1

Kriteriji primjene "automatskog" ili klasičnog

hidrauličkog balansiranja, te načina regulacije učina

krajnjih potrošača

Boris Popović dipl.ing.stroj. Zagreb, veljača 2010. godine SEUGP 771

2

Sažetak:

U proteklih dvije do tri godine vode se česte rasprave o temi koji način hidrauličkog

balansiranja primjenjivati posebno kad se to odnosi na distribuirane sustave malih krajnjih

potrošača. Pri tome se misli na dvije moguće varijente: "automatsko" balansiranje primjenom

kombiniranih ventila (graničnik protoka i regulacijski ventil u jednom), ili pak "klasičnim"

načinom – primjenom elemenata za statičko ili dinamičko balansiranje (uglavnom po

grupama potrošača na ograncima ili vertikalama) i regulacijskim ventilima na samim krajnjim

potrošačima. Ova diskusija je izuzetno bitna za struku iz jednog razloga: odluka za ili protiv

primjene jednog od ova dva rješenja često nije voñena samo tehničkom argumentacijom, već

su projektna rješenja pod snažnim utjecajem argumenata koji više odgovaraju proizvoñačko –

trgovačkim lobijima, pa čak nekada i izvoditeljima radova kroz argument izbjegavanja

"kompliciranog i skupog" postupka balansiranja instalacija. U tom smislu pretenciozno je

apriori tvrditi kako jedan način hidrauličkog balansiranja više ne vrijedi i treba prijeći na

drugi, već za svaki sustav treba promisliti o optimalnom rješenju uzimajući u obzir sve bitne

kriterije odluke.

1. Zašto hidrauličko balansiranje krajnjih potrošača?

- balansiranje radi regulabilnosti.

- postizanje projektiranih parametara

- ušteda energije

- dijagnostika sustava

Sustavi automatske regulacije i centralnog nadzora teoretski bi trebali osigurati postavljene

ciljeve. U praksi, čak uz najkompleksnije sustave regulacije nije moguće ostvariti tražene

mikroklimatske uvjete, a troškovi pogona su veći od predviñenih. U većini slučajeva uzroke

problema, pa dakle i njihova rješenja treba tražiti u poremećenoj hidraulici sustava.

U svrhu ostvarenja projektiranih uvjeta u prostorima uz minimalni utrošak energije, sustav

treba biti potpuno regulabilan. Uz to mora biti omogućeno otkrivanje i otklanjanje operativnih

problema. Za to trebaju biti ispunjena tri osnovna uvjeta:

1. projektni protok mora biti dostupan na svim krajnjim potrošačima pri punom

opterećenju.

2. autoritet regulacijskih ventila krajnjih potrošača ne smije biti ugrožen kroz promjene

diferencijalnog tlaka.

3. protoci moraju biti uravnoteženi u doticaju hidrauličkih krugova kroz koje se prenosi

topliska ili rashladna energija.

Najbolji način ispunjenja ovih uvjeta jest primjena odgovarajućeg koncepta hidrauličkog

balansiranja i regulacije sustava!

3

Pri tome se često susrećemo sa slijedećom zabludom: kod sustava s promjenljivim protocima

i prolaznim regulacijskim ventilima (jednostavan primjer – instalacija radijatorskog grijanja s

termostatskim ventiima), nije potrebno hidrauličko balansiranje jer kad se u prostorima sa

suviškom protoka postignu temperaturni uvjeti regulacijski ventili će zatvoriti i tako "sami

izvršiti balansiranje sustava". Krivo - regulacijski ventili često ne ostvaruju regulaciju protoka

i jer su dovedeni i predugo ostaju u potpuno otvorenom položaju:

- puštanje u pogon nakon prekida pogona

- zbog naglih promjena opterećenja

- uslijed neadekvatnih postavnih vrijednosti

Kod debalansa, puštanje u pogon traje duže zbog potrošača s manjkom protoka! Naime,

suvišci protoka ne rezultiraju znatno većom toplinskom / rashladnom snagom potrošača, pa

regulacijski ventili u takvim prostorima ostaju duže otvoreni nego što bi smo to mogli

pretpostaviti, a kritični prostori predugo ostaju pothlañeni. Kod balansiranih sustava

projektirani protoci ostvaruju se istovremeno na svim potrošačima.

