Épületüzemeltetés Épületenergetika B.Sc. 7. félév október 19. Használati melegvíz ellátó rendszerek

A használati melegvíz termelő és ellátó rendszerek kialakítása átfolyós HMV termelés tárolós HMV termelés –boiler (a hőátadó felület a tárolóban) –hőcserélős - soros - párhuzamos - vegyes kapcsolás

A HMV termelés szekunderoldali kialakításai

A cirkulációs hálózat kiépítése elsősorban az ellátási komfort érdekében higiéniai szempontok gazdasági megfontolásból: Kiterjedt hálózatok esetében elengedhetetlen a hidraulikai beszabályozás! nagyobb beruházási költség szivattyúzási munka nagyobb hőveszteség a kifolyatott víz és hőtartalmának költsége ↔

HMV rendszer kialakítása soros tárolóval

A hidraulikai beszabályozás elmaradásának következményei cirkulációs tömegáram rövidre záródik a közeli ágakon elégtelen cirkulációs tömegáram, ezért súlyos hőmérséklet- panaszok a távolabbi felszállókon a szükséges HMV hőmérséklet esetleg még kifolyatással sem érhető el lehetetlen a mérés szerinti elszámolás energia- és ívóvíz pazarlás

Beszabályozatlan cirkulációs hálózat modellje eltérő ellenállású HMV és cirkulációs alapvezeték állandó átmérőjű, véges hosszúságú alapvezetékek végtelen számú, azonos hidraulikai ellenállású összekötés a HMV és a cirkuláció alapvezetékek között („síkáramlás”) fogyasztás nélküli esetet vizsgálunk maximális nyomáskülönbség a betáplálásnál (cirkulációs szivattyú) a végpont felé közelítve a cirkulációs térfogatáram iránti igény folyamatosan nő

Következtetések 1. A viszonyszám annál közelebb van 1-hez, minél rövidebb az alapvezeték, minél kisebb az alapvezetékek ellenállása, és minél nagyobb az egyes felszállóké. 2. Az R 1, R 2 és r ellenállástényezők az átmérő ötödik hatványával fordítottan arányosak. Az átmérő egy mérettel való növelése az ellenállástényezőt (3. pont) a konkrét méretek függvényében 2,7÷3,7-szeres mértékben csökkenti. Ha az alapvezetékek valamelyikét egy méretlépcsővel megnövelik, a rendszer ellenállás- parabolájának C ellenállás-tényezője 0,74÷0,78 arányban lecsökken; mindkét alapvezeték méretének egy-egy lépcsővel való növelése az ellenállás-tényezőt 51%- ára csökkenti. A felszállók átmérőjének növelésével ugyan puhábbá válik a rendszer, ez azonban az 1. pontban kifejtetteknek megfelelően nem hoz eredményt a legkedvezőtlenebb felszálló számára, mert az ezzel létrejövő térfogatáram-többlet a szivattyúhoz közeli felszállókon lekering. Az R 1, R 2 ellenállástényezők csökkentésével egyidejűleg az r tényező növelése szükséges.

3.

A soros kapcsolású tároló működése a fogyasztás teljes térfogatárama a hőtermelőn halad át csúcsfogyasztás idején a hőtermelő teljesítménye elégtelen a hőcserélőből kilépő alacsonyabb hőmérsékletű víz a tárolóba jut, ahol bonyolult áramlási és hőátadási folyamatok zajlanak a fogyasztóhoz a tárolóban kialakult hőmérsékletű víz áramlik a tárolóban csak a fogyasztó által elfogadható hőmérsékletű közeg fordulhat elő – hacsak megfelelő biztonsággal nem tudjuk kizárni, hogy a hidegebb víz a tároló regenerálása előtt a fogyasztóhoz jusson a tárolót a csúcsidőn kívül lehet regenerálni – a cirkuláció megléte a gyakorlatban elengedhetetlen (boilert kis kiterjedésű rendszerekben érdemes alkalmazni, ahol egyébként nem létesítenének cirkulációs rendszert)

A soros keveredéses tároló kisütése és töltése a gyakorlatban: folyamatosan változó térfogatáram; bizonytalan keveredés

Párhuzamos kapcsolás Elvi működés: nagy tárolóképességű hidraulikai leválasztó

Párhuzamos kapcsolás 1. a tároló egyben hidraulikai leválasztó is: csekély a HMV termelő rendszer nyomásvesztesége a szivattyú feladata a hőcserélő ág nyomásveszteségének fedezése a szivattyú munkapontját a beszabályozó szeleppel állítjuk be a hőcserélő térfogatárama közel állandó a szivattyú térfogatáramával egyező fogyasztás esetén a tárolóban nincsen áramlás; nagyobb fogyasztás esetén töltjük, kisebb fogyasztás esetén kisütjük a tárolót a tároló túltöltésének elkerülése érdekében a szivattyút célszerű ki- és bekapcsolni

