Hydraulické vyváženie ÚK a TÚV
Tri základné podmienky hydraulickej stability
Na všetkých spotrebičoch musí byť požadovaný prietok
Súčastné regulačné technológie môžu, aspoň teoreticky, uspokojiť väčšinu požiadaviek na vnútornú klímu a prevádzkové náklady. Avšak v praxi väčšina aj tých najdokonalejších regulátorov neplní všetky funkcie, ktoré výrobcovia sľubujú. To je často preto, že sústava nespĺňa podmienky, ktoré sú nutné pre stabilnú a presnú reguláciu. Tri z takýchto podmienok sú nasledujúce:
1. Na všetkých spotrebičoch musí byť požadovaný prietok
2. Diferenčný tlak na regulačných ventiloch by nemal príliš kolísať
3. Prietoky na rozhraniach sústavy musia byť zrovnateľné
Ďalej sú uvedené niektoré prevádzkové problémy, ktoré indikujú, že podmienka č. 1 nie je splnená:
- prevádzkové náklady sú vyššie, ako by zodpovedali výpočtu spotreby tepla a paliva
- inštalovaný výkon nie je riadne prenášaný pri strednom alebo maximálnom zaťažení
- niektoré časti budovy sú prekurované, iné nedokurované
- dlhý čas nábehu sústavy z tlmenej prevádzky
Tento článok pojednáva o podmienke č.1. Ukazuje základné príčiny problémov a ako im predchádzať vo fáze projektu.
Veľa ľudí (aj projektantov) si myslí, že je dostatočné určiť menovité prietoky a uviesť ich v projektovej dokumentácii a tým sú tieto prietoky v praxi automaticky dosahované. Aby sme však dosiahli požadované prietoky, musíme ich najprv zmerať a nastaviť. Načo je teda starostlivý výpočet prietokov, keď v skutočnosti nevyvíjame žiadnu činnosť na dosiahnutie toho, čo bolo vypočítané? Odborníci dnes nepochybujú o tom, že hydraulické vyváženie je nutné pri uvedení sústavy do prevádzky. Potom sa predchádzajúca otázka redukuje na nasledujúcu: Ako to urobiť?
Zdroje, potrubia, potrubia, čerpadlá a odberné miesta sú navrhované tak, aby pokryli maximálne potreby. Ak jeden článok tejto reťaze nie je správne navrhnutý, zvyšok nie je tomuto prispôsobený a očakávaný komfort nebude dosiahnutý. Môžeme si ale predstaviť, že keď takúto sústavu predimenzujeme, zabránime z hľadiska užívateľa väčšine sťažností pri prevádzke. Avšak pokiaľ môžu byť niektoré problémy touto cestou vyriešené, ďalšie problémy sami vytvárame, čiastočne na strane regulácie, predimenzovaním čerpadiel, odberných miest atď. Niektorým predimenzovaniam napriek tomu nie je možné zabrániť, pretože jednotlivé komponenty sústavy musia byť zvolené z existujúcich komerčne dostupných výrobkov, ktoré nezodpovedajú presne výpočtom. Naviac, vo fáze projektu často niesu známe charakteristiky niektorých komponentov, ktoré budú upresnené investorom neskôr. Potom je nutné previesť dodatočné korekcie, ktoré je nutné zahrnúť do reálnej sústavy, ktorá sa veľmi často líši do sústavy pôvodne projektovanej.
Hydraulické vyváženie poskytuje možnosť dosiahnutia požadovaných prietokov v konkrétnej sústave a kompenzuje predimenzovanie, ktoré je jednak investične náročnejšie, jednak predstavuje zvýšenú spotrebu energie.
