Hydrauliczna separacja Urządzenia do hydraulicznego rozdziału cieplika Dipl.-Ing. Dariusz Mukomilow Prezes Sinus Polska Sp. z o.o. Kierownik ds. konstrukcyjnych Sinusverteiler GmbH
Wprowadzenie: Systemy grzewcze, w których woda stanowi medium, używane są na całym świecie. Mimo, iż na przestrzeni lat wiele się zmieniło w tym temacie, podejście wielu ekspertów pozostało niezmienione. Celem tej prezentacji jest przedstawienie technologii z zastosowaniem sprzęgła hydraulicznego w wodnych systemach grzewczych.
Wodne systemy grzewcze: Wodne systemy grzewcze posiadają zdolność, umożliwiającą pracę kilku, niezależnie kontrolowanych stref (np. wewnątrz jednego budynku). W systemach tradycyjnych o zwykłym ułożeniu orurowania, stosuje się źródło ciepła o małym oporze przepływu (np. kocioł żeliwny). Dzięki temu w systemie występują niewielkie opory, umożliwiając zarazem relatywnie wysokie wielkości przepływów, przy minimalnych interferencjach pomiędzy obiegami dystrybucyjnymi. Krótko mówiąc hydrauliczne charakterystyki tych systemów rzadko stwarzają komplikacje.
Nowoczesne wodne systemy grzewcze: W dzisiejszych czasach w wodnych systemach grzewczych jako źródło ciepła stosuje się kotły naścienne. Niestety, kotły tego typu posiadają dużo większe opory przepływu w porównaniu do kotłów żeliwnych. Na przykład w przypadku zastąpienia kotła żeliwnego kotłem naściennym mogą wystąpić pewnego typu komplikacje spowodowane mocno zróżnicowanymi wielkościami przepływu. Rozwiązaniem tego problemu może być hydrauliczna separacja. Krótko mówiąc, jest to zapobiegnięcie interferencj jednego obiegu na drugi (np. w przypadku dwóch obiegów dystrybucji). Takie rozwiązanie nie tylko upraszcza analizę systemu, ale także zapobiega licznym komplikacjom.
Nowoczesne wodne systemy grzewcze: W prostej postaci takim rozwiązaniem może być system z obiegami pierwotnym/wtórnymi, których orurowanie zawiera umieszczone blisko siebie dwa trójniki. Takiego typu zastosowania występują głównie poza terenami Europy. Z powodu małej odległości dzielącej dwa trójniki, spadek ciśnienia między nimi jest bliski zeru. Ponieważ nie występuje różnica ciśnień pomiędzy trójnikami, nie zachodzi tendencja pojawienia się przepływu w obiegu wtórnym. Z tego powodu można powiedzieć, że obieg wtórny jest hydraulicznie odseparowany od obiegu pierwotnego.
Nowoczesne wodne systemy grzewcze: Pomimo, iż pomiędzy obiegami występuje hydrauliczna separacja, niestety występuje także efekt niepożądany, jakim jest spadek temperatury medium grzewczego, w przypadku jednoczesnej pracy dwóch, lub większej ilości, obiegów dystrybucji. Oczywiście istnieją sytuacje, w których taki spadek temperatury nie stanowi problemu, jednakże z całą pewnością komplikuje to projektantom planowanie instalacji.
Zapobieganie spadkowi temperatury: Jednym ze sposobów zapobiegnięcia spadkowi temperatury jest zastosowanie systemu z równoległymi obiegami pierwotnym/wtórnymi. W systemie takiego typu obieg pierwotny podzielony jest na dwie lub więcej tak zwanych pomostów łączących. Na każdy taki pomost przypada para blisko ułożonych trójników, umożliwiających hydrauliczną separację. Przy założeniu, że straty cieplne na orurowaniu są pomijalne, system z równoległymi obiegami pierwotnym/wtórnymi zapewnia jednakową temperaturę czynnika grzewczego w każdym z obiegów wtórnych (niezależnie od ilości jednocześnie pracujących obiegów). Ta metoda posiada jedną znaczącą wadę, jaką jest skomplikowane i kosztowne orurowanie.
