Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 2. Aplikacje zalecane dla budynków mieszkalnych

Jednym z wielu wyzwań, z jakimi można się spotkać w budynkach mieszkalnych, jest brak zrównoważenia instalacji ogrzewania wodnego.

Rozdział medium grzewczego nierzadko nie jest zgodny z założeniami projektowymi i lokalnym zapotrzebowaniem na ciepło. Oznacza to, że część pomieszczeń jest przegrzewana, podczas gdy inne nie otrzymują wystarczającej ilości ciepła. Często z tego powodu instaluje się większe pompy, co prowadzi tylko do zwiększenia kosztów związanych z pompowaniem oraz nieodpowiednich warunków pracy grzejnikowych zaworów regulacyjnych, ale niestety nie rozwiązuje problemu.

Większe koszty pompowania to większe rachunki za ogrzewanie, a nieodpowiednie warunki pracy zaworów regulacyjnych skutkują głośną pracą instalacji oraz problemem z utrzymaniem żądanej temperatury w pomieszczeniu.

W artykule przedstawiono wyłącznie rozwiązania zalecane pod względem technicznym i ekonomicznym.Każdą z prezentowanych aplikacji scharakteryzowano pod względem projektowania, kosztów operacyjnych, kosztów inwestycyjnych, praktyki użytkowania oraz innych cech charakterystycznych dla danego rozwiązania.

Autorzy mają nadzieję, że tak dokładne opisy umożliwią łatwiejszy wybór rozwiązania, które będzie optymalnie dopasowane do danej instalacji, a także pozwolą na ustrzeżenie się przed nietrafnymi decyzjami na etapie projektu czy wykonywania instalacji.

System ze zmiennym przepływem – aplikacja dla instalacji z grzejnikami z zaworami termostatycznymi

Na rys. 1 znajduje się schemat systemu ze zmiennym przepływem, typowej aplikacji dla dwururowych systemów grzewczych z grzejnikami wyposażonymi w termostatyczne zawory grzejnikowe.

W rozwiązaniu tym zapewniono przepływ zmienny w rurociągu dystrybucyjnym oraz utrzymanie stałego ciśnienia różnicowego na każdym z pionów, niezależnie od częściowego obciążenia systemu i od oscylacji (zmian) ciśnienia w systemie.

Aplikacja ta jest poprawna pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecana jest do budynków modernizowanych oraz nowo budowanych z rozdziałem pionowym.

Cechy systemu

• Projektowanie i dobór:
  Wymagane są tradycyjne obliczenia ze względu na TRV: — Kv (nastawa) zaworu.

  Obliczenia nastaw dotyczące TRV na pętli kontrolowanej przez regulator Dp.

  Wymagane są uproszczone obliczenia hydrauliczne (możliwość podziału systemu na gałęzie z kontrolą Dp).

  Łatwo dobrać regulator różnicy ciśnienia: zalecany spadek ciśnienia równy 10 kPa.

  Pompę dobieramy na parametry przepływu nominalnego.

• Koszty operacyjne:
  Niskie koszty pompowania.

  Małe straty i zyski ciepła na rurociągach.

  Potrzebna pompa o większej wysokości podnoszenia.

  Prosta optymalizacja pracy pompy.

  TRV zazwyczaj gwarantują dobry autorytet, gdyż mają samodzielną regulację i pojawiają się niewielkie oscylacje temperatury w pomieszczeniach.

  Duża oszczędność energii dzięki stałemu przepływowi w pionach świecowych ze względu na zastosowanie automatycznych ograniczników przepływu lub maksymalna oszczędność energii dzięki automatycznemu dostosowaniu wielkości przepływu do chwilowego zapotrzebowania na ciepło za pomocą automatycznych regulatorów przepływu wyposażonych w moduł siłownika termostatycznego QT.

• Koszty inwestycyjne:
  Średnie koszty inwestycyjne (TRV + ASV na pętlach).

  Trochę droższe regulatory różnicy ciśnienia ASV.

  Mniejsza liczba zaworów niż w rozwiązaniu z ręcznymi zaworami równoważącymi, niższe koszty instalacji.

  Równoważenie instalacji przeważnie nie jest potrzebne.

  Pompa o zmiennej prędkości obrotowej jest rozwiązaniem rekomendowanym (charakterystyka liniowa).

• Instalacja i uruchomienie systemu:
  Regulacja hydrauliczna tylko na grzejnikach.