A kapcsolás jelleggörbéje A beszabályozás szerepe

Soros és párhuzamos kapcsolás hőcserélőjének teljesítménye

Párhuzamos tároló hőmennyisége (ideális párhuzamos kapcsolás esetén a napi hőigény 15-20%-át fedező tároló szükséges, minimális hőcserélőteljesítmény mellett)

Soros tároló hőmennyisége

A soros hőcserélő túlméretezésének hatása

A keveredéses és kiszorításos tárolóban tárolható hőmennyiség soros kapcsolás: t max = 60°C t min := 55°C párhuzamos kapcsolás: t max = 60°C t min := 10°C V soros / V párhuzamos = 10! ugyanazon hőmennyiség tárolása esetén Például:

keveredéses tárolókiszorításos tároló soros kapcsolás célszerű a tárolóban az ideális keveredést minél jobban megközelítő áramlást megvalósítani rövid üzemidőre méretezett tárolók esetében párhuzamos kapcsolás a tárolóbeli keveredés a párhuzamos kapcsolás működőképességét veszélyezteti minél jobban meg kell közelíteni az ideális keveredésmentes áramlást A hidraulikai kapcsolás és a tárolóbeli áramlás viszonya Analógia: kiszorításos és keveredéses légvezetési rendszerek!

Áramlási- és hőmérsékletviszonyok egy párhuzamosan kapcsolt tároló töltése és kisütése során 10°C-os tároló töltése 60°C-os vízzel, 4,5 és 9 perc után 60°C-os tároló kisütése 10°C-os vízzel 9 perc után

Párhuzamos kapcsolás 2. egyetlen szivattyú a tároló töltésére és a cirkuláció keringetésére a töltés idejére a kapcsolás hidraulikai leválasztó funkcióját tudatosan elrontjuk a csúcsfogyasztás idejére leáll a cirkuláció; kiterjedt hálózatokban ez kockázatot jelent a hálózat számára a cirkuláció miatt a szivattyút nem lehet leállítani, ezért a tároló töltését el kell nyújtani a teljes csúcsidőn kívüli periódusra a töltés térfogatárama rendkívül kicsi – beszabályozási problémák! a tároló túltöltését nem lehet kizárni

A kapcsolás jelleggörbéje cirkuláció nélkül

A kapcsolás jelleggörbéje cirkulációval

A tárolót töltő és kisütő térfogatáramok

A térfogatáramok alakulása (a szemléletesség kedvéért torz ábra: nagyon nagy tároló töltő térfogatáram)

A kapcsolás méretezése 1.a HMV hőmérsékletek megállapítása (t max, t min, Δt cirk ) 2.a HMV fogyasztást leíró összefüggések meghatározása 3.a csúcsidőtartam meghatározása 4.a hőcserélő méretének megállapítása 5.a tároló méretének megállapítása 6.a cirkulációs tömegáram meghatározása 7.a cirkuláció nyomásveszteségének meghatározása 8.a tárolót fogyasztás nélküli esetben töltő térfogatáram meghatározása 9.a tárolót és a cirkulációt keringető szivattyú kiválasztása ellenőrizni kell, hogy teljesül-e a szivattyú kiválasztásához két pontot kell meghatározni a V - Δp síkon

Párhuzamos kapcsolás 3. a tároló töltését beszabályozó szelep ellenállása nem terheli a cirkulációs kört a cirkuláció bekötésének megváltoztatásával a cirkulációs térfogatáram megnövekszik; egyes cirkulációs panaszok így egyszerűen orvosolhatók csúcsfogyasztás idején nem feltétlenül áll le a cirkuláció a tároló csak tapasztalati úton szabályozható be

Kapcsolás két szivattyúval a tároló töltés és a cirkuláció egymástól függetleníthető; nincsenek kényszerkapcsolatok a tároló túltöltése elkerülhető a tárolónak csak a felső hőmérő feletti térfogata vehető figyelembe a méretezésnél a HMV hőtermelést célszerű előnykapcsolásban megvalósítani jelentős szabadság a berendezések méretének kiválasztásában

A HMV rendszerekben előforduló leggyakoribb hibák a cirkulációs tömegáram megoszlása nem megfelelő ellátási panaszok a távolabbi fogyasztóknál esélytelen kísérletezgetés különböző műszaki megoldásokkal a beszabályozás megkerülésére a HMV kifolyatása, a hőmérséklet és az összes cirkulációs tömegáram növelése – jelentős víz- és energiapazarlás árán – elfedhetik a panaszokat Beszabályozatlan cirkulációs hálózat

az előremenő és cirkulációs vezetékek eltérő mérete miatt az egyes felszállók áramköreinek ellenállásában jelentős különbség van a legkedvezőtlenebb helyzetbe a legközelebbi felszálló kerül nem ad megoldást az elmaradt beszabályozásból eredő problémákra Tichelmann-kapcsolás

