Jelen cikk egy több részből álló cikksorozat 1. része, amelyben a szerző kitér a hidraulikai beszabályozás szükségességére, és ismerteti az ezzel kapcsolatos rendeletet és szabványokat. A gyakorlat számára rendkívül hasznosak azok a diagramok, amelyeken különböző esetekre vonatkozóan mutatja be, hogy hogyan változik a hőleadók hőteljesítménye az átáramló fűtővíz-térfogatáram függvényében.
Miért van szükség hidraulikai beszabályozásra?
A hidraulikai beszabályozás gyakorlatilag azóta ismert fogalom, amióta a veszteséges áramlásra érvényes Bernoulli egyenlet napvilágot látott. Noha akkoriban csak a veszteséges áramlással járó tulajdonságok szempontjából volt érdekes. Szakirodalmi kutatásaim alapján megállapítottam, hogy először Julius Ludwig Weisbach német mérnököt foglalkoztatta az a gondolat, hogy az akkori, különböző típusú szelepek egyes szelepállásai mellett hogyan alakulnak a ζ alaki ellenállás tényező értékei. Ezzel kapcsolatos eredményeit 1875-ben publikálta. Mint ismeretes, a megfelelően beszabályozott rendszer ismérvei:
- a tervezett térfogatáram a szivattyú lehető legkisebb villamos-energia felhasználása mellett jut el minden egyes fogyasztóhoz
- az egyes alrendszerek térfogatáramai illeszkednek egymáshoz,
- a szabályozó/beszabályozó szerelvényeken a nyomáskülönbség üzem közben csak kis mértékben változik.
Ezen tények alapján máris leszögezhetjük, hogy mindaddig szükség van- és lesz hidraulikai beszabályozásra, ameddig a rendszereinkben valamilyen folyadék, gáz, vagy gőz, vagyis összefoglaló néven közeg áramlik.
A nyomáskivezető furatokkal ellátott szelepek nagyjából a 60’-as években kerültek a piacra, ezzel megszületett a mérés elvén történő fűtő- és hűtővíz térfogatáramának hidraulikai beszabályozása. Érdemes megjegyezni, hogy hazánkban a CSŐSZER által kifejlesztett ún. TR egycsöves fűtés elemeként ismert mérő-szabályozó egységgel végezték az egyes körök méréses beszabályozását. Napjainkra ez a megoldás korszerűbb lett, ugyanis számos szelepgyártó cég szelepei mérőcsonkokkal vannak ellátva, ezáltal mérőműszerrel a nyomáskülönbség-mérés elvén határozható meg az egy szelepen átáramló térfogatáram.
A 40/2012. (VIII.13.) BM rendelet
A hidraulikai beszabályozás fontosságát felismerve, hazánkban a beszabályozás elvégzésének kötelezővé tételét rendeletbe foglalták (40/2012. (VIII. 13.) BM rendelet az épületek energetikai jellemzőinek meghatározásáról szóló 7/2006. (V. 24.) TNM rendelet módosításáról).
A következőkben a beszabályozás szempontjából fontos két részletet idézünk a rendeletből.
„4.2. Beszabályozás, próbaüzem, átadás
A fűtési rendszereket a beszabályozási terv alapján kötelező beszabályozni és a beszabályozást dokumentálni:
a) statikus beszabályozó szelep alkalmazása esetén a tervezett térfogatáramok méréses beszabályozása és a szivattyú munkapontjának a beállítása kötelező. A mérés után szúrópróbával a szelepek min. 10%-át kötelező ellenőrizni,
b) dinamikus beszabályozó szelep alkalmazása esetén a tervezett térfogatáramok szúrópróbaszerű ellenőrzése és a szivattyú munkapontjának a beállítása kötelező. A szúrópróbával a szelepek min. 10%-át kötelező ellenőrizni.
A beszabályozás után tartós próbaüzemet kell tartani, mely során a fűtési rendszerek megkövetelt működését, az üzemelési paraméterek teljesülését ellenőrizni és dokumentálni kell.”
„7. A hűtési rendszerre vonatkozó előírások
Szabad hűtést kell alkalmazni minden olyan esetben, amikor a külső hőmérséklet ezt lehetővé teszi. Amennyiben műszakilag lehetséges, magas hőmérsékletű hűtés alkalmazása javasolt. A hűtési rendszereket a beszabályozási terv alapján kötelező beszabályozni és a beszabályozást dokumentálni. A mérés után szúrópróbával a szelepek min. 10%-át ellenőrizni kell. Tartós próbaüzemet kell tartani, mely során a rendszerek megkövetelt működését, az üzemelési paraméterek teljesülését ellenőrizni és dokumentálni kell.”