  Wartość Dp na TRV jest zbliżona do stałej.

  Dobra praca systemu i wysoki komfort przy pełnym i częściowym obciążeniu.

  Minimalne oscylacje temperatury w pomieszczeniach.

  Pompa ze zmienną prędkością obrotową zapewnia oszczędność energii.

Należy zwrócić uwagę, żeby ciśnienie zamknięcia na TRV było o połowę wyższe niż Δp nastawione na ASV.

Lekki nadprzepływ przy systemie częściowo obciążonym korygują w pewnym stopniu samodzielne regulatory.

System ze zmiennym przepływem – aplikacja dla instalacji grzewczych płaszczyznowych

W systemie ze zmiennym przepływem w typowej aplikacji dla instalacji grzewczych płaszczyznowych (podłogowych lub ściennych) wyposażonych w rozdzielacze i indywidualne regulatory pomieszczeniowe zapewniony jest przepływ zmienny w rurociągu dystrybucyjnym oraz stałe ciśnienie różnicowe na każdym z rozdzielaczy, niezależnie od częściowego obciążenia systemu i od zmian ciśnienia w systemie.

Rozwiązanie to jest poprawne pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecane do budynków nowo budowanych z rozdziałem poziomym (rys. 2).

Cechy systemu

• Projektowanie i dobór:

  Konieczne są tradycyjne obliczenia dla zaworu nastawczego we wszystkich pętlach: — Kv, obliczenia spadku ciśnienia.

  Należy wykonać obliczenia nastaw dotyczące zaworu regulacyjnego wewnątrz pętli z kontrolowaną wartością Δp.

  Wymagane są uproszczone obliczenia hydrauliczne (możliwość podziału systemu na piony regulowane przez automatyczne regulatory różnicy ciśnienia).

  Łatwy dobór automatycznych regulatorów różnicy ciśnienia: zalecany spadek ciśnienia równy 10 kPa.

  Dobór pompy oparty jest na wartości przepływu nominalnego.

   

• Koszty operacyjne:

  Niskie koszty pompowania.

  Małe straty ciepła na rurociągu.

  Konieczny jest dobór pompy o dużej wysokości podnoszenia – straty ciśnienia na automatycznych regulatorach różnicy ciśnienia.

  Łatwa optymalizacja pracy pompy.

  Zalecana typowa regulacja ON/OFF z dużą bezwładnością charakterystyczną dla ogrzewania podłogowego.

• Koszty inwestycyjne:
  Średnie koszty inwestycyjne (regulacyjny zawór strefowy + ASV na wejściu do każdego rozdzielacza).

  Mniejsza liczba zaworów niż w rozwiązaniu z ręcznymi zaworami równoważącymi i niższe koszty instalacji.

  Nie jest konieczne równoważenie systemu.

  Rekomendowana pompa o zmiennej prędkości obrotowej (regulowana – stała wartość ciśnienia dyspozycyjnego).

• Instalacja i uruchomienie systemu:
  Regulacja hydrauliczna tylko na rozdzielaczu.

  Wartość Δp zbliżona do wartości stałej.

  Dobra praca systemu przy częściowym i całkowitym obciążeniu.

  Pompa ze zmienną prędkością obrotową zapewnia oszczędność energii.

Należy zwrócić uwagę, że ciśnienie zamknięcia na zaworze strefowym powinno być o połowę wyższe niż wartość Δp na zaworze ASV.

Występuje niewielki nadprzepływ podczas pracy systemu częściowo obciążonego (stała wartość ciśnienia różnicowego każdej pętli).

Dwururowy system ogrzewania o rozprowadzeniu poziomym z indywidualnymi podłączeniami mieszkań

W dwururowym systemie ogrzewania o rozprowadzeniu poziomym z indywidualnymi podłączeniami mieszkań wyposażonym w termostatyczne zawory grzejnikowe, automatyczne regulatory ciśnienia różnicowego i regulację strefową zapewniamy:

• automatyczne ograniczanie przepływu dla wszystkich mieszkań,

• automatyczną regulację ciśnienia różnicowego dla każdego obiegu grzewczego i regulację strefową (programowalną) za pomocą zaworu regulacyjnego przeznaczonego dla każdego z mieszkań

Rozwiązanie to jest poprawne pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecane jest do budynków nowo budowanych z rozdziałem poziomym (rys. 3).

