Równoważenie hydrauliczne modernizowanej instalacji c.o.

Termomodernizacja budynku dotyczy zarówno jego obudowy cieplnej, jak i instalacji wewnętrznych, w tym centralnego ogrzewania. Redukcja potrzeb cieplnych pomieszczeń zmienia termiczne i hydrauliczne warunki pracy istniejącej instalacji c.o. [1]. Konieczne są działania dostosowujące wydajność cieplną i sposób pracy ogrzewania do nowych potrzeb.

W zależności od przyjętego rozwiązania realizowane jest to m.in. poprzez zmianę projektowych temperatur i strumienia czynnika grzejnego, zamontowanie grzejnikowych zaworów termostatycznych, zmianę wielkości lub wymianę grzejników czy wprowadzenie armatury równoważącej i regulacyjnej [2].

Działania te zmieniają układ hydrauliczny instalacji. Zapewnienie poprawnej technicznie, komfortowej i energooszczędnej pracy c.o. wymaga ponownego zrównoważenia hydraulicznego.

Problemy hydrauliczne

Skąd potrzeba ponownego równoważenia modernizowanej instalacji? Wprowadzenie grzejnikowych zaworów termostatycznych dwukrotnie zwiększa opory przepływu przez instalację c.o. Ich działanie dynamicznie zmienia przepływy i ciśnienia i tym samym instalacja stałoprzepływowa zmienia się w zmiennoprzepływową.

Także korekta wielkości lub wymiana grzejników zmienia opory przepływu w poszczególnych obiegach grzewczych, co w obliczu niejednorodnego stopnia redukcji potrzeb cieplnych poszczególnych pomieszczeń zmienia ich dotychczasowe proporcje. Gdy dodamy do tego obniżenie strumienia przepływu czynnika grzewczego, oczywiste staje się, że dotychczasowe rozwiązanie równoważenia hydraulicznego jest nieaktualne i nieodpowiednie dla nowych warunków.

Mimo to zdarza się, że podczas modernizacji instalacji c.o. równoważenie hydrauliczne jest zupełnie pomijane, realizowane częściowo lub, co gorsza, bez projektu, na tzw. wyczucie inżynierskie. Wciąż pokutują mity: „skoro działało wcześniej, to będzie działać i teraz”, „zawór termostatyczny rozwiąże wszelkie problemy”, „wymieńmy pompę na większą”, które w połączeniu z niedostateczną wiedzą inżynierską i obawą przed kosztami inwestycyjnymi czynią termomodernizację bezcelową inwestycją.

Zaniedbanie równoważenia hydraulicznego skutkuje niewłaściwą dystrybucją ciepła w budynku, co prowadzi do licznych problemów, takich jak np.:

• zawyżenie przepływów czynnika grzewczego przez obiegi grzejnikowe o niskich oporach hydraulicznych kosztem pozostałych obiegów,
• zaniżenie przepływów w oddalonych obiegach grzejnikowych, co prowadzi do niedogrzewania pomieszczeń,
• zbyt wysoka temperatura powrotu wywołana brakiem odbioru ciepła dostarczanego w nadmiarze do obiegów o zawyżonych przepływach,
• występowanie hałasów w przewodach c.o. wywołanych zbyt dużą prędkością przepływu czynnika oraz kawitacją,
• hałaśliwa praca zaworów termostatycznych spowodowana osiągnięciem granicznych parametrów pracy,
• dwustawna praca zaworów termostatycznych (typu ON/OFF) prowadząca do wahań temperatury w pomieszczeniach ogrzewanych,
• niestabilna cieplnie i hydraulicznie praca instalacji, szczególnie w okresach częściowego obciążenia, czyli przez większość sezonu grzewczego,
• zawyżone koszty eksploatacyjne – straty ciepła i energia elektryczna potrzebna do napędu pompy,
• skrócenie żywotności armatury regulacyjnej poprzez kawitację i przyśpieszone zużywanie się napędów.

Zarządcy nieruchomości często podejmują samodzielne próby rozwiązania najdokuczliwszych dla mieszkańców problemów związanych z niedogrzewaniem pomieszczeń. Do najczęstszych rozwiązań należą:

• montaż zaworów termostatycznych jako lekarstwo na wszelkie nieprawidłowości, co poprzez wprowadzenie dodatkowego oporu hydraulicznego i brak nastaw wstępnych często proporcjonalnie pogłębia istniejące problemy,
• „podniesienie” krzywej grzewczej w celu zniwelowania niedogrzewania części pomieszczeń, co prowadzi do przegrzewania reszty budynku i zwiększonych strat ciepła,
• przewymiarowanie pompy obiegowej jako recepta na niedogrzewanie części pomieszczeń, skutkujące zwiększeniem kosztów pompowania (energia elektryczna) i pogłębieniem problemów hydraulicznych (zwiększony przepływ i ciśnienie),
• wymiana pompy na sterowaną elektronicznie o zmiennej prędkości obrotowej, co częściowo poprawia sytuację, ale nie zmienia niewłaściwych proporcji strumieni w instalacji.

W wyniku powyższego ponoszone są znaczne koszty zakupu urządzeń i prac montażowych, a sytuacja nie poprawia się, ponieważ działania te są nieskoordynowane i wybiórcze.

Prawidłowym rozwiązaniem jest kompleksowa analiza zmian warunków pracy instalacji oraz opracowanie skutecznego rozwiązania technicznego zapewniającego komfortową i ekonomiczną pracę instalacji centralnego ogrzewania – ponowne równoważenie hydrauliczne.

Równoważenie statyczne i dynamiczne

Według oficjalnych definicji równoważenie hydrauliczne ma zapewnić optymalny rozdział czynnika grzewczego w całej instalacji przy w pełni otwartych zaworach regulacyjnych.

Równoważenie tworzy warunki dla regulacji, która ma utrzymywać poprawną temperaturę w pomieszczeniach ogrzewanych niezależnie od chwilowych warunków czy zakłóceń.

Regulacja i równoważenie hydrauliczne powinny „współdziałać” w instalacji c.o., ponieważ nawet najlepsze zawory regulacyjne nie będą w stanie realizować swojego zadania bez odpowiedniego strumienia czynnika grzewczego zapewnionego równoważeniem hydraulicznym obiegów.

Regulację i równoważenie hydrauliczne modernizowanych instalacji c.o. można realizować na wiele sposobów, za pomocą różnych urządzeń i metod. Obecnie rynek oferuje szeroki wachlarz rozwiązań obejmujących: armaturę ręczną i automatyczną, urządzenia pomiarowe oraz metody regulacji i równoważenia wodnych systemów grzewczych (i chłodniczych).

Dostępnych jest wiele publikacji na ten temat, książek [3] i artykułów (np. na łamach RI [4, 5, 6, 7 i in.]), a producenci oferują liczne materiały informacyjne i szkoleniowe, poradniki oraz oprogramowanie do doboru i projektowania. Objętość jednego artykułu jest zbyt skromna, żeby je wszystkie zaprezentować.

Uogólniając, projektant ma do wyboru statyczne i dynamiczne metody równoważenia hydraulicznego instalacji c.o. Równoważenie statyczne realizowane jest za pomocą zaworów równoważących posiadających płynną nastawę oraz możliwość pomiaru przepływu (fot. 1).

Równoważenie statyczne jest skuteczne w stałoprzepływowych instalacjach c.o. (bez zaworów termostatycznych) lub zmiennoprzepływowych o niewielkich wahaniach przepływu (z zaworami termostatycznymi i centralną regulacją pogodową, dzięki czemu zmiany przepływu wywołane przymykaniem termostatów są niewielkie, lub z zaworami upustowymi) [9].

Z kolei równoważenie dynamiczne realizowane jest za pomocą regulatorów różnicy ciśnień (ograniczników przepływu) z płynną nastawą i możliwością pomiaru przepływu. Dynamicznie reagują one na zmiany warunków hydraulicznych w instalacji c.o. (fot. 2), utrzymując stałe warunki w podlegających im obiegach. Równoważenie dynamiczne jest bardziej nowoczesnym i uniwersalnym rozwiązaniem. Doskonale nadaje się do równoważenia instalacji zmiennoprzepływowych [9].

Projektując równoważenie hydrauliczne istniejącej instalacji c.o., należy wykonać jej dokładną inwentaryzację, na podstawie której przeprowadzone zostaną niezbędne obliczenia. Im dokładniejsze zebrane dane, tym skuteczniejsze będzie równoważenie, a jego realizacja sprawniejsza i szybsza.

Proces równoważenia hydraulicznego

Równoważenie hydrauliczne jest ostatnim etapem prac przed oddaniem instalacji do eksploatacji, już po zakończeniu prac modernizacyjnych, przeróbek, montażu armatury itp. Przed przystąpieniem do równoważenia należy sprawdzić stan instalacji c.o. i porównać go z dokumentacją projektową. Każda rozbieżność musi być zgłoszona projektantowi, który powinien uwzględnić ją w projekcie lub nakazać przywrócenie rozwiązania projektowego.

