Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Regulacja hydrauliczna instalacji centralnego ogrzewania

Prowadząca: dr inż. Zenon Spik

Wykonał: Kołodziej Karolina COWiG 3

Kozioł Aleksandra COWiG 3

Semestr VI, rok akademicki 2010/2011

1. Krótki wstęp

Aby zapewnić dobrą i efektywną pracę instalacji hydraulicznej należy ją tak zaprojektować tak, aby przepływy mediów w całości instalacji jak i w poszczególnych jej odcinkach były na wymaganym poziomie. Aby spełnić ten postulat, zwłaszcza w przypadku z medium z udziałem ciepła, instalację należy wyposażyć m.in. w zawory, które regulują właściwy jego przepływ. Gdy w instalacji występują elementy do regulacji, każdego z nich należy zdefiniować odpowiedni autorytet.

Podstawowy autorytet zaworu definiowany jest jako iloraz spadku ciśnienia dla całkowicie otwartego zaworu w części regulacyjnej, do spadu ciśnienia na całym zaworze. Określa on wpływ konstrukcji zaworu na idealną charakterystykę przepływu.

Zewnętrzny autorytet zaworu definiowany jest jako iloraz spadku ciśnienia dla całkowicie otwartego zaworu do ciśnienia dyspozycyjnego w danym obiegu.

Całkowity zewnętrzny autorytet zaworu definiowany jest jako iloraz spadku ciśnienia przy całkowicie otwartym zaworze w części regulacyjnej, do ciśnienia dyspozycyjnego w danym obiegu. Jest on równy iloczynowi autorytetów podstawowego i zewnętrznego zaworu.

Wewnętrzny autorytet termoregulatora definiowany jest jako iloraz spadku ciśnienia w części regulacyjnej dla pozycji obliczeniowego zakresu proporcjonalności do wartości spadku ciśnienia. Ma on za zadanie dzielenia maksymalnego strumienia objętości od pozycji wynikającej z zakresu proporcjonalności na dwie części: przy jego zamknięciu i otwieraniu.

Ogólny autorytet termoregulatora definiowany jako iloraz spadku ciśnienia w części regulacyjnej dla pozycji obliczeniowego zakresu proporcjonalności do wartości spadku ciśnienia dyspozycyjnego obiegu. Określa on w systemie zmianę proporcji podziału strumienia objętości i jest równy iloczynowi autorytetów wewnętrznego i zewnętrznego.

2. Schemat stanowiska pomiarowego

Do wykonania badań, użyto panelu pomiarowego, na który składają się modele hydrauliczne trzech pionów.

Każdy z pionów ilustruje inny typ wymienników ciepła:

- pion nr 1 - instalacja ciepła technologicznego oparta na klimakonwektorach,

- pion nr 2 - instalacja grzejnikowa z grzejnikami konwektorowymi,

- pion nr 3 - instalacja grzejnikowa z grzejnikami konwekcyjnymi,

Każdy z pionów wyposażony jest w trzy rodzaje zaworów regulacyjnych:

- zestaw zaworów automatycznych równoważących ASV-PV + ASV-I połączonych rurką kapilarną;

- wielofunkcyjny zawór równoważący z kompensacją spadku ciśnienia AB-QM;

- ręczny zawór równoważący MSV-C.

Zestaw wyposażony jest także w układ pompowy z zaworem upustowym, naczyniem wzbiorczym oraz układem do uzupełniania wody w instalacji.

3.Przebieg ćwiczenia:

3.1. Wpływ poszczególnych pionów na siebie, przy zmieniającej się wydajności odbiorników - równoważenie za pomocą ręcznych zaworów równoważących MSV-C:

CZYNNOŚCI:

- zamknąć zawory (ASV-PV) i (AB-QM),

- otworzyć zawory (MSV-C),

- otworzyć głowice termostatyczne przy grzejnikach,

- ustawić wybraną wartość przepływu na pionach (ustawialiśmy 200ml/h),

- zapisać wskazania rotametru,

- zamykamy głowice termostatyczną przy grzejnikach na pionie 1,3,

- zapisać wyniki wskazań rotametru,

- wnioski

3.2. Określanie oddziaływania na siebie pionów przy zmiennej wydajności odbiorników- równoważenie za pomocą automatycznych zaworów równoważących ASV-PV + ASV-I:

CZYNNOŚĆI:

