Λύσεις — Κεφάλαιο 8: Κυκλοφορητές (σελ. 132) – ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΕΝΤΡΙΚΩΝ ΘΕΡΜΑΝΣΕΩΝ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 8: Κυκλοφορητές (σελ. 132)

Λύσεις των 7 ερωτήσεων του κεφαλαίου 8 (οι 6-7 με συγκεκριμένες τιμές/επιλογή).

Ερώτηση 1 — Ρόλος του κυκλοφορητή

Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος του κυκλοφορητή στο δίκτυο Κεντρικής Θέρμανσης;

Απάντηση:

• Για να συντηρείται η κυκλοφορία στο δίκτυο (ή σε κάθε τμήμα του) με σταθερή ταχύτητα — αυτή που έχει υπολογιστεί — πρέπει να εξουδετερώνονται οι αντιστάσεις τριβής που εμφανίζονται κατά τη ροή στις σωληνώσεις και τα άλλα στοιχεία (σελ. 123). Αυτό γίνεται με πρόσδοση ενέργειας στο νερό, με τη διαφορά πίεσης μεταξύ αναρρόφησης και κατάθλιψης μιας αντλίας — που στην Κ.Θ. λέγεται κυκλοφορητής, επειδή έχουμε κυκλοφορία σε κλειστό κύκλωμα. Ο ρόλος του, λοιπόν, είναι η δημιουργία της απαιτούμενης διαφοράς πίεσης Δp στα άκρα του δικτύου (Α-Κ), ώστε να εξασφαλίζεται η απαιτούμενη για την εγκατάσταση παροχή του φορέα της θερμότητας — δηλαδή να «σπρώχνει» το ζεστό νερό από τον λέβητα στα σώματα και πίσω, υπερνικώντας τις τριβές (και όχι το ύψος, που σε κλειστό κύκλωμα δεν απαιτεί ενέργεια). Είναι ουσιαστικά μια ηλεκτροκίνητη φυγοκεντρική αντλία με ενσωματωμένο στο κέλυφος τον ηλεκτροκινητήρα, ανθεκτική σε ~120 °C, υδρολίπαντη, χωρίς ανάγκη συντήρησης· λειτουργεί αθόρυβα αν έχει επιλεγεί σωστά (μέγεθος, διάμετροι, στήριξη σωλήνων) και οι σύγχρονοι έχουν ρύθμιση στροφών/ηλεκτρονικό έλεγχο για οικονομία.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Να εξουδετερώνει τις αντιστάσεις τριβής του δικτύου δημιουργώντας την απαιτούμενη διαφορά πίεσης Δp στα άκρα του (Α-Κ, κατάθλιψη-αναρρόφηση), ώστε να εξασφαλίζεται η απαιτούμενη παροχή του φορέα με σταθερή ταχύτητα σε κλειστό κύκλωμα· είναι ηλεκτροκίνητη φυγοκεντρική αντλία, υδρολίπαντη, για ~120 °C, χωρίς συντήρηση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δp Α-Κ για την παροχή.

Ερώτηση 2 — Τεχνικά χαρακτηριστικά κυκλοφορητή και σχέση τους

Ερώτηση: Ποια είναι τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά ενός κυκλοφορητή και με ποια σχέση συνδέονται;

Απάντηση:

