Hidravlično uravnovešanje

kPri vsakem ogrevalnem sistemu je nosilec toplote voda, ki jo ogrevamo na določeno temperaturo. Vodo peljemo po ceveh od ogrevalnega kotla do ogrevalnih teles, pri čemer je zelo pomemben pretok. čŒe ta ni zadosten, se lahko zgodi, da bo ogrevanje nezadovoljivo. Pomembno je optimalno delovanje ogrevalnega sistema.

Pravilno in gospodarno delovanje toplovodnih sistemov ogrevanja je, ne glede ali delujejo s stalnim ali spremenljivim pretokom, pogojeno tudi s hidravličnim uravnovešenjem. Pri tem gre za vrsto pomembnih ukrepov, ki so odvisni od zasnove in velikosti sistema, zato ne mo­rejo biti prepuščeni dobri volji projektanta ali izvajalca, temveč je to njuna obveznost.

Cevni razvodi morajo biti dimenzionirani tako, da zagotovijo ustrezen pretok do ogreval. Za izračun površine grelnega telesa moramo poznati toplotne potrebe objekta in potrebne temperature s katerimi želimo ogrevati  prostore. S pomočjo temperature dotoka in povratka ogrevalnega medija lahko izračunamo srednjo temperaturo ogrevala. S pomočjo diagrama na sliki 5 in 6 lahko vidimo vpliv napačne regulacije volumskega pretoka na toplotno moč in prostorsko temperaturo.

Običajni hidravlični izračun ogrevalnih sistemov se nanaša na nazivno ali projektno obremenitev. Pri sistemih s stalnim pretokom je ta izračun tudi zadosten, ker se med obratovanjem pretok ne spreminja. Drugače je pri sistemih s spremenljivim pretokom, kjer spremembe obremenitve povzročajo spremembe pretočno-tlačnih razmer. Izračun za nazivno obremenitev je torej potreben, vendar ni zadosten, ker ne daje slike o spremembah, ki se pojavijo med obratovanjem. Sistemi s spremenljivim pretokom so na primer daljinska ogrevanja in dvocevni sistem s termostatskimi ventili.

Pri teh sistemih je potrebna analiza pretočno-tlačnih razmer, ki nastopajo med obratovanjem in se stalno spreminjajo. Za rešitev tega problema sta v rabi dva pristopa. Prvi je s pomočjo računalnika in metode iteracije, ki je za daljinska ogrevanja, v povezavi z bazami podatkov in geografskim informacijskim sistemom, kompleksna in učinkovita rešitev. Obstajajo pa tudi manj zahtevni, analogni programi za sisteme v zgradbah.

Drugi pristop je metoda hidravlične upornosti, ki je uporabna  za računalniško in seveda tudi za ročno obdelavo. Metoda hidravlične upornosti je uporabna pri sistemih vodovoda, prezračevanja in klimatizacije, kakor tudi pri drugih cevnih sistemih.

Gibanje vode ali druge kapljevine v cevnih sistemih je posledica tlačne razlike med posameznimi točkami. Pri tem se tlačni padec porabi za premagovanje trenja v ravnih ceveh in za posamezne upore, ko prihaja do spremembe smeri ali prereza, delitve ali združitve toka, ter posebne oblike posameznih elementov (na primer armature, filtri itd.).

  

Hidravlična uravnovešenost radiatorjev in cevnega omrežja

klevz

Lokalna izravnava radiatorjev.   Vertikala 1: Izravnava s termostatskimi ventili (glej diagram 3) ali z vgrajenimi izravnalnim regulacijskim ventilom nameščenim na povratni vod (glej diagram št. 4).   Vsak radiator priključen na vertikalni vod prejme odgovarjajoče njegovi moči potrebni vodni pretok M = Q/(c • DV )   Vertikala 2: Slabo regulirani radiatorji povzročajo neenakomerni pretok vode v ogrevalnem radiatorskem sistemu

Slika 1 - Hidravlična uravnovešenost radiatorjev in vertikalnih cevnih razvodov.