- zamknąć zawory (MSV-C) i (AB-QM),

- otworzyć zawory (ASV-PV),

- otworzyć głowice termostatyczne przy grzejnikach,

- ustawić wybraną wartość przepływu na pionach (ustawialiśmy 150ml/h),

- zapisać wskazania rotametru,

- zamykamy głowice termostatyczną przy grzejnikach na pionie 1,3,

- zapisać wyniki wskazań rotametru,

- wnioski

3.3. Wykorzystanie automatycznych ograniczników przepływu we współpracy z automatycznymi zaworami równoważącymi AB-QM:

CZYNNOŚCI:

- zamknąć zawory (MSV-C) i (ASV-PV + ASV-I),

- otworzyć zawory (AB-QM),

- otworzyć głowice termostatyczne przy grzejnikach,

- ustawić wybraną wartość przepływu na pionach (ustawialiśmy 200ml/h),

- zapisać wskazania rotametru,

- zamykamy głowice termostatyczną przy grzejnikach na pionie 1,3,

- zapisać wyniki wskazań rotametru,

- wnioski

4. Wnioski:

4.1. Na podstawie uzyskanych pomiarów możemy zaobserwować, iż regulacja hydrauliczna instalacji centralnego ogrzewania za pomocą zaworów ASV-PV nie powoduje znaczną zmianę przepływu, w momencie zmiany ciśnienia w obiegu. W momencie zmniejszenia zapotrzebowania, lub całkowitego zamknięcia zaworów przy-grzejnikowych (w naszym badaniu są to zawory przy grzejniku nr 1 i nr.3) na pionie nr. 2 możemy zaobserwować, iż nie nastąpiła zmiana strumienia przepływu przez zawór. Widać, że przepływ przez zawór ASV-PV jest mało podatny na zmiany ciśnienia w instalacji. Dzieje się tak, ponieważ zawór jest zaopatrzony w rurkę kapilarną wyrównującą ciśnienia w przewodzie zasilającym i przewodzie powrotnym. W przypadku zaworów ASV-PV nadwyżka ciśnienia równoważona jest za pomocą rurki kapilarnej.

Na podstawie uzyskanych wyników pomiarowych możemy stwierdzić, iż autorytet rozpatrywanego zaworu jest bliski jedynce, ponieważ zawór powoduje wzrost prędkości strumienia przepływającego przez niego w niewielkim stopniu, a więc nie powoduje znacznych wahania w ilości dostarczonego ciepła do odbiorców, co pozwala nam na dokładną i stabilną kontrolę temperatury i oszczędność energii. W przypadku zastosowania zaworów ASV-PV nastawy na wszystkich trzech pionach mają taką samą wartości.

Automatyczne równoważenie oznacza: ciągłe równoważenie przy zmiennym obciążeniu (od 0 do 100%) poprzez kontrolę ciśnienia dyspozycyjnego w systemach ze zmiennym przepływem. Przy częściowym obciążeniu, np. gdy część użytkowników pozakręca grzejniki, zawór równoważący ASV- PV kontynuuje automatyczne równoważenie zachowując stałe ciśnienie dyspozycyjne w pionie. Używając zaworów ASV- PV eliminujemy konieczność wykonywania czasochłonnych pomiarów w celu zrównoważenia instalacji podczas uruchamiania. Automatyczne równoważenie instalacji pozwala nam także oszczędzać energię poprzez poprawę warunków pracy zaworów regulacyjnych (np. termostatycznych zaworów regulacyjnych). Przy podziale całej instalacji na gałęzie z zamontowanymi elementami równoważącymi umożliwiamy równomierną pracę instalacji w całym obiekcie zmniejszając wzajemne oddziaływanie poszczególnych gałęzi na siebie nawzajem.

4.2. Na podstawie uzyskanych pomiarów możemy zaobserwować, iż regulacja hydrauliczna instalacji centralnego ogrzewania za pomocą zaworów MSV-C powoduje znaczną zmianę przepływu, w sytuacji, gdy zmienia się ciśnienia w instalacji. W momencie zmniejszenia zapotrzebowania, lub całkowitego zamknięcia zaworów przy-grzejnikowych (w naszym badaniu są to zawory przy grzejniku nr 1 i nr.3) na pionie nr. 2 następuje znaczny wzrost wartości przepływu względem przepływów nominalnych. Wynika to z faktu, iż wytworzone ciśnienia przez pompę obiegową (ciśnienia dyspozycyjne) musi zostać zamienione na ilość przepływającego strumienia z określoną objętością lub starty wynikające z oporów przepływu. W przypadku zaworów MSV-C nadwyżka ciśnienia zamieniana jest na większy strumień przepływający przez działające piony. Zmniejszenie się zapotrzebowanie powoduje również zmianę charakterystyki pompy, co wpływa niekorzystnie na sprawności urządzenia. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarowych możemy stwierdzić, iż autorytet rozpatrywanego zaworu jest mały, ponieważ zawór powoduje wzrost prędkości strumienia niezgodny z zapotrzebowaniem odbiornika ciepła. Możemy również zaobserwować, że wraz z oddalaniem się pionu od pracującej pompy, wzrasta nastawa zaworu. Wynika to z tego, że na drodze od pompy do pierwszego pionu mamy mniejsze straty, niż na drodze do pionu trzeciego, a więc aby wyrównać ciśnienia, należy na pionie najbliższym ustawić największy opór (przy założeniu ze na każdy pion wydatek ciepła jest taki sam), zaś na ostatnim pionie opór będzie najmniejszym a co za tym idzie nastawa na końcu będzie największa.

