Άρθρο του ΓΙΩΡΓΟΥ ΒΟΥΛΒΟΥΤΖΗ, Πτυχιούχου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού MBA,  Μηχανικού Πωλήσεων, Siemens Building Technologies

Τα σύνθετα υδραυλικά δίκτυα πρέπει να έχουν ενεργειακά αποδοτική, οικονομική και απρόσκοπτη λειτουργία, να αντισταθμίζουν τυχόν αποκλίσεις από τις αρχικές τιμές σχεδιασμού, να επιδέχονται μελλοντικές αναβαθμίσεις και να συνοδεύονται από χαμηλό κόστος εγκατάστασης. Πως, όμως, θα μπορούσε, να επιτευχθεί αποτελεσματικός έλεγχος στα πολύπλοκα υδραυλικά δίκτυα;

Δυναμικές λύσεις για δυναμική λειτουργία είναι η απάντηση.

Τα υδραυλικά δίκτυα αποτελούν μια σημαντική εγκατάσταση σε κάθε κτήριο. Δε χρησιμοποιούνται μόνο για τη θέρμανση ή τον κλιματισμό, αλλά αποτελούν επίσης έναν σημαντικό παράγοντα κόστους, λόγω των ηλεκτρικών αντλιών νερού.

Για να λειτουργήσει ένα υδραυλικό δίκτυο ενεργειακά αποδοτικά και οικονομικά, είναι απαραίτητο να υπάρχει μεταβολή στη μεταφερόμενη ογκομετρική παροχή. Η χρήση των συστημάτων σταθερής παροχής αποτελεί πλέον ξεπερασμένη προσέγγιση.

Αν και σήμερα είναι ιδιαίτερα σύνηθες να χρησιμοποιούνται αντλίες και κυκλοφορητές μεταβλητής παροχής, όπως επίσης και να μειώνεται η διαφορική πίεση της αντλίας, ο έλεγχος του δικτύου εξακολουθεί να πραγματοποιείται σε μεγάλο βαθμό μέσω της διαδικασίας του στατικού ελέγχου. Κοινή πρακτική αποτελεί η εξισορρόπηση των υδραυλικών δικτύων με τη χρήση στατικών βανών εξισορρόπησης, προρυθμιζόμενων βανών ή βανών ελέγχου κυκλώματος. Αυτές οι παρεμβάσεις, φυσικά, εκτελούνται μόνο μια φορά και μόνο για τη συγκεκριμένη κατάσταση: το στάδιο σχεδιασμού υπό πλήρες φορτίο.

Ωστόσο, η κατάσταση λειτουργίας υπό πλήρες φορτίο συμβαίνει σπάνια και η εγκατάσταση  λειτουργεί σχεδόν πάντα υπό μερικό φορτίο. Οπότε τίθεται το ερώτημα  αν θα πρέπει η αντλία και τα εξαρτήματα ελέγχου να προσαρμόζονται στις επιμέρους καταστάσεις λειτουργίας (μερικό φορτίο).Σε αυτή την περίπτωση η στατική εξισορρόπηση σε μια μεταβλητή εγκατάσταση θα μπορούσε να αποτελεί και εμπόδιο στην σωστή λειτουργία της εγκατάστασης .

Συνεπώς, η στατική υδραυλική εξισορρόπηση σημαίνει την επιπρόσθετη εισαγωγή αντιστάσεων, προκειμένου η απώλεια πίεσης σε κάθε διαδρομή να συμπέσει με τη λιγότερο επιθυμητή στο σύστημα αντίσταση όταν η εγκατάσταση είναι υπό σχεδιασμό. Αυτό είναι απαραίτητο για την απρόσκοπτη λειτουργία του συστήματος κάτω από αυτές τις συνθήκες.

