Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 3. Aplikacje zalecane dla budynków niemieszkalnych

Instalacje ogrzewania i chłodzenia wodnego w budynkach niemieszkalnych, takich jak np. galerie handlowe, hotele czy biurowce, niosą ze sobą kolejne wyzwania techniczne i ekonomiczne oraz pod względem zapewnienia komfortu.

Oprócz braku zrównoważenia stosunkowo często mamy do czynienia ze zmianami topografii oraz wyposażenia technicznego instalacji w trakcie eksploatacji danego obiektu. Jest to spowodowane np. zmianą najemcy części obiektu i koniecznością nie tylko przebudowania powierzchni handlowej czy biurowej, ale też zmiany sposobu użytkowania tej części obiektu i rozdziału medium grzewczego czy chłodzącego.

Optymalnie i poprawnie zaprojektowana instalacja powinna nie tylko zapewniać elastyczną pracę w każdych warunkach obciążenia obiektu, ale pozwalać również na uruchamianie instalacji etapami i umożliwiać łatwą rozbudowę czy wprowadzenie zmian.

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

System ze zmiennym przepływem

Aplikacja dla systemów grzewczo­‑chłodzących z wykorzystaniem klimakonwektorów lub innych typów odbiorników (np. central klimatyzacyjnych)

W rozwiązaniu tym (rys. 1) zapewniamy przepływ zmienny w rurociągu dystrybucyjnym, natomiast wartość przepływu jest utrzymywana (lub regulowana) na wejściu do odbiornika niezależnie od oscylacji (zmian) ciśnienia w systemie. Dzięki temu eliminujemy zjawisko nadprzepływu podczas całego okresu pracy systemu. Jest to rozwiązanie poprawne pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecane do budynków modernizowanych oraz nowo budowanych z rozdziałem poziomym.

Cechy systemu

• Na etapie projektowania i doboru rozwiązanie to wymaga użycia prostych metod obliczeniowych, bo:|
  — nie musimy znać wartości Kv,
  — nie są konieczne obliczenia autorytetu,
  — dobór przeprowadzamy jedynie na podstawie znajomości wymaganego przepływu.
• Autorytet jest zbliżony do 1 – dokładność regulacji nie zależy od zmian ciśnienia w systemie ani od nastawy na zaworze.
• Proste obliczenia nastaw wykonuje się zgodnie z wymaganym zapotrzebowaniem na ciepło/chłód.
• Wysokość podnoszenia pompy obliczana jest na podstawie minimalnego ∆p na zaworze oraz spadku ciśnienia w systemie przy przepływie nominalnym.

Pod względem kosztów operacyjnych rozwiązanie to charakteryzuje się niskimi kosztami pompowania (nie występuje zjawisko nadprzepływu).

• Straty i zyski ciepła na rurociągach są minimalne.
• Mniejsza jest wysokość podnoszenia pompy dzięki możliwości optymalizacji jej pracy (wysokości podnoszenia).
• Zawór regulacyjny ma autorytet zbliżony do 1 i osiągana jest największa sprawność systemu – minimalne odchyłki założonej temperatury w pomieszczeniach (oscylacja).
• Warto również zaznaczyć brak konieczności ponownego równoważenia systemu (np. po zmianie liczby urządzeń).
   

Koszty inwestycyjne są średnie (tylko dwudrogowe zawory AB-QM), nie są wymagane żadne dodatkowe elementy hydrauliczne.

• Maksymalne zredukowanie liczby zaworów przekłada się na niskie koszty instalacji.
• Oszczędności generuje również brak konieczności tradycyjnego uruchomienia oraz zastosowanie pompy elektronicznej (charakterystyka proporcjonalna).

W zakresie montażu i uruchomienia systemu fakt wykonywania regulacji hydraulicznej na każdym odbiorniku owocuje autorytetem zaworu zbliżonym do 1 oraz doskonałym zrównoważeniem systemu nawet przy częściowym obciążeniu.