Sústavy s konštantným prietokom
V sústave s konštantným prietokom podľa obrázku 1a je trojcestný ventil navrhnutý tak, aby jeho tlaková strata bola minimálne rovná tlakovej strate spotrebiča C pri menovitom prietoku a bola tak dosiahnutá autorita nutná pre dobrú reguláciu (min. 0,5). Ak tlaková strata spotrebiča a regulačného ventilu je napr. 20 kPa a dispozičný tlak DH je 80 kPa, diferenčný tlak 60 kPa musí byť odškrtený vyvažovacím ventilom STAD-1. Ak toto nebude vykonané, môžeme predpokladať, že okruh bude vykazovať nadprietok 200%, či sťaží regulačný proces a bude taktiež ovplyvňovať zvyšok sústavy.
Na obrázku 1b je ventil STAD-2 bezpodmienečne nutný, inak bude obtok AB tvoriť skrat s extrémnym nadprietokom, ktorý spôsobí podprietok v inej časti sústavy. Ventilom STAD-2 je možné zmerať a nastaviť prietok qp tak, aby bol mierne vyšší ako sekundár
Obr. 1 Príklady okruhov s konštantným prietokom
Sústavy s premenlivým prietokom
V sústavách s premenlivým prietokom sa problémy s podprietokom objavujú v zásade pri vysokých zaťaženiach.
Obr. 2 Príklad okruhu s premenlivým prietokom
Na prvý pohľad by sa zdalo, že nie je dôvod vyvažovať sústavu s dvojcestnými regulačnými ventilmi na odberných miestach, pretože regulačné ventily sú navrhnuté na požadovaný prietok. Hydraulické vyváženie by preto malo byť dosiahnuté automaticky. Avšak po dôkladnom výpočte zistíme, že komerčne vyrábané ventily s požadovanou kvs hodnotou nie sú dostupné a preto je väčšina regulačných ventilov predimenzovaná. Úplnému otvoreniu regulačných ventilov pritom v podstate nie je možné zabrániť, predovšetkým pri nábehu, kedy sa objavujú poruchy cirkulácie, keď niektoré termostaty sú nastavené na minimum a niektoré na maximum, alebo keď niektoré odberné miesta boli poddimenzované. V týchto prípadoch dostávame bez vyvažovacích ventilov nadprietoky, ktoré spôsobujú podprietoky v iných okruhoch.
Čerpadlá s premenlivými otáčkami neriešia tento problém, pretože všetky prietoky sa menia proporcionálne v závislosti na zmene dopravnej výšky čerpadla. Zabránenie nadprietokom touto cestou vytvárame podprietoky ešte výraznejšie. Hydraulické vyváženie zaručuje, že za projektovaných podmienok dostanú všetky odberné miesta svoj požadovaný prietok a to aj po dodatočných zmenách oproti projektu.
Pri čiastočných odberoch, keď niektoré regulačné ventily uzatvárajú môže dispozičný tlak iba narastať. Ak je teda podprietokom zabránené pri projektovaných podmienkach, neobjavia sa za žiadnych iných podmienok.
Ranný nábeh
V sústavách s premenlivým prietokom je ranný nábeh po nočnom poklese vážnym prevádzkovým stavom, pretože väčšina regulačných ventilov je úplne otvorených. To vytvára nadprietoky, ktoré spôsobujú nepredvídateľné tlakové straty v niektorých častiach potrubnej siete, spojené s nedostatočným prietokom v nevýhodne umiestnených odberných miestach. Takto diskriminované odberné miesto nedostáva adekvátny prietok, pokiaľ výhodnejšie umiestnené miesta nedosiahnu žiadanú teplotu (ak tieto teploty boli zvolené zmysluplne) a ich regulačné ventily nezačali škrtiť prietok. Nábeh je preto obtiažny, trvá zbytočne dlho než je potreb
Obr. 3 Nevyvážená sústava musí nabiehať skôr - zvýšená spotreba energie
V sústavách s konštantným prietokom sa podprietoky a nadprietoky objavujú ako pri nábehu, tak i za plnej prevádzky, čo tento problém oveľa viac komplikuje.