• Κάθε αντλία είναι εργομηχανή που μετατρέπει το μηχανικό έργο του κινητήρα σε δυναμική ενέργεια του υγρού (σελ. 126). Βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά: 1. Η ισχύς Pα (W) — η υδραυλική ενέργεια ανά μονάδα χρόνου, που χαρακτηρίζει τον κυκλοφορητή από πλευράς μεγέθους. 2. Ο βαθμός απόδοσης η — από πλευράς ποιότητας: αν Pκ η (μηχανική) ισχύς του κινητήρα, η = Pα/Pκ (< 1) (σχ. 8.3.1)· η μηχανική ισχύς συνδέεται με την ηλεκτρική (απορροφούμενη από το δίκτυο) με η = Pκ/Pηλ (< 1). 3. Η παροχή V (m³/h ή l/h) και 4. το «μανομετρικό ύψος» H (mm ή m ΣΝ) — τα λειτουργικά μεγέθη που μας ενδιαφέρουν στην επιλογή, γιατί ταυτίζονται με την απαιτούμενη παροχή και τη διαθέσιμη Δp της εγκατάστασης. Σχέση σύνδεσης (S.I.): Pα = V · H · ρ · g (σχ. 8.3.2), όπου ρ η πυκνότητα του υγρού και g η επιτάχυνση της βαρύτητας — δηλαδή, για δεδομένη ισχύ, το γινόμενο V·H είναι σταθερό: αν αυξηθεί το ένα, μειώνεται το άλλο (χαρακτηριστική καμπύλη V-H). Μεταβολή στροφών n₁ → n₂: V₁/V₂ = n₁/n₂, H₁/H₂ = (n₁/n₂)², P₁/P₂ = (n₁/n₂)³ (σχ. 8.3.3-8.3.5) — χρήσιμο στους κυκλοφορητές με ρύθμιση στροφών.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ισχύς Pα (W — μέγεθος), βαθμός απόδοσης η = Pα/Pκ < 1 (ποιότητα· η = Pκ/Pηλ), παροχή V (m³/h, l/h) και μανομετρικό ύψος H (m ΣΝ)· συνδέονται με Pα = V·H·ρ·g (V·H σταθερό για δεδομένη ισχύ)· με τις στροφές: V ∝ n, H ∝ n², P ∝ n³.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Pα, η, V, H· Pα = VHρg.

Ερώτηση 3 — Γιατί ο κυκλοφορητής στην προσαγωγή

Ερώτηση: Γιατί είναι προτιμότερο να συνδέεται ο κυκλοφορητής στην προσαγωγή του δικτύου;

Απάντηση:

• Η κατανομή των πιέσεων στο δίκτυο εξαρτάται από το σημείο σύνδεσης του κυκλοφορητή, σε σχέση με το ουδέτερο σημείο (θέση σύνδεσης του ασφαλιστικού συστήματος, με πίεση ηρεμίας = στατικό ύψος ανοιχτού δοχείου ή πίεση λειτουργίας κλειστού) (σελ. 124-126). Από την κατάθλιψη έως το ουδέτερο σημείο έχουμε υπερπιέσεις (+), από το ουδέτερο έως την αναρρόφηση υποπιέσεις (−). α) Με τον κυκλοφορητή στην προσαγωγή (αναχώρηση από τον λέβητα προς τα σώματα), όλο το δίκτυο των σωμάτων βρίσκεται σε υπερπίεση ως προς την ηρεμία. β) Με τον κυκλοφορητή στην επιστροφή, το δίκτυο βρίσκεται σε υποπίεση, που περικλείει δύο κινδύνους: 1. αν η πίεση στο πιο απομακρυσμένο (ψηλότερο) σώμα πέσει κάτω από την ατμοσφαιρική, θα έχουμε είσοδο αέρα στο δίκτυο από μη πλήρως αεροστεγείς συνδέσεις (διακόπτες κ.λπ.) → λειτουργικά προβλήματα (θύλακες αέρα, θόρυβοι, κρύα σώματα) και φθορά-διάβρωση των σωλήνων από το οξυγόνο· 2. χαμηλή πίεση στην αναρρόφηση του κυκλοφορητή (κάτω από όριο κατά τον τύπο) → η αύξηση της ταχύτητας πριν την πτερωτή μειώνει τη στατική πίεση (νόμος Bernoulli) → ενδεχόμενη ατμοποίηση του νερού (μικρότερη πίεση = μικρότερη θερμοκρασία βρασμού) → φυσαλίδες ατμού = σπηλαίωση, που στην περιοχή υψηλών πιέσεων της πτερωτής καταρρέουν βίαια και διαβρώνουν τα μέταλλα, με θόρυβο και μείωση απόδοσης. Γι' αυτό συνιστάται η σύνδεση στην προσαγωγή — αλλά όχι μεταξύ λέβητα και σωλήνα ασφαλείας (όταν κι αυτός είναι στην προσαγωγή), όπου απαγορεύεται και κάθε διακόπτης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί τότε το δίκτυο (σώματα) βρίσκεται σε υπερπίεση ως προς το ουδέτερο σημείο (ασφαλιστικό)· με τον κυκλοφορητή στην επιστροφή το δίκτυο είναι σε υποπίεση, με κινδύνους: είσοδο αέρα από τις συνδέσεις στο ψηλότερο σώμα (θόρυβοι, διάβρωση από O₂) και σπηλαίωση στην αναρρόφηση (χαμηλή πίεση → ατμοποίηση κατά Bernoulli → διάβρωση πτερωτής)· όχι όμως μεταξύ λέβητα και σωλήνα ασφαλείας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Υπερπίεση vs αέρας/σπηλαίωση.

