„T”- idomok hidraulikája víz- és fűtéshálózatoknál

Keresztmetszetszűkülés: különböző technológiájú és anyagú csővezetékek hidraulikai ellenállásának összehasonlításakor nem elég a csővezetékeket alapul venni, figyelni kell, hogy az idomok ellenállás tényezője mekkora. A réz előnye a műanyaggal szemben jelentős lehet!

Bevezetés

Napjainkban alkalmazott víz- és fűtési csőhálózatok kialakítása többféle lehet, melyek közül az egyik legelterjedtebb a „T”-elágazásos elrendezésű vezetékrendszer. Kialakítását,- geometriáját- és ebből adódóan hidraulikáját tekintve a különböző csővezeték technológiák idomai igen eltérőek. A víz- és fűtéshálózatok hidraulikai ellenállásának nagy hányadát az idomok teszik ki, így e cikk arra kíván választ adni, hogy a „T”-elágazásos hálózatoknál alkalmazandó, különböző technológiájú idomoknak mekkora az alaki ellenállás tényezője és, hogy ezeket az értékeket miként lehet, illetve kell kezelni. Jelen cikkben közzétett számítások családi- és kisebb társasház szintű méretekre készültek, továbbá e hálózatoknál az egyik legjellegzetesebb idom, a „T”- idom került analizálásra az áramlás szétválasztása esetére.

Hidraulika

Napjainkban egyre jobban kezdenek előtérbe kerülni víz- és fűtéshálózatoknál a réz és műanyag technológiájú csővezetékek, azonban még sok esetben egyaránt kerülnek alkalmazásra acélcsővezetékek.

A csővezetékek hidraulikai ellenállását tekintve a réz a legkedvezőbb, majd utána következik a különböző műanyagból készült csővezetékek és az acél. Ez az ún. abszolút felületi érdességből adódik, melynek értékét a gyártók által kiadott tervezési segédletükben találhatjuk meg.

A csővezeték technológiákhoz tartozó idomok áramlástechnikai ellenállását tekintve a réz és az acél a legkedvezőbb, majd utánuk következnek az egyéb műanyag csővezeték technológiákhoz tartozó idomok. Ez a mérésekkel meghatározott ún. ζ-alaki ellenállás tényezőből adódik. Ez az érték minél kisebb, annál kisebb a hidraulikai ellenállás. Az alaki ellenállásból adódó nyomásveszteséget megkapjuk, ha az alaki ellenállás értéket megszorozzuk a dinamikus nyomással, tehát:

p_alaki.jpg

 

Hidraulikai áblázat 1

1. táblázat: „T”-idom ellenállás tényező értékei

Közelítő számításoknál a víz sűrűségének értéke 1000 kg/m3 - nek vehető. Az alaki ellenállás értékeit a gyártók megadják, tervezési segédleteikben megtalálhatjuk. Tájékoztatóul az 1. táblázatban láthatók a „T”-idom ellenállása az áramlás szétválasztása esetén. A többrétegű csővezetékek nagy alaki ellenállás értéke a csatlakozó idom nagy keresztmetszet csökkenésének „köszönhető”. Léteznek azonban olyan típusú idomok, amelyeknek a belső keresztmetszete közel azonos a csatlakozó csővezeték átmérőjével. Sajnos az ilyen típusú csővezeték technológiát gyártó cégek prospektusaiban, többségében vagy nem áll rendelkezésünkre számszerű adat vagy az 1. táblázatban található valamely „Műanyag” technológiájú csővezetékekhez tartozó értékeken belüli számok vannak közölve, így azok külön nem lettek feltűntetve. Az adott idom hidraulikai ellenállásának számításához ismerni kell az áramlási sebességet. Minden csővezetéki elemen, s ezen belül természetesen a „T”-idomon egyaránt létrejön hőleadás (t környezet < t idom) vagy hőelvonás (t környezet > t idom). Arravaló tekintettel, hogy ezeknek a csővezetéki elemeknek a felülete igen csekély, továbbá a beáramló és kiáramló közeg hőmérsékletkülönbsége jelentéktelen, az áramlást adiabatikusnak szokás tekinteni. Hidraulikai ellenállás számításkor meghatározandó egy mértékadó, azaz egy, az üzemelés folyamán előforduló legnagyobb tömegáram, mely időintervallumban az áramló folyadékmennyiség állandó. Ezen tények figyelembevételével az áramló közeg sebességét a stacioner áramlás- és állandó sűrűségre érvényes kontinuitási törvény segítségével tudjuk kiszámolni: 

