A munkapont, szivattyú jelleggörbék és arányossági törvények
Fűtési, hűtési keringető rendszerekben az üzemi munkapont – amely mutatja, hogy mekkora a rendszer térfogatárama és ennek biztosításához mekkora nyomáskülönbséget kell létrehoznia a szivattyúnak – a csővezetéki jelleggörbe és a szivattyú jelleggörbe metszéspontjában alakul ki. A csővezetéki jelleggörbe zárt keringető rendszerek esetében egy origóból induló parabola, melynek meredeksége az egyes rendszerelemek áramlási ellenállásától függ, illetve ezek változása (pl. szelepmozgások) befolyásolja a jelleggörbe meredekségét. A szivattyú jelleggörbéjét állandó fordulatszámon értelmezhetjük. Ez a jelleggörbe mutatja meg, hogy adott szivattyú, adott fordulatszámon, milyen hidraulikai paramétereket képes biztosítani. Szivattyúk esetében jellemzően Q-H jelleggörbéről beszélünk, kiegészítve azt Q-η; Q-P, Q-NPSH görbékkel. (Q a térfogatáramot, H az emelőmagasságot, η a szivattyú hatásfokát, P a tengelyteljesítményét jelenti, az NPSH pedig a Net Positive Suction Head angol kifejezés rövidítése. Az NPSH a szivattyú adott üzemállapotában az a nyomás-tartalék vízoszlop méterben, amennyivel a szivattyú szívócsonkjánál a nyomásmagasság és a sebességmagasság összege nagyobb a telített vízgőz nyomásmagasságánál.)
A szivattyú fordulatszámának változtatásával, a jelleggörbe az eredetivel párhuzamosan tolódik el az origó irányába vagy attól távolodva. A keringető szivattyúk fordulatszám szabályozására régóta fennáll az igény. Nedvestengelyű keringető szivattyúk esetén ezt régebben jellemzően kézzel átkapcsolható három fokozattal oldották meg (ezek a szivattyúk különböző tekercsekkel a belsejükben készültek). Az elektronikai technológiák fejlődésével megjelentek a frekvenciaváltók, amelyekkel az aszinkron motorok hajtására szolgáló villamos áram frekvenciáját és ezáltal a motorok fordulatszámát lehet változtatni. Emellett elterjedtek az elektromos kommutációs elven hajtott és szabályozható, állandó mágneses forgórészű villanymotorok is. Ezek a hajtásmódok már folytonosnak tekinthető fordulatszám szabályozást biztosítanak a szivattyúk számára. A szinte folytonosan eltolható jelleggörbe-seregből adódik, hogy fordulatszámszabályozott szivattyúk esetében egy állandó fordulaton értelmezett jelleggörbe helyett már komplett, tágabb jellegmezőről beszélhetünk.
A rendszerben a fogyasztók igényeinek változásával változhat a csővezetéki jelleggörbe meredeksége, illetve igény jelentkezhet a rendszerben áramló közeg térfogatáramának változtatására. Ennek az igénynek a hatékony és komfortos kielégítésére kedvező megoldás a fordulatszám szabályozás. A szivattyú fordulatszáma a térfogatáram-igény változásával egyenesen arányosan változtatható. A csővezetéki áramlási ellenállások alakulásának parabolikus jellegéből adódóan azonban a szivattyú által felvett villamos teljesítmény változása közelítőleg a fordulatszám változás harmadik hatványával arányos. Eszerint például, ha elegendő fele akkora térfogatáram és a szivattyú fordulatszámát felére csökkenthetjük, akkor a szivattyú villamos teljesítményfelvétele a nyolcadára csökken (1.ábra). (A térfogatáramok, az emelőmagasságok és a teljesítményigények hányadosa és a fordulatszámok hányadosa közti kapcsolatot fejezik ki az ú.n. arányossági, vagy affinitási törvények.)
A fordulatszám szabályozása szemmel láthatóan is hatalmas energiamegtakarítási potenciált jelent, figyelembe véve azt, hogy a tapasztalatok és felmérések alapján a legtöbb szivattyú az üzemideje túlnyomó részében részterhelésen jár. Ennek a rendkívül energiahatékony technológiának a gyorsabb elterjedésének támogatására napjainkban az Európai Unióban érvényben lévő ErP direktíva előírja, hogy nedvestengelyű kategóriában fűtésre, hűtésre csak nagyhatásfokú, fordulatszámszabályozott szivattyúk alkalmazhatók.
Az előzőek alapján látható, hogy adott a technológiai lehetőség a szivattyúk fogyasztói igényekhez igazodó fordulatszám változtatására, és hatalmas az ebben rejlő energiamegtakarítási potenciál. Ahhoz, hogy maximalizálni tudjuk az energiamegtakarítást, és emellett fenntartsuk a fogyasztó számára a lehető legnagyobb komfortot, mindig meg kell választani az adott alkalmazáshoz legjobban illeszkedő, legoptimálisabb szabályozási módot és célértéket.
Nyomáskülönbség szabályozások
Keringtető szivattyúk esetén a leggyakrabban alkalmazott szabályozási módok a nyomáskülönbség szabályozások. Ezeknél a beállított nyomáskülönbség érték alapján történik a szabályozás. A szivattyú kalkulálja vagy méri a szívó és a nyomócsonkja közötti nyomáskülönbséget és úgy változtatja a szivattyú fordulatszámát, hogy a nyomáskülönbséget igazítsa a kívánt célértékhez. Állandó nyomáskülönbségű szabályozásnál (dp-c) úgy változik a szivattyú fordulatszáma, hogy a rendszer áramlási ellenállásának változásai (pl. szelepmozgások hatására) mellett mindig álandó értéken tartsa a nyomáskülönbséget. Változó nyomáskülönbségű szabályozásnál (dp-v) ki lehet használni azt a lehetőséget is, hogy kisebb térfogatáram-igény esetén, a kisebb ellenállásnak köszönhetően csökkenthető a szivattyú emelőmagassága is. Ezzel további jelentős energiamegtakarítás érhető el, azonban a megfelelő komfort fenntartása érdekében ennek az üzemmódnak előfeltétele a jól beszabályozott rendszer. Az állandó- és változó nyomáskülönbségű szabályozási módok között átmenetet jelenthet, illetve segítheti a szabályozás optimálisabb illesztését az adott rendszerhez, hogy a korszerű szivattyúknál állítható lehet a dp-v szabályozás „meredeksége”, valamint külső nyomáskülönbség távadó beépítésével megvalósítható a szabályozás akár a rendszer hidraulikailag kedvezőtlenebb, úgynevezett mértékadó körére számítva is. (2.ábra)
Újszerű szabályozási módok, és a rendszerintegráció
Újszerű szabályozási módok között említhetőek a közvetlen térfogatáram szabályozások (pl. állandó térfogatáramú szabályozás vagy térfogatáram-korlátok közötti üzem egyéb szabályozási módokkal) vagy akár a közvetlen hőmérséklet, esetleg hőmérséklet-különbség szabályozások. Ezeket az üzemmódokat korábban csak bonyolult, összetett szabályozó rendszerek kialakításával lehetett megvalósítani, a mai korszerű szivattyúknál azonban törekednek ezek minél magasabb szintű integrációjába a szivattyú komplex elektronikai moduljában. Ennek köszönhetően a gyakorlatban, egyszerűbb alkalmazások esetén is elérhetővé váltak a speciálisabb, esetlegesen a rendszer igényeihez optimálisabban illeszkedő szabályozási lehetőségek. Ez az integráció úgy valósítható meg, hogy a szivattyú önmagában alkalmas nyomáskülönbég mellett térfogatáram mérésére vagy pontos számítására, a hőmérséklet szabályozásokhoz pedig beépített érzékelővel rendelkezik és/vagy alkalmas lehetőleg akár 2 db hőmérséklet érzékelő jelének közvetlen fogadására. A hőmérséklet szabályozás számos új lehetőséget nyit meg, mint például a közvetlen helyiséghőmérséklet vagy tartályhőmérséklet szabályozás, illetve hőmérséklet-különbség szabályozások pl. tároló fűtésnél, hőcserélő primer és szekunder oldalán, valamint ezek mellett számos egyéb megoldás is elképzelhető.
A szivattyúk magas hatásfokának elérésén és az önmagában megvalósított fejlett szabályozási módok alkalmazásán túl, további még jelentősebb lépés a szivattyúk egymás közötti és a többi rendszerelemmel történő együttműködésének minél hatékonyabb megoldása. Az ezáltal biztosítható nagyobb rendszerhatékonyság jelentős energiamegtakarítási lehetőségeket rejt, illetve a rendszerben kialakított mérések segíthetnek fenntartani a felhasználó számára maximális komfortszintet.
Az egyes elemek rendszerbe integrálását a fejlett szivattyúk közvetlenül is nagyban elősegítik, a közel teljes rendszerintegráció, az üzemeltetők számára minél bővebb információszolgáltatás és a fejlett energiamonitoring leghatékonyabban azonban komplex épületfelügyeleti rendszerek kiépítésével valósíthatók meg. A korszerű, fejlett épületfelügyeletei rendszerek biztosítják a nagymennyiségű információ hatékony kezelését, statisztikák készítését, üzembiztonság szempontjából lényeges figyelmeztetéseket, jelzéseket és ezek mellett távoli elérési, beavatkozási lehetőségeket is kínálnak az üzemeltető számára. Ezek miatt rendkívül fontos, hogy a korszerű szivattyúk is rendelkezzenek a megfelelő kommunikációs interfészekkel, amelyekkel az integrált felügyeleti rendszerekbe illeszthetők. Ilyen kapcsolatokon keresztül információkat nyerhetünk a szivattyúk üzemviteléről, valamint a szivattyúk vezérlése igazítható a többi rendszerelem paramétereihez és a fogyasztói igényekhez, ezzel is segítve a nagyobb rendszerhatékonyság elérését.
Bányik Tamás
