Regulacja hydrauliczna instalacji z indywidualnymi stacjami mieszkaniowymi – rozwiązania

W układzie niezrównoważonym przepływ w częściach instalacji najbliżej pompy będzie wysoki, a im dalej, wraz z oporami coraz niższy. Jest to niedopuszczalne, zwłaszcza w nowoczesnych instalacjach ze stacjami mieszkaniowymi, gdyż ich wymienniki i armatura są precyzyjnie dobierane do potrzeb i każdy spadek ciśnienia lub temperatury w układzie pierwotnym powoduje brak komfortu przy korzystaniu z c.w.u. oraz komfortu temperaturowego w mieszkaniu. Zwiększanie przepływów za pomocą pompy nie rozwiązuje problemu i powoduje jedynie wzrost zużycia energii.

Odbiorniki ciepła

Przepisy wymagają, żeby w nowych budynkach każde mieszkanie miało wyodrębnione instalacje c.o. i c.w.u. wraz z opomiarowaniem. Zadanie to realizują stacje mieszkaniowe (węzły mieszkaniowe, logotermy). W skład typowej stacji mieszkaniowej wchodzi płytowy wymiennik ciepła do przygotowania c.w.u., którego wielkość jest dobierana tak, aby temperatura c.w.u. była stała niezależnie od pobieranej ilości (można też zastosować zawór do automatycznej regulacji temperatury c.w.u.). W stacji montuje się także zawór trójdrogowy z priorytetem przygotowania c.w.u. i zawór strefowy z siłownikiem do regulacji ogrzewania za pomocą regulatorów mieszkaniowych. Stację mieszkaniową można wyposażyć dodatkowo w: zawór termostatyczny ograniczający temperaturę powrotu c.o., moduł cyrkulacji c.w.u. (gdy pojemność instalacji do wylewki przekracza 3 dm³ – wymóg WT) czy moduł ogrzewania podłogowego.

Tak rozbudowany układ przekazywania ciepła dla wody użytkowej i ogrzewania dla każdego mieszkania oddzielnie wymaga odpowiedniego zasilenia po stronie pierwotnej, czyli od kotła/węzła cieplnego, poprzez piony, do stacji mieszkaniowych. Ważny jest zatem dobór średnic przewodów zasilających i powrotnych oraz zrównoważenie hydrauliczne.

Wymiarowanie przewodów

Instalacje zasilające stacje mieszkaniowe pracują na potrzeby c.o. i c.w.u. i tym samym wymagają dużych średnic przewodów po stronie pierwotnej, większych niż instalacje zasilające jedynie grzejniki. Kolejny ważny aspekt to materiał przewodów – te z tworzyw i wielowarstwowe mają mniejsze średnice wewnętrzne z uwagi na grubsze ścianki, co trzeba uwzględnić przy doborze.

Średnicę wewnętrzną przewodów w pionie dobiera się, mając na uwadze m.in. duże wartości przepływów podczas rozbioru c.w.u. i maksymalne przepływy w okresie grzewczym. Należy przyjąć liczbę jednocześnie pracujących stacji i jednostkowy przepływ dla stacji przygotowujących c.w.u. Trzeba też określić średnie zapotrzebowanie na moc dla c.o. na mieszkanie w danym pionie. Maksymalny przepływ w pionie oblicza się wg wzoru:

gdzie:
n – współczynnik jednoczesności,
m – całkowita liczba mieszkań,
g_w – maksymalny przepływ czynnika grzewczego przez wymiennik,
g_c – średni przepływ czynnika grzewczego dla c.o. na mieszkanie.

Przy projektowaniu przyłącza stacji do pionu grzewczego należy przyjmować maksymalny przepływ na potrzeby przygotowania c.w.u. i zaleca się, aby średnica przyłącza nie była mniejsza niż DN 20. Jeśli długość przyłącza (od pionu – do stacji) przekracza 6 m, zaleca się dodanie układu termostatycznej cyrkulacji (tzw. mostek cyrkulacyjny) zapewniającego zachowanie wymaganej temperatury na podejściu do stacji.

W projektowaniu instalacji grzewczej zasilającej stacje i wymiarowaniu rur poziomu i pionów ważne jest znalezienie właściwego współczynnika jednoczesności pracy stacji. Warto to skonsultować z producentem stacji – niektórzy dysponują pomocnymi tabelami.

W instalacjach stosuje się też zbiorniki buforujące, aby wspomagały źródło ciepła w szczytowych rozbiorach c.w.u. oraz nie powodowały niepotrzebnych włączeń źródła (taktowania kotła/węzła) przy krótkotrwałych rozbiorach poza sezonem grzewczym. Konieczność zastosowania zbiornika i jego wielkość wynikają z liczby stacji mieszkaniowych oraz pojemności instalacji pierwotnej (pionów).

