Αρχική » Περιεχόμενα » Τεχνική Ενημέρωση » Ο κυκλοφορητής και η τοποθέτησή του στους λέβητες

Ο κυκλοφορητής και η τοποθέτησή του στους λέβητες

Ιωάννης Σαμαράς
Μηχανολόγος

Βρασμός και Σπηλαίωση
Ο βρασμός του νερού γίνεται στους 100 βαθμούς Κελσίου, όταν επικρατεί πίεση μίας ατμόσφαιρας, περίπου 1,00 bar. Όταν έχουμε πίεση νερού στα 1,50 bar, ο βρασμός του γίνεται περίπου στους 114 βαθμούς.
Οι χύτρες ταχύτητας βράζουν σε υψηλή θερμοκρασία, ανάλογα την ρύθμιση που κάνουμε: Aυξάνουμε την πίεση στην βαλβίδα, για να μαγειρέψουμε με υψηλότερη θερμοκρασία. Αντίθετα, όταν εφαρμόζουμε υποπίεση, το νερό βράζει σε πιο χαμηλή θερμοκρασία των 100 βαθμών (υπάρχουν οι πίνακες αντιστοιχίας).
Στα δίκτυα θέρμανσης, συνήθως ρυθμίζουμε τον αυτόματο πλήρωσης, για να έχουμε πίεση νερού στο δίκτυο 1,50 bar. Εξετάζουμε εδώ, τα κατακόρυφα και οριζόντια δίκτυα θέρμανσης, με λεβητοστάσιο στο χαμηλότερο ή στο ίδιο επίπεδο. Μπορεί να έχουμε ένα δίκτυο θέρμανσης, αναπτυγμένο σε ένα κτίριο, με το λεβητοστάσιο στο χαμηλότερο σημείο, αλλά και ένα άλλο, με λεβητοστάσιο στο υψηλότερο σημείο. Εδώ θα εξετάσουμε την περίπτωση μονοκατοικίας με έναν όροφο και όπως θα λέγαμε, με «οριζόντιο δίκτυο θέρμανσης», με οριζόντια αναπτυγμένη δηλαδή σωλήνωση κατανάλωσης.
Οι κυκλοφορητές κατασκευάζονται με διάφορα χαρακτηριστικά. Χρησιμοποιούμε κυκλοφορητές με μεγάλο μανομετρικό, για να ξεπερνάν τις τριβές που δημιουργούν οι δυσκολίες ροής του νερού, μέχρι την κατανάλωση της θέρμανσης και την επιστροφή του. Μεγάλο μανομετρικό σημαίνει μεγάλη ταχύτητα ροής του ζεστού νερού: Θέλουμε γρήγορα ζέστη, στο πιο μακρινό χώρο που θέλουμε να θερμάνουμε, όση δυσκολία ροής κι αν έχουμε, όσο μεγάλο θερμαντικό σώμα κι αν πρέπει να ζεστάνουμε.
Έχουμε π.χ. τοποθετήσει έναν κυκλοφορητή στην έξοδο του ζεστού νερού του λέβητα. Ο κυκλοφορητής τραβάει ζεστό νερό από τον λέβητα. Αν η επικρατούσα πίεση στο νερό του δικτύου θέρμανσης, είναι μεγαλύτερη του μανομετρικού του κυκλοφορητή, τότε δεν θα παρατηρήσουμε κάτι περίεργο. Αν όμως ακούσουμε θορύβους ροής νερού με αέρα, τότε πρέπει να ελέγξουμε αμέσως το μανομετρικό του κυκλοφορητή και την επικρατούσα πίεση στο δίκτυο, εκείνη την στιγμή.
Στις οικιακές και γενικά μικρές εγκαταστάσεις θέρμανσης, τοποθετούμε συνήθως κλειστά δοχεία διαστολής, των οποίων η χωρητικότητα υπολογίστηκε έτσι ώστε να υπερκαλύπτει τον όγκο του νερού. Ο όγκος αυτός μεγαλώνει και μικραίνει, όταν το νερό ζεσταίνεται και κρυώνει αντίστοιχα. Οι διαφοροποιήσεις αυτές, δεν πρέπει να μειώσουν την πίεση σε χαμηλότερο σημείο από το μανομετρικό του κυκλοφορητή, συν 0,2-0,3 bar. Η τιμή 0,3 bar, είναι όριο ασφαλείας για να μην συμβεί ζημιά στην φτερωτή από σπηλαίωση. Την επιτήρηση και διατήρηση της πίεσης που επιλέγουμε, την κάνει ο αυτόματος πλήρωσης.