Równoważenie instalacji, niezależnie od metody, przeprowadza się w symulowanych warunkach pełnego obciążenia cieplnego. Przed przystąpieniem do równoważenia należy [9]:

• przeanalizować projekt równoważenia instalacji c.o. i upewnić się, czy schemat jest zgodny z rzeczywistą instalacją,
• sprawdzić, czy zawory równoważące są łatwo dostępne, a ich typ, wielkość oraz kierunek montażu są zgodne z projektem, oraz ustawić ich nastawy zgodnie z projektem,
• sprawdzić, czy instalacja jest odpowietrzona, a filtry czyste, czy możliwe jest osiągnięcie projektowych przepływów,
• zasymulować warunki pełnego obciążenia cieplnego poprzez otwarcie wszystkich zaworów termostatycznych i uruchomienie pompy obiegowej z projektowymi parametrami,
• poznać metodę równoważenia i zasady obsługi przyrządu pomiarowego,
• realizować procedurę równoważenia zgodnie z projektem według określonej metody.

Zdarza się, że mimo wysiłków zespołu przeprowadzającego równoważenie instalacja „nie daje się zrównoważyć hydraulicznie”. W wypadku istniejącej instalacji c.o. przyczyny mogą być przeróżne:

• źle odpowietrzona instalacja,
• zabrudzone filtry,
• zamknięte lub zablokowane zawory,
• „zapchane” lub zapowietrzone grzejniki,
• nieprawidłowo podłączone grzejniki,
• niedrożne lub uszkodzone przewody c.o.,
• odwrotnie zamontowane zawory zwrotne,
• odwrotnie zamontowane pompy,
• nieodkryte wcześniej spinki i upusty hydrauliczne.

Również po zakończeniu równoważenia instalacja c.o. narażona jest na rozregulowanie w wyniku ingerencji osób trzecich, wandalizmu lub kradzieży. Niezabezpieczona nastawa zaworu równoważącego może zostać zmieniona przez lokatora lub zarządcę, a miedziane rurki impulsowe są łakomym kąskiem dla zbieraczy złomu.

Poprawnie zrealizowany proces równoważenia hydraulicznego powinien zakończyć się protokołem, a zawory równoważące powinny zostać opisane w sposób umożliwiający identyfikację zaworu i jego nastaw podczas przyszłych sprawdzeń i kontroli (fot. 3).

Podsumowanie

Równoważenie hydrauliczne jest koniecznością. Wymaga projektu kompleksowo uwzględniającego stan istniejący i wszystkie elementy systemu, co nabiera szczególnego znaczenia w wypadku równoważenia istniejących modernizowanych instalacji c.o.

Niezależnie od wybranego rozwiązania decydującym czynnikiem jest poprawność i solidność wykonania równoważenia hydraulicznego. Niedopełnienie lub niewłaściwe przeprowadzenie wymaganych czynności uniemożliwia osiągnięcie i utrzymanie zakładanego wyniku równoważenia.

Równoważenie modernizowanej instalacji c.o. pozwala dostosować istniejący system grzewczy dla nowych warunków oraz zapewnia skuteczną i komfortową pracę c.o. Jeżeli zostanie właściwie przeprowadzone, stwarza również warunki konieczne dla komfortowej i energooszczędnej regulacji dostaw ciepła do pomieszczeń ogrzewanych, stosownie do chwilowych potrzeb.

Literatura

1. Jadwiszczak P., Instalacje centralnego ogrzewania w procesie termomodernizacji budynków, „Rynek Instalacyjny” nr 7–8/2013.
2. Jadwiszczak P., Modernizacja instalacji c.o. w budynkach po termomodernizacji, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2013.
3. Pyrkov V., Regulacja hydrauliczna systemów ogrzewania i chłodzenia, Systherm, Poznań 2008.
4. Różycki R., Równoważenie dużych instalacji c.o., „Rynek Instalacyjny” nr 5/2012.
5. Różycki R., Równoważenie małych instalacji c.o., „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2012.
6. Jędrzejewski M., Brzoza S., Regulacja i równoważenie w instalacjach grzewczych i chłodniczych. Wymagania, funkcje i dobór właściwego rozwiązania, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2009.
7. Joniec W., Hydrauliczne równoważenie instalacji c.o., „Rynek Instalacyjny” nr 6/2008.
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).
9. Zasady równoważenia instalacji wewnętrznych c.o. i c.w.u., www.tah.wroc.pl.