Sprzęgło hydrauliczne, nomen omen, służy do sprzęgania ze sobą różnych obiegów hydraulicznych. Różnych, jeśli chodzi o ich przepływy, gdy ze względu na szeregowe połączenie dochodzić może do ich wzajemnego zakłócania się.

Obserwując branżę, daje się niekiedy zauważyć pewnego rodzaju kłopot z określaniem zasadności stosowania sprzęgła hydraulicznego w systemie. W masie informacji przekazywanych na temat tych urządzeń, a przede wszystkim ukazywanych trzech przypadków wewnętrznych przepływów, czego tutaj nie uczynię, często pomija się przedstawienie sedna stosowania sprzęgła, co – jak życie pokazuje – skutkuje brakiem pewności odnośnie do konieczności bądź zbyteczności stosowania urządzenia jakim jest sprzęgło hydrauliczne.

Sprzęgło hydrauliczne – gdzie montować?

W praktyce spotkałem się z użyciem sprzęgła tam, gdzie było zbędne, to jest w instalacji kotła stojącego współpracującego z wieloma obiegami. W takim przypadku wszystkie strumienie pomp obiegowych bezpiecznie „zamykają się” przez dużą przestrzeń wodną wymiennika kotła. Przy takim  kotle z reguły stosowanie jego własnej pompy kotłowej oraz sprzęgła nie jest wymagane.

Sprzęgło hydrauliczne

Niejednokrotnie zabrakło natomiast „zwrotnicy hydraulicznej”, jak czasami nazywane jest sprzęgło przy posiadającym wbudowaną pompę kotle wiszącym pracującym na obiegi z własnymi pompami. A przecież w przypadku kotła wiszącego strumień wymuszany jego pompą jest ściśle określony dla zapewnienia odbioru całości ciepła ze źródła z jednej strony i ograniczenia ryzyka wypłukania jego niewielkiego meandrycznego wymiennika woda-spaliny z drugiej. Przepływ ten nie może być zmieniany (zakłócany) przez włączane szeregowo dodatkowe pompy!

W nazwie wróżba

Sprzęgło hydrauliczne, nomen omen, służy do sprzęgania ze sobą różnych obiegów hydraulicznych. Różnych, jeśli chodzi o ich przepływy, gdy ze względu na szeregowe połączenie dochodzić może do ich wzajemnego zakłócania się.

Kiedy będziemy mieli przypadek różnych przepływów nawzajem zakłócających się? Do zakłócenia dochodzi zawsze, gdy na jednym obiegu instalowane są co najmniej dwie pompy o różnych wydajnościach. Wówczas woda z pompy słabszej „wyciągana” jest przez silniejszą, a z kolei praca tej silniejszej jest hamowana przez słabszą.

Następuje wzmożone zużycie elementów pomp oraz energii elektrycznej, wypadkowy, a więc i przypadkowy strumień ma się nijak do oczekiwanego, zgodnego z wydajnością użytej pompy. Równowaga hydrauliczna zostaje zachwiana. Konsekwencją jej braku jest nierównomierna dystrybucja ciepła, odpowiednio niedogrzewanie lub przegrzewanie sekcji instalacji, a czasem nawet perforacja drogiego wymiennika kotła z powodu jego wypłukania!

Gdy w powyższym przykładzie zakłócających się pomp, jedną z nich zamienimy na kilka pomp pracujących równolegle,  nadal będziemy mieli do czynienia z sytuacją zakłócania przepływów. Taki właśnie obraz instalacji mamy w przypadku głównej pompy kotłowej tłoczącej w kierunku wielu pomp obiegowych oraz samotnej pompy obiegu zasilanego z kilku pomp kaskady kotłów. We wszystkich tych przypadkach stosowanie sprzęgła staje się nieodzowne!