4.3. Na podstawie uzyskanych pomiarów możemy zaobserwować, iż regulacja hydrauliczna instalacji centralnego ogrzewania za pomocą zaworów AB-QM nie znacznej zmiany przepływu, w w sytuacji, gdy zmienia się ciśnienia w instalacji. W momencie zmniejszenia zapotrzebowania, lub całkowitego zamknięcia zaworów przy-grzejnikowych (w naszym badaniu są to zawory przy grzejniku nr 1 i nr.3) na pionie nr. 2 możemy zaobserwować niewielki wzrost wartości przepływu względem przepływów nominalnych. Możemy wiec stwierdzić ze przepływ przez zawór AB-QM jest mało podatny na zmiany ciśnienia w instalacji. Wynika to ze zdolności zaworu do kompensacji ciśnienia. Dlatego tez w instalacjach wyposażonych w tego typu zawory umożliwiają dobieranie mniejszych pomp o niższym zużyciu energii, ponieważ charakterystyka pompy zmienia się w nieznacznym zakresie w stosunku do wartości nominalnych.

Na podstawie uzyskanych wyników pomiarowych możemy stwierdzić, iż autorytet rozpatrywanego zaworu jest równy jedności, ponieważ zawór nie powoduje wzrost prędkości strumienia dostarczającego ciepło do odbiornika. Możemy również zaobserwować, iż im dalej znajduje się pion od pracującej pompy tym wielkość nastaw jest większa. Możemy również zaobserwować, że wraz z oddalaniem się pionu od pracującej pompy, wzrasta nastawa zaworu. Wynika to z tego, że na drodze od pompy do pierwszego pionu mamy mniejsze straty, niż na drodze do pionu trzeciego, a więc aby wyrównać ciśnienia, należy na pionie najbliższym ustawić największy opór (przy założeniu ze na każdy pion wydatek ciepła jest taki sam), zaś na ostatnim pionie opór będzie najmniejszym a co za tym idzie nastawa na końcu będzie największa.

Ponieważ zawór AB-QM zawsze ogranicza przepływ dokładnie do wymaganej wartości, w wyniku zainstalowania zaworu AB-QM cały układ zostaje podzielony na całkowicie niezależne pętle sterowania.

Opierając się na wiadomościach zaczerpniętych z literatury, dowiadujemy się, że zawór AB-QM ma liniową charakterystykę regulacji. Zawór AB-QM jest niezależny od ciśnienia, co oznacza, że charakterystyka regulacji nie jest zależna od rozporządzalnego ciśnienia, a także nie wpływa na nią niski autorytet. Należy zwrócić uwagę na wyniki naszych pomiarów, które trochę różnią się od teorii, gdyż zmiana obciążenie częściowego, nie powinna wpływać na zmianę ciśnienia dyspozycyjnego w pionie.

Porównując poszczególne wyniki pomiarowe dla kolejnych zaworów możemy zauważyć, że zaworem najlepiej współpracującym z instalacja jest zawór ASV-PV, ponieważ zapewnia on niezmienny przepływ przez instalacje (zgodny z zapotrzebowaniem na ciepło). Zastosowanie powyższego zaworu umożliwia zastosowanie w obiegu mniejszych pomp o niższym zużyciu energii, ponieważ zapewnia on prace pompy przy nominalnych parametrach. Dużo gorszym rozwiązaniem jest stosowanie w instalacji zaworów ręcznych MSV-C, ponieważ przyczyniając się one do zwiększania przepływu w instalacji w momencie zmiany zapotrzebowania na ciepło w układzie. Zmiany przepływu wpływają niekorzystnie na sprawność pompy, a także na komfort cieplny w pomieszczeniu, w którym nastąpi duży wzrost przepływu strumienia

---