Párhuzamosan kapcsolt használati melegvíz tárolók alkalmazása

Párhuzamosan kapcsolt használati melegvíz tárolók alkalmazása Dr. Szánthó Zoltán*

Astract Due to energetic and economic reasons it is worth using storage tanks connected in parallel in domestic hot water (DHW) systems. The circulation system of the building effects the structure, sizing and operation of DHW supply systems. Unbalanced circulation systems may impede the reliable operation of DHW systems; complaints may only be overcome with significant oversizing and significantly more energy consumption. The author claims that storage tanks connected in parallel require prudent design and sizing otherwise circumstances that only alter operating conditions a little may cause the failure of systems built based only on experience. Az idõben gyorsan változó használati melegvíz igények kielégítésére még a legkisebb teljesítménytartományban, egyetlen lakás vagy családi ház ellátásakor is célszerû valamilyen tárolós megoldást alkalmazni. Átfolyós használati melegvíz termelés esetén a rendszer teljesítményét a csúcsigényre kellene méretezni, ami a tárolós megoldáshoz képest jelentõs többletkapacitást igényelne, és aminek – különösen alacsony lakásszámnál – igen kicsi lenne a csúcskihasználási idõtartama. Az 1. ábra szemlélteti, hogy különbözõ lakásszámú épületekben hogyan alakulna az 1 perces csúcsidõtartamra méretezett hõtermelõ csúcskihasználási idõtartama; a 2. ábra pedig az 1 perces csúcsfogyasztás és a napi átlag viszonyát mutatja, szintén a lakásszám függvényében.

2. ábra. A HMV fogyasztás 1 perces csúcsának és napi átlagának viszonya a csúcsfogyasztás függvényében Ahol – például elõnykapcsolás alkalmazása miatt – a szükséges HMV teljesítmény rendelkezésre is áll, szabályozási szempontból mégis érdemes megfontolni a tároló alkalmazását. A gyorsan változó HMV térfogatáram gyorsan változó teljesítményt igényel, amit a szabályozás nehezen tud követni, és ez a HMV-hõmérséklet ingadozását okozza. Az ilyen hõmérsékletingadozások kiegyenlítésének legalkalmasabb eszköze egy, a hõtermelõvel a HMV oldalon sorba kapcsolt tároló. A hõmérsékletlengések kiegyenlítésében a tárolót kiválthatja egy kellõen nagy térfogatú – elegendõen nagy átmérõjû és hosszúságú – vezetékszakasz is. Ez a cikk a HMV hõtermelõvel párhuzamosan kapcsolt tároló alkalmazásának kérdéseivel foglalkozik. Az egységnyi térfogatban tárolható nagyobb hõmennyiség és a megbízható méretezés miatt a hazai épületgépészeti gyakorlat a sorossal szemben indokoltan alkalmazza szívesebben a párhuzamos tárolót. Noha maga a méretezés egyszerû, a rendszer kialakítása mégis számos buktatót rejt magában, ami indokolttá teszi, hogy a kérdéssel kicsit behatóbban foglalkozzunk.

A párhuzamos HMV tároló méretezése

1. ábra. A napi HMV fogyasztás csúcskihasználási idõtartama a lakásszám függvényében

* Egyetemi docens, PhD, BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

A párhuzamos tároló valójában egy nagy tárolóképességû hidraulikai leválasztó. Belátható, vagy a jelleggörbék megszerkesztésével bebizonyítható [1], hogy amennyiben a tároló ellenállása 0, akkor a hõcserélõ ágában a változó HMV fogyasztástól függetlenül állandó térfogatáram kering (3. ábra, lásd a következõ oldalon). Megfelelõ kialakítás esetén a tároló ellenállása valóban elhanyagolható, és ekkor a hõcserélõn közel állandó térfogatáram halad. Mivel a hõcserélõbe hidegvíz lép be, és HMV hõmérsékletû víz lép ki, ezért a közel állandó térfogatáram közel állandó teljesítményt, és ezzel lényegesen egyszerûbb szabályozási feladatot jelent. A 4. ábra a 3. ábra szerinti kialakítású párhuzamos tárolós rendszer méretezésének elvét szemlélteti. A hõcserélõt az 1

a tároló térfogata pedig:

