Vörös Szilárd
IMI HYDRONIC ENGINEERING
Távhő HMV hőcserélő primer oldali térfogatáram korlátozása téli/nyári üzem esetén
1. rész
A hőközponti kapcsolás egyik fontos szerelvénye a kombinált térfogatáram korlátozó és nyomáskülönbség szabályozó szelep, az ún. „dP-V” szelep. Szerepe, hogy a lekötött teljesítményhez tartozó térfogatáramot biztosítsa, azaz beszabályozott legyen a hőközpont, illetve, hogy megfelelő nyomáskülönbség álljon rendelkezésre a motoros szabályozó szelepek számára.
Hogyan is működik a „dP-V” szelep?
Tulajdonképpen 2 db, sorba között nyomáskülönbség stabilizáló szelep együttes működése hozza létre a két funkciót. Az egyik szelep (a „D” jelű) tartja a nyomáskülönbséget az előremenő és a visszatérő között, azaz biztosítja a hőközpont számára a megfelelő rendelkezésre álló nyomáskülönbséget (általában 1 bar-t).
A másik szelep (a „K” jelű) szintén nyomáskülönbséget tart, csak éppen a „D” jelűn. Ezt a nyomáskülönbséget, hatónyomásnak nevezik. Ez a hatónyomás és a „D” szelepen beállított „kv” érték egy felső térfogatáram korlátot jelent.
A „dP-V” szelep elvi felépítése
A mai modern nyomáskülönbég stabilizáló szelep ún. in-line kialakításúak. Azaz a membrántér és a rugó(k) magában a szeleptestben található(ak). Ennek köszönhetően alacsonyabb a zaj, illetve kisebb az esély a kavitációra. Továbbá kisebb tömeg és méret tartozik ugyanakkora „kvs” értékhez.
In-line vs hagyományos kialakítás
A hagyományos, párhuzamos hőközponti kapcsolás általános hibái
A klasszikus hőközponti elrendezésnél, párhuzamosan kapcsoljuk a fűtési és a HMV hőcserélőt. A legtöbb esetben azonban az előremenőben nem található statikus beszabályozó szelep. Így nem lehet bemérni, hogy mekkora nyomáskülönbséget állítottunk be a „dp-V” szeleppel és mennyi az ehhez tartozó térfogatáram. Szintén nehézséget okoz, hogy a hőcserélőket egymáshoz képest nem lehet beszabályozni (mert nincsenek beszabályozó szerelvények). Mivel a hőcserélők ellenállása között szó szerint nagyságrendi különbség van, így a hidraulikai beszabályozatlanság miatt a motoros szelepeknek kell majd valamiféle beszabályozást végezniük, korlátozva ezzel a saját szabályozó képességüket.
A „dp-V” szelep beállítása a különböző üzemállaptokban
Az alábbi ábrán egy hagyományos párhuzamos kapcsolás látható, azzal kiegészítve, hogy az előremenőben található egy statikus STAD beszabályozó szelep, ezért, hogy a lekötött teljesítményhez tartozó térfogatáramot és „dp”-t be is lehessen mérni. A HMV hőcserélő nyári, míg a fűtési hőcserélő a téli állapotra van méretezve. Ebből adódóan nagyságrendi különbség van a két hőcserélő ellenállása között. A motoros szabályozó szelepeket úgy választottam ki, hogy a megfelelő autoritás érdekében kb. 0,25 bar legyen az ellenállásuk a tervezett térfogatáram mellett.
A beállítandó „dpL” és „V” igény
A „dp-V” szelepek beállításának két fő kérdése: mekkora a stabilizálandó nyomáskülönbség („dpL”) és milyen térfogatáramot („V”) kell korlátoznia a szelepeknek. Ha ezek az értékek nem összetartozó értékpárt alkotnak akkor beszabályozatlansági és szabályozási problémákkal fogunk szembesülni.
A stabilizálandó nyomáskülönbségnek a nagyobb ellenállású HMV hőcserélőhöz kell igazodnia, azaz jelen esetben 0,44 bar-t kell beállítani (az egyszerűség kedvéért most elhanyagolom a csővezeték és egyéb szerelvények ellenállását és csak a motoros szelepet illetve a hőcserélőt veszem figyelembe). A korlátozandó térfogatáram a lekötött teljesítményhez tartozó térfogatáram. Ezzel szemben nézzük meg, hogy a különböző üzemállapotok mellett, hogyan alakul a nyomáskülönbség és a térfogatáram igény.