• Należy zwrócić uwagę, że zawór równoważąco-regulacyjny pracuje poprawnie nawet przy ciśnieniu 6 barów.
• Nie występuje zjawisko nadprzepływu, a optymalizacja pracy pompy jest łatwa.
• Rozwiązanie charakteryzuje się minimalnym całkowitym zapotrzebowaniem na energię i daje maksymalne oszczędności energii.
• Zastosowanie cyfrowego siłownika Novocon (patrz: zdjęcie przy tytule) dzięki wysokiej dokładności, funkcjom zdalnego sterowania i wskazywaniu przepływu gwarantuje znaczne korzyści w zakresie przyspieszonego procesu uruchamiania, łatwości konserwacji, większego komfortu wewnętrznego, oszczędności energii oraz właściwego rozprowadzania energii cieplnej/chłodniczej.

Czytaj też: Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych Cz. 1. Wymagania, funkcje i dobór właściwego rozwiązania >>>

System ze zmiennym przepływem

Aplikacja dla systemów grzewczo­‑chłodzących z wykorzystaniem klimakonwektorów lub innych typów odbiorników (np. central klimatyzacyjnych)

W rozwiązaniu tym (rys. 2) przepływ zmienny jest w rurociągu dystrybucyjnym, natomiast stała wartość ciśnienia różnicowego jest utrzymywana na wejściu do każdego z poziomów (gałęzi) niezależnie od oscylacji (zmian) ciśnienia w systemie. Dzięki temu eliminujemy w większości zjawisko nadprzepływu oraz problemy z hałasem podczas częściowego obciążenia systemu. Rozwiązanie to jest poprawne pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecane do budynków modernizowanych oraz nowo budowanych z rozdziałem poziomym.

Cechy systemu

Na etapie projektowania i doboru wymagane są tradycyjne obliczenia: Kv zaworu oraz autorytetu.

Obliczenia zaworów regulacyjnych mogą być uproszczone ze względu na możliwość podziału systemu na niezależne pętle, wydzielone regulatorem różnicy ciśnienia.

Należy wykonać obliczenia nastaw zaworów równoważących dla każdej pętli. Dobór pompy należy przeprowadzić w zależności od przepływu nominalnego.

Pod względem kosztów operacyjnych rozwiązanie charakteryzują niskie koszty pompowania (jednak zbyt rozległe pętle mogą być powodem wystąpienia zjawiska nadprzepływu) oraz niskie straty i zyski ciepła na rurociągach.

Konieczny jest dobór pompy o większej wysokości podnoszenia ze względu na dodatkowe spadki ciśnienia na regulatorach różnicy ciśnienia, natomiast optymalizacja pracy pompy jest prosta.

Wysoka sprawność systemu – niewielka oscylacja temperatury w pomieszczeniu ze względu na możliwy dobry autorytet zaworów regulacyjnych. Ponowne równoważenie systemu nie jest konieczne (wskazane jest tylko w przypadku rozległych pętli).

Koszty inwestycyjne są średnie („tanie” zawory regulacyjne i regulatory różnicy ciśnienia na pętlach). Stosunkowo kosztowne są jednak duże średnice automatycznych regulatorów różnicy ciśnienia (ASV).

• Zredukowana liczba zaworów w stosunku do równoważenia ręcznego generuje niższe koszty instalacji.
• Równoważenie systemu konieczne jest tylko w przypadku rozległych pętli.
• Rekomendowane są pompy ze zmienną prędkością obrotową (charakterystyka stałociśnieniowa).

Na etapie montażu i uruchomienia systemu regulacja hydrauliczna tylko na odbiornikach końcowych zapewnia Δp na zaworze regulacyjnym zbliżone do wartości stałej.

• Dobre właściwości regulacyjne systemu przy pełnym i częściowym obciążeniu. Równoważenie nie jest konieczne – tylko w przypadku regulacji rozległych pętli (konieczne wykonanie poprawnych nastaw).
• Pompa ze zmienną prędkością obrotową zapewnia oszczędność energii.
• Należy zwrócić uwagę, że ciśnienie zamknięcia zaworów strefowych powinno być większe o ok. 50% niż ciśnienie nastawione na regulatorze różnicy ciśnienia.
• Istnieje możliwość wystąpienia niewielkiego nadprzepływu podczas częściowego obciążenia systemu.
• Pompa obiegowa przewymiarowana jest zazwyczaj w stosunku do autorytetu zaworu dwudrogowego.

System ze zmiennym przepływem

Aplikacja dla systemów grzewczo­‑chłodzących z wykorzystaniem klimakonwektorów, odbiorników płaszczyznowych lub innych systemów mieszanych wyposażonych w niezależne termostaty pomieszczeniowe

Rozwiązanie przedstawione w tym punkcie (rys. 3) jest niemal bliźniaczo podobne do aplikacji z poprzedniego punku (rys. 2). Z technicznego punktu widzenia będą one miały takie same właściwości.

Różnicą jest rozbudowanie o część grzewczą instalacji, co wpłynie na aspekt kosztów inwestycyjnych oraz pewne różnice w sterowaniu temperaturą pomieszczeń. Omówmy więc te różnice.

Koszty inwestycyjne są wysokie i należy uwzględnić urządzenia regulacyjno-pomiarowe (tani zawór dwudrogowy i FEK; ASV na pętlach oraz czujka punktu rosy na belkach chłodzących, która jest konieczna, aby przeciwdziałać wykropleniu się wody). Rekomendowana jest pompa o zmiennej prędkości obrotowej (charakterystyka liniowa).

Na etapie montażu i uruchomienia system wyróżnia się stabilną temperaturą w pomieszczeniach (FEK) i wysokim komfortem. Tak jak wspomniano, pozostałe cechy systemu pozostają bez zmian w stosunku do poprzedniej aplikacji.

System ze zmiennym przepływem

Aplikacja dla systemów płaszczyznowych grzewczo­‑chłodzących (np. belki sufitowe, klimakonwektory), w których używamy tego samego odbiornika z jednym wymiennikiem do ogrzewania i chłodzenia

W rozwiązaniu tym (rys. 4) zapewniamy przepływ zmienny w rurociągu dystrybucyjnym niezależnie dla ciepła i chłodu. Zapewniamy również ograniczenie przepływu i jego regulację w odbiornikach niezależnie od zmian ciśnienia w systemie, co w efekcie eliminuje występowanie zjawiska nadprzepływu podczas całego okresu użytkowania systemu. Do przełączenia czynnika (grzanie/chłodzenie) w obiegu odbiornika wykorzystujemy zawór sześciodrogowy. Dzięki zastosowaniu napędów cyfrowych Novocon (patrz: zdjęcie przy tytule) aplikacja oferuje wiele dodatkowych zdalnych funkcji (m.in. płukanie, odpowietrzenie, nastawa, wykrywanie awarii), a po zastosowaniu dodatkowych czujek temperatury może być wykorzystywana do alokacji zużycia energii i zaawansowanych funkcji regulacji (np. pilnowanie ∆t).

Rozwiązanie jest poprawne pod względem technicznym i gwarantuje wysoką sprawność systemu. Zalecane jest do budynków modernizowanych oraz nowo budowanych z rozdziałem poziomym.

Cechy systemu

Na etapie projektowania i doboru aplikację wyróżnia  prosta metoda obliczeniowa, bo nie są potrzebne wartości Kv, autorytetu lub obliczenia nastaw zaworów.