System z równoległymi obiegami wtórnym/pierwotnym: obieg wtórny umiejscowione blisko siebie trójniki równoległy obieg pierwotny
Zapobieganie spadkowi temperatury: Każdy z pomostów wyposażony jest w zawór regulujący przepływ. W przypadku braku takowych zaworów, lub ich złej regulacji, mogą wystąpić komplikacje, takie jak deficyt przepływu czynnika grzewczego w pomostach ulokowanych dalej od obiegu pierwotnego. Dodatkowo należy wspomnieć, że wszystkie wcześniej omówione systemy wymagają dodatkowej pompy cyrkulacyjnej obiegu pierwotnego. Podnosi to koszty instalacji całego systemu, jak również koszty eksploatacji przez całą jego żywotność.
Sprzęgło hydrauliczne: A gdyby tak istniał sposób osiągnięcia zalet hydraulicznej separacji bez spadków temperatur, a także bez kosztów związanych z dodatkową pompą cyrkulacyjną i regulacji równoległego systemu obiegów pierwotnego/wtórnych? Istnieje prosta odpowiedź na to pytanie: zastosowanie sprzęgła hydraulicznego.
Sprzęgło hydrauliczne: sprzęgło hydrauliczne obieg grzewczy obieg dystrybucji
Czym jest sprzęgło hydrauliczne? Jest to urządzenie łączące zasilanie (obieg pierwotny) i powrót (system dystrybucji ) przewodem, którego przekrój jest od 2 do 3 większy niż średnice przewodów zasilania i powrotu. W jego górnej i dolnej części znajdują się króćce do podłączenia zasilania i powrotu. Duży przekrój tego połączenia zapewnia sporo większe przepływy w jego wnętrzu. Z tego powodu następuje hydrauliczne odsprzęglanie dwóch oddzielnych obwodów.
Jak to działa? Na następnych trzech slajdach przedstawiono zasadę działania sprzęgła hydraulicznego.
Pierwszy przypadek: Objętość medium płynącego po stronie pierwotnej (V I ) jest równa objętości medium płynącego po stronie wtórnej (V O ). T 1 T 3 Temperatury są także takie same zatem ilość dostarczonego ciepła (Q I ) jest równa ilości ciepła odebranego (Q O ). V I V O T 2 T 4 V I = V O T 1 = T 3 T 2 =T 4 Q I = Q O
Drugi przypadek: Może wystąpić gdy objętość medium płynąca po stronie pierwotnej (V I ) jest większa od objętości medium płynącego po stronie wtórnej (V O ). (np. gdy pompy po stronie odbioru zostaną wyłączone). Z tego powodu część strumienia medium powraca do strony pierwotnej z temperaturą T2, daje to sygnał do automatyki kotłowej do zmniejszenia mocy lub wyłączenia kotła. T 1 T 3 V I V O T 2 T 4 V I > V O T 1 > T 3 T 2 >T 4 Q I > Q O
Trzeci przypadek: Może wystąpić gdy objętość medium płynącego po stronie pierwotnej (V i ) jest niższa niż objętość medium płynącego po stronie wtórnej (V O ). (np. gdy zapotrzebowanie odbioru jest większe niż moc kotła). Z tego powodu część strumienia medium jest zasysana przez stronę wtórną i bezpośrednio obniża temperaturęt3 i pośrednio T2. Daje to sygnał do automatyki kotła do zwiększenia mocy kotła lub do załączenia dodatkowego kotła. V I < V O T 1 > T 3 T 2 >T 4 Q I < Q O T 1 T 3 V I V O T 2 T 4
Cel zastosowania: W instalacjach zaopatrzonych w sprzęgło hydrauliczne każda pompa pracuje bezkonfliktowo, niezależnie od tego ile pomp pracuje w danym czasie. Każdy obieg (grzewczy, dystrybucji) jest zamknięty przez sprzęgło i ustanawia oddzielny obieg strumienia medium z własną pompą. Sprzęgło hydrauliczne jest tym elementem instalacji, w którym ślizgają się po sobie (bez strat tarcia) strumienie medium ze wszystkich obiegów. Z tego powodu przy użyciu odpowiednich elementów regulacyjnych, możliwym staje się regulacja zamierzonych parametrów w danym obiegu.