Ερώτηση 4 — Χαρακτηριστική καμπύλη κυκλοφορητή

Ερώτηση: Τι είναι η χαρακτηριστική καμπύλη κυκλοφορητή;

Απάντηση:

• Σύμφωνα με τη σχέση Pα = V·H·ρ·g, για συγκεκριμένες στροφές λειτουργίας ενός κυκλοφορητή το γινόμενο V·H είναι σταθερό και εξαρτάται από την ισχύ του — αν αυξηθεί το ένα από τα δύο μεγέθη, μειώνεται το άλλο (σελ. 127). Η γραφική απεικόνιση της σχέσης αυτής είναι μια καμπύλη σε σύστημα συντεταγμένων V (παροχή, οριζόντιος άξονας) – H (μανομετρικό ύψος, κατακόρυφος), της οποίας κάθε σημείο (ζεύγος τιμών V, H) αντιπροσωπεύει μια κατάσταση λειτουργίας του κυκλοφορητή: μεγάλο μανομετρικό σε μικρή παροχή (κλειστό δίκτυο) και φθίνον μανομετρικό όσο αυξάνει η παροχή (εικ. 8.3.γ). Ονομάζεται χαρακτηριστική καμπύλη λειτουργίας του κυκλοφορητή, δίνεται από τον κατασκευαστή (συχνά μία καμπύλη ανά ταχύτητα/στροφές — οι καμπύλες μετατοπίζονται κατά V ∝ n, H ∝ n²) και είναι αποφασιστική για την επιλογή του: επιλέγεται ο τύπος του οποίου η καμπύλη περιέχει σημείο με τις τιμές (V, Δp) του δικτύου, όχι στις ακραίες περιοχές (χαμηλός βαθμός απόδοσης). Το πραγματικό σημείο λειτουργίας προκύπτει από την τομή της με τη χαρακτηριστική καμπύλη του δικτύου (Δp ∝ V², κεφ. 7). Για δύο ίδιους κυκλοφορητές: παράλληλα η καμπύλη της συστοιχίας έχει διπλάσια παροχή για κάθε H, σε σειρά διπλάσιο H για κάθε V.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η καμπύλη σε άξονες παροχής V – μανομετρικού H που δίνει, για δεδομένες στροφές, όλα τα δυνατά ζεύγη (V, H) — καταστάσεις λειτουργίας — του κυκλοφορητή (V·H ≈ σταθερό, φθίνουσα)· δίνεται από τον κατασκευαστή και είναι αποφασιστική για την επιλογή (σημείο V, Δp δικτύου εντός της, μακριά από τα άκρα)· τομή με την καμπύλη δικτύου = πραγματικό σημείο λειτουργίας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Καμπύλη V-H.

