Nyomáskiegyenlített térfogatáram-szabályzók/korlátozók (Danfoss ABQM) még nagyobb méretben, még több alkalmazáshoz Korábbi cikkünkben bemutattuk az új Danfoss nyomás-független térfogatáram- korlátozó motoros szabályzó szelepének (PIBCV – Pressure Independent Balancing Control Valve) DN 40 és DN 100 közötti méretsorát. Ezzel elehetővé vált a térfogatáram szabályozása 38 m3/h vízáramig. Természetesen, ennél nagyobb térfogatáramra is szükség lehet - pl. kivételesen nagy méretű légkezelőknél vagy hűtőgépeknél - ezért felmerült az igény nagyobb méretű szelep kifejlesztésére is. Az igazat megvallva, nagyobb vízmennyiség szabályozható, több párhuzamosan kötött szabályzó szeleppel is (ld. 1. ábra), azonban ennek a megoldásnak komoly hátránya, hogy beruházási költség szempontjából drága, szerelési költsége magas, nagy helyigényű, szabályozás esetén a motorok soros szabályozásáról 1. ábra külön kell gondoskodni, stb. Danfoss a kisebb méretű szelepek kifejlesztésével szinte párhuzamosan kezdte az extra nagy méretű szelepek fejlesztését is, melyek most 2008 év végén már kereskedelmi forgalomban is kapható. A szelep választék így kibővült DN 150 méretig (ld. 2. ábra), a maximálisan beállítható térfogatáram így 145 m3/h. Ez a vízmennyiség már nagyobb hűtőgépek vagy az egyre népszerűbb távhűtési központokhoz igényeinek kielégítésére is alkalmas. A szelep felépítését tekintve kicsit szakított a korábbi hagyományokkal, ugyanis az ebben a mérettartományban is szükséges pontos térfogatáram szabályozás és a 30 kPa-os minimális szelepellenállás érdekéhez a korábbi szeleptestbe integrált membrán helyett itt külső 2. ábra egységet alkalmazunk. A további jellemzők nem változtak. A nagyobb méretű szelepeket elsősorban a hűtéstechnikai alkalmazások igénylik, a nagyobb térfogatáramok (kis hőmérséklet lépcső) révén, de fűtéstechnikában is előfordul. Egy ilyen alkalmazást mutat be a 3. ábra fényképe ahol egy alacsony nyomású és hőmérsékletű épületek közötti hőellátási hálózat hőközpontjának fűtési hőcserélőjét szabályozza egy AB-QM DN 125 méretű szelep. Eredeti kapcsolás szerint a szabályozást egyutú motoros szelep végezte de a folyamatosan változó nyomáskülönbségek miatt a szabályozott hőmérséklet erősen változott. Az új kialakítással a felhasználó rendkívül elégedett, a szabályozás tökéletessé vált. Fűtési alkalmazásoknál, ahol víz-víz hőcserélőket alkalmazunk, ügyelni kell a szelep karakterisztikájának kiválasztásánál. Mindenkép lineáris szabályozást válasszunk, hogy a hőcserélő karakterisztikájával együttesen lehetőleg lineáris szabályozási jellemzőt állítsunk 3. ábra
elő! Ez a lineáris AB-QM szeleppel, ami a=1 autoritást biztosít és a hozzá illeszthető motorral egyszerűen megoldható amennyiben a motor elektronikájában lineáris szelepszár előtolást választunk. A 4. ábra a jelen szabályozás elemeinek karakterisztikáit mutatja.
Hőteljesítmény
Hőteljesítmény [%]
Térfogatáram [%]
10 9
10 9
8 7
8 7
8 7
6
6
6
+
5
4 3
2
2
1 0
1 0
1
2 3 4 5
6 7 8 9 10 Térfogatáram [%]
Hőcserélő
=
5
4 3
0
10 9
5 4 3
szelep autoritás a=1 0
1
2 3 4 5
6 7 8
9 10 Szelep
Szabályozó szelep
2 1 0
0
1
2 3 4 5
6 7 8
9 10 Szelep
Átviteli függvény
4. ábra
A PIBCV szelepek alkalmazása hűtéstechnikában még inkább elterjedt. Azzal a lehetőséggel, hogy az AB-QM sorozat DN 10 - 150 méretben, 30-145.000 l/h térfogatáram-tartományban rendelkezésre áll, lehetőségünk nyílik a korábban megszokott rendszer kialakítások helyett új, modern változó térfogatáramú hálózatokat építeni anélkül hogy bármilyen hidraulikai „kockázatot” vállalnánk. A szekunder oldal fan-coil készülékeinek, hűtőmennyezeteinek, hűtőgerendáinak, légkezelőinek, stb. szabályozásáról már korábban beszéltünk (itt nem térnék ki erre újra, egyszerűen feltételezem annak használatát, vagyis minden üzemállapotban az optimális vízelosztást változó térfogatáram mellett), azonban a primer oldali szabályozással is kell foglalkozni. Jelenleg két alapvető hűtőgép kapcsolást használunk, egyéni szivattyúval minden hűtőgép ágban (5/a. ábra) vagy központi szivattyú állomással (5/b. ábra).
Hűtőgép
Hűtőgép
Hűtőgép
Hűtőgép
BMS
BMS Hűtőgép
Hűtőgép
By-pass
By-pass
5/a. ábra
5/b. ábra
Az első esetben nincs szükség speciális szabályozásra a hűtőgép ki-be kapcsolásával indul az állandó fordulatszámú szivattyú. Így lehetőség van különböző méretű hűtőgépeket alkalmazni párhuzamosan és a szivattyú meghibásodás esetén sem változik az előremenő hőmérséklet (mindössze a szállított hideg energia mennyisége csökken). Ugyanakkor a rendszer teljesítménye csak lépcsősen szabályozható, nem lehet illeszteni a pillanatnyi igényekhez és nincs lehetőség energia megtakarításra sem. A második esetben több szivattyút is tudunk üzemeltetni egy hűtőgéphez, jelentősen csökkentve az alacsony hőmérséklet különbség (low ∆T) problémát és energia megtakarításra is több lehetőség kínálkozik. A „low DT syndrome” elsősorban a rossz szekunder oldali
rendszer kialakításból származik, mikor állandó térfogatáramot és statikus strangszabályozást alkalmazunk. (Ezzel a témával egy következő cikkünkben részletesen foglalkozunk.) Amennyiben a 5/b. ábrán látható kapcsolást alkalmazzuk és a hűtőgépek ágába AB-QM szelepeket építünk, lehetőségünk nyílik az előremenő hőmérséklet pontos értéken tartására és a változó igények folyamatos követésére, a szekunder oldali változó térfogatáram illesztésére, nyomáslengések kialakulása nélkül. Ebben az esetben legnagyobb a szivattyúzási energia megtakarítás lehetősége is amennyiben változó fordulatszámú szivattyúzást alkalmazunk. Ez a szabályozás leggyakrabban az épület felügyeleti rendszerhez integrálva valósul meg. Egyes hagyományos hűtőgépeknél alapvető követelmény az állandó térfogatáram biztosítása primer oldalon minden önálló gépen keresztül. Azonban energia-megtakarítási szempontokból igyekszünk változó térfogatáramot keringetni a szekunder rendszeren, a pillanatnyi teljesítmény igényeknek megfelelően. Ha rendszerünkben több párhuzamosan kapcsolt hűtőgépet is alkalmazunk (6. ábra) azok ki be kapcsolása lépcsőzetes térfogatáramot igényel vagyis nem tudjuk a folyamatosan változó igényeket követni. Megoldást kínál az 5. ábrákon is látható by-pass ág beépítése azonban az itt átáramló vízmennyiség szabályozása komoly kihívást jelent. Korábbi gyakorlatnak megfelelően ide leggyakrabban statikus beszabályozó szelepet (fojtást) vagy csak egyszerűen visszacsapó szelepet építettek. Igényesebb alkalmazásoknál motoros szelep szabályozta a by-pass ág vízmennyiségét de ebben az esetben folyamatos lengések alakultak ki a változó nyomásviszonyok miatt. Láthatjuk, hogy egyik megoldás se kínál tökéletes megoldást, optimális energia felhasználást. Ez a probléma kezelhető a by-pass ágba épített AB-QM szelep (PIBCV) alkalmazásával (ld. 6. ábra).
UCP2 UCP2
Vált. ford. szivattyú.
UCP2 UCP2
BMS
Primer oldal
Fogyasztók
By-pass Elosztás AB-QM szelepek
6. ábra A szabályozást ebben az estben is az épület-felügyeleti rendszer végzi a hűtőgép gyártója által megadott térfogatáram igénynek megfelelően, a hűtőgép ágba beépített térfogatáram mérő jele alapján. A felügyeleti rendszer tudja melyik hűtőgép üzemel az adott pillanatban amihez egy konkrét térfogatáram tartozik Ennek értéken tartása egyszerűen megoldható egy by-pass ágba épített AB-QM szelep mozgatásával, mindig ideális nyomás és térfogatáram eloszlási feltételeket biztosítva. Fontos, hogy ebben az esetben is lineáris szelepszabályozást használjunk (mint fűtési hőcserélők esetén, ld. korábban)!
A változó térfogatáram fontosságát már a hűtőgépgyártók is felfedezték, ezért az u.n. változó térfogatáramú hűtőgépek egyre terjednek. Ennek lényege, hogy az előremenő vízhőmérséklet szabályozásához a változó térfogatáram mellett a hűtőgép primer oldala is szabályozottá válik. Az elérhető hűtőgép hatásfok EER (vagy COP) lényegesen magasabb mint a hagyományos gépeknél. Ezt mutatja a 7.ábra kW/ton arányban.
Állandó térfogatáramú hűtőgépek
Változó térfogat áramú hűtőgépe
7. ábra Térjünk ki néhány szóval egy másik alapvető alkalmazásra, a légkezelők szabályzására! Itt is elmondható, hogy az állandó térfogatáramú kialakítások a jellemzőek kettős bekeverő kapcsolással a fűtési oldalon ill. lekeverő ággal a hűtési oldalon. Ilyen légkezelő kapcsolást mutat be a 8. ábra.
8. ábra
9. ábra
Ennél lényegesen pontosabb szabályozás mellett és jóval gazdaságosabban lehet üzemeltetni a légkezelőket változó térfogatáram alkalmazásával, melynek javasolt kialakítása a 9. ábrán látható. A fűtési hőcserélőn szekunder oldalon fenntartjuk az állandó térfogatáramot a fagyveszély elkerülése érdekében, de a primer csőhálózat itt is lehet változó térfogatáramú akárcsak a hűtési ág. (A légkezelők szabályozásának részleteire itt hely hiányában szintén nem térek ki de későbbi cikkünkben ugyancsak tollhegyre tűzzük.) Minden fűtési/hűtési alkalmazás esetében egyre fontosabb szerepet kap az energia megtakarítás melynek optimális eleme a Danfoss AB-QM szelep (PIBCV) - vagy logaritmikus vagy lineáris szelepkarakterisztikát biztosító - szabályzó motorral kombinálva. Székely Tamás (Danfoss Kft.)
