Hydronika

Hydronika (od starogreckiego hydro- „woda”) to wykorzystanie wody w stanie ciekłym lub gazowym ( para wodna ) lub wodnego roztworu (zwykle glikolu z wodą) jako czynnika przenoszącego ciepło w systemach grzewczych i chłodniczych . Nazwa odróżnia takie systemy od systemów olejowych i chłodniczych .

Historycznie rzecz biorąc, w dużych budynkach komercyjnych, takich jak wieżowce i obiekty kampusowe , system hydrauliczny może obejmować zarówno pętlę wody lodowej, jak i podgrzewanej, zapewniając zarówno ogrzewanie, jak i klimatyzację . Agregaty chłodnicze i wieże chłodnicze są używane osobno lub razem jako środki zapewniające chłodzenie wody, podczas gdy kotły podgrzewają wodę. Najnowszą innowacją jest system kotłów chłodniczych , który zapewnia wydajną formę HVAC dla domów i mniejszych powierzchni komercyjnych.

Nagrzewnica z wentylatorem hydraulicznym używana do utrzymywania ciepła w środowisku przemysłowym. Wentylator zasysa chłodne powietrze z otoczenia przez wymiennik ciepła na obwodzie obudowy rurami z gorącym glikolem i wydmuchuje je na zewnątrz.

Ogrzewanie miejskie

Główny artykuł: Ciepłownictwo

Wiele większych miast posiada system ciepłowniczy, który zapewnia poprzez podziemne rurociągi publicznie dostępną ciepłą wodę o wysokiej temperaturze i wodę lodową. Budynek w dzielnicy usługowej może być do nich podłączony po uiszczeniu opłaty za usługę.

Rodzaje instalacji hydraulicznych

Podstawowe typy

Systemy hydrauliczne mogą obejmować następujące rodzaje dystrybucji:

  • Systemy wody lodowej
  • Systemy ciepłej wody
  • Systemy parowe
  • Systemy kondensatu pary
  • Systemy gruntowych pomp ciepła

Klasyfikacja

Systemy hydrauliczne są dalej klasyfikowane na pięć sposobów:

  • Generowanie przepływu (przepływ wymuszony lub przepływ grawitacyjny)
  • Temperatura (niska, średnia i wysoka)
  • Ciśnienie (niskie, średnie i wysokie)
  • Układ rurociągów
  • Układ pompujący
Hydronika do topienia śniegu

Układy rurociągów

Systemy hydrauliczne można podzielić na kilka ogólnych kategorii układów rurociągów:

  • Pojedynczy lub jednorurowy
  • Dwururowa para (powrót bezpośredni lub powrót wsteczny)
  • Trzy rury
  • Cztery rury
  • Pętla serii

Para z pojedynczą rurą

Jednorurowy grzejnik parowy

W najstarszej nowoczesnej technice ogrzewania wodnego jednorurowy system parowy dostarcza parę do grzejników, gdzie para oddaje swoje ciepło i skrapla się z powrotem do wody. Grzejniki i rury doprowadzające parę są ustawione tak, że grawitacja ostatecznie przenosi ten kondensat z powrotem przez przewody doprowadzające parę do kotła, gdzie można go ponownie zamienić w parę i zawrócić do grzejników.

Pomimo swojej nazwy grzejnik nie ogrzewa pomieszczenia przede wszystkim promieniowaniem. Umieszczony prawidłowo grzejnik wytworzy prąd konwekcyjny powietrza w pomieszczeniu, który zapewni główny mechanizm wymiany ciepła. Ogólnie przyjmuje się, że dla uzyskania najlepszych rezultatów grzejnik parowy powinien znajdować się w odległości nie większej niż 2,5 do 5 cm od ściany.

Systemy jednorurowe są ograniczone zarówno pod względem zdolności do dostarczania dużych ilości pary (czyli ciepła) [ potrzebne źródło ] , jak i możliwości kontrolowania przepływu pary do poszczególnych grzejników [ potrzebne źródło ] (ponieważ zamykanie syfonów doprowadzających parę kondensat w kaloryferach). Ze względu na te ograniczenia systemy jednorurowe nie są już preferowane.

Układy te uzależnione są od prawidłowego działania termostatycznych zaworów odpowietrzających umieszczonych na grzejnikach w całej ogrzewanej powierzchni. Gdy system nie jest używany, zawory te są otwarte do atmosfery, a grzejniki i rury zawierają powietrze. Gdy rozpoczyna się cykl ogrzewania, kocioł wytwarza parę, która rozpręża się i wypiera powietrze w systemie. Powietrze opuszcza system przez zawory odpowietrzające na grzejnikach i na samych rurach parowych. Zawory termostatyczne zamykają się, gdy stają się gorące; w najpowszechniejszym rodzaju ciśnienie pary niewielkiej ilości alkoholu w zaworze wywiera siłę, która uruchamia zawór i zapobiega wydostawaniu się pary z chłodnicy. Kiedy zawór ochładza się, powietrze dostaje się do systemu, aby zastąpić skraplającą się parę.

Niektóre bardziej nowoczesne zawory można regulować, aby umożliwić szybsze lub wolniejsze odpowietrzanie. Ogólnie rzecz biorąc, zawory znajdujące się najbliżej kotła powinny odpowietrzać najwolniej, a zawory znajdujące się dalej od kotła powinny odpowietrzać najszybciej. [ potrzebne źródło ] Idealnie, para powinna docierać do każdego zaworu i zamykać każdy zawór w tym samym czasie, aby system mógł pracować z maksymalną wydajnością; ten stan jest znany jako system „zrównoważony”. [ potrzebne źródło ]

Systemy parowe dwururowe

W dwururowych systemach parowych istnieje droga powrotu kondensatu i może ona obejmować pompy , jak również przepływ grawitacyjny. Dopływ pary do poszczególnych grzejników można regulować za pomocą zaworów ręcznych lub automatycznych .

Dwururowy system bezpośredniego powrotu

Rurociąg powrotny, jak sama nazwa wskazuje, prowadzi najbardziej bezpośrednią drogę z powrotem do kotła.

Zalety

Niższy koszt rurociągów powrotnych w większości (ale nie we wszystkich) zastosowaniach, a rurociągi zasilające i powrotne są rozdzielone.

Niedogodności

Ten system może być trudny do zrównoważenia, ponieważ linia zasilająca ma inną długość niż powrót; im dalej urządzenie do wymiany ciepła znajduje się od kotła, tym wyraźniejsza jest różnica ciśnień. Z tego powodu zawsze zaleca się: minimalizowanie spadków ciśnienia w rurociągach dystrybucyjnych; stosować pompę o charakterystyce płaskiej głowicy [ gdy zdefiniowano jako? ] , obejmują urządzenia równoważące i mierzące przepływ na każdym zacisku lub obwodzie odgałęzionym; i używać zaworów regulacyjnych o dużej stracie ciśnienia [ , gdy definiuje się je jako? ] na terminalach.

Dwururowy system odwrotnego powrotu

Dwururowa konfiguracja odwróconego powrotu, nazywana czasami „systemem trójrurowym”, różni się od systemu dwururowego sposobem powrotu wody do kotła. W systemie dwururowym woda po opuszczeniu pierwszego grzejnika wraca do kotła w celu ponownego podgrzania, a następnie do drugiego i trzeciego itd. Przy dwururowym powrocie rewersyjnym powrót wraca do ostatniego grzejnika w systemie przed powrotem do kotła w celu dogrzania.

Zalety

Zaletą dwururowego systemu z odwróconym powrotem jest to, że przebieg rur do każdego grzejnika jest mniej więcej taki sam, co gwarantuje, że opór tarcia przepływu wody w każdym grzejniku jest taki sam. Pozwala to na łatwe równoważenie systemu.

Niedogodności

Instalator lub osoba naprawiająca nie może ufać, że każdy system sam się równoważy bez odpowiedniego przetestowania go.

