meg. Az eredmény sokszor az, hogy az adott feladatra kisebb szivattyú is elegendõ.
A hidraulikai beszabályozáshoz megfelelõ eszközök, modern eljárások és jól mûködõ mérõegységek szükségesek. A kézi beszabályozó szelep a legegyszerûbb és legmegbízhatóbb termék a helyes térfogatáram beállítására és diagnosztikai célú mérésre. Szükség esetén a beszabályozó szelep nyomáskülönbség-szabályozóval együtt is alkalmazható.

IMI Intenational Épületgépész Kft.
Irodalom: R. Petitjean: Teljes hidraulikai beszabályozás
Tour & Andersson Hydronics kézikönyv -530 oldal- 1997.

A változó térfogatáramú épületgépészeti hidraulikai rendszerek nyomáskülönbség stabilizálása

A hidraulikai szempontból változó térfogatáramú épületgépészeti hûtési és fûtési elosztó hálózatok nyomáskülönbség stabilizálását mûszakilag a lehetõ legmagasabb színvonalon kell biztosítani.

1. Miért van szükség nyomáskülönbség stabilizálásra?
Az egyutú szabályozó szelepekkel mûködõ hûtési és fûtési rendszerekben részterheléskor, a szabályozó szelepek részleges vagy teljes zárása esetén a nyomáskülönbség jelentõs mértékben megnõhet a teljes terheléses üzemállapothoz képest. A rendszer nyomáskülönbség növekedése az alábbi problémákat okozza:
- a szabályozó szelepeken megnõ a közvetítõ közegáramlás sebessége, mely komoly hangnyomásszint emelkedéshez vezet,
- a folyamatosan szabályozó szelepek autoritásának csökkenésével és a szabályozó kör eredõ átviteli függvényének változásával növekszik a minimálisan szabályozható teljesítmény értéke ill. romlanak a szabályozás minõségi paraméterei,
- a folyamatos szabályozás kétpont szabályozássá alakul,
- bizonyos nyomáskülönbség érték felett a szabályozó szelepek nem zárnak megfelelõen ill. a segédenergia nélküli szabályozó szelepek mûködtetõi hibásan üzemelnek,
- a szivattyú csapágyának és tengelytömítésének élettartama jelentõsen csökken.

2. A nyomáskülönbség stabilizálás módjai
A hidraulikai rendszerek nyomáskülönbség stabilizálásának több módja ismeretes:
2.1. Nyomáskülönbség stabilizálás szabályozott fordulatszámú szivattyúval
A nyomáskülönbség szabályozására használt változó fordulatszámú elektronikus szivattyúk a hidraulikai rendszer nyomáskülönbségét egy meghatározott helyen állandó értéken tartják. A nyomáskülönbség stabilizálására kijelölt helyek, vagyis a nyomáskülönbség távadók beépítési pontjai a következõk lehetnek:
- a szivattyú szívó -és nyomócsonkja; ebben az esetben a rendszer igen biztonságosan mûködik, a szivattyúzási energia megtakarítása viszont elmarad a lehetséges legnagyobb értéktõl 1. sz. ábra,
- a rendszer legtávolabbi un. gyenge pontja; szivattyúzási energia megtakarítási szempontból kiváló megoldás, viszont a legtávolabbi fogyasztók szelepeinek zárásakor elõfordulhat -elsõsorban kézi (statikus) beszabályozás esetén-, hogy a rendszer elején üzemelõ fogyasztóknál nincs elegendõ rendelkezésre álló nyomáskülönbség. A közel azonos teljesítmény fokozattal üzemelõ fogyasztókból álló rendszer esetében kiváló megoldást nyújt a nyomáskülönbség stabilizálására. Az arányos nyomáskülönbség szabályozással mûködõ elektronikus szivattyúk ezt az üzemmódot próbálják megvalósítani úgy, hogy a nyomáskülönbség távadó közvetlenül a szivattyú szívó-és nyomócsonkjára van építve 2.sz. ábra,
- a rendszer hidraulikai "közepe"; üzemeltetési szempontból biztonságos, szivattyúzási energia megtakarítás szempontból elõnyös rendszer. Ebben az esetben a nyomáskülönbség távadó helyét nagy körültekintéssel kell megválasztani.

1.sz. ábra Nyomáskülönbség stabilizálás a szivattyú szívó és nyomócsonkjába beépített nyomáskülönbség távadóval

2.sz. ábra Nyomáskülönbség stabilizálás a rendszer legtávolabbi pontján beépített nyomáskülönbség távadóval, ill. azzal közel azonos értékû arányos nyomáskülönbség szabályozás
2.2. Nyomáskülönbség stabilizálás túláram szeleppel (3. sz. ábra)
Túláram szelep használata esetén a változó térfogatáramú elosztó hálózat állandó térfogatáramú elosztóhálózattá alakul. A rendszer állandó fordulatszámú szivattyúja stabil munkaponton üzemel és az 1. sz. pontban ismertetett problémák is megszûnnek. A rendszer hátránya, hogy a változó térfogatáramú elosztóhálózatok elõnyeit nem lehet kiaknázni, például:
- egyidejûségi tényezõ használata,
- maximális közvetítõ közeg hõmérséklet különbség,
- kisebb csõvezetéki átmérõ,
- alacsonyabb energiafelhasználás.
A túláram szelep egy segédenergia nélkül mûködõ arányos szabályozó szelep, mely a nyomáskülönbséget egy meghatározott proporcionális sávon belül állandó értéken tartja.