áramló közeg sebessége

Kör keresztmetszetű csövek esetében d=de . Továbbá fontos azt megemlíteni, hogy az itt leírt, alaki ellenállásból származó nyomásveszteség meghatározására szolgáló képletben a w- áramlási sebesség a csatlakoztatott csővezeték átmérőjére értelmezendő. Természetesen a gyártók ezt figyelembe véve adják meg az általuk képviselt csővezetéki elemek alaki ellenállás tényezőket. Az 1. ábrán látható, hogyan áramlik a közeg egy kapillárisan forrasztható réz „T”-idomban az áramlás szétválasztása esetén. Mivel itt a keresztmetszetek megegyeznek, a csatlakozások környékén nem alakul ki turbulencia, az csak az irányváltásnál lép fel. A 2. ábrán láthatjuk az oxigén diffúziótól mentes csővezeték technológiához tartozó ún. press technológiával illesztett „T”-idomban a közeg áramlását, szintén az áramlás szétválasztása esetén. E csatlakozó idomoknál a csatlakozások helyén kialakul az örvénylő folyadékrészecske mező, melynek fenntartásához energiára van szükségünk. Az ehhez szükséges energiát az áramló közegből vonjuk el.

 

Réz T-idom áramlási viszonyai

1. ábra: Áramlás szemléltetése kapillárisan forrasztható réz T-idomban

 

Ötrétegű T-idom áramlási viszonyai

2. ábra: Áramlás szemléltetése oxigén diffúziótól mentes műanyag csőrendszerek press-kötéses T-idomjában

Ezek alapján elmondható, hogy „T”-elágazásos hálózatok kialakítása esetén hidraulikailag a rézzel kiépített rendszereknél kisebb csőátmérők adódnak, míg műanyagok esetében a „T”-idomban (és a többi, hozzátartozó idomban) kialakuló nagy nyomásesés miatt nagyobb csőátmérőket szükséges alkalmazni. Ez vízellátásnál és fűtési hálózatok esetében egyaránt érvényes. A 3.-és 4. ábrán látható diagramok az 1. táblázatban lévő értékek átlaga alapján lettek elkészítve. E jelleggörbék megmutatják a térfogatáram függvényében a nyomásesést. A diagramoknál érzékelni lehet, hogy milyen ellenállásbeli különbségek vannak a réz és a műanyag (oxigén diffúziótól mentes) csővezeték technológiákhoz tartozó „T”-idomok között. Látható, hogy a műanyag technológiához tartozó idomok ellenállása nagyobb, mint a rézé, így ha a műanyag alapanyagú csővezeték technológiát szeretnénk előnyben részesíteni, nagy valószínűséggel számolnunk kell a nagyobb csőátmérő alkalmazással. A 4. ábrán látható, hogy a DN 15-ös méretű műanyag technológiához tartozó „T”-idom ellenállása markánsan nagyobb, mint a DN 15-ös méretű réz „T”-idomé. Persze, hogy milyen dimenziójú csővezetékeket szükséges alkalmazni, az nagyon sok mindennek a függvénye. Az sem mindegy, hogy a „T”-idomban az áramlás milyen irányú. Jelen esetben csak az áramlás szétválasztását ismertetjük, azonban az egyesítést nem. Egy biztosan elmondható, hogy a rézcsővezetékekhez tartozó idomok hidraulikai ellenállásai jelentősen kisebbek, mint a műanyagoké.