Vtároló =

Qtároló rcv ( t HMV - t hi deg )

(2)

ahol: r – a víz sûrûsége; cv – a víz fajhõje; tHMV – thideg – a meleg- és a hidegvíz hõmérsékletkülönbsége. A hõcserélõ teljesítménye és a tároló mérete a tartamgörbén és a csúcsidõtartam megválasztásán keresztül összefügg egymással. A méretezés történhet a hõcserélõ teljesítménye alapján, például a rendelkezésre álló fûtési teljesítménybõl kiindulva, és ekkor kiadódik a tároló mérete; vagy történhet a tároló méretébõl kiindulva, és ekkor a hõcserélõ mérete adódik ki. 3. ábra. Az ideális párhuzamos kapcsolású HMV tároló hidraulikai leválasztóként mûködik állandónak – a példában 62 kW-nak – feltételezett teljesítményre méretezzük. A kapcsolás igen fontos eleme a 3. ábrán a hõcserélõ ágában szereplõ beszabályozó szelep, amivel az állandó teljesítményhez tartozó térfogatáramot kell beállítani. HMV csúcsban a pillanatnyi igény meghaladja a hõcserélõ teljesítményét; a teljesítmény-hiányt a tároló kisütésével fedezhetjük. A 4. ábrán a teljesítmények különbségét a piros és a sárga görbe közötti metszékek, míg a tárolandó hõmennyiséget a pirossal színezett terület szemléltetik.

A méretezés alapja a Q& (t)HMV rendezett fogyasztási diagram, amelyet lakossági fogyasztók esetében a térfogatáram segítségével, a következõ összefüggésekkel határozhatunk meg [2]:

V& ( t)HMV = a × tbcsúcs + c × tcsúcs

[l/perc]

(3)

ahol tcsúcs a vizsgált csúcsidõtartam; a, b és c pedig a következõ összefüggésekkel határozandó meg: a = 28,623 × V& 0,4893 (4) átl .

b = -0,27 × V&átl . -0 , 224 + 0,000813 × V&átl . c = -0,00165 * V& - 0,0135

(5) (6)

átl .

Az összefüggésekben a napi átlagfogyasztás: .

V átl . = 0,135 × N + 0,3 × N - 0,6 ahol N – a lakások száma.

4. ábra. A HMV hõigény alakulása, összevetve az azonos csúcsidõtartamra méretezett párhuzamos és a soros kapcsolású hõcserélõ teljesítményével A tároló visszatöltésére a csúcsidõn kívül van mód, amikor a hõcserélõ teljesítménye meghaladja a pillanatnyi HMVigényt. A tárolandó hõmennyiség: tcsúcs

Qtároló =

ò Q& ( t)

HMV

dt - Q& hcs t csúcs

(1)

0

ahol: Qtároló – a tárolandó hõmennyiség; & Q(t) HMV – a HMV-fogyasztás tartamgörbéjét leíró függvény; & Qhcs – a hõcserélõ teljesítménye; tcsúcs – a méretezési csúcsidõtartam; 2

[l/perc]

(7)

A 4. ábra rögtön megvilágítja a 3. ábra szerinti kapcsolás két fontos hiányosságát. Az egyik, hogy – szemben a változó térfogatárammal üzemelõ soros kapcsolású hõcserélõvel (kék görbe) – a párhuzamos kapcsolás hõcserélõje nem terhelhetõ túl, az állandó tömegáram miatt csúcsban is ugyanazt a teljesítményt szolgáltatja, mint csúcson kívül. A másik, hogy a tároló töltése és kisütése csak igen nagy tárolóméret esetén lenne egyensúlyban (egyezõ méretû piros és sárga területek esetén). A cél általában a tárolóméret minimalizálása. Megfelelõ méretezéssel és kialakítással ez el is érhetõ, de ehhez a tároló túltöltését elkerülendõ a töltést le kell tudni állítani. Ehhez két hõmérõt: egy a szivattyú bekapcsolását és egy a szivattyú kikapcsolását végzõ hõmérõt kell beépíteni (5. ábra). Amikor a rendelkezésre álló többletteljesítmény feltöltötte a tárolót, és a – célszerûen a tárolón a hidegvíz bevezetésére szolgáló csonkba épített – kikapcsolási hõmérõ eléri a HMV hõmérsékletét, a szabályozás leállítja a szivattyút. A jelentõs ellenállásbeli különbség miatt ilyenkor a rendszerbe belépõ hidegvíz lényegében csak a tárolón áramlik keresztül, és elkezdi a tároló kisütését. Ha a bekapcsolási hõmérõn a hõmérséklet elér egy elõre beállított – a gyakorlati tapasztalatok alapján célszerûen a HMV hõmérsékleténél 5 °C-kal alacsonyabb – értéket, a szivattyú bekapcsol. Ha a pillanatnyi fogyasztás meghaladja a hõcserélõ méretezési térfogatáramát, a tároló kisütése folytatódik, azonban megfelelõ méretezés esetén a csúcsfogyasztás a tároló teljes kisülése elõtt befejezõdik (3. ábra). A két hõmérõ Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