a hőcserélő ágában a tervezettnél nagyobb a térfogatáram ha a hőcserélő térfogatárama nagyobb a tervezettnél, és nem méretezték túl, a tervezett HMV hőmérséklet akár nem is érhető el a hőcserélő ágának térfogatárama esetleg a csúcsfogyasztásnál is nagyobb – a szivattyú folyamatosan tölti a tárolót a hőcserélőbe a hidegvíznél melegebb közeg lép be – nő a primer-tömegáram igény, nő a HMV termelés energiaigénye Hiányzó beszabályozó szelep a párhuzamos kapcsolás hőcserélőjének ágában

ha nincs a kisütés irányában megkerülő visszacsapó szelep: felesleges nyomásveszteség a HMV ellátó hálózatban ha nincsen beszabályozó szelep a hőcserélő ágban, az előző dián részletezett panaszok is fellépnek Beszabályozó szelep a tároló ágában

a tároló töltése és kisütése beszabályozható a hőcserélő ágában lévő szeleppel, de a tároló ágának kis nyomáskülönbsége miatt a cirkulációs hálózatra nem jut térfogatáram súlyos cirkulációs panaszok A cirkulációt a tároló hideg oldalára kötik; a tároló ágában nincsen beszabályozó szelep

a cirkulációs panaszokat a cirkulációnak a tároló ágában lévő beszabályozó szelep után való kötésével esetleg enyhíteni lehet

általában súlyos cirkulációs panaszok jelentkeznek, mivel a cirkulációs kör ellenállása lényegesen nagyobb ha nincsenek panaszok a HMV hőmérsékletére: a tárolót valószínűleg folyamatosan töltik A hőcserélő és a cirkulációs rendszer beszabályozása elmaradt

a két szivattyú üzeme valójában nem függetleníthető egymástól a tároló túltöltését nem lehet megakadályozni a kapcsolás hasonló az egyszivattyús kapcsoláshoz, de itt a cirkuláció nem feltétlenül áll le csúcsfogyasztás esetén működőképes kapcsolás, ami az egyszivattyúshoz képest számos többletfunkcióra képes, de nem alkalmas a túltöltés kivédésére Két keringető szivattyú van, de a tároló töltését nem lehet kikapcsolni

a kiszorításos („réteges”) tároló dugattyúszerű áramlást igényel, a hideg és melegvíz közötti minél kisebb térfogatú keveredési zónával a kevert víz hőmérséklete alacsonyabb a fogyasztó által igényeltnél; a keveredés veszteségként jelentkezik a keveredés a rontja a HMV ellátás biztonságát A párhuzamos tároló nem réteges tároló

a párhuzamos kapcsolás kiszorításos tárolót igényel a tárolóba vezetett cirkuláció elrontja a rétegződést ellátási panaszok nem feltétlenül jelentkeznek, de biztosan egyenetlen lesz a szolgáltatott melegvíz hőfoka, nő a melegvíz termelés energiafelhasználása (az esetek jelentős részében ellátási panaszok is jelentkeznek) A cirkulációt a réteges tárolóba vezetik

éjszakai fogyasztási szünetben a tároló töltés kis térfogatárama a cirkulációhoz keveredve nem képes az előremenő hőmérséklet fenntartására a hálózatban lévő víz hőmérséklete, és így a HMV előremenő hőmérséklet is fokozatosan csökken a tároló a fokozatosan csökkenő hőmérsékletű vízzel kerül feltöltésre A cirkulációt a hőcserélő után kötik; a hőmérő a hőcserélő kilépő vizében, a keveredési pont előtt

az „utánkötött” cirkuláció energetikailag kedvezőbb (magasabb a hőcserélő hőfokkülönbsége; kisebb primer tömegáram szükséges, amit jobban ki lehet hűteni) a szivattyú előtti keveredés a pillanatnyi üzemviszonyok függvénye nagyobb holtidő: nagyobb a szabályozás nehézségi foka; a szabályozó behangolása nélkül nagy a hőmérsékletlengések kockázata hőmérsékletlengés → vízkő A cirkulációt a hőcserélő után kötik; a hőmérő a kevert vízben

fogyasztás nélküli esetben kicsi a tároló töltés, így a hőcserélő térfogatárama is; maximális, és a tároló töltésénél lényegesen nagyobb a cirkulációs térfogatáram a megfelelő előremenő hőmérséklet csak a hőcserélőn túlmelegített vízzel érhető el → súlyos vízkövesedés! A cirkuláció a hőcserélő után; a hőmérő a cirkulációval közös ágban, befojtott tárolóág

a hosszú futásidejű, behangolatlan szabályozó szelep a HMV hőmérséklet folyamatos lengését eredményezte a hőcserélő kb. 14°nk mellett is kevesebb, mint 3 hónap alatt teljesen elvízkövesedett

Köszönöm a figyelmet!