Οικιακός λέβητας με κυκλοφορητή στην αναχώρηση του ζεστού νερού, σε οριζόντιο δίκτυο

Όλα είναι καλά, όταν όλα είναι σωστά μελετημένα, σωστά τοποθετημένα και είναι συνεχώς με άριστη λειτουργία. Τι γίνεται όμως όταν π.χ. χαλάσει-βουλώσει ο αυτόματος πλήρωσης και μειωθεί η ποσότητα του νερού στο δίκτυο θέρμανσης; Τότε η πίεση του δικτύου, θα πέσει πιο χαμηλά από το μανομετρικό του κυκλοφορητή, θα εμφανιστεί υποπίεση στον λέβητα, με αποτέλεσμα να γίνει βρασμός του νερού σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τους 100 βαθμούς – ιδιαίτερα κατά την εκκίνηση του κυκλοφορητή.
Με την υποπίεση, λοιπόν, θα γίνει βρασμός, ο οποίος θα γίνει στον χώρο που ζεσταίνεται πολύ ο λέβητας και υστερεί η αναπλήρωση με νερό. Πιο κάτω, κοντά στην επιστροφή των νερών, θα γίνει ηλεκτρόλυση. Και πολλοί θα σκεφτούν ότι «εδώ έχουμε κλειστό κύκλωμα, άρα δεν θα γίνει τίποτε»!
Αντίθετα: Αρκεί να σκεφτείτε ότι ο κυκλοφορητής τοποθετήθηκε για να δημιουργήσει η ροή στο δίκτυο, έτσι ώστε να έχουμε κίνηση νερού. Η ροή νερού συμβαίνει, γιατί ο κυκλοφορητής δημιουργεί διαφορά πίεσης, πριν και μετά. Αν έχουμε ακινησία νερού, τότε η πίεση είναι παντού ίδια, εδώ όμως το νερό κινείται. Άρα, δεν έχουμε πουθενά ίδια πίεση, διαφορετικά δεν θα είχαμε κίνηση. Δεν θα είχαμε ροή νερού!
Στην περίπτωση αυτή λοιπόν, γίνεται βρασμός με ατμοποίηση, η οποία απορροφά πολύ μεγάλη θερμότητα, καθώς καταναλώνεται ενέργεια για την μετατροπή του υγρού σε ατμό. Λόγω της ατμοποίησης τώρα, ζεσταίνονται περισσότερο τα καυσαέρια και χάνουμε επιπλέον ενέργεια και από εκεί.
Σε επόμενη φάση της λειτουργίας, μέσα στον λέβητα, ο ατμός συμβαίνει να αναμιγνύεται και πάλι με νερό και επαναϋγροποιείται. Η επανυγροποίηση, γίνεται με εκτόνωση ενέργειας, με την λεγόμενη σπηλαίωση. Ατμοποίηση και σπηλαίωση γίνονται σε αυτές τις συνθήκες συνεχώς – και με γρήγορο ρυθμό. Η σπηλαίωση λειτουργεί, χωρίς υπερβολή, σαν το οπλοπολυβόλο: Μικρά σωματίδια κτυπούν το μέταλλο του λέβητα και το φθείρουν. Μετά από λίγα χρόνια, το μέταλλο φθείρεται, λεπταίνει η λαμαρίνα και τρυπάει ο λέβητας.
Αν ο λέβητας είναι στερεών καυσίμων, τότε συναντάμε συχνότερα την σπηλαίωση, με τον κυκλοφορητή στην αναχώρηση.
Ενώ κατασκευαστικά, με την ρύθμιση της πίεσης του δικτύου, είχαμε φροντίσει να μην συμβεί κάτι τέτοιο, τα άλατα του νερού και ίσως κάποια αστοχία, δημιούργησαν κατάσταση φθοράς.
Η «γιατρειά» είναι να τοποθετηθεί ο κυκλοφορητής στην επιστροφή. Τότε ο λέβητας θα τροφοδοτείται συνεχώς με το επιστρεφόμενο νερό και θα έχει ικανοποιητική πλήρωση. Δεν θα παρουσιαστεί υποπίεση και ο λέβητας δεν θα βράσει, ούτε θα ατμοποιήσει το νερό. Δεν θα δημιουργηθεί ποτέ η αιτία σπηλαίωσης.

