hidrauličko uravnoteženje sustava grijanja i hlađenja · primjeri: centralno grijanje i...

Hidrauličko uravnoteženje sustava grijanja i hlađenja

Prof.dr.sc. Igor Balen, ZG 12.-13. 02. 2019.

Namjena sustava grijanja / hlađenja

- općenito, KGH sustav treba ispuniti dva osnovna uvjeta:

1. osigurati uvjete toplinske ugodnosti u prostoru (komfor korisnika)

2. ostvariti prvi uvjet uz minimalnu potrošnju energije

Izvor topline Razvod tople / hladne vode Trošila

Problem hidrauličkog uravnoteženja (balansiranja) sustava

Nebalansiran sustav:

- neravnomjerna raspodjela topline, visoka temperatura povratne vode

(grijanje), šumovi / buka… → neispravan rad sustava grijanja / hlađenja

- povećanje potrošnje energenta do 30%

hidraulički neuravnotežen sustav


18°C25°C 23°C 20°C 17°C

80°C

75°C

80°C

70°C

80°C

60°C

75°C

55°C

60°C

40°C

Niži

raspoloživi

tlak

Viši

raspoloživi

tlak

- problem nije rješiv ugradnjom (samo) termoregulacijskog ventila s

termostatskom glavom (eng. TRV)!

POSLJEDICA: Moguća loša distribucija topline!

0-2 -1 Vrijeme

Dulji pogon

Tem

p. pro

sto

ra

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0% 50% 100% 150% 200%

Toplina

Protok

- u slučaju hidrauličke neravnoteže, zagrijavanje zgrade traje dulje, jer

krajnji dijelovi cijevnog razvoda nemaju dovoljan protok vode. U

dijelovima razvoda bližim pumpi, javlja se prevelik protok koji ne daje

znatno veći učin grijanja (hlađenja)! → Toplinski gubici!


- pogrešni pokušaji otklanjanja nedostataka u distribuciji u praksi:

1. Povišenje tlaka dobave cirkulacijske pumpe da se kompenzira manjak

protoka na krajevima cirkulacijskog kruga

UPAMTITE: odnos između promjene tlaka i promjene volumnog

protoka, odnosno snage pumpe!

2

2

1

2

1

V

V

p

p

- kod povećanja volumnog protoka za 25%, tlak dobave u cjevovodu

poveća se za 56%, a potrošnja eketrične energije pumpe poveća se za

95% (skoro dvostruki trošak električne energije za pogon pumpe)!

3

2

1

2

1

V

V

P

P


- pogrešni pokušaji otklanjanja nedostataka u distribuciji u praksi:

2. Promjena temperature polazne vode (povišenje kod grijanja,

sniženje kod hlađenja)

- poboljšanje komfora u kritičnim zonama u zgradi,

- pregrijavanje / prehlađivanje prostora u svim drugim dijelovima

zgrade → viši troškovi energije za pogon sustava!

- odstupanje temperature prostora za ± 1°C od optimalne (nepotrebno)

povećava pogonske troškove sustava za 5-10% godišnje.

- još neki pokušaji iz prakse (u „dobroj” namjeri): instalacija dodatne

cirkulacijske pumpe na kraju cirkulacijskog kruga, instalacija dodatnih

lokalnih grijača / hladnjaka u prostorima u kritičnim zonama, itd.

→ loše gospodarenje energijom!


Neuravnoteženi sustav

Isti promjer svih otvora na cijevi.

→ najviše vode istječe kroz otvor najbliži spremniku!


Otvor najbliži spremniku ima najmanji promjer, promjer se

povećava prema suprotnom kraju cijevi, najudaljeniji otvor ima

najveći promjer.

→ ujednačen protok vode kroz sve otvore!

Uravnoteženi sustav


- hidrauličko uravnoteženje jednostavnog sustava grijanja može se

postići pomoću termostatskog radijatorskog ventila s funkcijom

predregulacije (predpodešenja).

21°C 21°C 21°C21°C21°C

Predpodešenje termostatskog radijatorskog ventila

Izvor: Danfoss

20 10030 50 200 500Volumni protok [l/h]

100

10

20

30

50

70

200

300R

azli

ka t

laka

[mb

ar]

1 2 3 4 5 6 7 NkV-vrijednost-

predpodešenje

Ogrjevni učin [kW]

T = 15K

0,4 1,50,6 1 2 84 60,8

86

Predpodešenje termostatskog radijatorskog ventila

Hidrauličko uravnoteženje

- promjene projektnog protoka vode pomoću termostatskog ventila s

predpodešenjem u složenim sustavima grijanja, imaju ograničenja:

• ograničeno prigušenje / protok koji se može regulirati,

• međusobni utjecaj podešenja ventila i drugih elemenata u sustavu,

• problem s dinamičkim promjenama opterećenja i topl. ravnoteže,

• nije moguće podešavanje ukupnih protoka na pojedinim granama

razvoda vode,

• nije moguće sa sigurnošću tvrditi da su postignuti odgovarajući

parametri osim posredno – praćenjem mikroklimatskih uvjeta u

prostorima pri različitim uvjetima korištenja.

Što se događa kad se zatvori određeni broj TRV-a?

- porast tlaka na TRV uslijed smanjenja ogrjevnog učina pri djelomičnom

toplinskom opterećenju:

Pad tlaka na TRV

Pad tlaka na ručnom balans ventilu

Pad tlaka u instalaciji

protok

pumpa

instalacija

sustav + ručni

balans ventil

50% 100%

• pri nazivnom protoku (100%) pad tlaka na TRV (crveno) relativno je malen, a pad tlaka na

ventilu za ručno balansiranje (zeleno) relativno je velik.

• pri smanjenom protoku pri djelomičnom opterećenju (npr. 50%), pad tlaka na TRV znatno se

poveća, a pad tlaka na ventilu za ručno balansiranje se smanji.

• posljedica: ventil za ručno balansiranje ima zanemariv utjecaj na protok vode pri djelomičnom

opterećenju te se javlja buka na TRV u grijanim prostorima.

Izvor: Danfoss


- stanje se može poboljšati ugradnjom pumpe s promjenjivom brzinom

vrtnje, ali se problem ne može potpuno ispraviti:

Izvor: Danfoss

pumpa s promjenjivom brzinom vrtnje

p

Pnom

0% 50% 100% protok

Varijabilni protok


Sila termo pogona

Sila protoka

vode

>> 60 kPa

• ne može se zatvoriti

25 - 60 kPa

• buka,• on/off rad,• Δt >> 2 K

5 - 25 kPa

• normalan rad

• regulacija Δt 0,5 do 2 K

Izvor: Danfoss


- da bi ispunio svoju zadaću, sustav grijanja / hlađenja mora biti upravljiv

(regulabilan), što znači:

- protoci ogrjevnog / rashladnog medija (vode) moraju biti

uravnoteženi na spojevima ogranaka razvoda pri djelomičnom

opterećenju → hidrauličko uravnoteženje.

- projektni protok mora biti dostupan na svim trošilima pri

nazivnom opterećenju.

- autoritet lokalnih regulacijskih elemenata na trošilima mora se

“zaštititi” od velikih oscilacija diferencijalnog tlaka.

Što je hidraulički uravnotežen (izbalansiran) sustav?

To je sustav s odgovarajućim protocima i razlikama tlaka ogrjevnog /

rashladnog medija pri nazivnom i djelomičnom opterećenju (svi pogonski

uvjeti).


- konstantan ili promjenjiv protok vode kroz sustav grijanja / hlađenja?

• Konstantan protok – troputni ventil

– visoki pogonski troškovi pumpe pri djelomičnom opterećenju

– visoke povratne temperature u grijanju i niske u hlađenju (mali Δt)

– ograničenje protoka ručnim balansirajućim ventilima

• Promjenjiv protok – prolazni ventil

– prilagođavanje protoka trenutačnoj toplinskoj bilanci zgrade

– odgovarajuće povratne temperature u grijanju i u hlađenju (projektni Δt)

– ograničenje protoka pomoću dinamičkih elemenata → automatskim balansirajućimventilima

Izvor: Danfoss


• Sustav s TRV s pred-podešenjem i s auto-matskim balansirajućim ventilima.

Pravilna razdioba tlaka u svim granama razvoda.

Regulacija protoka do svakog trošila pri promjenjivim pogonskim uvjetima.

Odgovarajuća dobava topline u sve grijane prostore.

21°C

21°C 21°C

21°C 21°C

21°C

21°C 21°C 21°C

Izvor: Danfoss


TRV

ASV

Automatski balans ventil osigurava stabilan diferencijalni tlak za TRV

- automatsko balansiranje u sustavu grijanja / hlađenja s promjenjivim

protokom:

• pri različitim protocima, pad tlaka na TRV (crveno) približno je konstantan,

• višak tlaka pri djelomičnom protoku preuzima automatski balansirajući ventil

(zeleno),

• posljedica: potpuno hidraulički uravnotežen sustav s promjenjivim

protocima!

pumpa

instalacija

protok

Pad tlaka na TRV

Pad tlaka na automatskom balans ventilu

Pad tlaka u instalaciji

50% 100%


Vrijeme

Učin

Temp

Vrijeme

Vrijeme

Učin

RUČNI balansirajući ventili

Temp

Vrijeme

Raspoloživi diferencijalni

tlak

Vrijeme

Raspoloživi diferencijalni

tlak

Vrijeme Vrijeme

AUTOMATSKI balansirajući ventili

Tlak na TRV

Vrijeme

Automatsko balansiranje osigurava povoljne pogonske uvjete za TRV.

Tlak na TRV

Protok kroz TRV

Vrijeme

Vrijeme

Protok krozTRV


Konstantan protok

Regulacijski ventili:

- prolazni regulacijski ventili s

pogonom (regulacija učina

promjenom protoka).

Balansirajući ventili:

- ručno balansiranje u svakoj

grani cirkulacijskog kruga.

Izvor: Danfoss


Promjenjivi protok

Regulacijski ventili:

- prolazni regulacijski ventili s

pogonom (regulacija učina

promjenom protoka).

Balansirajući ventili:

- automatsko balansiranje

(regulatori diferencijalnog tlaka) u

svakoj grani cirkulacijskog kruga.

Izvor: Danfoss


Promjenjivi protok

- prolazni regulacijski i balansirajući

ventil:

PIBCV – Pressure Independent

Balancing Control Valve

Tlačno neovisan regulacijski ventil

Izvor: Danfoss


AB – QM ventil

Izvor: Danfoss


Regulacijski ventil i ...

Izvor: Danfoss


... Automatski balansirajući

ventil u jednom kućištu

(regulator diferencijalnog

tlaka)!

Izvor: Danfoss


AB-QM ventil automatski

ispravlja oscilacije tlaka i

stabilizira pogon sustava

grijanja / hlađenja.

U pogonu

Uporaba tlačno neovisnog regulacijskog ventila na priključku pojedinog

trošila:

• Jednostavno hidrauličko uravnoteženje

- podešenje protoka bez mjerenja

- optimizacija pogona pumpePrestrujni ventil

• Autoritet PIBCV je a=1

• Pri djelomičnom opterećenju, kada se javlja „višak“

tlaka, to ne dovodi do prekomjernog protoka, jer

povišenje tlaka ne utječe na funkciju sustava

– ušteda električne energije!

• Sustav je uravnotežen u svim uvjetima pogona!

• Nisu potrebni ručni ventili.


Odabir PIBCV je jednostavan:

- ugrađeni ventil mora „nametnuti” svoju karakteristiku hidrauličkom

krugu kojim upravlja → autoritet ventila!

Autoritet = ___________________∆p ventil

∆p ventil + ∆p ostalo

Zbog konstantne razlike tlaka na ventilu, autoritet ventila je uvijek

a = konst.

ZNAČAJNO POJEDNOSTAVLJENJE: Provjera autoriteta nije potrebna!

Odabir ventila isključivo prema PROTOKU!


Panelno grijanje i hlađenje

Centralno grijanje i centralno hlađenje (odvojeno)Primjeri:

Izvor: Danfoss


Uporaba tlačno neovisnog regulacijskog ventila na svakom radijatoru za

automatsko hidrauličko uravnoteženje:

Izvor: Danfoss


Radijatorski tlačno neovisni regulacijski ventil s automatskim hidrauličkim

uravnoteženjem:

Raspon protoka:

25–135 l/h

Razina buke:

<30 dbA maks. 60kPa

dP min. 10kPa, za konstantan protok

dP maks. 60kPa, preporuka zbog buke

Izvor: Danfoss


Uporaba radijatorskog tlačno neovisnog regulacijskog ventila ima svoja

ograničenja:

Rješenje Maks. tlak Radijator Sustav Primjena

DV™

na radijatoru

ASV na grani + TRV

na radijatoru

Maks

diferencijalni

tlak

= 60 kPa

Maks

diferencijalni

tlak

= 150 kPa

Maks. protok

=135 l/h

P ~ 3000 W

pri T = 20

Maks. protok

prema

projektiranom

TRV (l/h)

• Za kompleksni razvod

• Za teško dostupne vertikale /

grane

• Za međusobno više udaljene

polazne / povratne vodove

• Za radijatore s priključkom sa

strane

• Za nepoznat maks.

diferencijalni tlak

• Za sustave s ranije ugrađenim

funkcionalnim predpodešenim

TRV

• Jedino rješenje za sustave s

ventilima integriranim u trošila

Za sustave s

nižim

vertikalama i

manjim brojem

trošila

Za sustave s

višim

vertikalama i

većim brojem

trošila


Izvor: Danfoss

Što se može postići u brojkama (iskustvene procjene)?

Dobrom regulacijom unutarnje temperature, na svakih 1°C u grijanju ušteda

iznosi oko 5 %, a u hlađenju oko 10 %!

Noćno sniženje unutarnje temperature u grijanju, donosi uštedu oko 10%!

Ugradnja termostatskih radijatorskih ventila s predpodešenjem i

diferencijalnih regulatora tlaka zajedno, donosi uštedu do 30 % u postojećoj

zgradi bez tih elemenata!

Ugradnja tlačno neovisnih regulacijskih ventila za regulaciju diferencijalnog

tlaka i učina, donosi uštedu do 40 % u prosječnoj postojećoj zgradi (ovisno

o načinu i stanju postojeće regulacije sustava)!

→ hidrauličko uravnoteženje je nužni preduvjet za ispravan rad sustava!


Lokacija: Prag, Češka

Namjena: Poslovna zgrada, hlađenje

Sustav hlađenja: centralni, rashladni uređaj zrak – voda

Novogradnja: ugradnja tlačno neovisnih regulacijskih ventila na priključku

ventilokonvektora, početkom 2007.

Rashladna energija – usporedba s drugom jednakom zgradom s klasičnim

regulacijskim ventilima: razlika 38 % u jednoj sezoni hlađenja

Iskustva iz prakse

0,25 kn/kWh

Izvor: Danfoss

Lokacija: Istra, Hrvatska

Namjena: Hotel, sobe, korištenje 6 mj/god, pretežito hlađenje

Sustav grijanja / hlađenja: centralni, s dizalicom topline zrak–voda

Rekonstrukcija: zamjena 228 kom 3-putnih regulacijskih ventila s prolaznim

tlačno neovisnim regulacijskim ventilima na priključku ventilokonvektora,

početkom 2018.

Smanjenje računa za elektr. energiju u 2018:

Iskustva iz prakse

Računi EE (kn) Računi EE (kn) Komentar

2017 471.411,64 kn 589.264,55 knračuni iz 2017 preračunati na cijenu EE iz 2018

2018 436.724,79 kn računi 2018

Ušteda (Kn) 152.539,76 kn

Ušteda (%) 26%

Investicija 278.160,00 kn

JPP (god) 1,82

Lokacija: Lublin, Poljska

Namjena: Stambene zgrade, izgrađene 1959 do 1992 (16 kom, 30 – 54 stana

u jednoj zgradi), grijanje – vanjska projektna temperatura -20 °C.

Sustav grijanja: daljinsko grijanje (gradska toplana),

indirektne topl. podstanice (frekv. regul. pumpe sekundara),

tipično vertikalni razvod sekundara (neizoliran u grijanim

prostorima).

Rekonstrukcija: vanjska ovojnica (vanjski zidovi – osim 3 zgrade, krov, vanjski

prozori),

grupa A – samo TRV s predpodešenjem,

grupa B – autom. balans ventili s fiksnim podešenjem 10 kPa,

uz postojeće TRV,

grupa C – automatski balans ventili i TRV,

grupa D – radijatorski tlačno neovisni regulacijski ventili,

zamjena postojećih TRV.

Mjerenje isporučene topline za grijanje: punih 6 sezona grijanja

( 3 sezone prije i 3 sezone nakon rekonstrukcije).

Iskustva iz prakse

Lokacija: Lublin, Poljska

Namjena: Stambene zgrade, izgrađene 1959 do 1992 (16 kom, 30 – 54 stana

u jednoj zgradi), grijanje – vanjska projektna temperatura -20 °C.

Uštede topline za grijanje (prosječno kroz mjereni period):

grupa A – 17,5 %

grupa B – 15 % u toplinski izoliranim zgradama,

21,5 % u toplinski neizoliranim zgradama (zašto?)

grupa C – 20,5 %

grupa D – 17 %

- JPP od 1,4 god (zgrada B6) do 4,9 god (zgrada D1).

Iskustva iz prakse

Cholewa,Tomasz; Balen, Igor; Siuta-Olcha, Alicja. On the influence of local and zonal hydraulic balancing

of heating system on energy savings in existing buildings – Long term experimental research, Energy and

Buildings. 179 (2018); 156-164

HVALA!

Prof.dr.sc. Igor Balen

Sveučilište u Zagrebu

Fakultet strojarstva i brodogradnje

Zavod za termodinamiku, toplinsku i procesnu tehniku

e-mail: [email protected]

hidrauličko uravnoteženje sustava grijanja i hlađenja · primjeri: centralno grijanje i...

Documents