A rendelet alapján a statikus szelepeket a beszabályozási terv alapján kötelező mérőműszerrel beszabályozni, majd a munka végeztével, ezeknek a szelepeknek a 10%-át szúrópróbával ellenőrizni.
Dinamikus szelepek esetében már „engedmény” van. A rendelet alapján az adott rendszerben (zónában) lévő szelepek 10%-ánál kell csupán megmérni a térfogatáramot. A rendelet e része a hidraulikai beszabályozással foglalkozó szakembereket mind szakmailag, mind üzletpolitikailag nehéz helyzetbe hozza, legalábbis jómagam részéről ezt állíthatom. Ugyanis egy rendszerről akkor tudunk egy diagnózist felállítani, ha minden egyes mérőhelyen elvégzésre került a mérés (és még néha ez sem elegendő). Például egy 100 db fan-coilból álló rendszer esetében, ahol minden egyes fogyasztónál dinamikus szelep van, vajon elegendő-e csak a 10%-nál, azaz esetünkben 10 db helyen elvégezni a mérést, a többi 90-nél nem?
Feltételezhetően azt a gondolatot helyezték előtérbe a rendelet megalkotásánál, hogy a dinamikus szelep „végzi a dolgát”, azonban ez csak akkor lehet igaz, ha a kivitelezésben minden rendben van. Azonban többnyire sok minden nincs rendben, részben ezért is van szükség hidraulikai beszabályozásra.
További gondolatom ezzel kapcsolatban, hogy milyen típusú dinamikus szelepről beszélünk? Mert például a nyomáskülönbség szabályozók (strang- szabályozók) is a dinamikus szelepek csoportjába tartoznak. Ugyan túlgondolva, de a rendeletben foglaltak alapján pl. egy 10 db strangból álló fűtési rendszer esetében (10 db statikus- dinamikus szeleppár) 1 db-nál kell mérni a térfogatáramot vagy mindegyiknél?
Feltételezhetően nyomáskülönbség-független szabályozó- és beszabályozó szelepre gondoltak a rendelet megalkotásakor (ezekről a típusú szelepekről a cikksorozat 2. részében olvashatnak majd). Úgy gondolom, hogy az ilyen típusú szelepek műszeres hidraulikai beszabályozását, illetve a beszabályozás fogalmát, picit újra kell gondolni. Alapvetően – gyártótól függően – kétféle típus létezik:
a) a szelepen a mérőcsonkok úgy vannak kialakítva, hogy azokkal a teljes szelepen létrejövő nyomáskülönbséget mérjük (beletartozik a nyomáskülönbség-szabályozó is, tehát ezeknél a pontoknál az eredő kv-érték változó),
b) a szelepen a mérőcsonkok úgy vannak kialakítva, hogy azokkal a teljes szelepen gyakorlatilag csak a statikus részeket mérjük (nem tartozik bele a nyomáskülönbség- szabályozó, így a mért pontoknál az eredő kv-érték állandó, tehát térfogatáram mérésre alkalmas).
Ezek a típusú szelepek jellemzően 3, különböző funkciót betöltő szelepekre bontható „szelep-blokkok”:
- nyomáskülönbség szabályozó (dinamikus szelep),
- motoros szabályozó szelep (statikus szelep),
- beszabályozó szelep (statikus szelep).
Az a) konstrukciójú szelepek esetében a gyártók megadnak egy ún. értéket, ami gyakorlatilag az a legkisebb szükséges nyomáskülönbség, amely az adott szelepálláshoz tartozó térfogatáram meglétéhez szükséges. Ilyen esetben a műszeres hidraulikai beszabályozást inkább úgy kell értelmeznünk, hogy a beszabályozó szelepeken létrejövő nyomáskülönbségeket ellenőrizzük úgy, hogy keressük azt a legkisebb szivattyú emelőmagasságot, amelynél minden szelepnél rendelkezésre áll a szükséges, minimális nyomáskülönbség. Alapvetően igaz ez a b) kialakításúakra is, azonban ott valóban térfogatáramot mérünk, határozunk meg.