Ερώτηση 5 — Δεδομένα επιλογής από τη χαρακτηριστική καμπύλη

Ερώτηση: Με ποια δεδομένα επιλέγουμε κυκλοφορητή από τη χαρακτηριστική του καμπύλη;

Απάντηση:

• Ο κατάλληλος κυκλοφορητής επιλέγεται με τη βοήθεια των χαρακτηριστικών καμπυλών διαφόρων τύπων, με δεδομένα δύο μεγέθη της εγκατάστασης (σελ. 128-129): 1. Την απαιτούμενη παροχή V του δικτύου — υπολογίζεται (ενότητες 7.1-7.2) ως άθροισμα των παροχών όλων των κυκλωμάτων, V = ΣQ/Δt (l/h, για Δt συνήθως 15 °C) — ή εμπειρικά V = Qλ/Δt. 2. Την απαιτούμενη διαφορά πίεσης Δp (= μανομετρικό H) — από τον υπολογισμό των αντιστάσεων τριβής (§7.2.3): πτώση πίεσης του δυσμενέστερου κυκλώματος + των κεντρικών στηλών (+20 % εξαρτήματα) + 10 % για τα στοιχεία του λεβητοστασίου (π.χ. 3460 mm ΣΝ). Κριτήριο: ο τύπος να περιέχει στην καμπύλη του σημείο λειτουργίας με τις τιμές Δp (H) και V του δικτύου ή παραπλήσιες, και να αποφεύγονται σημεία στις ακραίες περιοχές της καμπύλης (μειωμένος βαθμός απόδοσης) — ιδανικά στο μέσο της. Παράδειγμα: V = 6.000 l/h, Δp = H = 3,5 m ΣΝ → από τα διαγράμματα κατασκευαστή (εικ. 8.3.στ) τύπος TOP.S 50/4. Το πραγματικό σημείο λειτουργίας προκύπτει από την τομή των χαρακτηριστικών καμπυλών κυκλοφορητή-δικτύου στο ίδιο διάγραμμα· ενδέχεται να χρειαστούν διορθώσεις (ρυθμίσεις διακοπτών, ονομαστική ισχύς σωμάτων) και, αν ο κυκλοφορητής αποδειχθεί μεγάλος (θόρυβοι), στραγγαλισμός ή ρύθμιση στροφών.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με την απαιτούμενη παροχή V του δικτύου (ΣQ/Δt) και την απαιτούμενη διαφορά πίεσης Δp = H (δυσμενέστερο κύκλωμα + στήλες + 10 % λεβητοστάσιο): επιλέγεται τύπος του οποίου η καμπύλη περιέχει το σημείο (V, H) ή παραπλήσιο, μακριά από τις ακραίες περιοχές (απόδοση)· πραγματικό σημείο = τομή με την καμπύλη του δικτύου· π.χ. 6.000 l/h, 3,5 m → TOP.S 50/4.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• V + Δp → σημείο στην καμπύλη.

Ερώτηση 6 — Συνήθη όρια μανομετρικού κυκλοφορητών Κ.Θ.

Ερώτηση: Να αναφέρετε τα συνήθη όρια διακύμανσης του μανομετρικού των κυκλοφορητών στην Κεντρική Θέρμανση,

Απάντηση:

• Για συνηθισμένες εγκαταστάσεις Κ.Θ. κτιρίων μεγέθους μεσαίας πολυκατοικίας (εμπειρική εκτίμηση, σελ. 130) η διαθέσιμη πίεση (μανομετρικό ύψος H) κυμαίνεται: α) για δισωλήνιο σύστημα διανομής: H = 2,5-3 m ΣΝ· β) για μονοσωλήνιο σύστημα διανομής: H = 4-6 m ΣΝ (μεγαλύτερο, λόγω των μεγάλων μηκών των βρόχων σε σειρά και των μικρών διαμέτρων χαλκοσωλήνα — π.χ. παράδειγμα 60.000 kcal/h μονοσωλήνιο: H = 4-5 m ΣΝ). Υπενθυμίζεται ότι η διαθέσιμη πίεση δεν έχει άμεση σχέση με το ύψος του κτιρίου αλλά με το μήκος των σωληνώσεων. Τα όρια αυτά είναι πολύ μεγάλα για λόγους ασφάλειας· αν κατά τη δοκιμή ο κυκλοφορητής αποδειχθεί μεγάλος (θόρυβοι ροής), στραγγαλίζεται η ροή από τους διακόπτες της γραμμής του ή ρυθμίζονται οι στροφές (H₁/H₂ = (n₁/n₂)²). Ακριβέστερη προσέγγιση με Δp = L·R: κεντρικές στήλες 10-20 mm ΣΝ/m (+20-40 % εξαρτήματα), βρόχοι μονοσωλήνιου χαλκού 40-60 mm ΣΝ/m (+50-70 %), σύνολο +15-20 % για το λεβητοστάσιο — πάντως απαιτείται πλήρης μελέτη.

