Hydrauliczne równoważenie instalacji c.o.

Zdarza się, że zadana temperatura nie jest osiągana we wszystkich pomieszczeniach, szczególnie po dużych zmianach obciążenia. Zdarzają się też sytuacje, gdy temperatura wewnętrzna stale utrzymuje się wokół wartości zadanej, pomimo zastosowania zaworów regulacyjnych (przy niskich i średnich obciążeniach).

Niekiedy zdarzają się też sytuacje, gdy pomimo zapasu mocy w źródle zasilania niemożliwe jest uzyskanie nominalnej mocy we wszystkich odbiornikach, zwłaszcza podczas uruchamiania instalacji, np. po nocnym obniżeniu temperatury. Pojawia się nierazbrak możliwości osiągnięcia projektowanej mocy w każdym odbiorniku.

Niekiedy brak zabezpieczenia zaworów termostatycznych przed powstawaniem na nich zbyt dużych spadków ciśnienia powoduje ich głośną pracę oraz szybkie zużycie. Te niedomagania zdarzają się nawet, gdy instalacja wyposażona jest w nowoczesne zawory regulacyjne. Może to wynikać z błędów projektu instalacji hydraulicznej oraz z nieprzestrzegania warunków hydraulicznych.

Instalacje grzewcze projektowane są dla maksymalnego obciążenia. W sytuacji, gdy optymalnie dobrane źródło ciepła nie zapewnia pełnej mocy we wszystkich obiegach instalacji c.o., to konieczne jest hydrauliczne równoważenie instalacji za pomocą zaworów instalowanych w pionach grzewczych, w gałęziach lub na zasilaniu budynku.

Dla projektanta i instalatora przy równoważeniu hydraulicznym instalacji najważniejsze jest określenie typu instalacji grzewczej, czyli odpowiedź na pytanie o decydujący w niej charakter przepływu. W instalacjach grzewczych dystrybucję wody można osiągnąć poprzez przepływ stały lub zmienny. Każde z tych rozwiązań ma zalety i wady.

Zaletami instalacji o stałym przepływie są m.in. stałe warunki pracy instalacji są stałe i prosty dobór zaworów regulacyjnych. Wśród wad są wysokie koszty eksploatacyjne (stałe pompowanie, praca grzejników przy maksymalnym przepływie, wysoka temperatura powrotu), a tym samym mniejszy komfort i wyższe koszty eksploatacji.

W instalacjach o zmiennym przepływie zalety to m.in. zmniejszający się koszt pompowania wraz ze spadkiem przepływu i możliwość obniżania temperatury wody powrotnej, co ma zasadnicze znaczenie dla kotłów kondensacyjnych. Wady – trudniejszy dobór zaworu regulacyjnego, wzajemne oddziaływanie na siebie obwodów oraz konieczność zapewniania przepływów minimalnych w celu ochrony pompy.

W praktyce odchodzi się od budowy instalacji c.o. stałoprzepływowych, a przeprowadzane modernizacje instalacji stałoprzepływowych na zmiennoprzepływowe pozwalają na uzyskiwane nie tylko wyższego komfortu i zadanego rozkładu temperatur w budynku, ale też obniżenie kosztów eksploatacyjnych.  

Równoważnie statyczne

W instalacjach grzewczych stałoprzepływowych przepływ wody nie zmienia się podczas pracy instalacji, a regulacja mocy następuje w wyniku zmiany temperatury wody zasilającej. Są to instalacje grzewcze z grzejnikami bez zaworów termostatycznych. Jako instalacje stałoprzepływowe można potraktować też instalacje c.o. z zaworami termostatycznymi, w których regulacja temperatury wody zasilającej jest regulowana przez lokalny regulator pogodowy, a zmiany przepływów wywołane przez zawory termostatyczne są niewielkie (do 20% [1]).

Jako instalacje c.o. z grzejnikami o stałym przepływie można potraktować także instalacje, w których grzejniki są wyposażone w zawory termostatyczne, a piony mają zawory upustowe gwarantujące stały przepływ w każdym pionie, pomimo zmiennych przepływów w zaworach termostatycznych przy grzejnikach [1].

Dla tego typu instalacji wystarcza równoważenie statyczne za pomocą zaworów równoważących z płynną ręczną nastawą przepływu i z możliwością pomiaru i weryfikacji przepływu. Zawory te instalowane są pod pionem, w gałęzi lub na zasilaniu budynku.

Równoważnie dynamiczne

W instalacjach zmiennoprzepływowych przepływ wody zmienia się podczas pracy instalacji, a regulacja mocy odbywa się poprzez zmianę natężenia przepływu wody zasilającej. Tego typu instalacje c.o. wyposażone są w zawory termostatyczne i np. zasilane są z węzłów grupowych lub z miejskiej sieci ciepłowniczej [1].

W tego typu instalacjach równoważenie dynamiczne odbywa się za pomocą regulatorów różnicy ciśnień składających się z pary zaworów równoważących połączonych kapilarą. Stabilizację różnicy ciśnień umożliwia regulator membranowy wbudowany w zawór regulacyjny na powrocie. Instalacja z równoważeniem dynamicznym powinna być wyposażona w pompy o zmiennej wydajności.

Rodzaje zaworów

Producenci zaworów do hydraulicznego równoważenia instalacji oferują poradniki dot. stosowania tych urządzeń w poszczególnych rodzajach instalacji oraz materiały do doboru zaworów. Ręczne zawory równoważące powinny mieć możliwość dokonania nastawy wstępnej poprzez zmianę położenia grzybka zaworu względem gniazda i możliwość odczytu nastawy wstępnej ze skali nastaw.

Powinny też być wyposażone w blokadę nastawy wstępnej, króćce pomiarowe, kurek spustowy oraz funkcję zamykania zaworu. Oferowane są też zawory z wbudowaną kryzą pomiarową, która ułatwia dokładne pomiary przy dokonywaniu nastaw wstępnych.

Automatyczne zawory równoważące powinny mieć możliwość płynnej nastawy wartości przepływu oraz minimalne wymagane ciśnienie, a także maksymalny dopuszczalny spadek ciśnienia, dla którego zawór utrzymuje stały przepływ w granicach dopuszczalnego błędu. Im niższe jest ciśnienie, tym niższe są koszty pompowania.

Zawory te powinny mieć też możliwość odczytu na zewnątrz wartości nastawionego przepływu. Niektóre z tych zaworów mogą być wyposażane w funkcje zamykania przepływu bezpośrednio na zaworze oraz możliwość dokonania pomiaru przy pomocy króćców pomiarowych.

Nakłady a korzyści

Nakłady inwestycyjne na hydrauliczne zrównoważenie zazwyczaj nie przekraczają kilku procent całkowitych kosztów instalacji c.o. Dzięki współczesnym układom elektronicznym możliwe jest bardzo precyzyjne sterowanie temperaturą w pomieszczeniach i tym samym jej okresowe obniżenia.

Sprzyja temu także coraz lepsza izolacja przegród, a tym samym mniejsza bezwładność cieplna pomieszczeń. Zatem, bez narażania się na utratę komfortu użytkowania budynku, można uzyskiwać w instalacjach c.o. zrównoważonych hydraulicznie nawet kilkanaście procent oszczędności w wydatkach na energię do ogrzewania.

Chcąc maksymalnie wykorzystać zalety zaworów równoważących należy je instalować w taki sposób, aby możliwe było tworzenie modułów, które mogą być równoważone niezależnie od reszty instalacji. Optymalna sytuacja to taka, gdy każdy odbiornik końcowy, każde odgałęzienie, każdy pion i każdy przewód główny rozdzielaczy oraz każda jednostka produkująca ciepło są wyposażone w zawory równoważące.

Wówczas bardzo łatwo jest regulować układ, w którym wystąpiły pewne zmiany w stosunku do projektu, np. pewne błędy konstrukcyjne oraz przewymiarowanie przewodów i urządzeń. Dzięki temu można zaoszczędzić czas i optymalnie zrównoważyć instalację. Zawory równoważące stosowane są również dla wykrywania usterek i zamykania przepływów w czasie naprawy i konserwacji instalacji.

Literatura

1. Michnikowski P., Hydrauliczne równoważenie instalacji c.o. w praktyce, Rynek Instalacyjny 4/2006, s. 59.

2. Regulacja wodnych systemów klimatyzacji i ogrzewania. Poradnik, Danfoss, www.danfoss.pl.

3. Materiały firm: Broen, Comap, Danfoss, Herz, IMI, Oventrop.