Sprzęgło hydrauliczne – idea konstrukcji

Istota budowy sprzęgła sprowadza się do zapewnienia wystarczającej przestrzeni, gdzie strumienie o różnych prędkościach mogą się swobodnie mijać. Doświadczalnie stwierdzono, jakie jest najmniejsze wymagane „poszerzenie drogi dla strumieni”, aby funkcjonowało ono z akceptowalną sprawnością. Jednak powstałe w wyniku tych doświadczeń, a wciąż funkcjonujące niemal jak dogmat i przez wielu nieraz przywoływane współczynniki krotności średnicy sprzęgła i odległości między króćcami względem średnicy przyłączy, nie mogą odnosić się do nowoczesnych sprzęgieł prefabrykowanych, a jednie do najprostszych konstrukcji, w tym wykonywanych samodzielnie.

Wiele wśród oferowanych na rynku sprzęgieł to specjalna i sprawdzona konstrukcja, zapewniająca osiągnięcie wysokiej sprawności „mijania” strumieni, a co za tym idzie – wymiany ciepła, przy znacznie mniejszych niż wyznaczone niegdyś gabaryty. To producenci opracowują coraz skuteczniejsze konstrukcje wewnętrzne, a badając je, potwierdzają ich funkcjonalność i dalej biorą na siebie odpowiedzialność za dotrzymanie deklarowanych parametrów maksymalnych przepływów. Jak specyficzne mogą być konstrukcje sprzęgieł, świadczyć może pozornie prosta wewnętrzna konstrukcja sprzęgła zamieszczonego na ilustracji, gdzie odpowiednio uformowane półotwarte rury ułatwiają przepływ poprzeczny, a utrudniają mieszanie strumieni, podnosząc sprawność urządzenia i minimalizując opory hydrauliczne.

Wartość dodana

Budowa i miejsce zastosowania sprzęgła hydraulicznego stwarza niezwykle sprzyjające warunki dla niezwykle pożytecznej funkcji odgazowywania instalacji i wychwytywania zanieczyszczeń. Wysoka temperatura zasilania oraz spadek prędkości przepływu to optymalne miejsce dla montażu separatorów gazów i zanieczyszczeń. Zachęcam zatem do stosowania gotowych rozwiązań, gdzie sprzęgła poprzez swoje wyposażenie stają się dodatkowo strażnikami jakości wody w zładzie.

Sprzęgło hydrauliczne – dobór wielkości

Często popełnianym błędem jest wybór urządzenia wyłącznie na podstawie deklarowanej mocy maksymalnej, czyli bez upewnienia się, czy moc ta podana została przy zgodnej z obiektową różnicy temperatur zasilania i powrotu. Przykładowo, jeśli producent poda moc zwrotnicy hydraulicznej  przy różnicy (delcie) temperatur zasilania i powrotu 20 Kelwinów (równe 20°C), a my zechcemy użyć to sprzęgło przy tej samej mocy ogrzewania podłogowego, gdzie różnica temperatur systemowych wyniesie tylko10 Kelwinów, dobrane urządzenie okaże się aż dwukrotnie za małe!

Sprzęgło hydrauliczne w instalacji - schemat

Praktycznym parametrem do oceny dopasowania sprzęgła jest jego maksymalny przepływ. Należy go porównać z docelowym przepływem obiegów obu stron sprzęgła zwanymi stroną pierwotną, czyli źródła i wtórną, to jest odbiorów. Wyższa z wartości nie może być większa niż maksymalny przepływ sprzęgła.

Lecz jeśli już znamy maksymalną moc sprzęgła i deltę temperatur, przy jakiej została określona, możemy również sprawdzić jego przydatność, porównując ją z mocą i deltą temperatur obiegów strony pierwotnej i wtórnej. Obowiązuje tutaj najwyższa wymagana wartość mocy. Jeśli nasza delta (różnica) temperatur nie jest zgodna z podaną dla sprzęgła, wówczas na zasadzie proporcji przeliczamy moc dla urządzenia.

Przykład:

ΔTsprzęgła = 20 K i Qsprzęgła = 100 kW,

ΔTobiegu = 10 K i Qobiegu = 45 kW,

ponieważ:

ΔTobiegu jest 2 x mniejsza niż ΔTsprzęgła,

to

Qsprzęgła(10 K) będzie również 2 x mniejsza.

