Straty ciśnienia w termostatycznych zaworach grzejnikowych

Zgodnie z rozporządzeniem [1] wymaga się, aby w budynkach ogrzewanych centralnie z sieci cieplnej lub z własnego źródła ciepła (z wyjątkiem domów jednorodzinnych, domów zagrodowych i rekreacji indywidualnej) „pomieszczenia posiadały regulatory dopływu ciepła do grzejników, działające automatycznie w zależności od zmian temperatury wewnętrznej w pomieszczeniu, w którym są zainstalowane”.

Zastosowanie zaworów termostatycznych ze wstępną regulacją natężenia przepływu wody przez grzejnik („wstępną nastawą”) ułatwiło regulację hydrauliczną instalacji ogrzewczej ze względu na brak konieczności stosowania zwykłego kryzowania grzejników.

Pomimo wieloletniego stosowania termostatycznych zaworów grzejnikowych w materiałach informacyjnych producentów brak jest niektórych danych dotyczących strat ciśnienia, jakie powinno się dla nich przyjmować. Dotyczy to zwłaszcza strat ciśnienia w zaworach najniekorzystniej położonych w instalacji ogrzewczej.

Charakterystyka hydrauliczna zaworów grzejnikowych

Termostatyczne zawory grzejnikowe są produkowane przez różne firmy, mają więc zróżnicowane cechy konstrukcyjne, a więc i opory hydrauliczne przepływu wody. Dla zaworów tych, przy pełnym ich otwarciu, opory przepływu scharakteryzowano w publikacji [2]. Są to wartości zróżnicowane, a także znacznie wyższe od tradycyjnych zaworów grzejnikowych.

Charakterystyka hydrauliczna zaworów termostatycznych zostanie omówiona na przykładzie zaworów RTD-N i RA-N [3, 4], dla których w tabeli 1 podano wartości współczynników przepływu Kv. Na podstawie podanych współczynników przepływu wyznaczonych dla zalecanych do stosowania nastaw zaworu można określić wielkość strat ciśnienia na zaworze.

Podane w katalogach firmowych informacje i wykresy umożliwiają dobór zaworu termostatycznego i wstępną jego nastawę regulacyjną. Nie są to jednak informacje pełne. W katalogach tych:

• zaleca się stosowanie ciśnienia różnicowego na zaworze w zakresie od 0,1 do 0,3 bara, dlatego w przykładach obliczeniowych przyjmuje się minimalną stratę zaworu 0,1 bara. Dopuszczalne do stosowania ciśnienie różnicowe, przy którym zawór uzyskuje jeszcze zadowalającą regulację przepływu, określono na 0,6 bara;

• dopuszcza się do stosowanie mniejszej od 0,1 bara straty ciśnienia na zaworze grzejnikowym, jeżeli na podpionie zastosowany zostanie zawór automatyczny ASV;

• w zaworze przewidzianych jest siedem stopni nastaw (od 1 do 7). Możliwe jest również ustawianie zaworu z odstępem 0,5 działki.

• Przy nastawie N zawór jest całkowicie otwarty, a wartość współczynnika przepływu KN jest określona dla straty ciśnienia na zaworze wynoszącej Δp = 1 bar; podane w materiałach informacyjnych wykresy wydajności zaworów termostatycznych określają dla różnych nastaw straty ciśnienia w zakresie Δp = 0,01–1 bara.

• W zaleceniach firmowych nie podano wymagań dotyczących grzejników zlokalizowanych na najniekorzystniejszym obiegu wody w instalacji, a przecież te wartości wywierają znaczny wpływ na określenie wysokości podnoszenia pompy cyrkulacyjnej, od czego zależy jej ekonomiczna praca. Nie może być również zalecana stała wartość straty ciśnienia na zaworze termostatycznym grzejnika, nieuwzględniająca jego mocy cieplnej (wielkości) i położenia w instalacji.

Straty ciśnienia w termostatycznych zaworach grzejnikowych

Należy rozpatrzyć straty ciśnienia na zaworze grzejnika położonym najniekorzystniej względem pompy cyrkulacyjnej instalacji ogrzewczej, gdyż straty te wpływają na obliczeniową wysokość podnoszenia pompy. Zawór grzejnika położonego najbliżej pompy cyrkulacyjnej ma w informacjach producenta jednoznaczne wymagania. Strata ciśnienia na tym zaworze nie może przekraczać wartości 0,6 bara.

Z zaleceń podanych przez Recknagla [6] stosowanych w instalacjach c.o. ogrzewczych średnich wysokości podnoszenia pomp (podanych w tabeli 2) wynika, że dla większości projektowanych ogrzewań pompowych wymagana strata ciśnienia na najbliżej położonym względem pomp grzejniku, będzie można zachować maksymalną dopuszczalną stratę ciśnienia na zaworze grzejnikowym 0,6 bara. Istotniejszym będzie ustalenie strat ciśnienia na zaworze grzejnika położonym najniekorzystniej względem pompy cyrkulacyjnej.

Dla znanych wartości współczynników przepływu wody Kv podanych w tabeli 1 określono w tabeli 3 straty ciśnienia na zaworach termostatycznych w zależności od średnicy nominalnej zaworu, mocy cieplnej grzejnika i stosowanej nastawy regulacyjnej. W tabeli tej zaznaczono również graniczne moce cieplne grzejników, które należy stosować dla przyjmowanej średnicy nominalnej zaworu termostatycznego.

Z zaleceń podanych przez producenta [4] wynika, że dla najbardziej niekorzystnie położonego grzejnika stratę ciśnienia zaworu termostatycznego należy przyjąć również na poziomie 0,1 bara (1000 mmH2O).

Przyjmując teoretycznie, że na zaworze tym powinno się stosować nastawę N (pełne jego otwarcie), w zakresie zalecanej dla dobieranego zaworu mocy cieplnej grzejnika, strata na zaworze jest znacznie niższa od 1000 mmH2O. Z praktyki jednak wiadomo, że straty ciśnienia w instalacji ogrzewczej po jej wykonaniu są większe od określonych w projekcie. Żeby na ostatnim zaworze występowała możliwość podregulowania natężenia przepływu wody, proponuję przyjmowanie dla tych zaworów strat ciśnień dla nastaw nr 5 lub 6.

W tabeli 3 określono również straty ciśnienia zachodzące w grzejniku płytowym [5]. Z obliczeń wynika, że straty te w porównaniu ze stratami zachodzącymi w zaworze termostatycznym są niewielkie.

Uwzględniając straty ciśnienia w zaworze i grzejniku, w tabeli podano zalecane do obliczeń straty ciśnienia na grzejniku najniekorzystniej położonym względem pompy cyrkulacyjnej. W zakresie zalecanych mocy cieplnych grzejników są to straty znacznie niższe od wartości 0,1 bara, przewidywanej przez producenta zaworów grzejnikowych. Dla powszechnie stosowanych zaworów DN 15 straty ciśnienia na zaworze i grzejniku nie przekraczają wartości 330 mm H₂O.

Wnioski

1. Dla grzejnika najbardziej niekorzystnie położonego w instalacji ogrzewania strata ciśnienia na zaworze i grzejniku wpływa na obliczeniową wysokość podnoszenia pompy cyrkulacyjnej. Zalecaną przez producenta zaworów wartość strat ciśnienia na poziomie 0,1 bara można zmniejszyć do wartości niezbędnej, określonej w tabeli 3. Zmiana ta korzystnie wpłynie na koszt eksploatacji pompy.

2. Grzejnik znajdujący się najbliżej pompy cyrkulacyjnej nie może mieć straty ciśnienia wyższej od 0,6 bara. Dobierając dla pozostałych grzejników wymagane natężenie przepływu wody, a więc i nastawę regulacyjną (wstępną), należy korzystać z wykresów podanych w materiałach informacyjnych producenta [3, 4].

Literatura

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

2. Nowakowski. E., Opory przepływu wody w zaworach grzejnikowych, INSTAL nr 1/2004.

3. Termostaty grzejnikowe typ RTD. Zawory typu RTD-N z ustawianiem wstępnym, arkusz informacyjny firmy Danfoss 5/1992.

4. Armatura grzejnikowa, katalog, Danfoss 5/2009.

5. Grzejniki Purmo, katalog, Rettig Heating.6. Recknagel H., Sprenger E., Ogrzewanie i klimatyzacja. Poradnik, Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1976.