Βάσει της εκάστοτε χρήσης και των εσωτερικών και εξωτερικών φορτίων, η λιγότερο επιθυμητή διαδρομή ροής μεταβάλλεται συνεχώς. Η συμπεριφορά του δικτύου αποκτά δυναμική. Σε αυτή την περίπτωση οι εγκατεστημένες στατικές βάνες εξισορρόπησης όχι μόνο είναι περιττές, αλλά αποτελούν μια σημαντική υδραυλική αντίσταση, η οποία μπορεί να επηρεάσει τον έλεγχο του δικτύου, ανάλογα με τη χρήση.

Δεδομένου ότι τα υδραυλικά δίκτυα στα κτήρια λειτουργούν σχεδόν πάντα υπό μερικό φορτίο, το πρόβλημα προκύπτει όταν η αντλία καλείται να ξεπερνάει κατ’ επανάληψη περιττές αντιστάσεις σε εγκαταστάσεις μεταβαλλόμενης παροχής και συμβατικής στατικής υδραυλικής εξισορρόπησης.

cid:image016.jpg@01D1381A.3FA07300

Σχήμα 1

Το Σχήμα 1 απεικονίζει ένα κλασικό δίκτυο με στατική εξισορρόπηση. Μια μερική κατάσταση φορτίου μπορεί να περιγραφεί μέσω ενός παραδείγματος στο οποίο η ροή στις διαδρομές 2 έως 5 είναι κλειστή και μόνο η διαδρομή 1 είναι σε λειτουργία. Ενώ η στατική εξισορρόπηση είναι σχεδιασμένη για τη λιγότερο ευνοϊκή διαδρομή ροής (δηλαδή το απομακρυσμένο κύκλωμα 6), η διαδρομή ροής 1 η οποία είναι στην πραγματικότητα η πιο ευνοϊκή σε αυτήν την κατάσταση λειτουργίας, αποδεικνύεται ότι είναι η λιγότερο ευνοϊκή διαδρομή ροής κατά την τρέχουσα υδραυλική κατάσταση. Η στατική βάνα εξισορρόπησης δημιουργεί μεγάλη απώλεια πιέσεως στην περίπτωση αυτή, ακόμη και αν δεν κρίνεται απαραίτητο. Αν και μια αισθητή υποπαροχή δε συμβαίνει πάντοτε, θα πρέπει ωστόσο να είναι σαφές ότι η στατική εξισορρόπηση στα σημερινά δίκτυα με μεταβλητή ογκομετρική παροχή δεν είναι σκόπιμη, ακόμη και από ενεργειακή σκοπιά. Η δυναμική ρύθμιση της βάνας εξισορρόπησης είναι απαραίτητη, προκειμένου να εξισορροπηθεί σωστά ένα δυναμικό δίκτυο με μεταβλητή ογκομετρική παροχή. Έτσι, οι βάνες Combi παρέχουν τη λύση προς την κατεύθυνση αυτή.

cid:image017.png@01D1381A.3FA07300

Σχήμα 2

Οι βάνες Combi αποτελούνται από δύο μέρη. Το πρώτο είναι η συνήθης βάνα ελέγχου και το άλλο είναι ο ελεγκτής διαφορικής πίεσης, ο οποίος συνδέεται σε σειρά και διατηρεί την πίεση σταθερή διαμέσου της βάνας ελέγχου.

cid:image018.jpg@01D1381A.3FA07300cid:image019.jpg@01D1381A.3FA07300

Σχήμα 3

Η βάνα ελέγχου ενεργοποιείται σύμφωνα με την απαίτηση του δικτύου (π.χ. από σήμα ελέγχου θερμοκρασίας) και αλλάζει τη διαδρομή του εμβόλου, με τη βοήθεια ενός κινητήρα. Ταυτόχρονα, ο ελεγκτής διατηρεί μια σταθερή διαφορική πίεση σε μια αντίστοιχη βάνα ελέγχου. Λόγω αυτού του συνδυασμού, η βάνα ελέγχου παραμένει ανεξάρτητη από την πίεση όσο διατηρείται μια συγκεκριμένη ελάχιστη διαφορική πίεση.