Nástroje potrebné na vyvažovanie
Aby bolo možné sústavu vyvážiť, potrebné nástroje musia spĺňať nasledujúce podmienky:
- Prietok musí byť merateľný s presnosťou približne +/- 5%. Meranie je takisto potrebné pre diagnostické účely. Vyvažovacie metódy poskytujú možnosť metódy či sústava pracuje tak, ako bola navrhnutá, ďalej detekuje odchýlky a rozhoduje o nápravách.
- Prietok musí byť ľahko nastaviteľný, takže sústava je flexibilná.
- Výrobok musí garantovať dlhodobú spoľahlivosť. Musí byť odolný voči agresívnej vode bežne používanej v sústavách vykurovania a chladenia.
- Výrobok nesmie byť nutné namontovať pred preplachom sústavy a nesmie vyžadovať špeciálny filter.
- Poloha nastavenia musí byť ľahko čitateľná a chránená skrytým zariadením. Plný škrtiaci rozsah dosiahnutý najmenej 4 plnými otáčkami ovládacieho kolečka umožňuje presnejšie nastavenie.
- Pre väčšie dimenzie by mala byť použitá tlakovo odľahčená kuželka, aby bolo jednoduchšie prestavenie kuželky pri vysokých diferenčných tlakoch.
Vo vyvažovacom ventile musí byť obsiahnutá aj uzatváracia funkcia s možnosťou vypúšťania.
- Musí byť dostupné také meracie zariadenie, ktoré dáva možnosť merania prietoku bez závislosti na návrhovom diagrame. Jeho súčasťou by mala byť jednoduchá vyvažovacia metóda, ako aj možnosť odpamätávania meraných údajov a ich vytlačenie vo forme protokolu.
Jednoduché vyvažovanie
Hydraulické vyváženie sústavy ponúka zároveň možnosť overiť, či je inštalácia správna a tiež zistiť väčšinu závad (zavzdušnenie, zanesené filtre, chyby hydrauliky), ktoré tak môžu byť napravené. Najjednoduchšia a najlacnejšia cesta k vyváženiu sústavy je metóda TA Balance.
Metóda TA Balance je založená na kompenzačnej metóde a súčasťou meracieho prístroja CBI. TA Balance po premeraní sústavy určí správne nastavenie vyvažovacích ventilov. Hlavnou výhodou tejto metódy je možnosť vyváženia celej sústavy jedným pracovníkom s jedným prístrojom CBI. Tak ako pri iných vyvažovacích metódach, musí byť sústava rozdelená na moduly.
Jeden modul pozostáva z viacerých okruhov, ktoré sú pripojené na spoločné prívodné a vratné potrubie. Každý okruh má svoj vy
Obr. 4 Vyvažovací modul
Záver
Úlohou vykurovacích a chladiacich sústav je dosiahnutie tepelnej pohody pri minimálnych nákladoch a prevádzkových problémoch. Moderné technológie teoreticky umožňujú túto úlohu splniť. Avšak v praxi aj tie najdokonalejšie regulátory nemôžu vždy dosahovať požadovaný výkon. To je často preto, lebo nie sú splnené podmienky pre jeho správnu funkciu.
Celá sústava je navrhnutá pre maximálne zaťaženie. Ak nemôže byť dosiahnutý plný výkon, pretože niektoré odberné miesta majú podprietok, nie je dosiahnutá tepelná pohoda a investície nie sú zhodnotené. Hydraulické vyváženie je potom nutnosťou. Dáva záruku, že sústava pracuje podľa projektu a dovoľuje dosiahnuť požadovaný komfort pri nižších nákladoch.
Na všetkých spotrebičoch musí byť požadovaný prietok
Tento článok prináša základné informácie o druhej podmienke a informuje o použití dvojcestných regulačných ventilov na odberných miestach.