A téli „dpL” és „V” igény
Télen a magasabb előremenő hőmérséklet miatt, jóval kisebb térfogatáramra van szükség a HMV hőcserélőn, ezért a hidraulikai ellenállása is jóval kisebb lesz ennek az ágnak. Azaz a stabilizálandó „dp”-t most a fűtési hőcserélő és motoros szelepe határozza meg. Ebben az esetben a HMV hőcserélő motoros szelepének autoritása sajnos igen alacsony (0,03/0,28=0,1). A magasabb előremenő (HMV tekintetében), alacsonyabb korlátozandó térfogatáramot von maga után.
A nyári „dpL” és „V” igény
Nyári állapotban a stabilizálandó nyomáskülönbség megfelelő, hiszen ez volt az alapbeállítás is, azaz a HMV hőcserélő és motoros szelepe határozta meg ezt az értéket (0,44 bar). A korlátozandó térfogatáram itt még alacsonyabb, hiszen már nincs szükség a fűtési térfogatáramra.
Átmentei időszakban (tk=4-5°C) a „dpL” és „V” igény
Átmeneti állapotban (legyen a külső hőmérséklet 4-5°C, ami a fűtési szezon átlag külső hőmérséklete), amikor a menetrend szerint a fűtési primer előremenő hőmérséklet csökken, a fűtési hőcserélő igénye is csökken, ha csak a transzmissziós igényeket kell kiszolgálni és nincsen pl. uszoda vagy légkezelő. A HMV igényt szezontól függetlenül állandónak lehet tekinteni. Ebben az esetben újabb nyomáskülönbség és térfogatéram igény jelentkezik, amit a „dP-V” szelepnek valahogy kezelnie illene.
A „dpL” és „V” igények, a különböző üzemállapotokban
Ha táblázatosan összefoglalom, a különböző üzemállapotokban igényként jelentkező „dP” és „V” összetartozó értékpárokat, akkor látható, hogy a közös ágba elhelyezett egyetlen szelepnek mivel kellene megbirkóznia.
Hogyan (NEM) működik egy „dP-V” szelep a különböző üzemállapotok mellett?!
A következőkben szeretnék rávilágítani arra, hogy miért nem működik megfelelően, egy a hőközpont elé beépített „dp-V” szelep a különböző üzemállapotok mellett.
Télen a szelepnek kisebb „dp”-t és kisebb térfogatáramot kellene kezelnie, mint a beállított. Ekkor a hőközpont beszabályozatlan, hiszen több térfogatáramot enged át a szelep, mint szükséges lenne. A motoros szelepek, természetes (be)szabályozni fognak, hogy a szekunder előremenő ne emelkedjen. Ahogy a motoros szelepek zárnak, a „dP-V” szelep térfogatáram korlátotó része („K” jelű) nyitni fog, hiszen a beállított alapjelnek megfelelően, 13,7 m3/h-t kell átengednie. A térfogatáram korlátozó rész a motoros szelepek ellenében dolgozik. Tehát egy ideig hiába zárnak a motoros szelepek, a teljesítmény nem csökken. Majd csak akkor kezd el csökkeni a teljesítmény, ha a motoros szelepek zárásával akkorára nő a nyomáskülönbség, amit már a szelepnek („D” jelű) szabályoznia kell.
Nyáron a beállított „dp” alapjel megfelelő, ezzel szemben a térfogatáram jóval alacsonyabb, mint a beállított „V” alapjel. A szelep térfogatáram korlátozó része így teljesen nyitva van. A jól beállított „dp” alapjelet tartja a szelep, tehát a HMV motoros szelep jó autoritással működik.
Az átmeneti állapot nagyon hasonló a fűtésihez. A beállított „dp” alapjellel „dp” igény kb. összhangban van, de a térfogatáram igény alacsonyabb ezért a motoros szelepek, hogy kompenzálják a többlet térfogatáramot elkezdenek zárni, ezzel a térfogatáram korlátozó ellen dolgoznak.
Összefoglalás
Egyetlen „dP-V” szelep nem képes a különböző üzemállapotok különböző „dp” és „V” igényeit kielégíteni. Míg télen a „dP-V” szelep, a motoros szelepek ellen dolgozik, addig nyáron egyáltalán nem dolgozik, hanem teljesen nyitva van. A „dP-V” szelep működési esélyeit javítja, ha a fűtési és HMV teljesítmény igények közel vannak egymáshoz, hiszen ekkor a térfogatáram igények és a hozzátartozó „dp” igények sem olyan eltérőek.
További megoldás lehet, hogy hőcserélőként alkalmazunk egy-egy térfogatáram korlátozó motoros szelepet. A cikk 2. része erről fog majd szólni.