közötti hiszterézis- térfogatot úgy kell megválasztani, hogy a szivattyú ki- és bekapcsolásai során ne lépjük túl a megengedett kapcsolási számot. A táro- ló méretezésénél természetesen ezt a hiszterézistérfogatot nem lehet a (2) összefüggés szerint meghatározott térfogatban figyelembe venni. 5. ábra. Párhuzamos kapcsolású HMV-termelés a szivattyú ki- és bekapcsolását vezérlõ hõmérõkkel

A 6. ábra egy ilyen rendszer kapcsolását szemlélteti. A kapcsolás hiányossága, hogy a kereskedelemben kapható tárolók 5/4” (1 1/4”) méretû csonkjain bizonyos körülmények között 1,6 m/s körüli áramlási sebesség is kialakulhat. Az ebbõl következõ nyomásveszteség elrontja a tároló hidraulikai leválasztó funkcióját, és a hõcserélõ térfogatáramát a fogyasztás függvényévé teszi. A 6. ábrán látható az épületcirkuláció egy lehetséges bekötése is. A cirkuláció méretezése és a rendszerbe való illesztése számos itt nem részletezett problémát vet fel. A cirkuláció térfogatárama a fogyasztás függvényében változik. Ha a vezetékek megfelelõ hõszigeteléssel rendelkeznek, és a cirkulációs hálózatot beszabályozták, ez a cirkulációs térfogatáram akár igen csekély is lehet. Ebben az esetben a cirkulációt lehet akár a belépõ hidegvíz és a tároló alsó csonkjának csatlakozásához kötni. A fogyasztási szünetekben, ha a tárolótöltõ szivattyú éppen áll, a cirkuláció mindaddig kisüti a tárolót, amíg a bekapcsolási hõmérõ a töltõszivattyút újraindítja. Ha az

A valóságban a hõcserélõ teljesítményét meghaladó igényû fogyasztások nem alkotnak összefüggõ periódust, hanem a nap folyamán elszórt rövidebb, összességükben tcsúcs idõtartamot kiadó szakaszokban jelentkeznek. A szivattyú bekapcsolt állapotában a rövid kisütést regenerálás követi, és mindez a tárolónak csak egy 6. ábra. Párhuzamos kapcsolású HMV termelés sorba kapcsolt tárolókkal és cirkulációval kisebb hányadát veszi igénybe. Ezeknek a rövid idejû csúcspe- 1 – a HMV hõmérséklet értéktartó szabályozása fordulatszám-szabályozott primer szivattyúriódusoknak és a közben le- val, 2 – lemezes hõcserélõ, 3 – tároló-töltõ szivattyú, 4 – cirkulációs szivattyú, 5 – HMV tároló zajló regenerálódás hatását lakossági fogyasztók esetében statisztikai módszerekkel vizs- épületcirkuláció nincs megfelelõen beszabályozva, a cirkulágálva a tároló szükséges méretére az (1) összefüggés szerint ciós térfogatáram igen nagy, akár a tároló-töltõ térfogatáraszámíthatónál lényegesen kisebb, kb. 20 – 40%-os eredmények mot is meghaladóan nagy lehet. Ebben az esetben a cirkuláadódtak. Ez az arány növekvõ méretezési csúcsidõvel egyre ciót nem célszerû a tároló alsó csonkjára kötni, mert az éjszakedvezõbb. Mindez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az (1) kai fogyasztási szünet idején a tárolót nem lehet feltölteni. összefüggés szerint méretezett tárolók méretében – különösen Bizonytalan cirkuláció esetén célszerûbb a 6. ábra szerinti a hosszabb csúcsidõre való méretezés esetén – igen nagy tarta- kapcsolást alkalmazni. lék jelentkezik. Ez a rendszert igen toleránssá teszi a tervezés során elkövetett esetleges hibákkal szemben. Kapcsolás a cirkulációt keringetõ és a