Charakteristika regulačného ventilu
Charakteristika regulačného ventilu je definovaná závislosťou medzi prietokom a zdvihom ventilu pri konštantnom diferenčnom tlaku . Tieto dve hodnoty sa vyjadrujú v pomerných súradniciach ako percentuálne hodnoty z hodnôt maximálnych.
obr. 1: Nelinearita charakteristiky spotrebiča je kompenzovaná inverznou nelineárnou charakteristikou regulačného ventilu.
U ventilu s nelineárnou charakteristikou je prietok priamo úmerný jeho zdvihu. Pri nízkych a stredných odberoch vďaka nelineárnej charakteristike spotrebiča (viď. obr. 1a) vyvolá aj malé otvorenie regulačného ventilu podstatnú zmenu výkonu. To predstavuje riziko, že regulačný okruh môže byť pri nízkych odberoch nestabilný. Tento problém môže byť odstránený výberom regulačného ventilu s takou charakteristikou, ktorá kompenzuje nelinearitu spotrebiča tak, že výkon odberného miesta je potom priamo úmerný zdvihu ventilu. Ak výkon odberného miesta je 50% menovitej hodnoty, pokiaľ ním preteká 20% menovitého prietoku, charakteristika ventilu môže byť taká, že pri 50%-nom zdvihu vykazuje iba 20%-ný prietok. Potom je dosiahnutý 50%-ný výkon pri 50%-nom zdvihu regulačnej armatúry (viď. obr. 1 c). Rozšírením tejto závislosti v oblasti všetkých prietokov môžeme dostať takú charakteristiku ventilu, ktorá kompenzuje nelinearitu regulovaného spotrebiča. Takáto charakteristika sa nazýva modifikovaná rovnopercentná a býva označená EQM. Aby sme však dosiahli túto kompenzáciu, musia byť splnené dve podmienky:
- Diferenčný tlak na ventile musí byť konštantný
- Menovitý prietok musí byť dosiahnutý pri plnom zdvihu ventilu
Ak sa diferenčný tlak na ventile mení alebo je regulačný ventil predimenzovaný, jeho charakteristika sa deformuje a plynulá regulácia je potom obtiažnejšia.
Autorita regulačného ventilu
Keď regulačný ventil zatvára, klesá prietok a tlakové straty odberného miesta, potrubí ďalších prvkov. Rozdielom tlakových strát je potom zaťažený regulačný ventil. Tento nárast diferenčného tlaku spôsobuje deformáciu charakteristiky ventilu, pričom táto deformácia môže byť vyjadrená pomocou tzv. autority regulačnej armatúry.
Čitateľ je konštanta a závisí iba na zvolenom regulačnom ventile a hodnote menovitého prietoku. Menovateľ odpovedá dispozičnému tlaku okruhu DH. Vyvažovací ventil osadený v sérii s navrhnutým regulačným ventilom nemení žiadnu z týchto hodnôt a preto nemá vplyv na autoritu regulačného ventilu.
Regulačný ventil je navrhnutý tak, aby mal čo najväčšiu autoritu. Pretože armatúry je možné vyberať len z vyrábanej rady, predimenzovanie regulačných ventilov je takmer pravidlom. Vyvažovací ventil potom umožňuje dosiahnuť vypočítaný prietok pri úplnom otvorení regulačného ventilu a dosahovaná regulačná charakteristika sa blíži k teoretickej charakteristike pri zlepšení regulačnej funkcie (obr. 3 b).
Diferenčný tlak DH sa mení podľa záťaže
V bežných dvojrúrkových sústavách sú vzdialenejšie okruhy vystavené väčším zmenám diferenčného tlaku (obr. 2 a), pričom najhoršia autorita regulačného ventilu je dosiahnutá vtedy, keď sústava pracuje pri nízkych prietokoch. To znamená, keď je regulačný ventil zaťažený prakticky celou dopravnou výškou čerpadla.
Obr. 2 Pri návrhu je autorita ventilu 0,25. Keď sa zmení zaťaženie sústavy, zmení sa tiež diferenčný tlak DH, ktorý ďalej deformuje charakteristiku regulačného ventilu.