cid:image020.png@01D1381A.3FA07300

Το χαρακτηριστικό της σταθερής ογκομετρικής παροχής επηρεάζει επίσης τα προβλήματα και τις απαιτήσεις των σημερινών υδραυλικών δικτύων που αναφέρθηκαν παραπάνω. Λόγω της δυναμικής συμπεριφοράς τους, οι βάνες combi μπορούν να αντισταθμίσουν μικρές αποκλίσεις μεταξύ του σχεδιασμού και της συναρμολόγησης στην ίδια την εγκατάσταση. Είναι επίσης δυνατό, να αναβαθμιστεί ένα υδραυλικό δίκτυο σχετικά εύκολα χρησιμοποιώντας combi βάνες, δεδομένου ότι οι βάνες αντισταθμίζουν και τα νέα υδραυλικά τμήματα.

Παρά το δραστικά μειωμένο ποσό του σχεδιασμού και της εγκατάστασης, παραμένει απαραίτητος ο σχεδιασμός ενός σωστού δικτύου. Η επιθυμία για ενεργειακά αποδοτικά υδραυλικά δίκτυα, απαιτεί καλά μελετημένο σχεδιασμό. Αν και οι ανεξάρτητες από την πίεση βάνες μπορούν να αντισταθμίσουν πολλές αποκλίσεις και λάθη, δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούνται  καταχρηστικά για να αναπληρωθεί ο ανεπαρκής προγραμματισμός, δεδομένου ότι ένα δυναμικό και οικονομικό δίκτυο με λίγες απώλειες πίεσης είναι επίσης άρρηκτα συνδεδεμένο με μία καλά μελετημένη τοπολογία.

cid:image021.png@01D1381A.3FA07300

Σχήμα 4

Στα σημερινά υδραυλικά δίκτυα, η ογκομετρική παροχή ποικίλει ανάλογα με την πραγματική ζήτηση. Σε δυναμικά δίκτυα αυτού του τύπου επιτυγχάνεται επί του παρόντος εξισορρόπηση κατά κύριο λόγο με τη χρήση στατικών στοιχείων ελέγχου και υπολογίζεται στο σχετικό στάδιο σχεδιασμού. Λόγω του γεγονότος ότι τα υδραυλικά δίκτυα στα κτήρια λειτουργούν κυρίως στην περιοχή μερικού φορτίου, η συνθήκη αυτή είναι σκόπιμη μόνο σε περιορισμένο βαθμό. Σε ιδανική περίπτωση, τα υδραυλικά δίκτυα θα πρέπει να είναι βέλτιστα ισορροπημένα σε οποιαδήποτε κατάσταση λειτουργίας και να έχουν ένα υψηλό βαθμό ευελιξίας.

Οι βάνες Combi μπορούν να αποτελέσουν λύση. Απλοποιούν το σχεδιασμό, αντισταθμίζουν τυχόν αποκλίσεις που παρουσιάζονται κατά τη φάση κατασκευής, επιτυγχάνουν συνεχή εξισορρόπηση του δικτύου και κατέχουν σημαντικό ρόλο στη διαφάνεια των υδραυλικών δικτύων. Την ίδια στιγμή, αν το δούμε συνολικά η υπόθεση ότι αυτό το είδος βάνας δημιουργεί μεγαλύτερες απώλειες πίεσης σε ένα δυναμικό δίκτυο είναι εσφαλμένη.

Φυσικά, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η δυνατότητα για βελτίωση της άνεσης και της θερμικής ενεργειακής απόδοσης.Τώρα, μπορούμε να βγάλουμε συμπέρασμα για το ποιο πραγματικά δίκτυο αποτελεί δίκτυο εξισορρόπησης στην πράξη, ακόμη και αν αυτό προβλέπεται στο στάδιο του σχεδιασμού.