Monissa lämmitys‑ ja jäähdytysvesijärjestelmissä, suhteellisen paineen ohjaustila on ensisijainen ohjausstandardi. Ja hyvästä syystä. HVAC‑järjestelmissä huomioidaan vain dynaamiset häviöt putkista, mutkista ja komponenteista otetaan huomioon. Staattiset häviöt tai nostokorkeus voidaan sivuuttaa.

Kuitenkin liikerakennusten paineenkorotusjärjestelmissä vakio vedenpaine on muodostunut standardiksi, vaikka näissä rakennuksissa on paljon dynaamisia häviöitä, eikä vain staattisia painehäviöitä. 

Tässä kurssissa esittelemme sinulle suhteellisen paineen käytön vedenpaineenkorotusjärjestelmissä ja kuinka se voi tuoda säästöjä liikerakennuksiin.

Mutta ennen kuin menemme syvemmälle, kerrataan kaksi keskeistä termiä: staattiset painehäviöt ja dynaamiset painehäviöt. Yksinkertaisesti: staattiset häviöt eivät riipu virtausnopeudesta, kun taas dynaamiset painehäviöt riippuvat voimakkaasti virtauksesta. 

Paineenkorotuspumpun mitoituksessa on tärkeää laskea staattinen korkeus staattisten häviöiden määrittämiseksi, ja myös dynaamiset häviöt on laskettava. Staattinen korkeus mitataan pumppuyksiköstä rakennuksen ylimpään vesipisteeseen. Dynaamiset häviöt riippuvat vedenkulutuksesta. Kun vedenkulutus ja virtaus ovat korkeita, putkiston ja liittimien dynaamiset häviöt kasvavat. Nollavirtauksella ei ole dynaamisia häviöitä. 

Perinteisesti korkeiden liikerakennusten paineenkorotusjärjestelmissä käytetään vakiopainetta, koska staattista korkeutta on paljon. Kuten tässä näkyy, pumpun paine tai nostokorkeus (punainen viiva) on vakio, riippumatta virtauksesta tai dynaamisista häviöistä. Mutta paineenkorotuspumpun toimintaa voidaan optimoida käyttämällä suhteellista painetta – jopa korkeissa rakennuksissa. Katsotaan tarkemmin.

Kuten näkyy, suhteellisen paineen ohjaustavassa pumppu mukauttaa toimintaansa tarvittavan paineen mukaisesti, mikä määritetään virtausnopeuden mukaan. Vaikka suhteellisen painesäädön säästöt voivat näyttää pieniltä avulla saavutettavat säästöt voivat näyttää pieniltä. 

Korkeissa rakennuksissa, joissa on suuri staattinen painehäviö, niistä on silti hyötyä. Monet liikerakennukset eivät kuitenkaan kuulu "korkeiden rakennusten" kategoriaan. Sairaalat, ostoskeskukset ja lentokentät kattavat suuren alan, mutta vain muutaman kerroksen. Ja tällaisissa liikerakennuksissa ei ole epäilystäkään, etteikö suhteellinen painesäätö olisi paras valinta.

Kuvitellaan lentokenttä. Tyypillinen lentokenttä kattaa suuren alueen, mutta sen korkeus on melko maltillinen. Paineenkorotuksessa tällä on merkitystä, sillä staattisen ja dynaamisen häviön suhde on lähes päinvastainen verrattuna korkeisiin liikerakennuksiin. Kuten tämä kaavio näyttää, suhteellinen paine on vielä merkityksellisempi tällaisissa rakennuksissa, ja säästöpotentiaali on huomattava.

Toinen tärkeä tekijä on vedenpaine ja virtaus vesipisteessä. Vakiopaineella toimivissa järjestelmissä veden virtaus vesipisteessä ei ole vakio. Veden virtaus kasvaa, kun järjestelmän kokonaisvirtaus laskee. Tämä johtuu siitä, että vesipisteet altistuvat painevaihteluille, jotka riippuvat järjestelmän dynaamisista häviöistä – eli häviöistä, jotka riippuvat virtauksesta. Tarkastellaan esimerkkiä.

Jos järjestelmän virtausta vähennetään. Saatavilla oleva paine vesipisteessä voi nousta esimerkiksi 100:sta 200 kPa:iin ja veden virtaus kasvaa tällöin 0,25:stä 0,33 l/s – eli vedenkulutus lisääntyy 32 %. Kun järjestelmän kokonaiskulutus vähenee, myös dynaamiset häviöt vähenevät. Ja jos pumpun paine pysyy vakiona, paine vesipisteessä nousee, mikä johtaa tarpeettomaan vedenkulutuksen kasvuun.

Suhteellisella paineella toimivat järjestelmät voivat säätää painetta tarpeen mukaan. Kun järjestelmän virtaus laskee, pumpun paine tai nostokorkeus pienenee vastaavasti. Näin vedenpaine vesipisteessä pysyy lähes vakiona, mikä aiheuttaa vain marginaalisen kulutuksen nousun – jälleen yksi keskeinen hyöty suhteellisesta paineesta. 

Suhteellisesta painesäädöstä on itse asiassa kaksi tyyppiä: lineaarinen ja neliöllinen. Lineaarisessa säädössä pumppu mukauttaa toimintaansa suoraan virtauksen mukaan. Neliöllinen säätö puolestaan simuloi todellisia järjestelmäolosuhteita. Tässä esimerkissä punainen alue näyttää lineaarisen säädön energiansäästöt, kun taas sininen alue osoittaa neliöllisen säädön tuomat lisäsäästöt.

Yhteenvetona: suhteellinen paine – sekä lineaarinen että neliöllinen – tuo merkittäviä energiasäästöjä ja myös veden säästöjä vedenpaineenkorotusjärjestelmissä. Ja vaikka säästöt korostuvat matalissa liikerakennuksissa kuten lentokentillä ja sairaaloissa, suhteellisen paineen käyttö vedenpaineenkorotuksessa tuo säästöjä kaikissa liikerakennuksissa.