Zasady doboru stacji wymiennikowych. Harmonia w instalacji

artykuł w wersji pdf pdfpdfpdf

Przy projektowaniu instalacji z mieszkaniowymi stacjami wymiennikowymi (MSW) mamy do czynienia z dwoma rodzajami instalacji. Pierwsze z nich stanowią instalacje wody pitnej, rozumiane jako instalacje wody zimnej, ciepłej wody użytkowej i cyrkulacji. Drugimi natomiast są instalacje ogrzewcze, które zasilają w strumień ciepła instalacje ciepłej wody użytkowej i cyrkulacji. Ponadto należy zauważyć, iż wspomniane rodzaje instalacji obejmuje część wspólna budynku (tzw. instalacje główne) oraz indywidualne mieszkania lub wydzielone strefy. Przy projektowaniu tych instalacji musi panować harmonia, ponieważ łączą je mieszkaniowe stacje wymiennikowe, przez co instalacje na siebie oddziaływują. Uwzględniając powyższą specyfikę, należy sformułować ogólne warunki ich zabudowy i parametry techniczne istotne dla ich poprawnej pracy. Oczywiście mogą wystąpić odstępstwa od tych warunków, spowodowane specyficznymi warunkami użytkowania lub parametrami stacji oferowanych na rynku.

Skąd zasilanie? Instalacja grzewcza zasilająca stacje wymiennikowe może być zasilana przez dowolne źródło ciepła, takie jak węzeł cieplny wymiennikowy lub Głowica termostatyczna z kapilarąbezpośredni, kotłownię węglową, gazową, olejową lub opalaną biomasą. Źródło ciepła musi jednak zapewnić czynnik grzewczy o odpowiedniej jakości i ilości, z uwzględnieniem specyfiki pracy stacji wymiennikowych. W zakresie ilości oznacza to odpowiednią moc cieplną. Jako specyfikę należy rozumieć dynamikę odbioru ciepła wraz z koniecznością jego magazynowania w buforach ciepła przy niezbyt rozległych instalacjach. Zasadniczo bufor ciepła ma za zadanie zapewnić możliwość dostarczenia czynnika grzewczego przy chwilowym poborze większym niż wydajność źródła ciepła. Taka sytuacja może wystąpić w okresie szczytu porannego lub wieczornego, związanego z poborem ciepłej wody użytkowej. Bufor ma także zadanie stabilizować prace źródła ciepła w taki sposób, aby źródło ciepła pracowało jednostajnie przy najwyższej sprawności. W przeciwnym razie każdy, nawet nieznaczny, pobór ciepłej wody użytkowej powodowałby jego włączanie. Szczególnie dotyczy to lata, gdy wytworzone ciepło przeznaczone jest na przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Zanik poboru ciepłej wody użytkowej powodowałby jego wyłączanie. To, oczywiście, pociągałoby za sobą pracę źródła przy niskiej sprawności i przyspieszone zużycie źródła ciepła, pomp oraz armatury regulacyjnej. Bufor ciepła poprawia także jakość regulacji temperatury czynnika grzewczego poprzez stabilną pracę źródła ciepła. Elementy systemów regulacji temperatury w ogrzewnictwie charakteryzują się sporą bezwładnością, co powoduje wahania temperatury w okresach niestabilnej pracy źródeł ciepła lub zmiennego poboru czynnika grzewczego. Bufor ciepła stanowi także doskonałą separację obiegów hydraulicznych o odmiennej specyfice działania. Należy nadmienić, iż występują tu zazwyczaj dwa obiegi, obieg pierwotny i obieg wtórny. Obieg pierwotny obejmuje źródło ciepła, pompę obiegową (PŹ) bufor ciepła wraz instalacją ją łączącą. Obieg wtórny obejmuje bufor ciepła, pompę obiegową (PB), mieszkaniowe stacje wymiennikowe (MSW) oraz instalację ją łączącą. Obieg pierwotny charakteryzuje się zazwyczaj stałą wydajnością w zakresie przepływu jak i mocy grzewczej. Możliwa jest praca źródła ciepła przy różnych przepływach i mocach grzewczych, jednak szybkość ich zmian jest nieduża. Obieg wtórny pracuje przy zmiennym przepływie mocy grzewczej i oporze hydraulicznym. Szybkość i dynamika zmian jest duża i adekwatna do zmiennego poboru ciepłej wody użytkowej. Dzięki zastosowaniu bufora ciepła możliwe jest połączenie tych obiegów łącznie z separacją lub wysprzęgleniem.