Cechy systemu

• Projektowanie i dobór:
  Konieczne są obliczenia tradycyjne ze względu na TRV: Kv (nastawa) zaworu.

  Wymagane są obliczenia nastaw dotyczące pętli regulowanych przez regulator Δp.

  Zalecane są uproszczone obliczenia hydrauliczne (możliwość podziału systemu w powiązaniu z rozmieszczeniem regulatora różnicy ciśnień).

  Dokładny dobór ogranicznika przepływu – regulatora Δp odbywa się za pomocą diagramu.

  Nastawa zaworu AB-PM zależy od żądanej wartości przepływu i strat ciśnienia w regulowanej pętli.

  Dobór pompy wykonujemy w zależności od przepływu nominalnego.

  Regulacja strefowa jest funkcją dodatkową, która jest możliwa do uzyskania po rozbudowaniu systemu o termostat pomieszczeniowy i napęd ON/OFF.

• Koszty operacyjne:
  Obniżone zużycie energii w poszczególnych mieszkaniach, gdyż TRV zapewniają optymalizację temperatury w każdym pomieszczeniu, a zastosowanie zaworów strefowych wraz z termostatem programowalnym pozwala na oszczędzanie energii w zależności od preferencji użytkownika.

  Lepsza sprawność systemu dzięki niewielkiej oscylacji temperatury w pomieszczeniu ze względu na możliwy dobry autorytet zaworów regulacyjnych TRV.

  Niskie koszty pompowania.

  Małe straty ciepła na rurociągu dystrybucyjnym.
  Potrzebna jest większa pompa z uwagi na dodatkowy spadek ciśnienia na zaworze AB-PM.

  Zalecana optymalizacja punktu pracy pompy.

• Koszty inwestycyjne:
  Na średnim poziomie (zawory AB-PM przed każdym z mieszkań + regulacja strefowa z jednym zaworem regulacyjnym i napędem).

  Bardzo dobry stosunek ceny rozwiązania do efektów po jego zastosowaniu.

  Mniejsza liczba zaworów niż w rozwiązaniu z ręcznymi zaworami równoważącymi, niższe koszty instalacji.

  Równoważenie systemu nie jest konieczne (wystarczy tylko wykonanie nastaw zgodnie z projektem na zaworze AB-PM i zaworach TRV).

  Zalecana jest pompa o zmiennej prędkości obrotowej.

• Instalacja i uruchomienie systemu:
  Niewielkie oscylacje temperatury w pomieszczeniu – samodzielna regulacja bazująca na regulacji proporcjonalnej.

  Minimalne wahania Δp na zaworze TRV w połączeniu z automatycznym ograniczeniem przepływu gwarantują, że w systemie nie wystąpi zjawisko nadprzepływu.

  Praca systemu przy pełnym i częściowym obciążeniu jest dobra – doskonały komfort i możliwość zaprogramowania wartości temperatury w pomieszczeniu.

  Pompa ze zmienną prędkością obrotową zapewnia oszczędność energii.

Należy zwrócić uwagę, że ciśnienie zamknięcia zaworów TRV wynosi tylko 0,2 bara i wartość ta jest zgodna z minimalnymi warunkami pracy zaworu AB-PM.

Rozliczenie kosztów ciepła jest możliwe w przypadku skorzystania z liczników ciepła dla każdego z mieszkań (licznik ciepła musi być zainstalowany poza pętlą z regulowanym Δp).

Ograniczona jest możliwość wystąpienia zjawiska nadprzepływu (tylko podczas częściowego obciążenia systemu na rurociągu dystrybucyjnym wewnątrz pętli z regulowanym Δp).

System ze zmiennym przepływem dla modernizowanych dwururowych systemów c.o. z grzejnikami z głowicami termostatycznymi

W systemie ze zmiennym przepływem dla modernizowanych dwururowych systemów centralnego ogrzewania, w których grzejniki są wyposażone w głowice termostatyczne ze złączem zatrzaskowym RA, zapewniony jest przepływ zmienny w rurociągu dystrybucyjnym oraz utrzymanie stałego ciśnienia różnicowego 0,1 bara na każdym z zaworów grzejnikowych

Umożliwia to wbudowany w zawór regulator ciśnienia, w efekcie zagwarantowane jest utrzymywanie nastawionego przepływu niezależnie od częściowego obciążenia systemu i od oscylacji (zmian) ciśnienia w systemie. Dzięki temu eliminujemy zjawisko nadprzepływu podczas całego czasu pracy systemu, a tym samym zapewniamy poprawną dystrybucję medium także podczas pracy systemu w warunkach innych niż projektowe oraz eliminujemy problemy z hałasem podczas częściowego obciążenia systemu.