• Autorytet zbliżony do 1  zapewnia, że regulacja jest niezależna od zmian ciśnienia na obu typach instalacji bez względu na funkcję: grzania czy chłodzenia.
• Łatwy jest dobór nastawy w powiązaniu z zapotrzebowaniem na ciepło lub chłód oraz dobór pompy na podstawie min. ∆p na zaworze i strat ciśnienia w sumie składają się na szybki i łatwy dobór.
• Zawory sześciodrogowe pozwalają na zdalne przełączenie medium (grzanie/chłodzenie), a zawory AB-QM gwarantują idealną regulację niezależną od zmian ciśnienia.

Pod względem kosztów operacyjnych rozwiązanie cechują niskie koszty pompowania (nie występuje zjawisko nadprzepływu) oraz minimalne straty i zyski ciepła na rurociągach, mniejsza jest również wysokość podnoszenia pompy. Zalecana jest optymalizacja jej pracy.

Zawór regulacyjny ma autorytet zbliżony do 1, sprawność systemu jest najlepsza, występują minimalne odchylenia założonej temperatury w pomieszczeniach (oscylacja). Nie jest wymagane ponowne równoważenie systemu.

Koszty inwestycyjne są niskie – jeden zawór AB-QM do równoważenia i regulacji oraz jeden zawór sześciodrogowy do przełączenia medium.

• Nie ma potrzeby stosowania dodatkowych elementów hydraulicznych w instalacji, ponieważ dwa zawory dla każdego z odbiorników gwarantują idealne równoważenie, regulację i przełączenie oraz zaawansowane funkcje niedostępne w innych rozwiązaniach.
• Równoważenie systemu nie jest wymagane.
• Zalecana jest pompa o zmiennej prędkości obrotowej.

Na etapie montażu i uruchomienia rozwiązanie to wyróżnia regulacja hydrauliczna z autorytetem zbliżonym do 1.

• Sprawna praca systemu przy częściowym i całkowitym obciążeniu.
• Nie jest potrzebne równoważenie systemu – wystarczy tylko nastawa przepływu.
• Oscylacje temperatury w pomieszczeniu nie są odczuwalne przez użytkownika.
• Pompa o zmiennej prędkości obrotowej pozwala na duże oszczędności energii.

Należy zwrócić uwagę, że w rozwiązaniu tym zawór AB-QM pracuje poprawnie nawet przy ciśnieniu 6 barów, nie występuje zjawisko nadprzepływu i łatwa jest optymalizacja pracy pompy. Zapewnia ono minimalne całkowite zapotrzebowanie na energię i maksymalne oszczędności, natomiast dzięki zastosowaniu napędu cyfrowego Novocon (dla AB-QM) (patrz: zdjęcie przy tytule) oraz zaworu sześciodrogowego z napędem przełączającym dostępne są unikalne funkcje zdalne oraz pełna komunikacja z systemem nadrzędnym BMS po szynie BACnet lub ModBus.

Możliwe jest też alokowanie zużytej energii oraz korzystanie z zaawansowanych funkcji regulacji po zastosowaniu dodatkowych czujek temperatury.

Napęd Novocon wyposażony jest w wejścia i wyjścia analogowe oraz wejścia rezystancyjne, które umożliwiają m.in. sterowanie silnikiem wentylatora klimakonwektora lub belki, podłączenie czujki CO2, czujki wilgotności, kontaktronu okiennego albo czytnika kluczy hotelowych.

Podsumowanie

W artykule opisane zostały zalecane rozwiązania techniczne instalacji ogrzewania i chłodzenia w budynkach niemieszkaniowych.

Uzupełnieniem artykułu są webinaria prowadzone przez specjalistów firmy Danfoss – zapraszamy do zapoznania się z tematyką webinariów, które już się odbyły, i 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.  Brzoza S., Lędzion P., Regulacja i równoważenie w wodnych instalacjach grzewczych i chłodniczych. Cz. 2. Aplikacje zalecane dla budynków mieszkalnych, „Rynek Instalacyjny” nr 5/2018.
5. Materiały techniczne firmy Danfoss.

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

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!