Energooszczędne pompy obiegowe i cyrkulacyjne

Pompy obiegowe usprawniają przepływ wody w wodnych instalacji grzewczych, zapewniając skuteczne ogrzewanie pomieszczeń. Pompy cyrkulacyjne natomiast obsługują instalację przygotowującą ciepłą wodę użytkową (c.w.u.) i odpowiadają za ciągły obieg wody od podgrzewacza c.w.u. do punktu czerpalnego – dzięki temu zapewniają szybki dostęp do wody o oczekiwanej temperaturze. Ich obecność w instalacji przyczynia się nie tylko do komfortu użytkowników, pozwala też tak regulować pracę instalacji c.o. i c.w.u., by funkcjonowały one w sposób energo­oszczędny.

Urządzenie energooszczędne

Jak wynika z obliczeń producentów, odpowiednio dobrana nowoczesna pompa obiegowa jest jednym z najmniej energochłonnych urządzeń w gospodarstwie domowym – zużywa co najmniej 10 razy mniej energii niż nieregulowana, przewymiarowana pompa w starej instalacji grzewczej. Przyczynia się także do energooszczędności całej instalacji grzewczej, współpracując z kotłem i automatyką w zależności od bieżącego zapotrzebowania instalacji. Dzisiejszy rynek pomp, który ze względu na rewolucję prawa europejskiego przeszedł po 2013 roku prawdziwy skok technologiczny, oferuje szeroką gamę energooszczędnych, wysokosprawnych urządzeń.

Od 2015 roku urządzenia zgodne z prawem europejskim (tj. dyrektywą 2009/125/WE oraz rozporządzeniami 641/2009 i 622/2012) muszą mieć współczynnik efektywności energetycznej (Energy Efficiency Index – EEI) niższy niż 0,23. Od początku 2020 roku wymóg ten zostanie jeszcze bardziej zaostrzony – w rozporządzeniu UE dotyczącym ekoprojektu dla pomp obiegowych określono kryterium odniesienia dla najbardziej energooszczędnych pomp cyrkulacyjnych: EEI ≤ 0,20 [5]. Na rynku znaleźć można pompy obiegowe i cyrkulacyjne cechujące się jeszcze niższym wskaźnikiem EEI, np. 0,17, a nawet 0,15 i mniej. W przypadku wymiany pomp zintegrowanych ze źródłem ciepła od 2020 roku starą pompę będzie można zastąpić tylko taką, której współczynnik EEI wynosi maksymalnie 0,23.

Pod względem technologicznym są to pompy wirowe, głównie bezdławnicowe (mokrobieżne), najczęściej wyposażone w synchroniczne silniki elektronicznie komutowane (ECM) z wirnikami z magnesu stałego (PM).

Producenci wciąż pracują nad doskonaleniem szczegółów konstrukcyjnych – są to np. zmniejszająca straty osłona wirnika (wykonana z kompozytu), udoskonalona konstrukcja wirnika dzięki dopracowaniu modelowania komputerowego, redukcja strat w uzwojeniu poprzez ulepszenie konstrukcji stojana etc.

Niebagatelną zaletą nowoczesnych silników jest podatność na automatyczną regulację prędkości obrotowej, co pozwala uzyskać niebagatelny potencjał energooszczędności całej pompy. Silniki są zwykle regulowane falownikiem (inwerterem, przetwornikiem częstotliwości), który może być z silnikiem zintegrowany. Jak szacują producenci, pompy obiegowe z silnikiem z płynną regulacją obrotów zużywają o 70–80% energii mniej niż pompy obiegowe o stałej prędkości obrotowej.

Energooszczędność tylko z prawidłowo dobraną pompą

Pompa obiegowa czy cyrkulacyjna może zapewnić oszczędności energii w danej instalacji pod warunkiem prawidłowego doboru samego urządzenia i wyboru odpowiedniego sposobu regulacji automatycznej. Warto pamiętać, że zadaniem regulacji jest dostosowanie pracy pompy do zmiennych warunków w instalacji, a nie korekta błędów projektowych.

Zmienne parametry danej instalacji muszą mieścić się w zakresie pracy pompy (charakterystyki wysokość podnoszenia – przepływ). Jest to bardzo istotne także przy wymianie pompy, np. podczas termomodernizacji, kiedy parametry instalacji mogą się znacząco zmienić i tylko ponowny dobór pozwoli w pełni wykorzystać zalety funkcjonalne i energo­osz­czędne nowej instalacji.

Jedynie prawidłowo dobrana pompa pracuje w optymalnym zakresie i pozwala się cieszyć możliwościami, jakie dają ambitne rozwiązania technologiczne producentów. Niezależnie od jakości tych rozwiązań pompa przewymiarowana będzie pracowała na niskich obrotach, a więc głośno i z dużym zużyciem energii, natomiast niedowymiarowana będzie miała zbyt małą wydajność, a częsta praca na wysokich obrotach zmniejszy jej trwałość.

Na prawidłową pracę pomp obiegowych i cyrkulacyjnych wpływa też jakość wody – musi mieć ona odpowiednią temperaturę, skład chemiczny (np. twardość) oraz parametry fizykochemiczne, takie jak lepkość czy gęstość – jest to istotne np. przy stosowaniu w instalacji płynu niezamarzającego (glikolu).

Parametry wody niezgodne ze specyfikacją techniczną producenta znacząco wpłyną na obniżenie parametrów pracy, sprawności i trwałości pompy – trudno wówczas mówić o energooszczędności.

Producenci pomp obiegowych i cyrkulacyjnych zwracają więc na prawidłowy dobór urządzeń szczególną uwagę. Wspierają w tym procesie projektantów, oferując narzędzia cyfrowe – od programów obliczeniowych na stronach internetowych czy w aplikacjach mobilnych po biblioteki produktowe przeznaczone do programów do projektowania zintegrowanego (BIM). To ostatnie rozwiązanie pozwala na symulację zmienności pracy instalacji z konkretnym urządzeniem (a także z jego zamiennikiem, co pozwala prześledzić zmiany w funkcjonowaniu instalacji) oraz dynamiczną korektę w razie zmian w projekcie.

Pompa prawidłowo ustawiona

Odpowiednio dobrana pompa wymaga także prawidłowego montażu i rozruchu. Po podłączeniu musi być ustawiona na odpowiedni tryb pracy, ponieważ parametry fabryczne nie uwzględniają parametrów konkretnej instalacji. Do dyspozycji instalatora jest szereg rozwiązań i narzędzi, które umożliwiają sprawne i poprawne przeprowadzenie rozruchu pompy. Są to czasem pomysły pozornie proste, ale wymagające od producenta głębszego przemyślenia – przykładowo potencjometr pozwalający na bezstopniowe regulowanie wydajności pompy i wysokości podnoszenia oraz inne przełączniki przenosi się na obudowę, dzięki czemu instalator ustawia parametry bez otwierania pokrywy. Na obudowie znajdują się też czytelne wyświetlacze serwisowe (np. LED lub LCD), które pozwalają na łatwy odczyt ustawionych parametrów. Pompa potrafi zmierzyć rzeczywiste warunki pracy instalacji oraz wskazać swój punkt pracy. Umożliwia to bezpośrednią kontrolę spełnienia założeń projektowych.

Pracę instalatora wspierają też aplikacje mobilne, zapewniając mu natychmiastowy dostęp do wszystkich informacji o urządzeniu. Wykorzystywane są tu moduły komunikacyjne (stałe lub przenośne), w które pompa jest wyposażona bądź może zostać doposażona. Aplikacja, odczytując sygnał z pompy, wspiera instalatora w procesie rozruchu bądź serwisu pompy.

Regulacja dla konkretnej instalacji

Stosowanie pomp z płynną regulacją prędkości obrotowej – odpowiednio do przepływu w instalacji – wymagane jest przez prawo UE. Możliwość regulowania prędkości obrotowej silnika pompy wykorzystywana jest w coraz bardziej zaawansowanych rozwiązaniach sterowania pracą pomp w instalacji. Sterowanie realizowane jest przez układ elektroniczny (sterownik, chip), który wykrywa zmiany wymagane przez instalację grzewczą czy c.w.u. i automatycznie dostosowuje do tego ustawienia pracy pomp, zapewniając ich maksymalną wydajność przy minimalnym zużyciu energii. Dzięki sprzężeniom zwrotnym praca pompy dostosowana do wymogów wpływa na optymalną pracę całej instalacji – np. mniejsze zużycie energii przez źródło ciepła.

Warto jednocześnie zauważyć, że korzyści z regulacji pracy pomp widać szczególnie w instalacjach rozbudowanych, o dużej zmienności zapotrzebowania na ciepło. W niewielkich układach potencjał regulacji jest mniejszy, a niektóre instalacje nie będą wręcz korzystały z dobrodziejstw zmiennej prędkości obrotowej – np. w instalacji o dużej wysokości statycznej, ale małych stratach miejscowych pompa będzie pracowała z niemal stałą prędkością.

Dostępnych jest kilka trybów regulacji pomp: proporcjonalna (zmiennociśnieniowa), stałociśnieniowa, ze stałą prędkością obrotową, zależna od temperatury proporcjonalna i stałociśnieniowa oraz ze stałą różnicą temperatury. Coraz liczniejsza grupa producentów oferuje także funkcję łatwego wyboru charakterystyki, według której ma działać regulacja – można tego dokonać z poziomu jednego przycisku serwisowego. Możliwe jest np. przełączenie na pracę charakterystyki maksymalnej w przypadku instalacji z priorytetem c.w.u. Ciekawą funkcją jest też tzw. tryb nocny, czyli redukowanie wydajności pracy pompy, kiedy zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze – pompa po wykryciu spadku temperatury w instalacji przełącza się na charakterystykę minimalną.

Dla większości instalacji grzewczych regulacja proporcjonalna jest najbliższa charakterystyce układu grzewczego, zatem jest najczęściej stosowana. Dla trybu regulacji proporcjonalnej większość producentów określa EEI – w innym trybie dana pompa może więc mieć inne parametry energooszczędności.

Dla pomp cyrkulacyjnych sterowniki uwzględniają różnicę temperatury między gałęzią cyrkulacji a punktem czerpalnym. Pompa cyrkulacyjna uruchamia się, kiedy różnica temperatury przekroczy zadaną wartość i nie będzie niższa niż próg minimalny załączenia pompy. Dzięki temu unika się zarówno niepotrzebnej pracy pompy, jak i wychłodzenia zbiornika c.w.u., oszczędzając w ten sposób energię.

Praca pompy (lub układu pomp) może też zostać zaprogramowana, co dodatkowo zwiększy energooszczędność instalacji grzewczej i c.w.u. Do tego celu można wykorzystać zarówno specjalne oprogramowanie oferowane przez producenta, jak i moduły komunikacyjne, dzięki którym przez protokół M-Bus lub BACNet pompa może zostać włączona do systemu sterowania budynkiem (Building Management System).

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią (Dz.Urz. UE L 285/10 z 31.10.2009).
2. Materiały firm: DAB, Ferro, Grundfos, Hel-Wita, Hydro-Vacuum, KSB, Wilo.
3. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 640/2009 z dnia 22 lipca 2009 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla silników elektrycznych (Dz.Urz. UE L 191/26 z 23.07.2009).
4. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 641/2009 z dnia 22 lipca 2009 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami (Dz.Urz. UE L 191/35 z 23.07.2009).
5. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 622/2012 z dnia 11 lipca 2012 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 641/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami (Dz.Urz. UE L 180/4 z 12.07.2012).
6. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 547/2012 z dnia 25 czerwca 2012 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp do wody (Dz.Urz. UE L 165/28 z 26.06.2012).