Pętle wodne

Nowoczesne systemy prawie zawsze wykorzystują podgrzaną wodę zamiast pary. Otwiera to system na możliwość wykorzystania schłodzonej wody do zapewnienia klimatyzacji .

W domach obieg wody może być tak prosty, jak pojedyncza rura, która „zapętla” przepływ przez każdy grzejnik w strefie. W takim systemie przepływ do poszczególnych grzejników nie może być modulowany, ponieważ cała woda przepływa przez każdy grzejnik w strefie. Nieco bardziej skomplikowane systemy wykorzystują „główną” rurę, która nieprzerwanie opływa strefę; poszczególne grzejniki spuszczają niewielką część przepływu w głównej rurze. W tych systemach można modulować poszczególne grzejniki. Alternatywnie można zainstalować kilka pętli z kilkoma grzejnikami, przepływ w każdej pętli lub strefie kontrolowany przez zawór strefowy podłączony do termostat .

W większości systemów wodnych cyrkulacja wody odbywa się za pomocą jednej lub kilku pomp obiegowych . Stanowi to wyraźny kontrast z systemami parowymi, w których ciśnienie własne pary jest wystarczające do rozprowadzenia pary do odległych punktów w systemie. System może być podzielony na poszczególne strefy grzewcze przy użyciu wielu pomp obiegowych lub jednej pompy i elektrycznie sterowanych zaworów strefowych .

Poprawiona wydajność i koszty operacyjne

Wraz z wprowadzeniem produktów izolacyjnych nastąpiła znaczna poprawa wydajności, a tym samym kosztów operacyjnych wodnego systemu grzewczego.

Rury systemu Radiator Panel pokryte są ognioodpornym, elastycznym i lekkim materiałem z kauczuku elastomerowego przeznaczonym do izolacji termicznej. Slab Efektywność ogrzewania poprawia instalacja przegrody termicznej wykonanej z pianki. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele produktów o różnych klasach energetycznych i metodach instalacji.

Balansowy

Większość systemów hydraulicznych wymaga zrównoważenia . Wiąże się to z pomiarem i ustawieniem przepływu w celu uzyskania optymalnej dystrybucji energii w systemie. W zrównoważonym systemie każdy grzejnik otrzymuje tylko tyle gorącej wody, aby mógł się w pełni nagrzać.

Uzdatnianie wody kotłowej

Systemy mieszkalne mogą wykorzystywać zwykłą wodę z kranu, ale zaawansowane systemy komercyjne często dodają do wody systemowej różne chemikalia. Na przykład te dodane chemikalia mogą:

Eliminacja powietrza

Wszystkie systemy hydrauliczne muszą mieć środki do usuwania powietrza z systemu. Prawidłowo zaprojektowany, pozbawiony powietrza system powinien normalnie funkcjonować przez wiele lat.

Powietrze powoduje irytujące odgłosy systemu i zakłóca prawidłowy transfer ciepła do iz krążących płynów. Ponadto, o ile nie zostanie zredukowany poniżej dopuszczalnego poziomu, tlen rozpuszczony w wodzie powoduje korozję . Ta korozja może powodować osadzanie się rdzy i kamienia na rurach. Z biegiem czasu cząsteczki te mogą się poluzować i przemieszczać wokół rur, zmniejszając lub nawet blokując przepływ, a także uszkadzając uszczelnienia pompy i inne elementy.

System pętli wodnej

W systemach z pętlą wodną mogą również wystąpić problemy z powietrzem. Powietrze znajdujące się w hydraulicznych systemach obiegu wody można podzielić na trzy formy:

Wolna przestrzeń

Różne urządzenia, takie jak ręczne i automatyczne odpowietrzniki, służą do usuwania powietrza, które unosi się do najwyższych punktów w całym systemie. Automatyczne odpowietrzniki zawierają zawór obsługiwany przez pływak. Gdy obecne jest powietrze, pływak opada, umożliwiając otwarcie zaworu i wypuszczenie powietrza. Kiedy woda dociera (napełnia) zawór, pływak podnosi się, blokując ucieczkę wody. Małe (domowe) wersje tych zaworów w starszych systemach są czasami wyposażone w złączkę zaworu powietrza typu Schrader , a uwięzione, teraz sprężone powietrze można usunąć z zaworu, ręcznie wciskając trzpień zaworu, aż zacznie wypływać woda, a nie powietrze pojawić się.

Wciągnięte powietrze

Wciągnięte powietrze to pęcherzyki powietrza, które przemieszczają się w rurach z taką samą prędkością jak woda. „Miarki” powietrza to jeden z przykładów produktów, które próbują usunąć ten rodzaj powietrza.

Rozpuszczone powietrze

Rozpuszczone powietrze jest również obecne w wodzie systemowej, a jego ilość zależy głównie od temperatury i ciśnienia (patrz prawo Henry'ego ) dopływającej wody. Średnio woda z kranu zawiera od 8 do 10% objętości rozpuszczonego powietrza.

Usuwanie rozpuszczonego, wolnego i porwanego powietrza można osiągnąć tylko za pomocą wysokowydajnego urządzenia do usuwania powietrza, które zawiera czynnik koalescencyjny, który stale usuwa powietrze z układu. Styczne lub odśrodkowe separatory powietrza są ograniczone tylko do usuwania wolnego i porwanego powietrza.

Akceptująca rozszerzalność cieplna

Woda rozszerza się, gdy się nagrzewa i kurczy, gdy się ochładza. System hydrauliczny z pętlą wodną musi mieć jeden lub więcej zbiorników wyrównawczych w systemie, aby pomieścić tę zmienną objętość płynu roboczego. Zbiorniki te często wykorzystują gumową membranę sprężoną sprężonym powietrzem . Zbiornik wyrównawczy gromadzi rozprężoną wodę poprzez dalsze sprężanie powietrza i pomaga utrzymać w przybliżeniu stałe ciśnienie w układzie podczas oczekiwanej zmiany objętości płynu. proste cysterny otwarte na ciśnienie atmosferyczne.


Woda również drastycznie się rozszerza, gdy paruje lub zamienia się w parę. Rury rozpryskujące mogą pomóc w akomodacji flashowania, które może wystąpić, gdy kondensat pod wysokim ciśnieniem dostanie się do obszaru o niższym ciśnieniu.

Automatyczne mechanizmy napełniania

Systemy hydrauliczne są zwykle podłączone do źródła wody (takiego jak wodociąg publiczny). Automatyczny zawór reguluje ilość wody w instalacji, a także zapobiega cofaniu się wody z instalacji (oraz wszelkich chemikaliów do uzdatniania wody) do sieci wodociągowej.

Mechanizmy bezpieczeństwa

Nadmierne ciepło lub ciśnienie może spowodować awarię systemu. Co najmniej jeden kombinowany zawór nadmiarowy temperatury i nadmiaru ciśnienia jest zawsze montowany w systemie, aby umożliwić ujście pary lub wody do atmosfery w przypadku awarii jakiegoś mechanizmu (takiego jak kontrola temperatury kotła), zamiast umożliwiać katastrofalne pęknięcie rurociągów, grzejników lub kotła. Zawór nadmiarowy jest zwykle wyposażony w ręczny uchwyt umożliwiający testowanie i wypłukiwanie zanieczyszczeń (takich jak piasek), które mogą powodować nieszczelność zaworu w normalnych warunkach pracy.


Gwałtowna kondensacja pary wodnej może również prowadzić do uderzenia hydraulicznego, które podczas gwałtownej zmiany objętości z gazu na ciecz prowadzi do powstania potężnej siły podciśnienia. Może to uszkodzić i zniszczyć złączki, zawory i wyposażenie. Właściwa konstrukcja i dodanie przerywaczy próżni zmniejszają lub eliminują ryzyko wystąpienia tych problemów.

Typowy schemat z pokazanymi urządzeniami sterującymi

Symbolika

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hydronics&oldid=1133827410 ”