Mivel a kivitelezésből adódó problémák (szelep ellentétes áramlási iránnyal került beépítésre, dugulás a hőfogyasztónál, stb.) ilyen szelepek alkalmazása esetén is fennállhatnak, a műszeres mérés teljes körűsége érdekében erősen ajánlatosnak vélem, egy rendszerben lévő összes ilyen szelepet mérőműszerrel megmérni, máskülönben az esetlegesen előforduló hibák csak a rendszer átadása után derülnek ki, ami minden szempontból kellemetlen lehet.
Érdekesség a rendelet idézett részében, hogy a hűtési rendszerek esetében nincs két különböző csoport, mindent be kell szabályozni, majd a 10%-át ellenőrizni.
Szabványok
Magyarországon érvényben lévő szabvány nincs, sem a beszabályozás munkamódszerére, sem a jegyzőkönyv formai követelményére, valamint a méréses beszabályozás során megengedhető térfogatáram eltérésére a tervezett értéktől sem. Ami viszont rendelkezésünkre áll az 2 db nem honosított szabvány, a BS 7350:1990 és a BS EN 14336:2004. A BS 7350:1990-ben jellemzően a mérőcsonkkal ellátott szelepek konstrukciójára vonatkozóan olvashatunk, valamint a mérésekkel kapcsolatos követelményekről (pl. átfolyási-tényező meghatározására szolgáló teszt-kör kialakítása). Ez a szabvány tehát jellemzően a gyártókat érinti. Annyit azért szeretnék kiemelni, hogy a szelepgyártók jellemzően a szelep névleges méretével megegyező dimenziójú szükséges, egyenes csővezetéki hosszként a szelep előtt 5D (szivattyú esetében 10D), még szelep után 2D hosszat írnak elő az elfogadható mérési pontosság érdekében, amelyet az 1. ábrán láthatunk (ekkor biztosított, hogy a szelepben nem alakul ki más szerelvény által keltett zavart áramlás). A BS 7350:1990 szerint a mérőcsonkkal ellátott szelepeket az alábbi kialakítás szerint kell vizsgálniuk a gyártóknak;
c) szelep beáramlási csonkja előtt minimum 13D,
d) szelep kiáramlási csonkja után minimum 6D távolság.
Tapasztalatom az, hogy sokszor 1D sem áll rendelkezésre, sem a szelep előtt, sem után (pedig a szűkítő közcsavar is számít!).
A BS EN 14336:2004 szabvány alkalmazása esetünkben már érdekesebb lehet. A szabványban rögzítve van a jegyzőkönyv formai követelménye, valamint az EN 442 szerinti hőleadók esetében az arányossági sáv, különböző méretezési hőmérséklet, és különböző fűtési hőfoklépcsők függvényében, táblázatos formában megtalálható a beszabályozáskor megengedhető térfogatárameltérés %-ban a tervezetthez képest. Jellemzően a ±10%-ot szoktuk alkalmazni (adatok és előírások hiányában). Nézzük meg, hogy különböző viszonyok mellett, hogyan alakul a hőleadás!
Az 2. ábrán láthatjuk két különböző hatványkitevőjű hőleadó fojtási jelleggörbéit, vagyis a hőteljesítmény változását a térfogatáram függvényében különböző fűtési hőfoklépcsők mellett. A hatványkitevő jellemzi az adott hőleadó hőleadásának jellegét. Értéke általában 1,0-nél nagyobb (fan-coil készülékek esetében, mivel a hőleadás részben kényszeráramlás útján jön létre a beépített ventillátornak köszönhetően, így ez esetben n- értéke 1,0-nál kisebb is lehet). Az 1. táblázatban láthatók a különböző hőleadók jellemző hatványkitevő értékei.
A megengedhető térfogatáram-eltérések bejelölésénél a BS EN 14336:2004 szabványban foglaltakat vettem alapul, amelyeket magyarországi viszonyokra különböző hőfoklépcsőkre vonatkozóan az 2. táblázatban tüntettem fel.
(a hőmérséklethármasok az előremenő-/visszatérő-/helyiséghőmérsékleteket jelentik)
A megengedhető térfogatáram-eltérések bejelölésénél a BS EN 14336:2004 szabványban foglaltakat vettem alapul, amelyeket magyarországi viszonyokra különböző hőfoklépcsőkre vonatkozóan az 2. táblázatban tüntettem fel.