Pri použití čerpadla s premenlivými otáčkami je najčastejšia požiadavka zabezpečiť konštantný diferenčný tlak na poslednom okruhu (obr. 2 b). V tomto prípade je problém premenného dispozičného tlaku DH prenesený predovšetkým na prvý okruh. Umiestnenie snímača Dp blízko posledného okruhu, podľa ktorého je čerpadlo s premenlivými otáčkami riadené, znižuje teoreticky čerpacie náklady na minimum, ale vytvára problémy v okruhoch v blízkosti čerpadla. Tieto okruhy môžu vykazovať podprietok, keď sústava pracuje pri nízkych záťažiach alebo keď boli regulačné ventily navrhnuté na minimálnu tlakovú stratu Dp a preto majú nízku autoritu. Z týchto dôvodov dosiahneme lepšie výsledky umiestnením snímača tlaku v strede sústavy, čo redukuje kolísanie diferenčného tlaku o viac ako 50% v porovnaní s čerpadlom s konštantnými otáčkami.
Na obrázku 2 c je závislosť výkonu od zdvihu EQM regulačného ventilu, ktorý bol zvolený tak, aby bol dosiahnutý menovitý prietok pri plnom otvorení ventilu a s predpokladanou autoritou 0,25. Keď DH okruh rastie, charakteristika regulačného ventilu sa natoľko zhorší, že môže vyvolávať nestabilitu v regulovanom okruhu. V tomto prípade môže byť použitý lokálny regulátor diferenčného tlaku na stabilizáciu Dp, viď. obr. 4 a.
Návrh regulačných ventilov
Dvojcestný regulačný ventil je navrhnutý správne, keď:
Požadovaný prietok je dosiahnutý pri úplne otvorenom ventile za projektovaných podmienok.
Autorita regulačného ventilu je väčšia ako 0,25.
Splnenie prvej podmienky je potrebné pre zabránenie nadprietokom, ktoré vytvárajú podprietoky v iných častiach sústavy, pokiaľ je regulačný ventil otvorený relatívne dlhý časový úsek. Tento prípad nastáva pri nábehu sústavy z tlmenej prevádzky, ak boli spotrebiče poddimenzované alebo keď je termostat chladenia nastavený na minimum, čo sú najčastejšie praktické príčiny nestabilnej regulácie.
Obr. 3 Vyvažovací ventil zlepšuje charakteristiku navrhnutého regulačného ventilu.
Aby bol dosiahnutý menovitý prietok pri projektových podmienkach, musí byť tlaková strata plne otvoreného regulačného ventilu pri menovitom prietoku rovná dispozičnému tlaku DH v danom mieste mínu tlakové straty spotrebiča a príslušenstva pri menovitých podmienkach (Obr. 3 a). Sú tieto informácie dostatočné pre návrh regulačného ventilu? Predpokladajme, že áno. Pri prietoku 1,6 l/s predstavujú bežne dostupné komerčne vyrábané regulačné ventily tlakovú stratu 13, 30 alebo 70 kPa, a nič medzi tým. Čo bolo vypočítané, nie je bežne na trhu. Inak povedané, regulačné ventily sú v úplnej väčšine prípadov predimenzované. Vyvažovací ventil sa potom inštaluje z dôvodov kompenzácie tohto predimenzovania a ďalej zlepšuje charakteristiku regulačnej armatúry bez vytvárania nadbytočnej tlakovej straty (obr. 3 b).
Po návrhu regulačného ventilu sa musíme presvedčiť, či jeho autorita je dostatočná. Ak nie, celá sústava by mala byť prepočítaná na vyššie tlakové straty a použitie regulačných ventilov menších svetlostí.
Niektoré riešenia miestnych problémov
Je vždy lepšie venovať zvláštnu starostlivosť špeciálnym prípadom ako navrhovať zvyšok sústavy podľa špeciálnych podmienok v jej určitej časti.
Ak je návrh regulačného ventilu v medzných podmienkach alebo je okruh vystavený veľkým zmenám DH, je riešením použitie miestneho regulátoru diferenčného tlaku podľa obr. 4 a. To je všeobecne ten prípad, keď minimálna autorita ventilu môže klesnúť pod 0,25.
Princíp je veľmi jednoduchý. Membrána priamočinného regulátoru diferenčného tlaku STAP je pripojená na vstup i výstup regulačného ventilu. Keď rastie diferenčný tlak, zvyšuje sa sila vytvorená membránou a regulátor STAP proporcionálne uzatvára. Týmto spôsobom je diferenčný tlak na regulačnom ventile udržovaný prakticky na konštantnej úrovni. Tento diferenčný tlak sa volí tak, aby bol dosiahnutý požadovaný prietok pri úplne otvorenom ventile. Regulačný ventil potom nie je nikdy predimenzovaný a jeho autorita sa blíži jednej.
Obr. 4 Automatické obmedzenie prietoku.
K ventilom STAP je odškrcovaný všetok prebytočný diferenčný tlak. Regulácia diferenčného tlaku je v porovnaní s teplotnou reguláciou spotrebiča jednoduchá a môže byť tiež zvolené vhodné pásmo proporcionality tak aby bolo zabránené nestabilite siete.
Kombináciou lokálnej regulácie diferenčného tlaku s čerpadlami s premennými otáčkami zaistíme najlepšie podmienky pre reguláciu, zvýšenie komfortu, zníženie nákladov na čerpaciu prácu a zníženie hluku v sústave. Z ekonomických dôvodov je toto riešenie vyhradené obvykle menším jednotkám.
U väčších sústav, kde sa predpokladajú veľké zmeny DH, môže byť prietok obmedzený použitím snímača diferenčného tlaku DPS na vyvažovacom ventile (obr. 4 b). Keď zmeraný diferenčný tlak zodpovedá požadovanému prietoku, regulačnému ventilu je zabránené v jeho ďalšom otváraní. Toto riešenie môže byť vhodné v tých prípadoch, keď regulačný systém požaduje zároveň meranie prietoku tak, aby sa tento pohyboval okolo požadovanej hodnoty.
Ak sú spotrebiče regulované dvojpolohovo (zap./vyp.) alebo časovo riadeným regulačným ventilom, potom môže byť obmedzenie nárastu diferenčného tlaku nastavené k zníženiu hluku a k zjednodušeniu vyvažovacieho procesu. V týchto prípadoch regulátor diferenčného tlaku stabilizuje diferenčný tlak, ktorým sú zaťažené skupiny spotrebičov viď. obr. 5. Toto riešenie je tiež použiteľné pre skupiny malých spotrebičov, regulovaných proporcionálnymi regulačnými ventilmi, čo okrem iného zlepšuje aj ich autoritu.
Obr. 5 Ventil STAP stabilizuje diferenčný tlak pre skupinu spotrebičov.
Uvedené príklady však nie sú jedinými možnosťami. Ukazujú iba, že niektoré problémy môžu byť riešené špecifickým spôsobom.
Stabilizácia diferenčného tlaku vo vykurovacích sústavách
Sústavy s premenlivým prietokom
Vo vykurovacej sústave s radiátormi sú všeobecne termostatické ventily prednastavené pre dispozičný tlak DH0 = 10 kPa.
Obr. 6 Každý radiátorový ventil je prednastavený tak ako keby bol vystavený rovnakému diferenčnému tlaku 10 kPa.
Počas vyvažovania je vyvažovací ventil STAD vo vetve nastavený na dosiahnutie správneho celkového prietoku vetvou. Predpokladaných 10 kPa je v skutočnosti dosiahnuté v strede vetvy. Ak prekročí diferenčný tlak na termostatickom ventile 30 kPa, vzniká riziko hluku v sústave, predovšetkým keď voda v sústave obsahuje vyššie percento rozpusteného vzduchu. V tomto prípade je lepšie stabilizovať diferenčný tlak ventilom STAP podľa obr. 7.
Obr. 7 Ventil STAP stabilizuje diferenčný tlak na vstupe každej vetvy.
Prietok qs je meraný na meracom ventile STAM.
Sústavy s konštantným prietokom
V obytných budovách je prívodná teplota vody regulovaná ekvitermicky podľa vonkajšej teploty. Dopravná výška čerpadla môže byť príliš vysoká pre termostatické radiátorové ventily, ktoré môžu byť hlučné. Pokiaľ nie je v sústave požadovaná minimálna teplota spiatočky, môže byť realizovaná s konštantným prietokom.
Obr. 8 Každý byt je vystavený diferenčnému tlaku menej ako 30 kPa.
Jedným riešením je vybaviť každý byt skratom AB a vyvažovacím ventilom STAD - 1 (obr. 8 a). Vyvažovací ventil odškrcuje dispozičný tlak DH v danom mieste. Sekundárne čerpadlo s vhodnou dopravnou výškou, nižšou ako 30 kPa, je určené pre každý byt. Keď termostatické ventily uzatvárajú, Dp na ventiloch ostáva prijateľné a hluk nevzniká. Menovitý sekundárny prietok musí byť o niečo menší ako primárny prietok, aby bolo zabránené opačnému prúdeniu skratom AB a vytvorením zmiešavacieho bodu v meste A, ktorý znižuje teplotu prívodnej vody. Preto je vyvažovací ventil STAD - 2 na sekundárnej strane nutnosťou.
Aby sa nemuselo použiť sekundárne čerpadlo ventilu STAD - 2, môže byť do okruhu osadený prepúšťací ventil BPV podľa obr. 8b. Tento prepúšťací ventil je priradený k vyvažovaciemu ventilu STAD - 1 kôli dosiahnutiu požadovaného prietoku na primárnej strane. Nastavenie BPV potom zodpovedá predchádzajúcej podmienke. Keď termostatické ventily uzatvárajú, má diferenčný tlak medzi bodmi A a B tendenciu narastať nad nastavený tlak na ventile BPV, ktorý otvára a tým udržuje tlak medzi bodmi A a B konštantný.
Rady pre všeobecný návrh
Návrh každej hydraulickej sústavy závisí od jej charakteristiky a prevádzkových podmienok. Či sa rozhodneme pre sústavu s konštantným alebo premenlivým prietokom, pre čerpadlo s premenlivými alebo konštantnými otáčkami, proporcionálnu alebo dvojpolohovú reguláciu na odberných miestach, vo všetkých prípadoch sú ale platné nasledovné doporučenia:
Sústava musí byť hydraulicky vyvážená na menovité prietoky. To umožňuje správny prenos inštalovaného výkonu. Z tohto hľadiska nie je rozdiel medzi dvojpolohovou alebo proporcionálnou reguláciou na spotrebičoch.
Vyvažovací postup musí byť optimalizovaný použitím kompenzačnej metódy alebo metódy TA - Balance. Tým odpadá sledovanie sústavy a podstatne sa znižujú prevádzkové náklady. Tieto dve metódy odhaľujú okrem iného predimenzovanie čerpadla, ktoré môže byť často vymenené za menšie a tým sú redukované čerpacie náklady. Vyvažovacie metódy ďalej odhaľujú väčšinu hydraulických anomálii a na vyvažovacích ventiloch je možné kedykoľvek kontrolovať diferenčný tlak a prietok.
Proporcionálne dvojcestné ventily musia byť starostlivo vybrané: a) správna charakteristika (väčšinou rovnopercentná alebo modifikovaná rovnopercentná), b) správna svetlosť (regulačný ventil musí, plne otvorený a pri menovitom prietoku, spracovať väčšinu dispozičného tlaku regulovaného okruhu), c) autorita regulačného ventilu by nemala byť menej ako 0,25.
Ak niektorá z vyššie uvedených podmienok nemôže byť v niektorých okruhoch splnená, inštaluje sa lokálny regulátor diferenčného tlaku, ktorý zlepšuje autoritu regulačného ventilu a znižuje riziko hluku.
Ak je použité čerpadlo s premenlivými otáčkami, snímače tlaku musia byť umiestnené na vhodnom mieste, aby bolo možné dosiahnuť čo najlepšie kompromis medzi požiadavkami na minimálnu čerpaciu prácu a na minimálne tlakové zmeny na regulačných ventiloch. Optimálne umiestnenie snímačov tlaku spadá tak do oblasti počítačovej simulácie.
Záver
Každá vykurovacia a chladiaca sústava je navrhnutá na určité maximálne zaťaženie. Ak ale nemôže byť dosiahnutý maximálny výkon, pretože sústava nebola vyvážená za menovitých podmienok, neboli všetky investičné náklady vynaložené účelne. Regulačné ventily nemôžu kompenzovať túto situáciu, pretože sú pri požiadavke maximálneho výkonu plne otvorené. Navrhovanie dvojcestných regulačných ventilov je obtiažne a ventily pre presne vypočítané hodnoty nie sú na trhu k dispozícii. Preto sú prakticky všetky regulačné ventily predimenzované. Hydraulické vyváženie je potom nutnosťou, pričom v nákladoch obvykle reprezentuje menej ako jedno percento investičných nákladov.
Každé ráno po nočnom útlme je potrebné, aby menovitý výkon sústavy obnovil požadovaný komfort čo najrýchlejšie. Vyvážená sústava vyhovie tejto potrebe rýchlo. Ak sa ušetrí 30 min. ranného nábehu, čo reprezentuje v nákladoch asi 8 hod. bežnej ustálenej prevádzky, je možné ušetriť asi 6% energie každý deň, t.j. viac ako náklady na čerpaciu prácu.
V chladiacich sústavách s premenlivým prietokom predstavujú náklady na čerpaciu prácu obvykle menej ako 5% sezónnych nákladov na prevádzku chladiacich agregátov. Tento údaj musí byť porovnávaný s nákladmi od 10% do 16% na jeden stupeň zníženia teploty v priestore. Dosiahnutie správneho komfortu je potom najlepším spôsobom šetrenia energie. Zároveň všetky snahy o zníženie čerpacích nákladov musia byť vykonané tak, aby sa nedotkli riadnej funkcie spotrebičov.
Čerpacie náklady môžu byť znížené zvýšením teplotného spádu sústavy, pokiaľ je to možné a použitím čerpadiel s premenlivými otáčkami, ktoré majú optimálne umiestnené tlakové snímače. Použitie proporcionálnych regulačných armatúr ďalej vyžaduje menšie prietoky pri stredných záťažiach (viď. obr. 1 a) ako dvojpolohové (zap. / vyp.) riadenie armatúr, čo môže ďalej prispieť ku zníženiu čerpacích nákladov.
Ale najdôležitejšia je kompenzácia predimenzovania čerpadla. Vyvažovacie ventily v spojení s vhodnou vyvažovacou metódou toto predimenzovanie odhaľujú. Celkový prebytok tlaku je potom odškrtený vyvažovacím ventilom pri čerpadle. Keď je vykonaná zmena na čerpadle, vyvažovací ventil stačí pootvoriť alebo priškrtiť.
Hydraulické vyváženie vyžaduje správne nástroje, aktuálne postupy a účinné meracie prístroje. Ručné vyvažovacie ventily predstavujú najspoľahlivejší a najjednoduchší výrobok na dosiahnutie správneho menovitého prietoku s možnosťou kontroly a diagnostiky kedykoľvek za prevádzky. V prípade potreby môžu byť spriahnuté s regulátormi diferenčného tlaku.
Na všetkých spotrebičoch musí byť požadovaný prietok
|