Λέβητας σε θερμοκήπιο με κυκλοφορητή Πρωτεύοντος κυκλώματος στην επιστροφή

Θερμοκήπια
Μεγάλα αντίστοιχα προβλήματα παρουσιάζονται, στα θερμοκήπια, που έχουν εκτεταμένο οριζόντιο δίκτυο σωληνώσεων στο δίκτυο θέρμανσης των θαλάμων παραγωγής. Χρησιμοποιούνται πολλά χιλιόμετρα σωλήνων. Οι σωλήνες διαστέλλονται και συστέλλονται καθημερινά και πολλές φορές. Ανάλογα με την ποιότητά τους, διακυμένεται και ο συντελεστής διαστολής τους. Η αυξομείωση του όγκου, πρέπει να αντιμετωπίζεται σωστά από τα δοχεία διαστολής και τον αυτόματο πλήρωσης.
Ο αυτόματος πλήρωσης των οικιακών συστημάτων, δεν μας καλύπτει εδώ. Σε μία διαρροή ή ζημιά, πρέπει να επενεργήσει αυτοματισμός πλήρωσης, ανάλογος των αναγκών κάλυψης. Διαφορετικά, οι λέβητες θα μείνουν χωρίς νερό.
Πολλά θερμοκήπια χρησιμοποιούν λέβητες στερεών καυσίμων, καθώς τα θερμοκήπια έχουν μεγάλες ανάγκες σε θέρμανση, ανάλογα την έκταση και τον βαθμό παραγωγικότητάς τους. Έχουν μεγάλα λεβητοστάσια, με ισχύ που τα κατατάσσει στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, τα οποία χρήζουν ιδιαιτέρας προσοχής στον σχεδιασμό, την μελέτη και την εφαρμογή τους: Οι λέβητες στερεών καυσίμων, όταν δεχτούν εντολή διακοπής, σταματούν μεν την τροφοδοσία καυσίμου και αέρα, αλλά στην εστία παραμένει διάπυρη μάζα, που συνεχίζει να δίνει θερμότητα. Ιδιαίτερα όταν υπάρχουν περισσότεροι από ένας λέβητες, χρειάζεται ιδιαίτερη φροντίδα.
Στα μεγάλα λεβητοστάσια, στα θερμοκήπια, τροφοδοτούμε με ζεστό νερό τον Κεντρικό Συλλέκτη Εισαγωγής από τους λέβητες, και επιστρέφουμε νερό στους λέβητες από τον Κεντρικό Συλλέκτη Επιστροφής. Αντίστοιχα, από τον Κεντρικό Συλλέκτη Εισαγωγής, στέλνουμε το ζεστό νερό στις σωληνώσεις και τα θερμαντικά σώματα των θαλάμων του θερμοκηπίου, και επιστρέφουμε όμοια το νερό τους τον Κεντρικό Συλλέκτη Επιστροφής.
Η διατομή κατασκευής των συλλεκτών πρέπει να είναι αρκούντως μεγάλη, γι αυτό και κατασκευάζονται κατά παραγγελία, καθώς οι συνήθως διατιθέμενες διατομές δεν καλύπτουν τις ανάγκες τους. Μέσα στον συλλέκτη, πρέπει το νερό να μειώσει ταχύτητα, πολύ πιο χαμηλά από την ταχύτητα εισόδου και εξόδου του, ώστε να μπορέσει να μοιραστεί ομοιόμορφα στις διάφορες καταναλώσεις.
Πρωτεύον κύκλωμα στο λεβητοστάσιο
Δευτερεύον κύκλωμα στην διανομή των παραγωγικών θαλάμων
Το υδραυλικό κύκλωμα (λέβητες με συλλέκτες), ονομάζεται Πρωτεύον Κύκλωμα και αφορά την παραγωγή του ζεστού νερού. Το υδραυλικό κύκλωμα «συλλέκτες με καταναλώσεις» της θέρμανσης στους θαλάμους παραγωγής του θερμοκηπίου, ονομάζεται Δευτερεύον Κύκλωμα.
Για την πλήρωση του δικτύου με νερό, καλύτερα να χρησιμοποιήσουμε αυτοματισμό και όχι απλό οικιακό αυτόματο πλήρωσης. Για μεγάλες εγκαταστάσεις, ο αυτοματισμός είναι φθηνότερος από ένα σύστημα με δοχεία διαστολής, πιο σίγουρος, πιο λειτουργικός, και καταλαμβάνει μικρότερο χώρο.
Στο Πρωτεύον Κύκλωμα, η ροή του νερού σε κάθε λέβητα πρέπει να είναι σταθερή και σε όγκο και σε πίεση. Δεν θέλουμε να λειτουργήσει ο λέβητας στην ισχύ του, με μειωμένη πίεση ή παροχή νερού, γιατί θα καταστραφεί. Πρέπει να είμαστε σίγουροι ότι κάτι τέτοιο δεν θα συμβεί. Γι αυτό επιλέγουμε να τοποθετήσουμε τον κυκλοφορητή του λέβητα στην επιστροφή του, με χαρακτηριστικά περίπου τον όγκο που δίνει η σχέση ισχύς του λέβητα / 20°C και μανομετρικό περίπου όσο είναι το μεγαλύτερο μανομετρικό ενός εκ των τοποθετημένων κυκλοφορητών, στο Δευτερεύον κύκλωμα.
Εξασφαλίζουμε ότι ο κυκλοφορητής αυτός θα ξεκινάει να δουλεύει, όσο δουλεύει θερμαίνοντας και ο λέβητας και για ακόμη λίγο παραπάνω, ώστε να απορροφηθεί και όση άλλη θερμότητα παραχθεί από την τυχόν παραμένουσα διάπυρη μάζα των στερεών καυσίμων στον λέβητα. Κάθε λέβητας στο μεγάλο λεβητοστάσιο, πρέπει να έχει τον δικό του κυκλοφορητή στην επιστροφή.
Στο Δευτερεύον κύκλωμα, έχουμε αναχωρήσεις ζεστού νερού θέρμανσης, όσες και τα θερμαινόμενα τμήματα. Κάποιες καταναλώσεις, ζητάν πολύ ζεστό το νερό, όπως π.χ. στο σύστημα αντιπαγετικής προστασίας, στα πλευρικά συστήματα θέρμανσης ή στα αερόθερμα. Κάποιες αναχωρήσεις ζητάν νερό μέτριας θερμοκρασίας, οπότε τοποθετούμε βάνες αναμίξεως. Προτιμάμε τετράοδες αντί τρίοδες βάνες αναμίξεως (η λειτουργία των βανών δείχνει τα προτερήματα των 4οδων και τα επικίνδυνα μερικές φορές, μειονεκτήματα των 3οδων).
Η τοποθέτηση των σωληνώσεων και των άλλων θερμαντικών σωμάτων που πρέπει να τοποθετήσουμε στους θαλάμους παραγωγής, υπολογίζεται σύμφωνα με την βιβλιογραφία και τα συγγράμματα των καθηγητών, που προσφέρουν πληθώρα παραδειγμάτων.
Ο στόχος μας είναι να καλύψουμε τις θερμικές απώλειες του θαλάμου, που θα παρουσιαστούν στην χειρότερη στιγμή. Το χιόνι είναι η αρχή, θα λέγαμε ότι είναι το Α, αλλά το Ω είναι η αναμενόμενη παγωνιά, τις επόμενες ημέρες, που θα μας ταρακουνήσει. Ακολουθούμε τις οδηγίες των μελετητών, σύμφωνα με τα μετεωρολογικά, αλλά και σύμφωνα με αυτά που βλέπουμε να αλλάζουν ραγδαία, καθημερινά. Τα γεγονότα τρέχουν γρήγορα, η κλιματική αλλαγή τρέχει, γι αυτό καλύτερα να είμαστε προετοιμασμένοι.

Λέβητας ξύλου – πυρηνόξυλου

Δουλεύουμε και με τις θερμοκρασιακές ανοχές του φυτικού προϊόντος που παράγουμε, και συνήθως προβλέπεται περιορισμός των απωλειών θερμότητας, με την χρήση της θερμοκουρτίνας. Αυτά όμως, είναι ποσοστά θερμότητας που θα μας δώσουν την κατανάλωση καυσίμου σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Ποτέ δεν θα λάβουμε υπ’ όψιν την μείωση ισχύος που πετυχαίνει η θερμοκουρτίνα, για τον τελικό προσδιορισμό της ισχύος του λεβητοστασίου, γιατί στην παγωνιά η θερμοκουρτίνα αποσύρεται. Τότε το λεβητοστάσιο πρέπει να ανταποκριθεί απ’ ευθείας στην κάλυψη των αναγκών της παγωνιάς, και να κρατήσει τα φυτά σε θερμοκρασία πιο πάνω από την ελάχιστη ανεκτή.
Θερμικό Δοχείο Αδρανείας – Buffer tank.
Παρατηρούνται, ακόμη και στις καλύτερες εγκαταστάσεις, σε ορισμένα έκτακτα χρονικά διαστήματα, αυξημένες ανάγκες θερμότητας, παρ’ όλον τον προσεκτικό υπολογισμό των αναγκών μας και της μηχανολογικής εφαρμογής του.
Ζητείται τότε, σε σχετικά μικρό χρονικό διάστημα, μεγάλο ποσό θερμότητας, μεγαλύτερο από αυτό που μπορούν να δώσουν οι εγκατεστημένοι λέβητες. Η λύση που εύστοχα καθιερώνεται, είναι η τοποθέτηση των Θερμικών Δοχείων Αδρανείας: Μεγάλου όγκου δοχεία, θερμικά μονωμένα, έτοιμα να δώσουν την αποθηκευμένη θερμότητα, σε μεγάλες ποσότητες, την στιγμή που αυτή ζητείται.
Προτείνεται ο όγκος του δοχείου, να είναι έως και 55 λίτρα νερού, για κάθε υπολογισμένο Kw ισχύος των μεγίστων αναγκών μας.
Όταν η εγκατάσταση θέρμανσης που τοποθετήσαμε για την συνήθη και κανονική φυτωριακή παραγωγή, απαιτεί μέγιστη θερμοκρασία, π.χ. 50 βαθμούς και εμείς φροντίζουμε να έχουμε μέσα στο δοχείο αδρανείας θερμοκρασία 85 βαθμών, έχουμε την εξής δυνατότητα: Κατ΄ αρχήν, την μεγαλύτερη αδράνεια του υδραυλικού συστήματος, και την πρόσθετη ισχύ του όγκου του δοχείου, επί την διαφορά θερμοκρασίας 85-50=35 βαθμούς.
Με χωρητικότητα του δοχείου 50.000 λίτρων, η ισχύς που θα μπορούμε να αξιοποιήσουμε, στο μέγιστο από το δοχείο αδρανείας, κάθε φορά, είναι 1.750.000 kcal/h.