Uz to, elementi za hidrauličko balansiranje važan su dijagnostički alat - kroz sustavno

balansiranje otkrit će se i otkloniti tipične greške u radu instalacija:

- začepljeni hvatači nečistoća, blokirani protoci

- polazni vodovi spojeni “u križ” na povrate

- oštećenja cijevnog razvoda i opreme

- krivo okrenuti nepovratni ventili, pumpe, regulacijski ventili

- prisutnost zraka u sustavu

- problemi u radu ekspanzijskih sustava

Gledajući čisto sa tehničkog stanovišta o hidrauličkom balansiranju može se reći:

"Predpodešavanje je dobro (prednamještanje ventila ili graničnici protoka), kontrolna

4

mjerenja su još bolja (prednamještanje + mjerenje), ali cjelovito balansiranje je najbolje

(prednamještanje + balansiranje uz dijagnostiku problema u radu)"!

2. Regulacija toplinskog učina malih krajnjih potrošača

Uz svojevrsnu predregulaciju toplinskog učina krajnjih potrošača koju možemo ostvariti

klizanjem polazne temperature ovisno o vanjskoj temperaturi, toplinski učin krajnjih

potrošača zbog potrebe prilagodbe lokalnim uvjetima prostora biti će ostvaren kroz djelovanje

regulacijskih ventila s pogonima montiranim neposredno uz ili na samom potrošaču.

Kakvu vrstu regulacije odabrati?

Uglavnom za uobičajene primjene u KGH sustavima ostavljene su nam na izbor četiri

osnovne mogućnosti:

� On/off regulacija

- regulacijski signal = 1 od 2 različite diskretne vrijednosti – “uključeno” ili

“isključeno”.

- primjenjljivo ukoliko zadovoljava manja točnost regulacije.

- primjenjljivo za regulaciju sustava sa sporim odzivom.

� Tropoložajna regulacija

5

- regulacijski signal = 3 različite diskretne vrijednosti – otvaranje ili zatvaranje

ventila, i mirovanje u trenutnom položaju.

- tipična primjena regulacija temperatutre PTV.

- ukoliko sustav nema brzi odziv regulacija će raditi prema "on/off" principu.

� Pulsno modulirana regulacija (PWM)

- poboljšava točnost “on/off” ili tro-položajne regulacije

- regulacijski signal traje ovisno o razlici izmeñu postavne i stvarno mjerene

veličine.

- često se koristi u “on/off” regulacii, ali zbog faktora kašnjenja i odzivnog vremena

primjena je često ograničena.

� Proporcionalna regulacija

- regulacijski signal je kontinuiran.

- za preciznije uvjete regulacije gdje se zahtjeva kontinuirana promjena regulirane

vrijednosti.

- proporcionalna regulacije je prilično širok pojam koji uključuje jednostavne

regulatore (termostatske glave), ali i kompleksnije načine regulacije (PID).

Pri odluci koju vrstu regulacije odabrati pomoći će procjena faktora složenosti regulacije "D":

Ili pojednostavljeno ukoliko je:

6

1,0[s] odziva vrijemer

[s] zatezanja vrijeme d <

=

=

τ

τ

"on/off" regulacija može se smatrati dovoljno dobrim rješenjem.

Izbor adekvatnog tipa regulacije ovisi o zahtjevanoj točnosti i vremenu odziva. Za primjene u

gornjem desnom području preporuča se primjena proporcionalne regulacije, a u donjem

lijevom području primjena “on/off” regulacije:

Efikasnost proporcionalne regulacije ovisi o regulabilnosti (mogućnosti regulacije)

hidrauličkog kruga. Karakteristika kruga je važan faktor u procjeni valjanosti projektnog

rješenja, a time i regulabilnosti. Karakteristika regulacijskog kruga očituje se u odnosu

regulacijskog signala (u) prema toplinskoj snazi (P) krajnjeg izvora topline. Karakteristika

kruga kompozicija je:

- karakteristike pogona

- osnovne karakteristike ventila

- utjecaja autoriteta ventila

- karakteristike izvora topline

Zašto linearna karakteristika kruga? Idealna regulacija treba biti stabilna, brza i točna.

