Primary-secondary pumping and control circuits are simple in theory and practice. Operation is based on this simple rule: WHEN TWO PIPING CIRCUITS ARE INTER-CONNECTED, FLOW IN ONE WILL CAUSE FLOW IN THE OTHER, T0 A DEGREE DEPENDING UPON THE PRESSURE DROP IN THE PIPING COMMON T0 BOTH.
PRIMARY-SECONDARY BASICS
The Monoflo fitting provides a fixed orifice between the riser connections of the radiation circuit into the main and is installed in piping which is common to both the radiation circuit and the main circuit. Flow in the radiation circuit occurs because of the orifice pressure drop. A typical Monoflo detail is illustrated in Figure 1.
Se il raccordo Monoflo fosse rimosso e i raccordi a T delle colonne montanti fossero avvicinati tra loro, non ci sarebbe praticamente alcuna caduta di pressione tra i punti di collegamento delle colonne montanti. A causa dell'eliminazione delle perdite di carico nella tubazione comune ad entrambi i circuiti, il flusso del circuito di radiazione sarebbe praticamente nullo. COSÌ:
QUANDO DUE CIRCUITI SONO INTERCONNESSI, IL FLUSSO IN UNO NON CAUSERA' FLUSSO NELL'ALTRO SE LA PERDITA DI PRESSIONE NELLA TUBAZIONE COMUNE AD ENTRAMBI VIENE ELIMINATA.
Questa affermazione semplice e definitiva fornisce la regola fondamentale per la progettazione dei sistemi primario-secondario. Il circuito fondamentale è illustrato nella Figura 2.
Tutti i metodi di controllo primario-secondario fanno infine riferimento all'uso di una interconnessione “comune” tra i circuiti primario e secondario. Per tubazione comune si intende un tratto di tubazione comune ai percorsi di flusso del circuito primario e secondario; appositamente progettato per perdite di carico estremamente basse.
La lunghezza comune della tubazione è piuttosto corta e può variare da un nipplo stretto fino a una lunghezza massima approssimativa di due piedi. Ciò garantisce una caduta di pressione minima in questa lunghezza della tubazione e assicura l'isolamento idraulico del circuito secondario dal circuito primario. Il flusso nel circuito primario non causerà il flusso nel secondario a causa della bassa caduta di pressione nella tubazione comune.
Una pompa del circuito secondario viene utilizzata per stabilire il flusso del circuito secondario. Questa pompa è illustrata nella Figura 3.
The secondary circuit pump is sized to provide design flow rate through the secondary circuit with reference to secondary circuit pressure drop only. In the sketch shown in Figure 3 this includes pressure drops; A-B, B-C, C-D, D-E, EG and H-I. Since the common piping pressure drop (A-I) is slight, it will have no effect on secondary circuit pumping requirements and the secondary circuit can be considered separately and in hydraulic isolation from the primary circuitry.
Nell'applicazione primario-secondario i circuiti primario e secondario vengono trattati separatamente. Le prevalenze del circuito secondario non influiscono sul fabbisogno di prevalenza del circuito primario e viceversa.
Questo fatto singolare permette di progettare il grande sistema come se fosse una serie di piccoli sistemi. La funzione del circuito primario diventa semplicemente quella di convogliamento del calore da o verso il secondario, mentre il circuito secondario è a servizio delle unità terminali di trasferimento del calore.
Poiché i circuiti secondari sono isolati dal carico energetico dalle grandi pompe primarie, il problema di controllo nei circuiti secondari è ridotto al minimo; gli aumenti del rapporto di pressione attraverso le valvole di controllo, ecc. possono essere impostati su un valore basso perché le teste della pompa secondaria sono basse. In effetti, l'isolamento dei controlli si ottiene con una notevole diminuzione dei problemi di funzionamento.
Le semplici procedure di progettazione che seguiranno “regole e definizioni” stabiliranno altri vantaggi di progettazione:
- Progettato per ridurre “profondamente” la temperatura del circuito primario con corrispondenti riduzioni della pompa primaria e delle dimensioni delle tubazioni.
- Metodi di controllo semplici ed efficaci nella sala macchine; applicazioni per caldaie e refrigeratori.
- Metodi di progettazione della batteria di trattamento dell'aria esterna per la protezione antigelo.
- Applicazione alla commutazione di zona caldo-freddo.
REGOLE E DEFINIZIONI PRIMARIE-SECONDARIE
Ubicazione della pompa del circuito secondario
La pompa secondaria deve sempre scaricare nel circuito secondario. Ciò prevede un aumento della pressione del circuito secondario rispetto a quella stabilita nel ponte di incrocio dalla pompa primaria.
La tubazione comune può essere considerata come il serbatoio di compressione “Nessun punto di variazione di pressione”. Di conseguenza è generalmente sbagliato pompare nella tubazione comune dal circuito secondario a causa della diminuzione della pressione statica del circuito secondario.
Il ponte di attraversamento
Il ponte incrociato è il collegamento trasversale tra la rete di alimentazione primaria e il ritorno primario. Fornisce la portata di progetto primaria alla tubazione comune.
Il ponte contiene valvole di bilanciamento e può contenere un indicatore di flusso. Molto spesso viene sottovalutato per semplificare il problema iniziale dello sfiato dell'aria.
Ponte di attraversamento; In testa
Mentre il ponte ribassato è generalmente preferito; vengono utilizzati anche ponti aerei di attraversamento:
The overhead cross-over bridge cannot become “air bound” and will continuously “air purge” providing the piping pressure drop from the primary supply main to the primary return main (ΔP in Figure 7, expressed in feet of water) is greater than height “H” in Figure 7. This is the usual case. Should height “HH” become greater than the estimated Δ P; or when downfed secondary circuits are used from an overhead cross-over, a manual air vent should be employed as illustrated in Figure 8.