W tym przykładzie Qsprzęgła (10 K) = 50 kW. Sprzęgło nadal spełnia warunki doboru.

Innym parametrem doboru sprzęgła może być sprawdzenie prędkości przepływów w króćcach sprzęgła, lecz taka ocena najczęściej ma znaczenie wyłącznie, jeśli prędkość w rurociągach instalacji jest zaniżona względem powszechnie projektowanych prędkości w rurociągach stalowych. Dzieje się tak dlatego, ponieważ często już na etapie projektowania sprzęgła producenci zawężają zakres jego stosowania, ograniczając prędkość w króćcach do akceptowalnych (np. 2 m/s strony pierwotnej i 1,2 m/s strony wtórnej). Dodatkowo prawidłowy dobór rurociągów instalacji niejako automatycznie narzuca wielkość przyłączy urządzenia, gwarantując tym samym poprawne przepływy w jego króćcach.

Czy przewymiarowane sprzęgło szkodzi instalacji?

Zbyt duże sprzęgło hydrauliczne poza aspektem wyższego kosztu zakupu nie niesie za sobą niekorzystnych skutków. Urządzenie to zalicza się do grupy takich, przy których przewymiarowanie poprawia wręcz warunki ich pracy. Należy jednak pamiętać, że wraz z postępującym zwielokrotnianiem jego wielkości niewielki z natury przyrost jego efektywności przyrasta coraz wolniej.

Sprzęgło hydrauliczne – piąte koło u wozu?

Co się stanie, jeśli zastosujemy sprzęgło tam, gdzie nie jest ono wymagane? Poza oczywistym dodatkowym wydatkiem pieniędzy, przestrzeni i czasu na zamontowanie musimy liczyć się z niewielkim obniżeniem temperatury na zasilaniu odbiorów oraz podwyższeniem temperatury powrotu kotła czy pompy ciepła. To pierwsze najczęściej skutkuje nieznacznym, lecz niekorzystnym przecież spadkiem sprawności źródła ciepła. Jednak podniesienie temperatury powrotu, w przypadku kotła kondensacyjnego, może już istotnie zmieniać sprawność tego urządzenia z uwagi na ograniczanie kondensacji.

Dodatkowa pompa, jaka pojawi się po rozdzieleniu hydraulicznym obiegów, to zbędny wydatek pieniędzy, a później energii elektrycznej. Nie potwierdzam też poprawy warunków kondensacji, po użyciu sprzęgła. Przez zabiegi konstrukcyjne (np. takie jak z ilustracji), można jedynie minimalizować niekorzystne podmieszanie wewnętrzne. Również propozycja zwrotnicy wyłącznie jako element podnoszenia temperatury powrotu, energetycznie i inwestycyjnie  wydaje się mniej korzystna niż pompa czy zawór trójdrogowy obejścia kotła. Zdecydowanie odradzam więc stosowanie sprzęgieł, jeśli nie są one wymagane budową instalacji.

Résumé

Nad koniecznością użycia sprzęgła zastanawiamy się zawsze, gdy w instalacji znajduje się więcej niż jedna pompa. Nie można w tym rozważaniu zapominać o pompach wewnętrznych kotłów. Należy wówczas dodatkowo sprawdzić, najlepiej z użyciem projektu (szkicu) instalacji, czy strumienie wymuszane przez pompy w rurociągu, w którym spotykają się, ulegają sumowaniu (równoległa praca), czy „mijają się” (praca szeregowa). Jeśli zachodzi ten ostatni przypadek, stosowanie sprzęgła jest nieodzowne.

Dobór wielkości należy oprzeć na rzetelnych parametrach systemu, a stosując sprzęgło, warto wybrać takie, które dodatkowo zadba o wychwycenie powietrza i zanieczyszczeń z  instalacji. Taka centralna separacja może pozwolić na uniknięcie stosowania odpowietrzników czy filtrów zanieczyszczeń w pozostałych częściach systemu.

Robert Małaczek

Pod tym linkiem znajdziecie Państwo inny artykuł na temat sprzęgła hydraulicznego.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij