Hringrás hita- og kælikerfa

Til þess að hita og kæla rými þarf að skaffa heitt og kalt vatn að eftirhiturum, ofnum, kæliröftum o.s.frv. Einföld lausn á þessu gæti verið að tengja heitt og kalt vatn beint frá inntaki að tækjunum en það leiðir bæði til orkusóunar og áhættu á meira tjóni ef lagnir gefa sig. Þess vegna eru oftast settir upp varmaskiptar þar sem heitu og köldu vatni er dælt í lokaðri hringrás og hitastiginu á hringrásinni er stýrt með stjórnloka á hitaveitu eða köldu vatni.

Á myndinni hér til hliðar er sýnd dæmigerð hitahringrás. Þar er hitaveitan vinstra megin við varmaskipti og stjórnloki ræður því hversu mikill hiti er fluttur frá hitaveitunni yfir í hringrásina. Meiri opnun á stjórnloka gefur hærri hita í hringrás. Hægra megin er sjálf hringrásin. Þar er dæla sem heldur hringrásinni á hreyfingu og þar eru hitanemar, í þessu tilfelli er hitastiginu í hringrásinni stýrt eftir óskgildi fyrir framrásarhita. Hringrásin í þessu dæmi skaffar varmaorku fyrir tvær loftræsisamstæður. Hitanemar í bakrás frá varmaskipti og bakrás hringrásarinnar eru til upplýsinga og hægt er að nota þessa nema til að greina hegðun og frávik í kerfinu.

Í lokuðum hringrásarkerfum er oft settur upp þrýstinemi til þess að fylgjast með því að nægur vökvi sé í hringrásinni. Ef þrýstingur er lægri en 1 bar bendir það til þess að það vanti vökva í hringrásina og þá getur hún ekki flutt þann varma sem til er ætlast. Þá þarf að bæta vökva á hringrásina, það er ýmist gert með handvirkri dælu eða rafmagnsdælu.

Kælihringrás er byggð upp á sama hátt en þá er köldu vatni stýrt að varmaskiptinum eftir óskgildi fyrir hitastig framrásar. Meiri opnun á stjórnloka í kælikerfi gefur lægra hitastig á hringrásinni.

Varmaskiptar

Varmaskiptar eru notaðir til að flytja orku úr einu efni í annað. Þannig er t.d. hitaveituvatn keyrt inn á aðra hlið varmaskiptis og lokuð hitahringrás inn á hina hliðina. Með því að auka rennsli hitaveituvatnsins hitnar hringrásarvatnið. Annað dæmi er hitaflötur í loftræsikerfi þar sem hitahringrás fer inn á aðra hlið hitaflatarins og loft streymir í gegnum hina hliðina og hitnar við það.

Varmaskiptar eru yfirleitt tengdir "mótstraums", það þýðir að efnið sem á að gefa orku streymir á móti efninu sem á að fá orku. Ef varmaskiptir er tengdur "meðstraums" verður nýtni hans umtalsvert lakari.

• 

  Ýmsar gerðir vökvavarmaskipta

• 

  Mismunandi tengingar varmaskipta. Gildar ástæður geta verið fyrir því að tengja varmaskipta meðstraums en algengast er að tengja þá mótstraums

Léleg nýtni

Varmaskiptar eru oft settir saman úr mörgum málmplötum þar sem orkugjafinn flæðir öðru megin við plöturnar og vökvinn sem á að hita flæðir hinum megin við plöturnar. Varmi flyst frá heitara efni yfir í kaldara efni. Útfellingar úr vökvanum geta lagst á málmplöturnar og dregið úr varmaleiðni, það með dregur úr nýtni varmaskiptisins. Þetta er þekkt vandamál á sumum jarðhitasvæðum. Hægt er að taka varmaskipta í sundur og hreinsa plöturnar til þess að ná fyrri nýtni.

Útfellingar myndast örar við lægra hitastig, til dæmis þegar varmaskiptirinn þarf ekki að gefa frá sér hita (engin þörf á hitun í kerfum sem hann þjónar). Hægt er að draga úr útfellingum með því að halda varmaskiptinum alltaf yfir ákveðnu hitastigi þótt hann þurfi ekki að gefa hita til annarra kerfa. Þá er t.d. hægt að stöðva hringrásardæluna og stýra stjórnloka hitaveitunnar eftir hitastigi bakrásar hitaveitunnar.

Hringrás

Eins og nafnið ber með sér ætti vatn stöðugt að streyma um hringrásina. Það kemur fyrir að hringrásarkerfið er hannað eða smíðað sem ófullkomin hringrás. Það er þegar tvívega lokar eru settir á alla notendur og ekkert framhjáhlaup. Þetta er ófullkomin hringrás vegna þess að hringrásin lokast ef enginn notandi er að kalla á hitun. Þar með stöðvast rennsli yfir varmaskiptinn og reglirinn verður óstöðugur. Þessi galli ætti þó ekki að hafa neikvæð áhrif á hringrásardæluna því slíkar dælur eru yfirleitt þrýstistýrðar og draga sjálfkrafa úr afköstum þegar hringrásin lokast. Ef dælan væri ekki þrýstistýrð myndi hún berjast við að dæla á móti lokaðri hringrás þangað til hún bræddi úr sér.

Þessi galli veldur minni vandamálum að vetrarlagi því þá eru yfirleitt einhverjir notendur að kalla á hita. Þegar hlýnar í veðri getur hins vegar varmaendurvinnsla oft annað hitaþörf, stjórnlokar á hitahringrás loka og reglirinn hefur þá lélegar forsendur til að stýra hitastiginu í hringrásinni. Auk þess tekur lengri tíma fyrir hita að berast að notendum ef þeir eru fyrstir til að kalla á hita eftir lengra tímabil með alla notendur kalda.

Á myndinni að neðan sést hönnun með tvívega loka að báðum samstæðum, hringrásin kemst ekkert annað ef báðir lokar loka.

Til þess að bæta ástandið er best að setja þrívega loka á samstæðuna sem er „lengst í burtu“ (sjá rauðu viðbótina í teikningunni). Með því hleypir lokinn heitu vatni úr hringrásinni annað hvort í gegnum element samstæðunnar eða framhjá elementinu. Þannig er tryggt að vatnið í hringrásinni hreyfist alltaf (hringrásin alltaf opin) og reglirinn fær betri forsendur til að vinna rétt. Með því að setja þrívega loka á samstæðuna sem er lengst í burtu fáum við líka stöðuga heita hringrás nálægt öllum notendum og styttri tíma tekur fyrir hita að berast þegar samstæða byrjar að kalla á hita.