Równoważenie hydrauliczne

Równoważenie instalacji ogrzewczej zasilającej stacje mieszkaniowe musi uwzględniać zmienny odbiór ciepła, o większych wahaniach niż w instalacji jedynie z grzejnikami. Równoważenie hydrauliczne statyczne można zastosować tylko w małych instalacjach z paroma stacjami i do tego wystarczą nowoczesne pompy z silnikami z elektroniczną regulacją prędkości obrotowej i układem regulacji ciśnienia. Instalacje większe i wielopionowe wymagają hydraulicznego równoważenia dynamicznego. Stosowane są dwa sposoby rozwiązania tego zadania – regulatory różnicy ciśnienia w każdej stacji mieszkaniowej lub regulatory różnicy ciśnienia po jednym na pionie, a na stacjach tylko ręczne zawory równoważące c.o. Podstawowa różnica to liczba zaworów, a dokładniej regulatorów różnicy ciśnienia – w pierwszym rozwiązaniu mamy w każdej stacji regulator różnicy ciśnienia, natomiast w drugim regulator różnicy ciśnienia jest tylko jeden na pionie, a w stacjach ręczne zawory równoważące (a decyduje to m.in. o kosztach).

Charakterystykę hydrauliczną obiegu, w którym zabudowano regulatory różnicy ciśnień i przepływu, ilustruje rys. 1. Dzięki zastosowaniu obu regulatorów ciśnienie dyspozycyjne w fazie częściowego zapotrzebowania mocy i przepływy w fazie zapotrzebowania ponadobliczeniowego są ograniczone do wartości obliczeniowych przyjętych w projekcie. W dowolnej fazie pracy obiegi są hydraulicznie zrównoważone i zasilane mocami odpowiednimi do chwilowych potrzeb.

Regulatory różnicy ciśnienia w stacjach mieszkaniowych

Przykład rozwiązania, w którym wykorzystano wbudowane w stacji regulatory różnicy ciśnienia, ilustruje rys. 2. W stacji zastosowano regulator (poz. 15), który zapewnia odpowiednie ciśnienie dla instalacji c.w.u. i c.o. W takich rozwiązaniach ważną funkcję pełnią grupy pompowe montowane na instalacji za źródłem ciepła.

Regulatory różnicy ciśnienia w pionach

Zawory podpionowe powinny umożliwić regulację ciśnienia i ograniczenie maksymalnego przepływu czynnika grzewczego w pionie. Dynamiczne regulatory różnicy ciśnienia i przepływu do zrównoważenia ciśnienia w układach wielopionowych dobiera się na maksymalne przepływy w pionie. Producenci podają wymagane minimalne ciśnienie dyspozycyjne czynnika grzewczego po stronie pierwotnej – jest to przeważnie ok. 30 kPa, a maksymalne 50–55 kPa. Zalecane są zawory z zakresami regulacji ciśnienia 30–55 kPa, ale korzystniejszy jest bardziej elastyczny zakres – dostępne są np. zawory o szerokim zakresie ciśnienia 20–80 kPa. Przepływy powinny się zawierać w przedziale 1,5–4,5 m³/h. Są to zalecenia do zastosowań standardowych i przy rozbudowanych instalacjach warto je skonsultować z producentem. Przykładowy schemat instalacji pionowych i poziomych w budynku z wykorzystaniem stacji mieszkaniowych z dynamicznymi regulatorami różnicy ciśnienia i przepływu regulacji ilustruje rys. 3.

Dynamiczne regulatory różnicy ciśnienia i przepływu do zrównoważenia ciśnienia oferuje wiele firm. Są to m.in. zawory STAP montowane na przewodzie powrotnym, które służą do wyrównania cienienia ∆p pomiędzy przewodem zasilającym i powrotnym czynnika grzewczego. Nastawy tych zaworów należy wykonać zgodnie z parametrami projektowymi. Pomocą są tabele z liczbą obrotów odpowiadającą wymaganemu ciśnieniu dyspozycyjnemu w pionie. Nastawy wykonuje się kluczem imbusowym.

Z kolei zawór STAD służy do ograniczania maksymalnego przepływu czynnika grzewczego w pionie i przyłączenia rurki impulsowej do zaworu STAP. Ograniczenia przepływu dokonuje się za pomocą pokrętła wyposażonego w skalę o zakresie 0,0–4,0. Wartość nastawy powinna być zgodna z obliczeniami projektowymi. Jeżeli w projekcie nie podano wartości nastaw, można je odczytać z nomogramu na podstawie założonego maksymalnego przepływu czynnika grzewczego. Podłączenie rurki impulsowej z zaworu STAP odbywa się poprzez króciec odwadniający, w który powinien być wyposażony zawór STAD. Aby układ zaworów STAP i STAD działał prawidłowo w zakresie regulacji ciśnienia, należy udrożnić rurkę impulsową poprzez wykręcenie (ok. 8 obrotów) kluczem imbusowym 5 mm króćca w zaworze STAD. To bardzo ważne, gdyż zawory mają ustawienia fabryczne i brak udrożnienia powoduje, że nie mamy informacji o faktycznym ciśnieniu na zasilaniu i układ w ogóle nie zadziała.

Podsumowanie

Poprawne zaprojektowanie instalacji ze stacjami mieszkaniowymi i prawidłowa jej regulacja wpływają na poprawne działanie systemu w aspekcie komfortu oraz serwisowania i efektywności energetycznej, a tym samym zadowolenia użytkowników budynków oraz optymalizacji kosztów eksploatacyjnych. Oferowane na rynku rozwiązania umożliwią dokładne zrównoważenie hydraulicznie i zasilanie mocami odpowiednimi do chwilowych potrzeb instalacji po stronie wtórnej.

Opracowano na podstawie materiałów technicznych producentów mieszkaniowych węzłów cieplnych.