Látható, hogy a szabvány „megengedi” az akár ±32,5 %-os eltérést hidraulikai beszabályozáskor. Ez az érték elsőre nem feltétlen „tetszetős”, azonban vizsgálva az 1. ábrán lévő hőleadók hőteljesítmény jelleggörbéit a térfogatáram változás függvényében, megállapítható, hogy a legszélsőségesebb esetben is mindössze +7,7 % ÷ -12,4% között változik az n = 1,5-es hatványkitevőjű hőleadó hőteljesítménye.
Ezek az értékek rávilágítanak arra a tényre, hogy a ±10% térfogatáram-eltérés alkalmazása nem minden esetben indokolt!
Kell-e hidraulikai beszabályozási terv?
Sajnos jogszabály nem rendelkezik a hidraulikai beszabályozási terv elkészítéséről, és annak részleteiről (ki, mikor, hogyan készítse el?). Személyes tapasztalatom, hogy megközelítőleg 10 munkából 1, esetleg 2 esetben áll rendelkezésre beszabályozási terv. Érdekesség viszont, hogy a Magyar Mérnöki Kamara Tervellenőrzési Szabályzatának 1.4.2 pontjában, – azaz a tervekre vonatkozó bírálati szempontok között – szerepel, mint bírálati szempont a beszabályozási terv meglétének kérdése. Ettől függetlenül úgy gondolom, hogy ha nem áll rendelkezésre beszabályozási terv, akkor az egész hidraulikai hálózat méretezése megkérdőjelezhető! A „Kell?”-re nem a jogszabálynak kellene választ adnia, hanem a műszaki szemléletű gondolkodásmódnak.
Összefoglalás
Jelen cikkben egy rövid, átfogó képet kívántam ismertetni, egyrészt a 40/2012. (VIII.13.) BM rendelet kapcsán, másrészt, hogy a térfogatáramok BS EN 14336:2004 szabvány szerint megengedhető eltérései esetén hogyan alakul a különböző típusú hőleadók hőleadása.
A cikksorozat második részében a hőleadók tervezett térfogatáramának helyes meghatározási módjáról, valamint a statikus- és dinamikus szelepek ismérveiről olvashatnak majd.
Gergely Dániel Zoltán
A Bánki Donát Közlekedésgépészeti Szakközépiskola és Szakiskola intézményben 2011-ben végzett épületgépész technikusként, majd ezt követően, ugyanebben az évben gáz- és tüzeléstechnikai műszerész végzettségre is szert tett. A Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki és Informatikai Karán épületgépész-mérnöki diplomáját 2016-ban szerezte. 2020-ban a Szent István Egyetem, Gépészmérnöki Karán épületgépész szakirányú okleveles létesítménymérnökként végzett. Jelenleg a LOMBOS Lombra Kft. beszabályozó mérnöke, ahol számos projekt fűtési- és hűtési rendszerének hidraulikai beszabályozását vezette és végezte, mint például az Új Puskás Ferenc Stadionét (Puskás Aréna), és a Moholy-Nagy Művészeti Egyetem 3. üteméét.
Irodalomjegyzék
[1] Bánki Donát – Gyakorlati Hydraulika és Hydrogépek, Fővárosi Nyomda, Vonalzó és Könyvkötő Részvénytársaság, Budapest, 1901
[2] Bánki Donát – Energia-átalakulások folyadékokban, „Franklin-Társulat Magyar Irod. Intézet és Könyvnyomda kiadása”, Budapest, 1920
[3] Vinkler Károly – Kézben tartott áramlás – PI Innovációs Kft., Budapest, 2012
[4] dr. Csoknyai István és Doholuczki Tibor – Több, mint hidraulika (2. kiadás), Herz Armatúra Hungária Kft., Budapest, 2017
[5] BS 7350:1990: (Specification for double regulating globe valves and flow measurement devices for heating and chilled water systems)
[6] BS EN 14336:2004 (Heating systems in buildings. Installation and commissioning of water based heating systems )
[7] 40/2012. (VIII. 13.) BM rendelet
[8] Magyar Mérnöki Kamara Tervellenőrzési Szabályzat 2016.
[9] Dr.Lipták András – Mérés, szabályozás és vezérlés az épületgépészetben – Hőellátás Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1983
[10] Gergely Dániel Zoltán – Diplomamunka: Beszabályozó szelepek mérési pontosságának analízise, SZIE, Gödöllő, 2020