Cel zastosowania: Sprzęgło hydrauliczne zapewnia hydrauliczną funkcjonalność instalacji eliminuje zakłócenia oraz przywraca funkcję i rolę każdego z elementów instalacji: pompa pompuje zawór reguluje grzejnik grzeje
Wymiarowanie: Mówiąc o wymiarowaniu sprzęgła hydraulicznego należy wspomnieć, że przy maksymalnym obciążeniu, maksymalna średnia prędkość przepływu nie może przekroczyć 0,2m/s. W dużych instalacjach, przy specjalnych warunkach, wartość ta może nieco wzrosnąć (co można zauważyć w tabelce na następnym slajdzie).
Wymiarowanie: Przekrój prostokątny Wydajność w kg 10000 20000 35000 50000 85000 100000 150000 300000 Komora ciśnieniowa sz x gł (mm) 200/120 250/150 300/200 400/200 450/250 500/300 600/400 700/500 Średnia prędkość przepływu (m/s) 0,12 0,15 0,16 0,18 0,21 0,19 0,17 0,23 Przekrój okrągły 4000 8000 12000 20000 30000 50000 100000 150000 200000 100 150 200 200 250 300 400 500 600 0,15 0,15 0,11 0,18 0,17 0,20 0,23 0,22 0,20
Wymiarowanie: Projektując cały system zaopatrzony w sprzęgło hydrauliczne należy wziąć pod uwagę fakt, że całkowita wydajność kotłów grzewczych, przy normalnych kotłach, musi być od 10 do 50% większa, niż całkowita sprawność pomp cyrkulacyjnych. Przy kotłach kondensacyjnych całkowita wydajność pomp kotłowych musi być od 10 do 20% mniejsza niż całkowita wydajność pomp cyrkulacyjnych. Zapewnia to prawidłową pracę kotła kondensacyjnego. Poza tym różnica temperatur mierzona pionowo na wysokości króćców nie może być mniejsza niż 10 o C.
Wymiarowanie: Ewentualne przewymiarowanie nigdy nie wpłynie negatywnie na całość systemu, ponieważ w większości czasu działania, objętość medium pierwotnego jest wiele razy mniejsza od objętości medium wtórnego. Ponadto przewymiarowanie przepływu na obiegu kotłowym, przy kotłach żeliwnych, zapobiega kondensacji, co wzdłuża żywotność kotła.
Korzyści: Użycie sprzęgła hydraulicznego zapewnia hydrauliczną niezależność obiegu kotłowego i obiegu dystrybucji. Dodatkowo ilość dostarczanego ciepła (QI) samoczynnie dopasowuje się do wymagań odbioru. Jednakże sprzęgło hydrauliczne spełnia irównież inne funkcje, między innymi stanowi ono separator powietrza i odmulacz instalacji. W górnej strefie sprzęgła montowane są separatory powietrza współpracujące z odpowietrznikami.we wnętrzu sprzęgła występują najmniejsze, z całej instalacji ruchy medium i dlatego kwalifikuje się ono jako odmulacz.
Korzyści: Ważną korzyścią z zastosowania instalacji zaopatrzonej w sprzęgło hydrauliczne jest jej lepsza współpraca z kotłem, zarówno podczas startu jak i normalnej eksploatacji, polegająca na szybszym nagrzewaniu się kotła i zapewnienia odpowiedniej temperatury medium na powrocie. Sprzęgło hydrauliczne może zostać także użyte do izolacji różnorakich dodatkowych systemów dystrybucji od dwu-rurowego systemu głównego, lub też do separacji dynamiki ciśnień systemu wielokotłowego od systemu dystrybucji, któremu służą.
HydroMaxx: W odróżnieniu od typowego sprzęgła hydraulicznego, w HydroMaxx ie kołnierze przyłączeniowe po stronie obiegu pierwotnego umiejscowione są wyżej niż te po stronie obiegu wtórnego. Umożliwia to, wraz z koszem ze stali szalchetnej w górnej części sprzęgła, zaopatrzonego w blachę perforowaną, lepsze odpowietrzanie przepływu. Dodatkowo w dolnej części powrotów znajduje się odmulacz sedymentacyjny zaopatrzony w filtr magnetyczny.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!