Syndrom nízkého ΔT
Téměř všechny systémy rozvodu chladící vody mají problém udržet nastavenou teplotu při částečném vytížení. Tomuto problému se říká „syndrom nízkého ΔT ”. Obecně můžeme říci, že delta T syndrom se týká rozdílu teplot mezi přiváděnou vodou, která opouští zařízení a vratnou vodou, která se vrací zpět.
Vezměme si následující příklad: je-li teplota vratné vody v sekundárním okruhu nižší než nastavená teplota (kvůli problémům s nadprůtokem atd.), chladící zařízení nemůže být využito na maximální kapacitu. Pokud chladící zařízení navržené na chlazení ze 13 °C na teplotu 7 °C, má na přívodu 11 °C místo navržených 13 °C, chladící zařízení bude zatíženo v poměru:
kde
- CHL
- – procento zatížení chladícího zařízení [%]
- CWRTR
- – skutečná teplota vratné chladící vody (v našem případě 11 °C)
- CWSTD
- – navržená teplota přívodu chladící vody (v našem případě 7 °C)
- CWRTD
- – navržená teplota vratné chladící vody (v našem případě 13 °C)
V tomto případě, kdy nízké ΔT (rozdíl mezi teplotou na přívodu a vratné chladící vody) v zařízení je nižší než 6 °C (13 − 7 °C) čili zde 4 °C (11 − 7 °C), chladící zařízení nebude využito z 33,4 %!
Jelikož navržené podmínky obvykle trvají jen po malé procento provozního času, chladící zařízení fungují se značně sníženou efektivitou po většinu doby. V mnoha případech klesá provozní účinnost chlazení o 30 až 40 procent, když vratná chladící voda má nižší teplotu, než je navrženo!
Syndrom nízkého ΔT má několik možných příčin:
- Použití třícestných regulačních ventilů: třícestné ventily mohou propojit bypassem přívod chladící vody se zpátečkou, takže reálná teplota chladící vody je nižší než navržená. To vede k potížím s nízkým ΔT (viz aplikace 2.1.4). Nápravné opatření – nepoužívat třícestné regulační ventily v systému s proměnným průtokem (modulační řízení). Doporučují se dva třícestné ventily, což tuto aplikaci omezuje na malé koncové jednotky (FCU). Kvůli špatnému výběru třícestných regulačních ventilů a aby se zamezilo problémům s nadprůtokem, doporučuje se aplikace 2.1.3. Hledáte-li regulační systém založený na třícestných regulačních ventilech.
- Špatný výběr dvoucestných regulačních ventilů s nesprávným vyvážením systému: nevhodná velikost dvoucestného ventilu může vést k potřebě většího průtoku vody, než je navrženo.
Syndrom nízkého ΔT se zhoršuje při částečném zatížení kvůli změnám tlaku v systému, což vede k vyššímu nadprůtoku přes aplikované regulační ventily. Tento jev se objevuje zejména u systémů se špatným hydraulickým vyvážením (viz aplikace 2.2.1). Nápravné opatření – doporučují se dvoucestné regulační ventily s vestaveným regulátorem tlaku. Funkce regulace tlaku na aplikovaném regulačním ventilu eliminuje nadprůtok a tudíž i syndrom nízkého ΔT. - A další: nesprávné nastavení, regulační kalibrace či snížená efektivita klimatizace.
Problém s nadprůtokem
Reálným zdrojem známých problémů v systémech chladící vody, jako je problém „nízkého ΔT ” je jev nadprůtoku. V této kapitole stručně vysvětlíme, co to je a proč tento jev existuje.
Všechny systémy jsou navrženy na nominální podmínky (100% zatížení), pro které projektanti vypočítali výtlačnou výšku čerpadla na základě pravidla: tlaková ztráta v kritických smyčkách zahrnuje – tlakovou ztrátu na potrubí, koncových jednotkách, seřizovacích ventilech, regulačních ventilech a dalších prvcích instalace (sítka, měřidla vody atd.)
Vezměme v úvahu tradiční systém prezentovaný níže, obr. 1a (na základě aplikace 2.2.1) a obr. 1b. U obou případů musíme zajistit dostatečný tlak na regulačních ventilech, aby byla zajištěna vysoká autorita regulačního ventilu. Je jasné, že každá jednotka se svým regulačním ventilem, která je blíže k čerpadlu, bude mít vyšší dispoziční tlak. U této aplikace musí být nadbytečný tlak snížen manuálně seřizovacími ventily. Systém funguje správně při 100% zatížení.
Obr. 1a Přímý vratný systém (nedoporučuje se)
Obr. 1b FCU s proměnným průtokem a statickou regulací
K regulaci průtoku na každé klimatizační jednotce se používají dvoucestné regulační ventily. Uvažujme situaci s částečným zatížením (tj. klimatizační jednotky 2 a 3 jsou uzavřené).
Obr. 2a Částečná zátěž – přímý vratný systém
Obr. 2b Proměnný průtok – statická regulace FCU
Kvůli nižšímu průtoku v systému se mění tlaková ztráta v potrubí, takže v otevřených smyčkách jsou k dispozici dva nové vyšší tlaky. Jelikož k seřízení systému (nastavení vypočteno pro 100% průtok) byl použit MBV (manuálně seřizovací ventil) s fixním nastavením, MBV nedokáže snížit nadbytečný tlak při částečném vytížení. Vyšší nadbytečný tlak přes tradiční dvojcestné regulační ventily je důvodem nadprůtoku v klimatizační jednotce. Tento jev se objevuje v přímém vratném systému i v reverzním vratném systému. To je důvod, proč aplikace 2.2.1 není doporučené řešení, jelikož smyčky klimatizačních jednotek jsou na tlaku nezávislé.
Obr. 3 Topná charakteristika koncových jednotek
Tradiční FCU je navržena pro cca ΔT 6 °C. 100% přenos tepla je dosažen při 100% průtoku přes jednotku s teplotou 60 °C na přívodu a 12 °C na vratu. Nadprůtok v koncové jednotce má na přestup tepla malý vliv. Nicméně jiné vlivy více ovlivňují správnou funkci systému s chladící vodou. Vyšší průtok přes jednotku má veliký vliv na přenos tepla/chlazení, což znamená, že vratná teplota nikdy nedosáhne navržené teploty – místo designové teploty 12 °C je reálná teplota mnohem nižší, tj. 9,3 °C. Výsledkem je nižší vratná teplota z FCU, což vede k syndromu nízkého ΔT.
Dnes běžně používané VSD (pohony s proměnnými otáčkami) s převodníkem tlaku mohou měnit charakteristiku čerpadla podle změn průtoku ve vodním systému. Nominální průtok při 100% zatížení a výše uvedenou tlakovou ztrátu v systému určují výtlačnou výšku čerpadla, která se rovná nominálnímu tlaku Pnom.
Mimo klasická čerpadla (1), která poskytují mnohem vyšší tlak (P1) při změnách průtoku s výše uvedenými důsledky (syndrom nízkého ΔT).
Obr. 4 Charakteristika různých čerpadel
Modernější čerpadla s konstantní tlakovou charakteristikou (2) jsou mnohem lákavější. Při analyzovaném 50% průtoku, tlak P2 bude odpovídat obrázku 4. Čerpadla mají různé vlastnosti Pnom. Nicméně klíčový parametr v tomto případě je tlaková ztráta v regulačních ventilech – podle grafu, ΔP MCV při 50% zatížení je mnohem vyšší než ΔP MCV při 100% zatížení. Stále jsou tu problémy s nadprůtokem, které ovlivní efektivitu systému. Je nutné poznamenat, že P2 je nižší než P1 – takže tato čerpadla lze doporučit pro vodní systémy topení/chlazení, kde problémy s nadbytečným tlakem (nadprůtokem) budou menší ve srovnání s čerpadly, které fungují na základě charakteristiky č. 1. Avšak stejně tu zůstávají nevyřešené problémy s nadbytečným tlakem. V takových situacích jsou pro efektivní provoz ideálním řešením regulační ventily, které jsou nezávislé na tlaku.
Jak systémy fungují s čerpadly v závislosti na proporcionálních charakteristikách (3). Při částečném zatížení je nižší průtok, který vytváří malý pokles tlaku ve statických prvcích systému (trubky, manuální seřizovací ventily atd.) – vlastnosti čerpadla mohou automaticky přijmou nové parametry tím, že průběžně snižují výtlačnou výšku čerpadla. V našem analyzovaném případě při 50% zatížení výtlačná výška čerpadla dosáhla hodnoty P3. Při tomto tlaku ΔP MCV na 50 % dosahuje téměř stejné hodnoty jako při 100% zátěži, takže problém s příliš vysokým tlakem ve ventilech provozní regulace je vyřešen! Bohužel pouze teoreticky – je tu totiž další jev, známý jako „problém nedostatečného průtoku“ (např. kapitola 3.3).
Shrnutí: takové vlastnosti u čerpadla s tradičními regulačními ventily se nedají použít v systému proměnným průtokem. Takže „tradiční regulační ventily“ jsou všechny typy ventilů, kde nelze regulovat průběžný pokles tlaku ve ventilech s výjimkou regulačních ventilů typu PIBCV (tlakově nezávislé regulační ventily s interfovaným automatickým regulátorem průtoku ABQM).
Problém nedostatečného průtoku
K analyzování tohoto jevu musíme vzít v úvahu obr. 1a. Jak bylo zmíněno, příliš vysoký tlak na jednotlivých klimatizačních jednotkách se dá snížit pomocí manuálních seřizovacích ventilů. Správná velikost a nastavení ventilů musí být provedeno při 100% zatížení. Abychom zajistili stejný stav u regulačních ventilů (MCV), MBV by měly být umístěny blíže k čerpadlu v každé klimatizační jednotce, aby se snížila příliš vysoká hodnota tlaku. Obvykle se toho dosáhne nižším nastavením MBV, aby ΔPuns bylo vyšší a blíže k čerpadlu (obr. 5).
Obr. 5 Přímý vratný systém, proporční
Jelikož nyní pracujeme se systémem založeném na charakteristice čerpadla 3 (obr. 4), i graf tlaku při částečném zatížení se změnil v porovnání s obrázkem 2a. Tlak v této smyčce řídí převodník tlaku umístěný v kritické smyčce. Výtlačná výška čerpadla je mnohem nižší (P3 z obr. 4) než Pnom – nominální tlak pro každé vypočítané nastavení manuálního seřizovacího ventilu. V tomto konkrétním případě při 50% zatížení kvůli nižší výtlačné výšce čerpadla (P3), nadbytečný tlak v otevřených klimatizačních jednotkách je daleko nižší než při 100% zatížení. Avšak naše nastavení na manuálních seřizovacích ventilech zůstává stejné, jako bylo navrženo pro vyšší tlak. V konečném důsledu nemůže regulační ventil regulovat správnou teplotu, jelikož klimatizační jednotka nemá dostatečný průtok – a to je jev nedostatečného průtoku.
Shrnutí: aplikace 2.2.1 (obr. 1a a 1b) nejsou doporučená řešení, jelikož dostáváme jen chabé výsledky, když se snažíme docílit správnou regulaci s tradičními manuálně seřizovacími ventily, a různými typy vlastností čerpadla. To je zcela špatný přístup k systému s proměnným průtokem. Cílem tohoto návodu je zvýšit povědomí mezi projektanty a poradci, zejména jak rozlišovat mezi systémy (s konstantním a proměnným průtokem) a dále o volbě doporučeného řešení na základě vhodných regulačních a seřizovacích ventilů. Také musíme říci, že všechny pokusy upravit reverzní vratný systém na systém proměnného průtoku dokazují nepochopení toho, co ukazuje obr. 2a.
Danfoss nabízí: regulační prvky pro CZT, termostatické hlavice, ventilová tělesa a šroubení, armatury pro vyvážení soustav v rezidenčních a komerčních budovách, produkty pro chytré vytápění - ovládání radiátorů a podlahového vytápění vzdáleně přes ...