Σύνοψη: Δισωλήνιο σύστημα: H = 2,5-3 m ΣΝ· μονοσωλήνιο: H = 4-6 m ΣΝ (εμπειρικά όρια για μεσαία πολυκατοικία — σχετίζονται με το μήκος σωληνώσεων, όχι το ύψος· μεγάλα για ασφάλεια, με στραγγαλισμό ή ρύθμιση στροφών αν χρειαστεί).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 2,5-3 / 4-6 m ΣΝ.

Ερώτηση 7 — Επιλογή κυκλοφορητή για V = 6.000 l/h και H = 3.600 mm ΣΝ

Ερώτηση: Ποιον κυκλοφορητή θα διαλέγατε από τις καμπύλες του βιβλίου για V = 6.000 I/h και H = 3.600 mm ΣΝ;

Απάντηση:

• Δεδομένα: παροχή V = 6.000 l/h = 6 m³/h, απαιτούμενο μανομετρικό H = 3.600 mm ΣΝ = 3,6 m ΣΝ. Το παράδειγμα του βιβλίου (σελ. 129, εικ. 8.3.στ — διαγράμματα λειτουργίας κυκλοφορητών ενός κατασκευαστή) για την ίδια παροχή V = 6.000 l/h και Δp = H = 3,5 m ΣΝ επιλέγει τον τύπο TOP.S 50/4. Το ζητούμενο σημείο (6 m³/h, 3,6 m ΣΝ) βρίσκεται πρακτικά στο ίδιο σημείο (μόλις 0,1 m ΣΝ = 3 % ψηλότερα), μέσα στο πεδίο λειτουργίας της χαρακτηριστικής καμπύλης του ίδιου τύπου και όχι σε ακραία περιοχή της. Επιλογή: κυκλοφορητής TOP.S 50/4 (ονομαστική διάμετρος 50 mm, μανομετρικό ~4 m ΣΝ). Έλεγχος: το πραγματικό σημείο λειτουργίας θα προκύψει από την τομή της καμπύλης του TOP.S 50/4 με τη χαρακτηριστική του δικτύου· αν ο κυκλοφορητής δίνει λίγο μεγαλύτερο μανομετρικό/παροχή, ρυθμίζεται με στραγγαλισμό στον διακόπτη της γραμμής του ή, αν έχει ρύθμιση στροφών, με μικρή μείωση των στροφών (H ∝ n²). Το ζεύγος 6 m³/h – 3,6 m ΣΝ αντιστοιχεί σε εγκατάσταση ~90.000 kcal/h (Δt = 15 °C) με μονοσωλήνιο δίκτυο, μέσα στα εμπειρικά όρια 4-6 m ΣΝ.

Σύνοψη: Τον TOP.S 50/4 — τον ίδιο τύπο που επιλέγει το βιβλίο για 6.000 l/h και 3,5 m ΣΝ (εικ. 8.3.στ), αφού το σημείο 6 m³/h – 3,6 m ΣΝ βρίσκεται μέσα στην καμπύλη του (όχι σε ακραία περιοχή)· τυχόν περίσσεια μανομετρικού ρυθμίζεται με στραγγαλισμό ή στροφές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• TOP.S 50/4.