I ponti sopraelevati dovrebbero essere progettati per una velocità minima dell'ordine di 2'/sec. per convogliare l'eventuale aria accumulata lungo il ritorno incrociato e nella conduttura di ritorno primaria.
Lunghezza briglia incrociata
Il ponte incrociato può avere la lunghezza necessaria per l'interconnessione tra il circuito primario e quello secondario.
Dimensionamento dei tubi del ponte incrociato
The cross-over bridge is generally pipe sized to a piping friction loss rate ranging from 100 M”/ft. (approx. 1 ft. per 100 ft.) to 500 M”/ft. (approx. 4’ per 100’) and to the required primary flow rate.
Quando la portata primaria richiesta è uguale al flusso secondario, le dimensioni del ponte incrociato, della tubazione comune e del tubo secondario sono uguali, come illustrato nella Figura 10.
Molto spesso, la portata primaria sarà notevolmente inferiore a quella secondaria. Quando la tubazione comune fa parte di una tubazione incrociata, è necessario seguire una procedura di applicazione speciale per evitare qualsiasi possibilità di “flusso di getto” attraverso la tubazione comune.
Ciò si ottiene generalmente dimensionando la tubazione comune alla dimensione del tubo del circuito secondario ed estendendo questa dimensione di tubo nel ponte incrociato di almeno 8 diametri di tubo a monte e di circa 4 diametri di tubo a valle; come mostrato nella Figura 11.
Lunghezza comune delle tubazioni e caratteristiche di flusso
Le tubazioni comuni sono progettate per una caduta di pressione minima e possono variare in lunghezza da un nipplo corto a circa due piedi. Le caratteristiche comuni di portata e direzione del flusso delle tubazioni saranno stabilite dalla relazione tra la portata primaria e quella secondaria. Ci sono tre valutazioni fondamentali da fare:
- Flusso primario maggiore del flusso secondario.
- Flusso primario uguale al flusso secondario.
- Flusso primario inferiore al flusso secondario.
Un esempio che illustra la considerazione a; la portata primaria maggiore della portata secondaria è mostrata nella Figura 12.
Il flusso comune delle tubazioni può essere meglio determinato dalla “legge del tee”; una semplice affermazione che scorre in una maglietta deve essere uguale a scorrere lontano dalla maglietta. Il raccordo a T "A" della Figura 12 è mostrato nella Figura 13.
A similar evaluation at Tee “B” allows complete evaluation of common piping flow (see Figure 14).
Si noterà che la temperatura di alimentazione secondaria deve essere uguale alla temperatura di alimentazione primaria purché il flusso primario sia solo leggermente maggiore del flusso secondario. La maggior parte dei sistemi ad acqua refrigerata sono progettati con un requisito di temperatura dell'acqua di alimentazione costante; di conseguenza la portata dell'acqua di alimentazione primaria è fissata ad un valore leggermente superiore rispetto a quella secondaria. Ciò garantisce un leggero bypass continuo delle tubazioni comuni e stabilisce che la temperatura di alimentazione secondaria è impostata dalla temperatura di alimentazione primaria.
Se la pompa del circuito secondario venisse arrestata, la portata della tubazione comune aumenterebbe immediatamente a 150 GPM e l'intero flusso primario bypasserebbe il circuito secondario.
Considerazione b; Il flusso incrociato primario è uguale a quello secondario. La seconda considerazione riguarda il caso in cui il flusso primario è uguale al flusso secondario. Viene utilizzato lo stesso circuito di prima, tranne per il fatto che la portata primaria incrociata viene ridotta a 100 GPM. Una valutazione al raccordo a T "A" è mostrata nella Figura 15.
Il circuito complessivo può essere mostrato come illustrato nella Figura 16.
Quando la portata primaria è impostata uguale a quella secondaria non ci sarà portata nella tubazione comune. La temperatura di mandata secondaria sarà nuovamente uguale alla mandata primaria e il ritorno secondario sarà uguale alla temperatura di ritorno primaria.
Considerazione c; flusso incrociato primario inferiore a quello secondario. La terza valutazione riguarda la condizione in cui la portata primaria è meno ridotta di quella secondaria. Viene utilizzato lo stesso circuito di prima, tranne per il fatto che il flusso incrociato primario viene ridotto a 50 GPM, mentre quello secondario viene mantenuto a 100 GPM.
La valutazione al tee “A” è mostrata nella Figura 17.
Il circuito complessivo può essere mostrato come illustrato nella Figura 18.
La caratteristica più importante della progettazione di un sistema in cui la portata del circuito secondario è maggiore di quella del primario è la miscelazione che si verifica nel raccordo a T “A”. Il flusso della tubazione comune, a una temperatura uguale al ritorno del circuito secondario, si miscela con l'acqua di alimentazione primaria per fornire una temperatura di alimentazione secondaria mista. Questa caratteristica più importante fornisce una controllabilità del ripristino uniforme, stabilisce possibilità di calo di temperatura del circuito primario “profondo” e può essere utilizzata con grande vantaggio nelle numerose disposizioni di controllo PS rese possibili.
Una seconda conclusione importante che si può trarre dalla Figura 1 è che la temperatura del ritorno incrociato primario deve essere uguale al ritorno secondario. In generale, la progettazione del PS stabilisce che la portata del ponte di crossover primario sarà uguale o inferiore alla portata secondaria. Ciò significa che la temperatura di ritorno del ponte primario di crossover per la condizione di progetto a pieno carico sarà sempre uguale al ritorno secondario.
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