tárolót töltõ közös szivattyúval

A tároló alkalmazásával csökkenthetõ a HMV termelés méretezési hõigénye, és a szabályozási problémák is elkerülhetõk, viszont növekszik a rendszer beruházási költsége. Ebben a beruházási költségben komoly tétel a tároló elhelyezésére szolgáló helyiség építési költsége. A helytakarékosság érdekében a mai gyakorlat igyekszik minél kisebb tárolót alkalmazni. A tároló mérete, az ehhez tartozó csúcsidõtartam és a hõcserélõ teljesítménye valójában gazdaságossági kérdés, ami az egyes méretezési esetekben igen hosszadalmas vizsgálatot igényelne. A lakossági fogyasztás tartamgörbéjét leíró összefüggések szerint 200 – 500 liter közötti tárolótérfogattal a méretezési összefüggés teljes, 10-tõl 350 lakásig terjedõ érvényességi tartományában levághatók a kb. 15 – 25 perces csúcsok. Egy 60 lakásos társasház esetében például az 55 perces csúcsidõtartamhoz 437 literes tárolótérfogat tartozik, ami 150 literes hiszterézistérfogattal két sorbakapcsolt 300 literes tárolóval jól fedezhetõ.

A beruházási költségekkel való takarékoskodás érdekében gyakran alkalmaznak olyan kapcsolást, ahol a tároló töltését és az épületcirkuláció keringetését egyetlen közös szivattyú végzi (7. ábra). A kapcsolás méretezése és üzemeltetése számos buktatót rejt magában, ezért érdemes a mûködését kicsit alaposabban elemezni. Az alkalmazása mellett szóló egyik legfontosabb érv, hogy csúcsfogyasztás idején a rendszer hidraulikai kialakításából következõen a cirkuláció automatikusan leáll. Különösen fontos szempont ez távfûtési hõközpontok esetében, ha a hõközpont a szolgáltató kezében van, a beszabályozatlan cirkulációs hálózat pedig a lakóközösségé. A cirkuláció bizonytalan – de ha nincs cirkulációs panasz a rendszerben, akkor a beszabályozott állapothoz szükségest akár többszörösen is meghaladó! – térfogatárama így nem jelent kockázatot a hõ-

Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

3

az (1) és (2) összefüggések, valamint a fogyasztás tartamdiagramjának a segítségével – lakossági fogyasztók esetén a (3) – (7) összefüggésekkel – meg kell határozni a hõcserélõ méretezési teljesítményét, valamint a tároló t0 csúcsidõtartamhoz tartozó (2) összefüggés szerinti nettó és VT teljes térfogatát. A tárolót fogyasztás nélküli helyzetben töltõ térfogatáramot a következõ összefüggéssel határozhatjuk meg: VT V&t 0 = (8) V ( 24) - V ( t0 ) 24 - t0 & V ( t0 ) ahol az eddigieken túl V(24) – a 24 óra alatti teljes napi HMV fogyasztás térfogata; V(t0) – a fogyasztási tartamgörbe 0 – t0 szakasza alatti terület, azaz a csúcsfogyasztási periódus HMV fogyasztása; V(t0) – a t0 csúcsidõhöz tartozó HMV méretezési térfogatáram.

7. ábra. Párhuzamosan kapcsolt HMV tároló a cirkulációt keringetõ és a tárolót töltõ közös szivattyúval cserélõ méretezésében, és nem rontja le a méretezési állapothoz tartozó közepes hõfokkülönbséget sem. Csúcsidõn kívül, amikor az elõremenõ vezetékhálózat nyomásvesztesége lecsökken, a szivattyú már képes a cirkulációt a hálózat végpontjairól visszakeringetni, és a hõcserélõ még csekély hõfokkülönbség mellett is képes a lecsökkent teljesítményigény fedezésére. Ebben a kapcsolásban tehát a hidraulikai kialakítás a cirkuláció szempontjából önszabályozást végez. Ha azonban a tárolót töltõ szivattyút a cirkuláció mûködése miatt nem lehet lekapcsolni, akkor a tároló töltését a nap 24 órájának csúcsidõn kívül fennmaradó részére kell elnyújtanunk. Ha kisméretû tárolót szeretnénk, az rövid csúcsidõt jelent. Néhány száz literes tárolótérfogat és néhány tucat perces csúcsidõtartam esetén a tároló feltöltését kb. 23 órára kell elnyújtani. Ez rendkívül kis, 10 liter/h nagyságrendû töltõ térfogatáramot jelent, amelynek beszabályozása még igen kis méretû beszabályozó szelepen is komoly nehézséget okoz (7. ábra, „C” szelep). Ide általában igen kis, akár 3/8” méretû beszabályozó szelepet kell beépíteni – de mindenképpen kisebbet, mint az 1 perces fogyasztási csúcshoz méretezett vezeték, vagy a kisütés irányban a beszabályozó szelepet megkerülõ visszacsapó szelep mérete. A „C” beszabályozó szeleppel a töltés irányában tudatosan elrontjuk a HMV tartály hidraulikai leválasztó funkcióját. A kapcsolás mûködése hidraulikai szempontból igen kényes, ezért a rendszer nagyon pontos méretezést igényel. A méretezést és az egyes lépések indoklását a [3] számon hivatkozott irodalom részletesen taglalja, itt csak a legfontosabbakra szorítkozunk. Az elsõ és legfontosabb lépés a cirkulációs rendszer méretezése, és a fogyasztás nélküli állapotban keringtetendõ Vc0 cirkulációs térfogatáram meghatározása. Ha a beszabályozásra és méretezésre nincsen mód – például egy felújítás során, ha az nem érinti a cirkulációs rendszert – akkor legalább a fogyasztás nélküli állapotban ténylegesen keringõ térfogatáramot kell meghatározni, pl. az „A” helyen beépített beszabályozószelep segítségével (7. ábra). Ezután 4

8. ábra. A 7. ábra szerinti kapcsolás szivattyújának kiválasztása Ezután következik a tárolót töltõ, és egyben a cirkulációt keringetõ szivattyú kiválasztása. A szivattyút két munkapontra kell választani (8. ábra): P’ – a hõcserélõ méretezési állapotához tartozó munkapont, & ), a cirkuláció áll, a tárolón pedig amikor a fogyasztás V(t 0 éppen nincsen áramlás (a töltés és kisütés határhelyzete); P” – a cirkuláció és a tároló töltés névleges állapotához tartozó munkapont: a fogyasztás nélküli helyzet, amikor a szivattyú a V& " = V&t0 + V&c0 térfogatáramot keringeti; azaz a (8) szerinti V&t0 térfogatárammal tölti a tárolót és keringeti a V& c0 cirkulációt. & ) térfogatáramot a „B”, a V& térfogatáramot a „C” A V(t 0 t0 beszabályozó szeleppel lehet beállítani. A „B” szelepen a be& ) méreteszabályozáskor beállított fojtás Dpszelep, amivel a V(t 0 zési térfogatáramot állítjuk be. Ahhoz, hogy a szivattyú a cirkulációt keringetni tudja, a P’ ponthoz tartozónál nagyobb nyomáskülönbségre van szükség. A szivattyú jelleggörbéjének alakja miatt ez a nagyobb nyomáskülönbségû P” munkapont csak balra lehet a P’-tõl. Ebbõl következik, hogy teljesülnie kell a

V&t 0 + V&c 0 £ V& ( t0 )

(9)

egyenlõtlenségnek. A 7. ábra szerinti kapcsolás mûködõképességéhez adott tárolóméret és hõcserélõ teljesítmény esetén Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

Vc0 értéke már nem lehet tetszõlegesen nagy. Azokban a beszabályozatlan cirkulációs rendszerekben, ahol a panaszok elkerülését korábban nagy cirkulációs térfogatáram keringetésével érték el, a nem megfelelõ körültekintéssel kialakított 7. ábra szerinti kapcsolás súlyos cirkulációs panaszokat okoz. Ahhoz, hogy a rendszer kifogástalanul mûködjön, a P” munkapontban a szivattyú által létesített nyomáskülönbségnek fedeznie kell a cirkulációs hálózat nyomásveszteségét, valamint a hõcserélõn és a „B” beszabályozó szelepen kialakuló nyomásveszteséget: æ V& + V&c 0 ö ÷ Dp ¢¢ = Dpcirk + (Dp höcserélõ ( t 0 ) + Dp szelep ) ç t 0 ç V& ( t 0 ) ÷ è ø

2

(10)

Itt a Dpcirk nyomásveszteségbe a teljes cirkulációs kör, tehát az elõremenõ vezetékhálózat nyomásveszteségét is bele kell érteni. Azokban a rendszerekben, ahol a nem kellõen gondos méretezés – és ennek részeként a cirkuláció szerepének elhanyagolása – miatt cirkulációs panaszok léptek fel, sok esetben próbáltak a cirkuláció helyzetén azzal javítani, hogy a visszavezetés áthelyezésével a cirkulációs körbõl kiiktatták a töltõköri beszabályozó szelepet (9. ábra).

9. ábra. A 7. ábra szerinti kapcsolásban beszabályozatlan cirkuláció esetén jelentkezõ panaszok elhárításának egyik lehetséges módja

A leggyakoribb hibák Az elmondottakból látható, hogy elvében hiába egyszerû a párhuzamos HMV kapcsolás, a nem kellõen gondos megvalósítás és üzemeltetés számos hibára: végsõ soron fogyasztói panaszokra, de mindenképpen indokolatlanul nagy energiafelhasználásra vezet. Alapvetõ hiba, ha a hõcserélõ ágából kimarad a beszabályozószelep (10. ábra), és hiányoznak a szivattyú ki- és bekapcsolását vezérlõ hõmérõk is. A szükséges V(t0) méretezési térfogatáramot aligha lehet a hõcserélõ, a vezetékhálózat és a szivattyú méretezésével pontosan beállítani. A szükségszerûen túlméretezett szivattyú a tervezettnél nagyobb térfogatáramot fog szállítani. Ha a hõcserélõt nem méretezték túl, akkor a megnövekedett térfogatáram mellett a HMV névleges hõfoka esetleg el sem érhetõ. Bizonyos körülmények között elõfordulhat az is, hogy ez a tervezettnél nagyobb térfogatáram még az 1 perces HMV csúcsnál is nagyobb. Ilyenkor a tároló kisütése sohasem indul meg. Természetesen ebben a helyzetben elvész a párhuzamos kapcsolás összes szabályozási elõnye, hiszen a szabályozónak valójában átfolyós HMV termelést kell kezelnie. További probléma, ha a tároló töltését nem lehet leállítani, mert ekkor a szivattyú folyamatosan üzemel, és a tároló túltöltését nem lehet megakadályozni. Ekkor a tároló alsó csonkján melegvíz lép ki, és a hidegvízhez keveredve felmelegíti a hõcserélõbe belépõ közeget. Ezzel romlik a hõcserélõ közepes hõfokkülönbsége, nõ a primer térfogatáram-igény, és megemelkedik a primer visszatérõ hõmérséklet. Mindez visszahathat egy esetleges kondenzációs kazán hatásfokára is. 10. ábra. Beszabályozatlan párhuzamos tárolós HMV rendszer

Az, hogy ez tényleg eredményre vezet-e, megfelelõ számítások nélkül nem ítélhetõ meg elõre. Ha a cirkulációs problémákat sikerül is esetleg elhárítani, további problémák is felléphetnek: csúcsfogyasztás idején például nem feltétlenül áll le a cirkuláció. A 9. ábra szerinti kapcsolás egyszerû módszerekkel nem is méretezhetõ. A HMV-termelés méretezetlenségének és a cirkuláció beszabályozatlanságának együttese már csak kivételes szerencsével, vagy jelentõs túlméretezéssel kezelhetõ. A korrekt megoldás a cirkulációs rendszer hõszigetelése, méretezése és beszabályozása, majd a 7. ábra szerinti kapcsolás méretezésének és beszabályozásának végigvitele lenne.

A beszabályozó szelepre már csak azért is szükség van, mert a rendszer méretezése a fogyasztás tartamdiagramját legalább 99% biztonsággal leíró (3) – (7) összefüggéseken alapszik. Ez azt jelenti, hogy az adott fogyasztók HMV felhasználásának tényleges tartamgörbéje nagy valószínûséggel a méretezési görbe alatt halad. A méretezési összefüggések alapján kialakított rendszer a tényleges igényekhez képest a valóságban szinte biztosan túlméretezett. Ez semmilyen problémát nem jelent, ha a hõcserélõ ágában van beszabályozó szelep, vagy legalább a szivattyút ki lehet kapcsolni. A beüzemelés során a HMV fogyasztásmérõn leolvasható adatok felhasználásával a hõcserélõ térfogatárama és teljesítménye a beszabályozó szelep fojtásával a beépített tárolóhoz illeszthetõ. Ezzel csökkenthetõ a HMV termelés teljesítmény-igénye, és a túltöltés is elkerülhetõ. Beszabályozó szelep hiányában a beüzemelés során a teljesítmény ilyen változtatása természetesen

Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

5

nem valósítható meg. A beszabályozásnak a tényleges fogyasztási adatok szerint történõ módosítása a 7. ábra szerinti kapcsolásnál elengedhetetlen. A 7. ábra szerinti kapcsolás korrekt méretezését kevés helyen viszik végig. Ha a (9) összefüggés szerinti feltétel nem teljesül, az garantáltan cirkulációs panaszokat okoz, ami a 9. ábra szerinti ötleteléssel csak ritkán kezelhetõ. Általában véve: a HMV termelés mûködésére a legnagyobb kockázatot a cirkulációs rendszer beszabályozatlansága jelenti. Természetesen a HMV-termelõ rendszer méretezésénél és kialakításánál elkövetett hibák visszahathatnak a legprecízebben beszabályozott cirkulációs rendszerre is. A 11. ábra szerinti kialakításnál garantáltak a cirkulációs panaszok. A HMV töltést és a cirkuláció keringetését közös szivattyú végzi, a tároló ágából azonban hiányzik a töltés térfogatáramát fojtó szelep. A tartály emiatt továbbra is hidraulikai leválasztóként funkcionál – akkor viszont a tároló hideg- és melegoldali bekötése között sem lehet számottevõ nyomáskülönbség. Ekkor viszont a hõcserélõ ágában lévõ szivattyú nyomáskülönbsége sem érvényesülhet e pontokon kívül; a cirkulációs térfogatáram keringetéséhez nem áll rendelkezésre nyomáskülönbség. Gyakori hiba, ha a 6. ábrához hasonló kétszivattyús kialakításnál elmarad a tároló-töltõ szivattyút ki- és bekapcsoló hõmérõ, vagy a hõmérõket nem jól helyezik el.

suk a tárolón belüli réteges áramlást. A tároló méretezésénél a keveredési zónákat nem szabad a nettó tárolótérfogatban számításba venni, viszont ezek a tartományok kiválóan alkalmasak az esetleges szabályozási lengéseket kiegyenlítõ soros tároló funkcióra. Csak kellõ körültekintéssel szabad HMV tárolóként alkalmazni azokat a napenergia hasznosító rendszerek számára kialakított tárolókat, ahol a tartály egyes tartományait eleve párhuzamos, más tartományait soros üzemre tervezik, és a cirkulációt esetleg éppen a két tartomány határán vezetik a tartályba. Ha a cirkulációt a tartályba vezetik, akkor a tároló nettó térfogatában csak a bevezetés feletti részt szabad figyelembe venni.

Külön cikket érdemelnének a tároló kialakításával kapcsolatos megfontolások. Itt csak arra térek ki, hogy a párhuzamosan kapcsolt HMV tárolónak réteges tárolónak kell lennie, azaz el kell kerülni, vagy legalábbis minimalizálni kell a hideg- és melegvíz keveredését. Ez magas, karcsú tárolóval, szükség esetén több tároló sorba kapcsolásával elérhetõ úgy, hogy közben a hidraulikai leválasztó funkciót se rontsuk el a tartály ágának túlságosan nagy ellenállásával. A hidegvizet alul, a melegvizet felül kell bevezetni. Nagyon lényeges a tárolók hidraulikai kialakítása, hogy a hideg- és melegvíz bevezetésénél a keveredést minél jobban elkerüljük, és biztosít-

A párhuzamos tárolós kapcsolásnál könnyen lehet hibákat véteni a szabályozás kialakításával is. A 12. ábra szerinti kialakításnál éjszakai fogyasztási szünetben a szabályozás ugyan megbízhatóan elõállítja a HMV hõmérsékletet, azonban a tároló ágában lévõ fojtószelep miatt szükségszerûen csekély térfogatáram a cirkuláció térfogatáramával keveredik. A kis tárolótöltõ térfogatáram miatt csekély teljesítmény melegíti a rendszert, és ezt a bevitt teljesítményt meghaladhatja a rendszer hõvesztesége. Az éjszaka folyamán a cirkuláció folyamatos hõvesztesége miatt a keveredési hõmérséklet folyamatosan csökken; a rendszer reggelre a tárolót alulról fölfelé haladva egyre alacsonyabb hõmérsékletû vízzel tölti fel (amit persze a tartályban a sûrûségkülönbségbõl származó felhajtóerõ kiegyenlíteni igyekszik). A tároló csak akkor tölthetõ fel meleg vízzel, ha tartósan elegendõen nagy fogyasztás terheli a rendszert, hiszen csak ekkor lehet a rendszerbe elegendõ teljesítményt bevinni. A megoldás a szabályozás érzékelõjének áthelyezése lehet a kevert hõmérsékletû ágba (13. ábra), ez azonban két újabb problémát vethet fel. Ha a hõcserélõtõl távolra kerül a szabályozás érzékelõje, az megnöveli a szabályozás holtidejét, ezáltal a szabályozás nehézségi fokát és lengésre való hajlamát. A szabályozás megfelelõ mûködéséhez ilyenkor elengedhetetlen a szabályozási paraméterek mérés útján való behangolása.

11. ábra. A tároló ágából hiányzó fojtószelep súlyos cirkulációs problémákat okoz

12. ábra. A bevitt teljesítmény nem képes fedezni a rendszer hõveszteségét

6

Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

hõcserélõt elhagyó kb. 55 – 60 °C feletti hõmérséklet esetén – súlyos vízkövesedési problémákat okozhat.

Összefoglalás Energetikai és költségtakarékossági szempontból a HMV termelõ rendszerekben párhuzamos tárolót érdemes alkalmazni. A HMV termelõ rendszer kialakítását, méretezését és üzemeltetését döntõen befolyásolja az épület cirkulációs rendszere. A beszabályozatlan cirkulációs rendszer adott esetben lehetetlenné teheti a HMV ellátó rendszer megbízható üzemét; a panaszok általában csak jelentõs túlméretezéssel és az indokoltat meghaladó energiaelhasználással orvosolhatók. A párhuzamos tárolós rendszerek körültekintõ kialakítást és méretezést igényelnek; a megszokottól akár csak kismértékben eltérõ körülmények akár üzemképtelenné is tehetik a tapasztalati úton kiválasztott elemekbõl álló rendszert.

Irodalom 13. ábra. A hibás kialakítás szabályozási lengéseket és súlyos vízkövesedést okozhat A következõ probléma, hogy a hõcserélõn áthaladó vizet esetleg jelentõsen túl kell melegíteni ahhoz, hogy az a cirkulációval keveredve az elõírt HMV hõmérséklet jöjjön létre. Ez a túlmelegedés adott esetben – budapesti vízösszetételnél pl. a

Magyar Épületgépészet, LXI. évfolyam, 2012/7-8. szám

[1] Dr. Szánthó Zoltán: Párhuzamos használati melegvíz tároló beszabályozása. Magyar Épületgépészet 2003. évi 4. szám [2] Dr. Szánthó Zoltán – Némethi Balázs: Lakossági használati melegvíz fogyasztók méretezési igényének meghatározása. Vízellátás, csatornázás; Infoprod mûszaki kiadványok 161., X. évf. 2007. p. 18-20. [3] Dr. Szánthó Zoltán: Épületgépészet a gyakorlatban, 8.7.3.2. fejezet: Párhuzamos tárolós használati melegvíz rendszerek méretezése. Verlag Dashöfer Szakkiadó Kft., Budapest, 2005. június. Fõszerkesztõ: dr. Bánhidi László

7