„T”-idomok (áramlás szétválasztása) hidraulikai ellenállása, 2/1

3. ábra: „T”-idomok (áramlás szétválasztása) hidraulikai ellenállása, 2/1

 

„T”-idomok (áramlás szétválasztása) hidraulikai ellenállása, 2/2

4. ábra: „T”-idomok (áramlás szétválasztása) hidraulikai ellenállása, 2/2

Összegzés

Az épületgépészeti rendszerek kialakításánál fontos, hogy a tervezés fázisban összhangba legyen hozva az alkalmazott technológia a csőhálózat kialakításával. Vízellátás és fűtési rendszerek csővezetékének legáltalánosabb elrendezése a „T”-elágazásos hálózatok. Ezeknél a hálózatoknál általában rövid csőszakaszokat alkalmazunk, persze ez függ a helyi körülményektől. Ilyen jellegzetes példa egy fürdőszoba csapoló egységének a kiállása. Ezeknél a hálózatoknál, legyen az fűtés vagy vízellátás, olyan technológiát célszerű alkalmazni, melynek idomai költségkímélőek. Sok esetben csak a csővezetékek folyóméterre eső árát veszik alapul, miközben ezeknél a rendszereknél többnyire a beruházási költségek nagy hányadát az idomok teszik ki. Erre való tekintettel elmondható, hogy ilyen esetben a réz technológiát célszerű alkalmazni, hiszen a kapillárisan forrasztható rézcsövek idomai körülbelül tized annyiba kerülnek (márkától függően akár még nagyobb az árkülönbség), mint mondjuk a műanyag csővezetékekhez tartozó idomok. Persze, ha a csőszakaszok nagyon hosszúak, akkor előfordulhat, hogy más technológia alkalmazása a gazdaságosabb. A jelleggörbék hangsúlyozzák, hogy a „T”-idomok nagy hatással vannak a víz-és fűtéshálózatok hidraulikai ellenállására, tehát két különböző technológiájú csővezeték hidraulikai ellenállásának összehasonlításakor nem elég a csővezetékeket alapul venni, figyelni kell, hogy az idomok ellenállás tényezője mekkora. Jelen cikkben csak a „T”-elágazásos hálózatok lettek megvizsgálva, azonban érdemes azt megemlíteni, hogy vannak olyan vezetékkialakítások, mikor más technológiájú csővezetékek alkalmazása gazdaságosabb lehet.

Ezúton szeretnék köszönetet mondani Dr. Garbai László professzor úrnak a cikk írása során nyújtott lektori munkájáért.

Szerző: Gergely Dániel Zoltán

Felhasznált irodalom:

  1. Bohl, Willi: Műszaki áramlástan. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983
  2. Cséki István: Épületek vízellátása, csatornázása. Ötödik, átdolgozott kiad. Skandi-Ealdi Könyvkiadó, Budapest, 1998
  3. Cséki István: Épületgépészeti tervezési segédlet rézcsöves szerelésekhez. Magyar Rézpiaci Központ, Budapest, 2008.
  4. Garbai László: Hidraulikai számítások az épületgépészetben és az energetikában. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2007.
  5. Gruber József, dr.- Blahó Miklós, dr.: Folyadékok mechanikája. Tankönyvkiadó, Budapest, 1956
  6. Jauschowetz, Rudolf: Hidraulika, a melegvízfűtés szíve. Herz Armaturen Ges.m.b.H., 2007.
  7. Vinkler Károly: Kézben tartott áramlás. PI Innovációs kft., 2012
  8. Lajos Tamás. : Az áramlástan alapjai. 4. átdolgozott és bővített kiadás. Dr. Lajos Tamás, Budapest, 2008.

Share >

Szerelési segédlet

A kiadvány ismerteti a szakszerű rézcsöves szereléstechnológia során alkalmazható anyagokat, ismerteti a különböző kötések megengedett alkalmazási területeit, valamint útmutatást ad a víz, fűtés, gáz, fűtőolaj és sűrített levegő rendszerek szerelése folyamán betartandó szabályokra.

A videó bemutatja a szakszerű rézcsőszerelés menetét (lágy- és keményforrasztás, présidomos kötés, gyorskötő csőidom). Az oktatófilm része a szakiskolák számára kifejlesztett oktatási csomagunknak, kiegészíti a "Szakszerű rézcsőszerelés - Oktatási program középszintű szakiskolák részére" című kiadványunkat.
RÉZ ÉS VÍZ – az ősi szövetség

10.000 éve kezdődött használata, azóta része mindennapjainknak, civilizációnknak.

A magas hőmérsékletet sem probléma

A csövek jól viselik a magas hőmérsékletet, ellenállnak a szabályzás esetleges hibájából adódó hirtelen hőmérsékletemelkedésnek is, várható élettartamukat ez a legkevésbé sem befolyásolja.