Regulatory pogodowe w instalacjach centralnego ogrzewania. Ogrzewanie pod kontrolą.

System c.o. budynków mieszkalnych składa się ze źródła ciepła (np. kotła), instalacji ogrzewczej (przewodów hydraulicznych i grzejników) oraz zespołu regulacyjnego, który zwykle w najprostszej postaci znajduje się w samym źródle ciepła jako tzw. termostat kotła. W wielu przypadkach, gdy instalacje ogrzewcze są wielo- i różnoobiegowe, nie jest on wystarczającym regulatorem pracy instalacji i konieczne jest zastosowanie regulatorów o większych możliwościach. Do najbardziej wszechstronnych regulatorów należą regulatory pogodowe, które mogą sterować pracą kotła lub wielu kotłów (kaskadą) i wieloma różnymi obiegami grzewczymi (grzejnikowy, podłogowy, stałotemperaturowy itp.), łącznie z obiegiem ciepłej wody użytkowej (zasobnikiem c.w.u.) i obiegiem cyrkulacji c.w.u. Przyjrzyjmy się więc bliżej tym urządzeniom. Regulator pogodowy może sterować pracą kotła i innych źródeł ciepła, obiegów grzewczych centralnego ogrzewania oraz obiegów przygotowania ciepłej wody, łącznie z obiegiem cyrkulacji. Cechą szczególną regulatora pogodowego, w porównaniu do regulatorów niepogodowych, jest dodatkowe wyposażenie w czujnik temperatury zewnętrznej. Regulator na podstawie tej informacji i dodatkowych ustawień, które wprowadził do regulatora instalator i użytkownik, określa temperaturę wody, która ma płynąć z kotła w obiegi grzewcze dla zapewnienia żądanej temperatury w pomieszczeniu. W praktyce ma to zapewniać określoną, stabilną temperaturę wewnątrz, bez względu na zmiany temperatury na zewnętrz.

Krzywa grzewcza Związek pomiędzy temperaturą zewnętrzną i temperaturą wody grzewczej określony jest zależnością funkcyjną, tzw. krzywą grzewczą. Regulatory pogodowe wyposażone są zwykle w szereg tych zależności funkcyjnych, zaprogramowanych przez konstruktorów regulatora, a zadaniem instalatora jest wybranie tej jednej, najbardziej odpowiedniej dla danych warunków termoizolacyjnych budynku, warunków klimatycznych i życzeń użytkownika, rys. 1. Producent pokazuje w instrukcji instalacji i instrukcji użytkowania przebieg wybranych krzywych grzewczych w sposób graficzny, dzięki czemu można łatwo odczytywać zależność temperatury zasilania obiegów grzewczych od temperatury zewnętrznej. W samym regulatorze znajduje się ich zwykle o wiele więcej. Nie znajdziemy jednak w instrukcji sprecyzowanej zależności, w jakiej pozostaje temperatura w pomieszczeniu względem temperatury zasilania obiegu. Tę zależność określa, w sposób teoretyczny, projektant instalacji grzewczej, który bierze pod uwagę, najogólniej mówiąc, straty ciepła budynku czy mieszkania i na ich podstawie dobiera liczbę i wielkość grzejników. W praktyce instalator i użytkownik weryfikują założenia projektowe i wybierają krzywą grzewczą metodą „na chybił trafił”. Wybór tej jednej, najbardziej odpowiedniej, krzywej grzewczej nie jest więc prostym zadaniem dla instalatora, a tym bardziej dla użytkownika. Z pomocą przychodzą sami producenci regulatorów pogodowych, którzy wprowadzają do regulatorów tzw. ustawienia fabryczne, a więc takie, które są najczęściej stosowane w praktyce dla przeciętnych warunków eksploatacji budynków i wymagań użytkowników. Ustawienia te dotyczą jednak warunków w kraju producenta regulatorów i są zwykle przewidziane tylko do obiegów grzejnikowych. Nawet przy spełnieniu tych założeń nie gwarantują zaspokojenia wszystkich wymagań użytkownika ze względu na różne i bliżej nieokreślone warunki termoizolacyjne budynku i warunki zewnętrzne. Dwa identyczne budynki, położone nawet blisko siebie, mogą różnić się potrzebami ogrzewczymi tylko ze względu na inne położenie względem stron świata lub inne otoczenie zewnętrzne. U naszych sąsiadów, w Niemczech, regulatory wg ustawień fabrycznych powinny tak sterować pracą kotła i obiegów grzewczych, aby zapewnić temperaturę pomieszczeń na poziomie 20oC w dzień (od godz. 6.00 do 22.00) i 15oC w nocy. Te wartości temperatury nie są akceptowane w naszym kraju, są traktowane, i to powszechnie, jako zbyt niskie. Stąd ustawienia fabryczne regulatorów niemieckich nie zaspokoją wymagań polskich użytkowników. Prawidłowe ustawienie regulatora pogodowego, nawet tylko w przypadku jednego obiegu grzejnikowego, jest trudne, rys. 2. Dodatkowym utrudnieniem jest jeszcze fakt, że po zmianie krzywej grzewczej trzeba odczekać kilka lub nawet kilkanaście godzin na wynik zmiany temperatury. Każdy budynek ma dużą bezwładność termiczną i ustabilizowanie ostatecznej temperatury wewnętrznej wymaga czasu. W przypadku wyboru krzywej grzewczej dla obiegu podłogowego te trudności jeszcze się zwiększają. Do wyboru projektanci regulatora przewidzieli mniej krzywych grzewczych, co pozornie ułatwia zadanie, lecz obieg podłogowy wymaga precyzyjniejszego wyboru krzywej grzewczej, a to powoduje, że trudniej jest ją utrafić. Zwiększa się również, i to kilkakrotnie, bezwładność termiczna obiegu podłogowego w porównaniu do grzejnikowego. Czas oczekiwania na ustabilizowanie się temperatury w pomieszczeniu z podłogówką, po zmianie krzywej grzewczej, może trwać nawet kilkadziesiąt godzin. Maksymalna temperatura wody grzewczej na zasilaniu takiego obiegu nie może być wyższa niż 50oC ze względu na niebezpieczeństwo uszkodzenia podłogi (pęknięcia i wybrzuszenia betonowej wylewki podpodłogowej). W budynkach obecnie budowanych wybiera się krzywą grzewczą, która zapewnia temperaturę zasilania w zakresie 30-35oC przy temperaturze zewnętrznej ok. 0oC. Gdy temperatura zewnętrzna obniży się do -20oC, temperatura na zasilaniu obiegu wzrośnie automatycznie do ok. 38-43oC, jak wynika z przebiegu krzywych grzewczych (rys. 1).

Współpraca z głowicą W dotychczasowych rozważaniach pominięte zostały popularne dodatkowe elementy regulacyjne pracy obiegów grzejnikowych, jakimi są głowice termostatyczne, w które, zgodnie z obowiązującymi przepisami, muszą być wyposażone grzejniki centralnego ogrzewania. W pierwszym przybliżeniu może się wydawać, że te wszystkie trudności z utrzymaniem stałej i żądanej temperatury w pomieszczeniu da się załatwić głowicą termostatyczną, o ile mamy na zasilaniu odpowiednio wysoką temperaturą wody grzewczej. Głowica termostatyczna umożliwia regulację ciepła poprzez zmianę przepływu wody grzewczej przez grzejnik, od całkowitego zamknięcia do maksimum, i to w sposób płynny. Jednak nie da się jej ustawić raz na zawsze, ponieważ kocioł sterowany krzywą grzewczą będzie dawał wodę do grzejników o różnej temperaturze, co przy stałym położeniu głowicy termostatycznej będzie powodowało różny wydatek ciepła i nie zawsze skorelowany z bieżącymi stratami. W efekcie w pomieszczeniu może być raz cieplej, raz zimniej.

Tylko kompletny zestaw Użytkownik może odczuwać dyskomfort i to z kilku powodów: konieczności zmian krzywej grzewczej (którą wybrać?), konieczności ciągłego manipulowania głowicami termostatycznymi (znowu!), odczuwania różnych temperatur w pomieszczeniach (a niech to…), oczekiwania na poprawę klimatu domowego po kolejnych regulacjach (znowu okaże się, że nic nie potrafię…) i świadomości, że ta kosztowna, pogodowa automatyka systemu grzewczego jest mało przydatna, mówiąc najłagodniej. Zawsze pozostaje jeszcze „telefon do przyjaciela”, czyli wezwanie serwisanta, ale nie jest to optymalne rozwiązanie, jak wynika z praktyki i budżetu domowego. W końcu automatyka powinna działać samoczynnie i nie wymagać dodatkowych, bliżej niesprecyzowanych i kłopotliwych zabiegów. Będzie taką, jeśli będzie kompletna. Częstym przypadkiem jest bowiem stosowanie „gołej” automatyki pogodowej: bez zdalnego sterowania, bez którego automatyka pogodowa zachowuje się podobnie jak kierowca w obcym mieście bez nawigacji samochodowej. Jest to główna przyczyna kłopotów z automatyką pogodową. Zdalne sterowanie jest dodatkowym i nieodzownym urządzeniem, które instalowane jest w tzw. reprezentatywnym pomieszczeniu dla każdego obiegu grzewczego i które kontroluje temperaturę tego pomieszczenia. Jest połączone bezpośrednio z regulatorem pogodowym i wyposażone w czujnik temperatury. Umożliwia też ręczną zmianę parametrów pracy instalacji grzewczej w określonym zakresie. Na rynku istnieją również regulatory pogodowe, które są fabrycznie wyposażone w czujnik temperatury wewnętrznej znajdujący się w samym regulatorze. Taki regulator przeznaczony jest do jednego obiegu grzewczego i powinien być instalowany w pomieszczeniu reprezentatywnym: nie w kotłowni, nie w kotle, jeśli ma funkcjonować według życzeń użytkowników i utrzymywać dokładnie wybraną temperaturę pomieszczenia. Dzięki zdalnemu sterowaniu automatyka pogodowa ma informację o temperaturze pomieszczenia. Gdy istnieje rozbieżność temperatur: żądanej (ustawionej) z istniejącą (rzeczywistą), może skorygować pracę urządzenia grzewczego i doprowadzić do uzyskania zaprogramowanej temperatury w pomieszczeniu. Realizuje to poprzez odpowiednie przesunięcie krzywej grzewczej w kierunku dodatnim lub ujemnym, w zależności od potrzeb. Mamy wówczas tzw. „pływającą” krzywą grzewczą. Zamiast więc pojedynczej zależności funkcyjnej: tj. temperatury zasilania od temperatury zewnętrznej (obrazowanej jedną linią), mamy całe pole tych zależności. Znajduje się na nim niepomiernie więcej możliwych punktów pracy systemu grzewczego w porównaniu do automatyki pogodowej bez zdalnego sterowania.

Zdalne sterowanie Na rys. 3 pokazana jest zasada działania zdalnego sterowania. Zaprogramowana temperatura pomieszczenia wynosiła 20oC, jak pokazano na skośnej osi „Temperatura pomieszczenia”. Zdalne sterowanie przesłało sygnał do regulatora o temperaturze rzeczywistej w pomieszczeniu, która wynosiła 18oC. Na skutek tej informacji automatyka przesunęła krzywą grzewczą w kierunku dodatnich temperatur zasilania tak, aby temperatura wody grzewczej podniosła się o odpowiednią wartość. Zdalne sterowanie działa w sposób ciągły, wobec czego zawsze trafi we właściwy punkt pracy systemu grzewczego dla zapewnienia żądanej temperatury w pomieszczeniu. To niewielkie gabarytowo urządzenie, jakim jest zdalne sterowanie, które jest podobne do regulatora pokojowego i często z nim niesłusznie mylone, wyzwala użytkownika z opisanych wyżej kłopotów. Możliwości korekcyjne zdalnego sterowania zawierają się w wystarczająco szerokim zakresie temperatury pomieszczenia, co oznacza, że wybór krzywej grzewczej jest znacznie łatwiejszy, nawet dla mniej zorientowanego w przedmiocie użytkownika. Na rys. 4 przedstawiono schemat instalacji 3-obiegowej. W regulatorze pogodowym ustawia się krzywe grzewcze dla każdego obiegu oddzielnie i każdy obieg powinien być kontrolowany przez własne zdalne sterowanie również w przypadku, gdy dla każdego obiegu będzie ustawiona ta sama krzywa grzewcza. Na rys. 5 schemat przedstawia rozbudowaną instalację grzewczą zawierającą kaskadę czterech kotłów i osiem obiegów grzewczych. Poza zdalnymi sterowaniami, przyporządkowanymi do każdego obiegu, znajdują się tam moduły rozszerzające możliwości sterowania przez regulator pogodowy i większą ilość obiegów grzewczych. Regulatory pogodowe, tzw. modułowe, mają też i te zalety, że pozwalają się rozbudowywać dodatkowymi modułami, dzięki czemu zwiększają swe możliwości sterowania bardziej złożonymi systemami grzewczymi. Kolejnym przykładem jest schemat pokazany na rys. 6, który przedstawia system grzewczy składający się z kilku różnych źródeł ciepła: kotła gazowego, kotła stałopalnego (np. termo-kominka) i kolektora słonecznego. Zastosowano w tej instalacji magazyn ciepła w postaci bufora wody grzewczej, dzięki któremu możliwe jest zasilanie odbiorników ciepłem pochodzącym ze wszystkich źródeł (w tym: obiegów grzewczych, zasobnika ciepłej wody i basenu). Obiegi grzewcze są kontrolowane dodatkowo przez zdalne sterowania. Regulator pogodowy spełnia swoje zadania jako automatyczny sterownik systemów ogrzewczych zarówno prostych, jak i złożonych. Powinien być instalowany ze wszystkimi niezbędnymi elementami składowymi i ustawiony przez wykwalifikowanego i doświadczonego instalatora lub serwisanta. Ustawienia powinny być przeprowadzone zarówno w części dostępnej tylko dla serwisanta, jak i dla użytkownika. Regulator wyposażony jest fabrycznie m.in. w instrukcję obsługi przeznaczoną dla użytkownika, w której znajdują się wszystkie informacje potrzebne do podstawowych, bieżących ustawień regulatora, jak np. temperatury dziennej i nocnej, chwilowej zmiany temperatury pomieszczeń, szybkiego przygotowania ciepłej wody poza ustalonym programem itp. Jednak aby użytkownik mógł obsługiwać skutecznie regulator, powinien zapoznać się z treścią instrukcji obsługi. Jak dotąd nie ma na rynku takich regulatorów pogodowych, o których można powiedzieć, że są w pełni intuicyjne i każdy może je obsługiwać bez przygotowania.
dr inż. Jan Siedlaczek Rys. 1. Krzywe grzewcze regulatora pogodowego. Rys. 2. Schemat instalacji centralnego ogrzewania z jednym obiegiem grzejnikowym, zasobnikiem wody użytkowej i pompą cyrkulacyjna. Rys. 3. Zasada działania zdalnego sterowania regulatora pogodowego. Rys. 4. Schemat instalacji grzewczej sterowanej regulatorem pogodowym z trzema zdalnymi sterowaniami. Rys. 5. Schemat hydrauliczny instalacji grzewczej z kaskadą czterech kotłów i ośmioma obiegami grzewczymi, kontrolowanymi przez zdalne sterowania. Rys. 6. Schemat hydrauliczny z różnymi źródłami ciepła (kocioł gazowy, stałopalny i kolektor słoneczny) sterowny regulatorem pogodowym ze zdalnymi sterowaniami.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij