Provozní požadavky na regulační armatury – příspěvek do diskuze

potrubí a armatury

Tento příspěvek si neklade za cíl provádět expertízu případu nedokonalé funkce VZT, jak ji popisují ve stejnojmenném příspěvku autoři Hana Petrůjová a Ma­rian Formánek. Je však určitou inspirací a reakcí, či příspěvkem do diskuze.

Pokud je mi z projekční praxe známo, požadavkem profese vzduchotechnika směrem k „topenáři“ je zajištění dodávky tzv. „neregulované otopné vody“ pro VZT s různými jmenovitými parametry otopné vody, například 80/60 °C (dříve i 90/70 °C, nebo také 70/50). Jde zpravidla o výchozí stav, který je podmíněn místním zdrojem tepla. Abychom vy­užili dostatečně kondenzační či nízkoteplotní zdroje, volí se i nižší teploty pro ohřívače vzduchu. To má za následek snížení středního logaritmického teplotního spádu mezi teplonosnými látkami (ohřívací a ohřívaná), což vede ke zvětšení teplosměnné plochy, pokud požadujeme stejný tepelný výkon ohřívače. Investiční náklady poněkud vzrostou, ale sníží se tepelné ztráty v rozvodech.

A nyní k výsledkům měření, které samo o sobě není předmětem posuzování, ale podkladem pro další uvažování.

V tabulce autorů se uvádí, že VZT1 má výkon výměníku 219 kW. Vyjdeme-li z teploty otopné vody na přívodu 80 °C a budeme vycházet z naměřeného průtoku výměníkem 4859,5 litrů za hodinu a zjednodušeně vezmeme, že výměníkem proudí tedy cca 4860 kg/h vody (1,35 kg/s), potom by měl být teplotní spád 38,75 °C! Kdyby byl zvolen teplotní spád otopné vody 20 °C, potom by musel být průtok výměníkem cca dvojnásobný, kolem 9400 kg/hodinu.

U VZT2 je výkon ohřívače 16 kW. Při průtoku cca 1355 litrů za hodinu (0,376 kg/s) by měl být teplotní spád 10,16 °C.

Podíváme-li se na obě vzduchotechniky, pak u VZT 1 s rostoucím napětím na servopohonu (otevírání) průtok vody narůstal, ale u VZT 2 naopak klesal. To samo naznačuje, že něco není úplně OK. Vzniká otázka, jak je vlastně řízeno čerpadlo a servopohon směšování.

Jestliže vyjdeme z předpokladu, že byla VZT 1 navržena pro ohřev vzduchu z –15 °C na +20 °C a při měření byla venkovní teplota 16 °C, potom by při konstantním průtoku vzduchu měl být dodáván příkon ohřívače cca (20–16) / (20 + 15) = 0,114, tj. 11,4 %. To je výkon asi 0,114 x 219 = 25 kW a ne cca 104 kW.

Jak je vidět, chybí informace o vzduchové straně zařízení, která zcela určuje požadavky na otopovou stranu zařízení.

V žádném případě nelze zpochybňovat skutečnost, že časové konstanty v řízení hrají důležitou roli, ale nelze brát za bernou minci čas od plně otevřeného ventilu (klapky) do zavřeného stavu. Pokud pracujeme například v rozmezí 40 %, potom je i u časové konstanty 135 sekund využíván čas jenom cca 54 sekund. Kdybychom spekulativně vzali, že za dobu přestavění poloh regulace teče průměrně polovina jmenovitého průtoku, tj. u VZT 1 asi 0,68 kg/s, potom je to při teplotním spádu 20 °C teplo o výkonu cca 57 kW. Jestliže požadujeme 25 kW, pak máme k dispozici cca 100 % výkonu navíc. Množství tepla za celou dobu přestavění polohy je pak 57 x 54 = 3078 kJ. Při době přestavění například 10 sekund by to bylo jen 570 kJ. Voda by například v tomto množství a v trubce 57 x 2,9 za uvedených 54 sekund dotekla cca do vzdálenosti 18 metrů.

Zvažme, že budeme mít otopnou vodu s nižší teplotou na vstupu a také s menším teplotním spádem. Potom bychom mohli mít při stejném průtoku 1,35 kg/s a požadovaném výkonu 25 kW teplotní spád otopné vody jenom cca 4,4 °C namísto 20 °C. Zásadní podmínkou je však nastavení správného středního logaritmického teplotního spádu mezi ohřívací a ohřívanou teplonosnou látkou. Nižší střední logaritmická teplota otopné vody by mohla způsobit nedostatečný výkon a vyšší zase naopak přebytek výkonu, který by musel opět „zvládnout“ systém M+R. Čím více se zvyšuje střední logaritmický teplotní rozdíl, tím se okruh hůře a obtížněji reguluje!!!!! Tento stav je téměř vždy způsoben tzv. „neregulovanou vodou“, která směrem k vyšším venkovním teplotám stav výrazně zhoršuje.

Z uvedených důvodů by mělo mít každé zařízení VZT vlastní ekvitermní křivku, jelikož i výkon VZT zařízení zpravidla závisí na teplotním rozdílu mezi teplotou přiváděného vzduchu a venkovní teplotou. Viz 1. graf sestavený pro výkon 219 kW a stabilní průtok vody. Je třeba přitom pamatovat také na určité vlivy z důvodů vlhkosti vzduchu (citelné a vázané teplo) a také na podmínky, které jsou ovlivněny rekuperací tepla. Zajisté také uznáme, že osazovat VZT jednotku regulačním zařízením pro použití tzv. „neregulované vody“ je trochu paradoxem, který do řízení parametrů mezi zdrojem tepla a VZT zbytečně zanáší nadstandardní stavy = obtížná regulovatelnost.

V tomto grafu si můžeme sami odvodit, že se střední teplota otopné vody s rostoucí venkovní teplotou snižuje, což odpovídá potřebě přirozeného poklesu výkonu ohřívače vzduchu.

Poslední graf ukazuje konstantní teplotu na přívodu do ohřívače a strmě klesající teplotu vratné vody pro výkon 219 kW při stabilním průtoku vody. Teplota vratné vody klesá s klesající venkovní teplotou, protože potřebujeme zvyšovat výkon ohřívače, tedy při stejném průtoku dodat více tepla.

Je-li návrh výkonu ohřívače proveden při střední teplotě otopné vody pro stav 80/60 °C, což je někde kolem 70 °C, se zvyšující se venkovní teplotou klesá potřebný výkon zařízení a proto se při stabilním průtoku voda nutně méně ochladí. Tím se zvyšuje střední teplota otopné vody a paradoxně tím zvyšujeme teplotní spár mezi ohřívací (voda) a ohřívanou (vzduch) teplonosnou látkou. Při venkovní teplotě například +15 °C jsme již těsně pod teplotou 80 °C. Přitom by nám podle prvního grafu stačila někde nad 25 °C. Takto si sami připravujeme obtíže při zvládání regulace výstupního výkonu a teploty vzduchu na výstupu ze vzduchotechnického zařízení.

Co musíme dělat, když máme vysoké teploty vody? Musíme silně škrtit průtok a tím silně zasahovat do hydraulického řešení okruhu. Čím proměnlivější jsou průtoky, tím více kolísá střední teplota vody a tím i výkon ohřívače a stabilita okruhu také vezme za své. A když máme nevhodně (špatně) navržené regulační armatury, dostáváme se ke konstatování v předchozím článku, že se ani profesi M+R nedaří okruh stabilizovat s přijatelnou přesností.

Z grafů závislosti výkonu na napětí servopohonu předchozích autorů jasně vyplývá, že v intervalu napětí servopohonu (úměrné otevření) mezi (2,0 až 3,5) V se výkon prakticky nemění, pak v intervalu (3,5 až 6,0) V prudce a téměř lineárně vzroste a nad 6 V již téměř stagnuje. Z toho plyne, že by stačilo regulovat v intervalu (3,5 až 6,0) V. To je v rozsahu (6,0–3,5) = 2,5 V. Pak se zkracuje i doba přestavění poloh na 2,5/10 = 0,25. Toto je rozsah pohybu 25 %, tedy asi 0,25 x 135 = necelých 34 sekund.

Otázkou je, jak by se chovalo celé zařízení, kdyby byl zajištěn jmenovitý průtok ohřívačem, tj. cca 9400 kg/h namísto cca 4860 kg/h.

A závěr? Jsem přesvědčen, že si na základě výše uvedeného čtenář udělá názor sám na autora nefunkčního vzduchotechnického zařízení.

Operational requirements for control valves

Author deals with analysis of AHU connected with three way valve to heating system. He tries explain AHU operation parameters. Detail calculation AHU parameters are attached.

Keywords: AHU operation, regulation