Dobór średnic termostatycznych zaworów grzejnikowych

Termostatyczne zawory grzejnikowe produkowane są dla średnic gałązek (przyłączy) grzejnikowych DN 10–25 mm. Ponieważ producenci nie podają w swoich katalogach, dla jakich mocy cieplnych grzejników powinno się dobierać odpowiednie średnice gałązek i zaworów grzejnikowych, poniżej omówiono to zagadnienie.

Zakres stosowanych mocy cieplnych grzejników

W najczęściej stosowanych ogrzewaniach dwururowych o parametrach wody grzewczej 90/70°C zakres stosowanej mocy cieplnej grzejnika jest różny dla grzejników żeliwnych członowych i grzejników stalowych płytowych. Wynika on z różnych sposobów ich wykonania.

Grzejniki żeliwne członowe ze względów wytrzymałościowych składają się z co najmniej dwóch członów [2]. Z uwagi na ich ciężar nie stosuje się również grzejników większych niż 30-członowe. Moc cieplna tych grzejników mieści się więc w zakresie 300–4100 W.

Podstawowym elementem grzejników stalowych jest płyta grzejnikowa o różnych wymiarach, z której składa się grzejniki jedno-, dwu- lub trzypłytowe. Każda z płyt, niezależnie od wielkości, zaopatrzona jest w cztery otwory przyłączne z gwintem wewnętrznym o średnicy 1/2", umieszczone w narożnikach boku grzejnika (płyty).

Projektanci i wykonawcy zwykle popełniają błąd, przyjmując dla każdego grzejnika, niezależnie od jego wielkości, zawór termostatyczny 1/2". W zależności od liczby płyt, z których składany jest grzejnik stalowy, i ich wymiarów moc cieplna urządzenia wynosi [3]:

• grzejnik 1-płytowy: 289–5571 W,

• grzejnik 2-płytowy: 508–9271 W,

• grzejnik 3-płytowy: 719–13 058 W.

Z powyższego zróżnicowania mocy cieplnej wynika, że grzejniki powinny być wyposażane w zawory o różnych średnicach nominalnych. Średnica gałązki i termostatycznego zaworu grzejnikowego, jaką należy zastosować, zależy od wielu czynników, zwłaszcza od:

• dopuszczalnej prędkości wody grzewczej w gałązce,

• dopuszczalnego ze względów akustycznych natężenia przepływu wody grzewczej w zaworze grzejnikowym, zależnego od mocy cieplnej grzejnika,

• optymalnej ze względów ekonomicznych wysokości podnoszenia pompy cyrkulacyjnej w instalacji centralnego ogrzewania.

Prędkości przepływu wody w gałązkach i zaworach grzejnikowych

Minimalna prędkość przepływu wody w gałązkach grzejnikowych jest zależna od minimalnej mocy cieplnej grzejnika, a ta jest określana na podstawie jego wymaganych cech wytrzymałościowych. Zarówno dla grzejników żeliwnych członowych, jak i stalowych płytowych prędkość ta wynosi ok. 0,02 m/s.

Prędkości maksymalne wyznaczane są na podstawie wymagań akustycznych, gdyż woda przepływająca w gałązce i zaworze grzejnikowym nie powinna przekraczać głośności 25 dB (A), obowiązującej w pomieszczeniach w nocy. Dopuszczalne prędkości przepływu wody w gałązkach grzejnikowych określone zostały w „Tablicach inżynierskich” [4] na poziomie w = 0,15–0,25 m/s.

Z analizy prędkości przepływu wody w gałązkach przygrzejnikowych stosowanych w projektach instalacji ogrzewczych wynika, że nie przekraczają one wartości 0,15 m/s. Ponieważ prędkości powyższe zostały określone dla powszechnie stosowanych rur stalowych, taki rodzaj rur przyjęto w dalszej części analizy.

Dopuszczalne prędkości przepływu wody grzejnej w termostatycznych zaworach grzejnikowych dla rozpatrywanych zaworów typu RTD-N określić można z wykresów wydajności grzejników, na których oznaczone są granice głośności zaworów (25 i 30 dB (A)) [5].

Z obliczeń przedstawionych w tabeli 1 wynika, że dopuszczalne prędkości przepływów wody są różne dla różnych średnic zaworów termostatycznych i dla mniejszych średnic nominalnych są znacznie wyższe od dopuszczalnych prędkości wody w gałązkach grzejnikowych. Można zatem założyć, że dla przyjętych średnic nominalnych rur/gałązek stosować należy zawory termostatyczne o tej samej średnicy nominalnej.

Dopuszczalne moce cieplne grzejników

Zakres mocy cieplnej grzejnika dla przewidywanej średnicy gałązki jest zależny od przyjętej dla niej prędkości przepływu wody. W tabeli 2 określono moce cieplne grzejników dla różnych prędkości przepływu wody w gałązkach (od 0,02 do 0,25 m/s). Dla ogrzewań wodnych 90/70°C dwururowych prędkość przepływu wody w gałązkach oscyluje wokół wartości 0,1 m/s i rzadko przekracza wartość 0,15 m/s.

Maksymalna wartość mocy cieplnej grzejnika zasilanego przez odpowiednie średnice nominalne gałązek mieści się w zakresie prędkości przepływu wody w gałązce 0,10–0,15 m/s. Ze względów eksploatacyjnych zaleca się, aby maksymalną moc cieplną grzejnika określać dla prędkości wody w gałązce do 0,1 m/s.

Wpływ średnic gałązek i zaworów grzejnikowych na pompę cyrkulacyjną instalacji c.o.

Stosowane obecnie termostatyczne zawory grzejnikowe mają znacznie wyższe straty ciśnienia w porównaniu z zaworami tradycyjnymi [6]. Nie należy więc stosować zbyt małych średnic gałązek i zaworów termostatycznych, zwłaszcza dla grzejników położonych najbardziej niekorzystnie względem pompy cyrkulacyjnej. Niewłaściwie dobrane zawory termostatyczne mogą wpływać na wzrost straty ciśnienia w instalacji ogrzewczej, a więc i na zmniejszenie strumienia wody obiegowej w instalacji.

Wnioski

Producenci termostatycznych zaworów grzejnikowych nie podają niestety, jakie średnice zaworów należy stosować dla określonej mocy cieplnej grzejników. Średnice gałązek i zaworów termostatycznych do grzejników należy więc dobierać dla mocy cieplnej grzejników określonej w tabeli 2. W przypadku grzejników położonych najmniej korzystnie w instalacji gałązki i zawory termostatyczne należy dobierać dla prędkości przepływu wody do 0,1 m/s. Dla pozostałych grzejników również nie poleca się przekraczania prędkości przepływu wody 0,15 m/s.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690 ze zm.).

2. Kwiatkowski J., Cholewa L., Centralne ogrzewanie. Pomoce projektanta, Arkady, Warszawa 1980.

3. Katalog grzejników Purmo firmy Rettig Polska.

4. Tablice inżynierskie. Tom VI. Centralne ogrzewanie, PWN, Warszawa 1961.

5. Arkusz informacyjny firmy Danfoss, Termostaty grzejnikowe typu RTD, zawory typu RTD-N z ustawianiem wstępnym, Danfoss nr 5/1992.

6. Nowakowski E., Opory przepływu wody w zaworach grzejnikowych, „Instal” nr 1/2004.