Hidravlična tlačna izravnava vertikalnih cevnih razvodov in pomanjkljiva izravnava cevnega omrežja: vertikalni cevni razvodi, ki so nameščeni bližje ogrevalnemu kotlu, prejemajo veliko večji volumenski vodni pretok (s tem je lahko prisotna tudi večja šumnost v ceveh), medtem ko cevni razvodi, ki so bolj oddaljeni, so pogosto nezadostno oskrbljeni.	Hidravlično uravnovešenje radiatorjev in vertikalnih cevnih razvodov enega proti drugemu, reguliramo s pomočjo vgrajenih regulacijskih ventilov. Pri večjih ogrevalnih sistemih pa s pomočjo diferenčnega tlačnega regulatorja         (P-regulator brez pogona). S tem dosežemo konstantni diferenčni tlak v vsakem vertikalnem cevnem razvodu.

Slika 2 in 3 - hidravlična tlačna izravnava vertikalnih cevnih razvodov in radiatorjev

Način in postopki hidravlične tlačne izravnave - regulacija cevnega omrežja

Na sliki 4 je prikazana primerjava tlačne regulacije pri novih in starih ogrevalnih in cevnih sistemih.

Slika 4 - Tlačna izravnava novega in starega sistema ogrevalnega sistema

Učinek napačnega volumskega pretoka na toplotno moč in prostorsko temperaturo

Na sliki 5 in 6 prikazana diagrama kažeta na vpliv napačne regulacije volumskega pretoka na toplotno moč in prostorsko temperaturo.

 Diagram 1 in 2 - Vpliv napačne regulacije volumskega pretoka

Odvisnost toplotne oddaje in temperature v prostoru od pretoka namreč ni linearna, temveč gre po krivulji, ki je v začetku dokaj strma in proti koncu vedno bolj položna. Na primer pri 100% pretoku je temperatura v prostoru 20° C, pri 75% pretoku 18,8° C, pri 50% pretoku 16,7° C, pri 150% pretoku 21,4° C in pri 200% pretoku 22° C. Zaradi tega ni visokih zahtev glede natančnosti pri nastavitvi pretoka. Okvirna vrednost dopustne tolerance je ± 10%. Kljub dejstvu, da je prednostna naloga zagotoviti ustrezen pretok pri zadnjih og­revalih, ki so najbolj prizadeta, ne smemo pozabiti na pregrevanje bližjih prostorov, kjer je v ogrevalih pribitek pretoka. Vsaka stopinja prostorske temperature nad 20° C pomeni dodatno zvišanje stroškov za ogrevanje. To je npr: za srednjo Evropo do + 8%, za južno pa do + 12%. Torej, samo hidravlično uravnovešen sistem nudi ustrezno ugodje v ogrevanih prostorih in normalne obratovalne stroške.

  

Možnosti za doseganje oziroma izboljšanje hidravlične uravnovešenosti

1   2 3	Termostatski radiatorski ventil (glej diagram 3) Privijala na povratnih vodih, izravnalni ventili, nameščeni na povratni cevni razvod ogrevala (glej diagram 4) Regulacijski ventili na vertikalnih razvodih	4 5 6	Diferenčni tlačni regulator (ali pretočni regulatorji) Kombinacija (na primer 4+3 (kot V-omejitev) Odgovarjajoča cev Ø, Tichelmann, hidravlično uravnovešenje (glej sliko 5)
S potrebnim natančnim izračunom za izravnavo ugotovimo (za uporabo, diferenčnega tlačnega regulatorja pri uporabi termostatskih ventilov), da je na delnem področju možna samo vgradnja diferenčnega tlačnega regulatorja (točen ni samo v primeru vgradnje).

V  praksi se srečujemo tudi z mnenjem nekaterih strokovnjakov, da pri sistemih s termostatskimi ventili uravnovešenje ni nujno, saj se z delovanjem le teh, sistem samodejno uravnovesi. To je sicer res, vendar manjka en bistven podatek. Kdaj se to zgodi? Neuravnovešen sistem ne deluje pravilno, ob vsakodnevnih zagonih, po nočnih prekinitvah ali centralnem znižanju temperature grelne vode,saj imajo bližnja ogrevala prebitek, oddaljena pa primanjkljaj pretoka. Posledica je časovni zamik doseganja potrebnih temperatur v oddaljenih prostorih, kjer bodo ogrevala segreta na ustrezno temperaturo šele takrat, ko termostatski ventili v bližnjih prostorih priprejo pretok. Hidravlično uravnovešenje centralnega ogrevanja je nujno, saj je taka prizadetost oddaljenih prostorov  nesprejemljiva.