3.sz. ábra Nyomáskülönbség stabilizálás túláram szeleppel
2.3. Mérõ- és membránszelep párok (4. sz. ábra)
A szeleppárosok egy maghatározott arányossági sávon belül állandó értéken tartják a "felügyeletükre bízott" fogyasztói csoport nyomáskülönbségét ill. a fogyasztói csoportok mûködését egymástól függetlenítik. A STAP II. szelepek mûködését és méretezését az Épületgépészet 2003/6 számában ismertettük..
A fenti szeleppárosok mûködését a szabályozott fordulatszámú szivattyúk elõnyösen befolyásolják.

4.sz. ábra Nyomáskülönbség stabilizálás mérõszelep-membránszelep párossal

3. A nyomáskülönbség stabilizálásának helye(i) a hidraulikai rendszerekben
Gyakori kérdés, hogy a változó térfogatáramú rendszerekben hol kell stabilizálni a nyomáskülönbséget? Elegendõ-e a nyomáskülönbség stabilizálása a rendszer elején, például egy szabályozott fordulatszámú szivattyúval, vagy nyomáskülönbség szabályozó szeleppárosokat kell beépíteni a hálózat meghatározott helyeire? A nyomáskülönbség szabályozó szeleppárosokat a strang aljára, az emeletenkénti leágazásokba, lakásonként vagy esetleg szabályozó szelepenként (pl. kombinált szabályozó, nyomáskülönbség stabilizáló szelep) kell-e beépíteni?
A nyomáskülönbség stabilizálás helyeit az alábbi szempontok szerint kell meghatározni:
- zaj,
- a szabályozó szelepek zárási nyomása,
- a szabályozó szelepek autoritása, a szabályozás pontosságával szemben támasztott követelmény
A nyomáskülönbség stabilizálás helyeinek kiválasztásához össze kell hasonlítani a rendszer mértékadó áramkörének nyomásesését (MÁ) és a rendszer elején lévõ rendelkezésre álló nyomáskülönbséggel (R):
Ha például a mértékadó áramkör (MÁ) nyomásesése 12 kPa és a rendszer elején lévõ rendelkezésre álló nyomáskülönbség (R) 45 kPa: látható, hogy részterheléskor a mértékadó áramkör szabályozó szelepét egy 45 kPa-nál valamivel kisebb nyomáskülönbség fogja terhelni (1. és 5. sz. ábrák).
- termosztatikus szelep esetében ez a közelítõen 45 kPa túl magas érték, a szelep mûködése zajossá válik
- amennyiben teljes terhelés esetén a szabályozó szelep autoritása 0,5 (6 kPa /szabályozó szelep/:12 kPa (MÁ)= 0,5), akkor részterhelésnél a legkedvezõtlenebb esetben az autoritás 0,13 lesz (6 kPa/45 kPa = 0,13): nem megfelelõ
- a zárási nyomás szempontjából a 45 kPa-os érték: megfelelõ.

Víztõl eltérõ közegek térfogatáram mérése TA beszabályozó szelepeken

Az áramló folyadék-térfogatáram függ a beszabályozó szelepen mért nyomáskülönbségtõl. Az 1. sz. képlet turbulens áramlás esetén érvényes:
(1)
Kv- szelep Kv értéke (m3/h)
r- közeg sûrûsége (kg/m3 )
Dp - nyomáskülönbség a szelepen (bar)
q - közeg térfogatáram (m3/h)
Mivel az épületgépészeti rendszerekben a szokásosan használt víz hõmérsékletének függvényében az áramló víz sûrûsége csak igen kis mértékben változik (970 - 1000 kg/m3), az 1. sz. képletet a gyakorlatban az alábbiak szerint használják:
(2)
Abban az esetben, amikor a szelepen víztõl eltérõ közeg áramlik, a legtöbb gyártó a víz/glikol koncentráció függvényében csak egy korrekciós tényezõt közöl, mellyel a mûszeren mért térfogatáram értéket megszorozva a tényleges térfogatáramot kapjuk. Ez a módszer valójában az 1. sz. képletet használja a megfelelõ sûrûség adatot behelyettesítve. A módszer helyes, azonban csak igen szûk határok között használható!
A glikol - víz oldat alkalmazásakor nem csak a közeg sûrûség, hanem egyéb más termodinamikai paraméter is megváltozik, így például a viszkozitás. A viszkozitás eltérés a korábbi turbulens áramlást átmenetivé, vagy laminárissá változtathatja és ebben az esetben már nem érvényes az 1. sz. képlet. Ez igen gyakran azt eredményezi, hogy a mért és a valós térfogatáram érték között akár 50%-os eltérés is lehet.
A szelepen áthaladó folyadék pillanatnyi Reynolds száma (3) tájékoztatást ad az áramlás típusáról és meghatározza az alkalmazandó korrekciós tényezõ értékét. A TA-CBI II. és a TA-CMI mûszerek programja minden egyes nyitási értékéhez tartalmazza a TA szelepek és mérõperemek Reynolds szám értéket és korrekciós tényezõjét, így a mûszeren az aktuális közeg beállításával az áramlási képnek megfelelõen a pontos közeg térfogatáram olvasható le.
(3)
Re- Reynolds szám
r - sûrûség (kg/m3)
v - közeg sebesség (m/s)
L - egyenértékû átmérõ (m)
m- dinamikai viszkozitás (kg/ms)

Amennyiben az épületgépészeti rendszer víztõl eltérõ közeggel üzemel, a beszabályozó szelepek kiválasztásánál ne csak a szelep, hanem a mérõkomputer tulajdonságait is vegyük figyelembe!
Az alábbiakban néhány táblázatot mutatunk be:
Az 1.sz. táblázat korrekciós tényezõ nélküli mért és a valóságos térfogatáramot hasonlítja össze STAD 15 -ös, 2 fordulatra nyitott szelep esetében.

1. sz. táblázat Mért és valóságos térfogatáram STAD 15 szelepen

A 2. sz. táblázat a korrekciós tényezõ változását mutatja a Reynolds szám függvényében