Meñutim, što je gradijent krivulje strmijiveći je rizik otežane i nestabilne regulacije. U tom

slučaju moramo "usporiti" regulaciju. Ali, ako to učinimo, regulacija postajeneprecizna što

uzrokuje niži komfor i efikasnost sustava:

7

Kako bi se ostvarila dobra regulacija, karakteristika kruga treba biti što više linearna, a to je

moguće ostvariti uz:

- izbor odgovarajućeg linearnog pogona,

- odgovarajuću karakteristiku regulacijskog ventila u odnosu na potrošač

- projekno rješenje i koncepciju hidaruličkog balansiranja koja umanjuje negativne

utjecaje na autoritet ventila.

8

3. Koncepcije hidrauličkog balansiranja ovisno o vrsti regulacije

U nastavku su prikazana tri osnovna konceptualna rješenja hidrauličkog balansa i regulacije

topliskog učina za sustave distribuiranih malih krajnjih potrošača:

Na slici lijevo hidraulički balans riješen je postavljanjem statičkih ventila za hidrauličko

balansiranje na ogranke prema grupama potrošača. Sami potrošači opremljeni su prolaznim

regulacijskim ventilima s "on/off" pogonima i prigušnicama za "fino" balansiranje svakog

potrošača unutar ogranka. Alternativno svaki potrošač (ukoliko se primjerice radi o

ventilokonvektorima) može biti opremljen i s prolaznim regulacijskim ventilom s prigrañenim

mjernim priključcima što tek neznatno poskupljuje investiciju a donosi mgućnost kontrole i

točnog podešavanja protoka na svakom potrošaču. Isto tako, kod sustava s neprihvatljivim

promjenama diferencijalnog tlaka, umjesto statičkih balansirajućih ventila na ograncima se

mogu postaviti diferencijalni regulatori tlaka.

Slika u sredini prikazuje najčešće i preporučeno rješenje za proporcionalnu ili "on/off"

regulaciju primjenom tzv. modula nezavisnih o promjenama diferencijalnog tlaka. Osigurani

su autoriteti regulacijskih ventila i umanjen rizik pojave buke kroz ugradnju dp regulatora,

pojednostavljen postupak balansiranja i omogućena potpuna provjera parametara i

dijagnostika rada kroz ugradnju mjernih ventila u paru s dp regulatorima.

9

Slika skroz desno prikazuje rješenje kroz primjenu kombiniranih graničnika protoka i

regulacijskog ventila s pogonom sve u jednom ventilu koji se ugrañuju na svaki krajnji

potrošač. Stabilizacija diferencijalnog tlaka (a time i ograničenje maksimalnog projektiranog

protoka) izvodi se na svakom pojedinom potrošaču. Kombinirani ventil – graničnik

(regulator) protoka i prolazni regulacijski ventil toplinskog učina (bez montiranog pogona):

Investicijska ulaganja obzirom na odabrano rješenje rastu slijeva na desno, a izbor rješenja

ovisi o željenom načinu hidrauličkog balansiranja, traženom načinu regulacije toplinskog

kapaciteta i potrebi dp regulacije.

Bez obzira na primjenjeno rješenje, mogućnost mjerenja parametara je nužni zahtjev kako bi

se osigurala ili verificirala puna regulabilnost i funkcija sustava. Dakle, potrebno je biti u

stanju:

- verificirati jesu li protoci ostvareni na svakom krajnjem potrošaču.

- osiguati potpuno izvješće o balansiranju.

- izvesti dijagnostiku i pronaći eventualne nedostatke u radu instalacije.

Na ove uvjete i još neke specifičnosti potrebno je obratiti posebnu pozornost pri izboru

opreme u slučaju izbora rješenja "automatskog" balansiranja s graničnicima (neki ih zovu i

regulatorima) protoka. Primjerice graničnici (regulatori) protoka po definiciji ograničavaju

protok i na kombiniranim ventilima pojedinih proizvoñača ne dopuštaju ispiranje sustava

protocima većim od projektiranih vrijednosti, pa je potrebno odabrati takve na kojima se u

fazi ispiranja instalacije pri puštanju u pogon ta funkcija ograničenja protoka može isključiti!

10

Takoñer, na pojedinim ventilima nije moguće izvesti mjerenje protoka već samo ostvarene

razlike tlaka koja onda indicira (ali ne i nužno dokazuje) ostvarenje projektiranih protoka.

Nadalje, za postupak dijagnostike uzroka smetnji u radu (neostvarivanja traženih protoka)

izuetno je značajna mogućnost mjerenja napora pumpe. U slučaju nedostatka protoka ovaj

podatak izuzetno je bitan u dijagnosticiranju mogućih uzroka smetnji u radu instalacije.