Rozwiązanie to jest poprawne pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecane jest do budynków modernizowanych (rys. 4).

Cechy systemu

Projektowanie i dobór:

• Metoda obliczeniowa i dobór są w tym wypadku proste: nie musimy znać wartości kv, obliczenia autorytetu zaworu nie są konieczne, dobór jedynie na podstawie mocy grzejnika.

• Proste są obliczenia nastaw wstępnych zgodnie z wymaganym przepływem przez grzejnik.

• Autorytet zbliżony do 1: dokładność regulacji nie zależy od zmian ciśnienia w instalacji oraz od nastawy na zaworze.

• Mniejsza liczba zaworów regulacyjnych do doboru skraca czas projektowania.

• Dopuszczalny jest spadek ciśnienia na zaworze RA-DV w zakresie od 0,1 do 0,6 bara.

Koszty operacyjne:

• Niskie koszty pompowania.

• Nie występuje zjawisko nadprzepływów, ponieważ zawór RA-DV utrzymuje stały przepływ niezależnie od zmian ciśnienia w instalacji.

• Mniejsza jest wysokość podnoszenia pracy.

• Zminimalizowana oscylacja temperatury w pomieszczeniach.

• Równomierna jest dystrybucja ciepła, nawet w obiegach krytycznych.

• Ponowne równoważenie systemu nie jest wymagane, np. po zmianie liczby grzejników w instalacji.

• Zapewniona jest wyższa sprawność energetyczna dzięki prawidłowej temperaturze powrotu medium grzejnego.

Koszty inwestycyjne:

• Nie ma konieczności wykonywania inwentaryzacji instalacji.

• Nie są wymagane żadne dodatkowe elementy regulacyjne (np. zawory podpionowe).

• Rozwiązanie to wymaga najmniejszej możliwej liczby zaworów regulacyjnych w układzie.

• Nie jest wymagane równoważenie systemu.

Instalacja i uruchomienie systemu:

• Regulacja hydrauliczna wymagana tylko na odbiorniku.

• Zrównoważenie systemu zapewnione przy pełnym i częściowym obciążeniu.

• Nie jest wymagane równoważenie systemu podczas uruchomienia.

• Dostępna opcja sprawdzenia za pomocą narzędzia dP tool™ spadku ciśnienia w obiegu krytycznym w celu optymalizacji punktu pracy pompy.

• Ponadto łatwa jest optymalizacja pracy pompy dzięki narzędziu dP tool™ do pomiaru spadku ciśnienia na zaworze RA-DV.

• Możliwe maksymalne oszczędności energii.

• Nie występuje zjawisko nadprzepływów i zapewniona jest cicha praca instalacji.

Podsumowanie

W artykule opisane zostały zalecane rozwiązania techniczne dotyczące wodnych instalacji ogrzewania w budynkach mieszkaniowych. W kolejnej publikacji omówione będą rozwiązania dla wodnych instalacji ogrzewania i chłodzenia w budynkach niemieszkalnych.

Biorąc pod uwagę wszystkie uwarunkowania oraz wymagania wobec nowoczesnych instalacji tego typu, wybór systemu ze zmiennym przepływem i z automatycznymi zaworami równoważącymi jest jednym z podstawowych kryteriów, jakimi należy się kierować przy wyborze optymalnego i poprawnego rozwiązania.

Uzupełnieniem artykułu są webinaria prowadzone przez specjalistów firmy Danfoss – zapraszamy do zapoznania się z tematyką webinariów, które już się odbyły, oraz zachęcamy do uczestnictwa w kolejnych – więcej na stronach http://wsparcie-projektanta.pl.

Wsparcie projektowe można też uzyskać na stronie http://wsparcie-projektanta.pl/weryfikacja-projektow/.

Literatura

1. Jędrzejewski M., Brzoza S., Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 1. Wymagania, funkcje i dobór właściwego rozwiązania, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2009.

2. Jędrzejewski M., Brzoza S., Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 2. Systemy HVAC – aplikacje rekomendowane i niezalecane, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2009.

3. Brzoza S., Lędzion P., Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 1. Wymagania, funkcje i dobór właściwego rozwiązania, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2018.

4. Materiały techniczne firmy Danfoss.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!