Dvě čerpadla – dvojnásobný výkon?
Oblíbenou variantou řešení hydraulických problémů v otopné soustavě bývá také vzájemné propojení dvou oběhových čerpadel. Zdvojnásobí se tím ale jejich výsledný výkon?
Již při položení otázky, zda čerpadla propojit za sebou (sériově) nebo vedle sebe (paralelně), nás ale napadne, že mezi tím bude určitě nějaký rozdíl. Tak tedy – co se stane a jak zareaguje otopná soustava? Pokusíme se naznačit souvislosti.
Odporová charakteristika soustavy
V okruhu dvoutrubkové otopné soustavy můžeme dosáhnout požadovaný objemový průtok pouze tím, že v něm zajistíme odpovídající tlakový rozdíl. Čím je rozdíl vyšší, tím více vody okruhem obíhá. Vzájemná závislost těchto obou veličin však není taková, že by se snad při dvojnásobném tlakovém rozdílu objemový průtok také zdvojnásobil. Mnohem lépe ji můžeme popsat pomocí kvadratické funkce:
Odporová charakteristika soustavy a charakteristika čerpadla se protínají v provozním bodu soustav
Při paralelním zapojení dvou stejných čerpadel se zdvojnásobuje jimi dodávaný objemový průtok
Při sériovém zapojení dvou stejných čerpadel se zdvojnásobuje jimi dodávaný tlakový rozdíl
Zhruba to znamená, že odporovou charakteristiku soustavy můžeme znázornit pomocí jednoduchého diagramu. Pro matematicky zdatnější z nás je jasné, že lineární funkci by znázorňovala přímka. U kvadratické funkce se z ní ale stává křivka.
Charakteristika čerpadla
Oběhové čerpadlo opakovaně reaguje na různé provozní situace, vyskytující se v otopné soustavě, a to rovněž nelineárně – podle určité křivky, známé jako (dopravní) charakteristika čerpadla. Umístíme-li obě křivky do jednoho diagramu, protínají se v jednom bodě a tomuto průsečíku říkáme provozní bod soustavy. V diagramu s danou odporovou charakteristikou soustavy a charakteristikou nijak neregulovaného čerpadla udává tento bod jediný objemový průtok vody. U otopné soustavy se ovšem za provozu vyskytne mnoho odporových charakteristik, vzájemně odlišných.
Při dimenzování soustavy se totiž obvykle nejdříve předpokládá, že všechny otopné plochy jsou současně v provozu. Ve skutečnosti však bývá současnost jejich provozu velmi malá. Odporová charakteristika soustavy se tím mění a v diagramu se „posouvá“ směrem doleva a společně s ní také její průsečík s charakteristikou čerpadla. Ve výchozím – výpočtovém – provozním stavu dostaneme v diagramu průsečík B1 s objemovým průtokem vody 2,7 m3/h, při tlakovém rozdílu 340 hPa. Za provozu, například když některé termostatické regulátory průtok seškrtí, se ale průsečík (provozní bod) posune do polohy B2 s průtokem vody 2,1 m3/h a tlakovým rozdílem 4,3 hPa.
Co se stane po zdvojení čerpadel?
Platí, že ani při současném provozu dvojice vzájemně propojených čerpadel se vztah jejich výsledné charakteristiky k odporové charakteristice soustavy nemění. Dostaneme však nový průsečík – provozní bod – který ovšem závisí na tom, zda jsou čerpadla zapojena za sebou (sériově) nebo vedle sebe (paralelně). Za současného provozu dvou stejných čerpadel pak v každé z těchto variant zapojení vzniká jiná výsledná charakteristika: v prvním případu se v diagramu zdvojnásobí tlakové rozdíly (pořadnice charakteristiky), ve druhém pak objemové průtoky (souřadnice charakteristiky). Každý z našich diagramů byl odvozen pro jiné oběhové čerpadlo. Provozní body B1 a B2 v nich znázorňují, jak se projeví změna odporové charakteristiky soustavy za provozu jednoho čerpadla, body B´1 a B´2 pak za provozu obou čerpadel.
Článek popisuje základní pojmy čerpací techniky – charakteristiku čerpadla, odporovou charakteristiku soustavy a provozní bod a následně se zabývá výsledným působením sériově resp. paralelně zapojených oběhových čerpadel.
Principu sériového zapojení čerpadel se využívá v případech, kdy nelze jedním čerpadlem dosáhnout požadovaného tlaku (resp. tlak. rozdílu u oběhových čerpadel) nebo u vícečlánkových čerpadel s větším počtem oběžných kol.
Druhého principu paralelního zapojení čerpadel se používá v případech, kdy jedním čerpadlem nelze dosáhnout požadovaný průtok nebo v některých případech u tzv. zdvojených oběhových čerpadel při současném chodu obou hlav zdvojeného čerpadla.
U posledně jmenovaného způsobu provozu je ale nutno upozornit na to, že výrobci zdvojených oběhových čerpadel obvykle doporučují tato čerpadla pro zajištění stoprocentní provozuschopnosti čerpadla (v případě poruchy jedné hlavy se automaticky zapíná druhá hlava zdvojeného čerpadla), a ne pro současný provoz obou jednotek zdvojeného čerpadla, protože může docházet k problémům s hlučností čerpadla kvůli zvýšené rychlosti proudění při téměř dvojnásobném průtoku, na který nejsou sací a výtlačné hrdlo zdvojeného čerpadla dimenzovány.
Dále je nutno u zdvojených oběhových čerpadel upozornit na skutečnost, že výkon zdvojeného čerpadla neodpovídá v důsledku konstrukce tělesa zdvojeného čerpadla výkonům dvou jednoduchých čerpadel. Pro průtok platí přibližně:
Qzdvoj. č. = Qjednod. č. × 1,8
This paper describes the basic concepts of pumping technology - characteristics of the pump, and resistive characteristics of system, operating point, and deals with the result effect of the series of the circulator in serial and parallel connection.