Tlačna razlika na ter­mostatskih ventilih ne sme presegati 20 do 30 kPa. Nastavitveni ventili s stalnim uporom tega ne morejo zagotoviti. Zaradi tega potrebujemo še samodejne regulatorje tlačne razlike na pokončnih vodih, ki vzdržujejo nastavljene vrednosti ustrezno termostatskim ventilom. Pri večjih sistemih je v rabi tudi kombinacija obeh, kjer nastavitveni ventili prevzemajo vlogo omejevalnikov pre­toka navzgor, regulatorji tlačne razlike pa zagotavljajo pogoje za pravilno de­lovanje termostatskih ventilov. S temi armaturami so istočasno omogočene še dodatne funkcije na pokončnih vodih; zapiranje, izpraznitev, meritve tlačne raz­like in pretoka.

Diagram za termostatske ventile  -  določanje prednastavitve (odvisno od proizvajalca)

 

											Primer: Podatki:  K Toplotni tok Q = 525 kW, razpon medija 65/50 oC, Tlačne izgube s termostatskim ventilom 90 mbar (= 9 kPa) Rešitev:               525 m =  -------------- = 30 kg/h         1,163 • 15 Iz diagrama: k vrednost 0,1 Prednastavitev 2 pri pravilni diferenci XP od mak. 2K Prednastavitev 3 pri XP  od maks. 1
											Dotok diferenčnega tlaka še pri zaprtem ventilu bo: 3,5 bar (termostatska glava: 4bar)
Prednastavitev				1	2	3	4	5	6	1			2		3	4		5			6
DN 10/15	Regulac. dif. XP 0,4 do 1,0 K	kV - vrednost	min. maks.	0,019 0,030	>0,038   0,076	>0,076   0,126	>0,126   0,180	>0,180   0,234	>0,234   0,262	kWS - vrednost v m3/h
										0,054			0,104		0,174	0,274		0,459			0,730
DN 20	Regulac. dif. XP 0,4 do 1,0 K	kV - vrednost	min. maks.	0,025 0,047	>0,047   0,098	>0,098   0,161	>0,161   0,234	>0,234   0,364	>0,364   0,468	Toleranca pretoka ± %
										20		15		10			8		7	6

Diagram 3 - Določitev prednastavitve ogrevala opremljenega s termostatskim ventilom

Značilnosti hidravlične vregulacije

hidravlično ločevanje od toplotnih proizvajalcev in ogrevalnih krogov Preprečevanje vzajemnega vpliva od VK in VH1                VH = VK  : nedelovanje hidravlične vregulacije (brez pretoka) VH > VK   : VH = VH  VH - VK   struja preko smernice od VHVH = VH  povratka - predtoka do VH < VK  : VK = VH  struja preko  smernice  od VK  predtoka do VK  povratnega toka Optimalno polaganje na ogrevalno krožno črpalko in regulacijski ventil pri ločenih večkotlovnih napravah in izklopljenih kotlih

S lovilnik nesnage; OR razdelilnik. odzračnik;

Slika 5 - Prikaz in značilnost hidravlične regulacije od ogrevalnega kotla do razdelilnika

Regulacijski ventil na radiatorskem povratnem vodu

 

Nadaljnji ukrepi za tlačno izravnavo: regulacija na radiatorju - s pomočjo termostatskih ventilov (diagram 3) z regulacijskim ventilom na razdelilniku za talno ogrevanje

 

Diagram 4 - Regulacija ogrevala s pomočjo regulacijskega ventila, nameščenega na povratni vod

Zaključek

Omrežja notranjih instalacij toplovodnega ogrevanja so relativno enostavna. S pomočjo metode hidravlične upornosti in z uporabo zgoraj prikazanih podatkov in diagramov se je mogoče velikokrat izogniti številnim problemov, ki se najpogosteje pojavljajo ob nepravilnih pretočno-tlačnih razmerah za različne namene. S takimi ukrepi se najpogosteje izognemo šumom v instalaciji, ki jih povzročajo armature na ogrevalih hkrati pa vzdržujemo enakomerno želeno temperaturo v prostorih. Gospodarno in pravilno delovanje toplotnih sistemov je pogojeno s hidravličnim uravnovešenjem in to ne glede, ali obratujejo s spremenljivim ali stalnim pretokom.