Pompy zalecane Ze względu na dużą dynamikę zmian przepływu czynnika grzewczego, związanego ze zmiennym rozbiorem ciepłej wody użytkowej, zalecane jest stosowanie pomp elektronicznych cyrkulacyjnych w obiegu wtórnym (PB), utrzymujących stałe ciśnienie dyspozycyjne w odpowiednim punkcie instalacji bez względu na Rys. 1 Schemat instalacji zasilającej mieszkaniowe stacje wymiennikowe.zmiany przepływu. Miejsce stabilizacji ciśnienia dyspozycyjnego (źródło ciepła, pion, poziom…) oraz dodatkowe wyposażenie pomp (np. w zewnętrzne czujniki ciśnienia) należy dopasować do potrzeb instalacji.

Odpowiednia jakość czynnika oznacza odpowiednią jego temperaturę, ciśnienie statyczne, ciśnienie dyspozycyjne oraz jakość wody spełniającej normy przedmiotowe. Temperatura czynnika grzewczego latem nie powinna być niższa niż 65oC, zimą zaś nie niższa niż 80oC. Czynnik grzewczy nie powinien mieć temperatury wyższej od 90oC. Ciśnienie w żadnym miejscu instalacji nie powinno przekraczać 6 barów. Wartość ciśnienia dyspozycyjnego powinna być odpowiednia do instalacji i poparta obliczeniami hydraulicznymi, ponadto instalacja powinna być zrównoważona hydraulicznie.

Jak zrównoważyć instalację? Równoważenie instalacji ogrzewczej zasilającej stacje wymiennikowe nie jest sprawą trywialną ze względu na zmienny odbiór ciepła. Zmienny przepływ czynnika grzewczego wyklucza statyczne równoważenie hydrauliczne. Wyjątek mogą stanowić niezbyt rozległe instalacje z kilkoma stacjami. W takich przypadkach za stabilność ciśnienia dla poszczególnych stacji odpowiedzialna jest pompa elektroniczna (PB). W pozostałych przypadkach należy na instalacji grzewczej stosować regulatory różnicy ciśnienia (RRC). Optymalnym rozwiązaniem z punktu widzenia regulacji hydraulicznej jest wyposażenie każdej stacji w regulator różnicy ciśnienia. Oczywiście rozwiązanie to nie należy do najtańszych. Kompromisowym rozwiązaniem może być stosowanie regulatorów różnicy ciśnienia na pionach grzewczych. Oznacza to jednak zabudowy przed każdą stacją wymiennikową zaworów równoważących ręcznych. Trudność przy projektowaniu instalacji grzewczej zasilającej stacje polega na znalezieniu właściwego współczynnika jednoczesności pracy stacji, przy wymiarowaniu rur poziomu i pionów. Przy małej ilości stacji w jednej instalacji grzewczej współczynnik ten jest bliski jedności. Natomiast gdy stacji jest dużo, wówczas współczynnik jednoczesności można przyjmować wg wytycznych technicznych w literaturze, np. wg Recknagela. Otwartą kwestią pozostaje, w których częściach instalacji przyjmować współczynnik jednoczesności równy jedności, a w których mniejszy. Ta decyzja ma swoje konsekwencje w średnicy dobranych rur oraz przy równoważeniu hydraulicznym. Jedno można stwierdzić a priori – im bardziej redukujemy współczynnik jednoczesności, tym bardziej zasadne staje się stosowanie regulacji dynamicznej przy każdej stacji wymiennikowej. Rozsądny wydaje się zatem kompromis, aby współczynnik jednoczesności równy jedności przyjmować przy wymiarowaniu pionów, mniejszy od jedności przy wymiarowaniu poziomów rozprowadzających. W tej sugestii zawarta jest prosta logika, piony z natury rzeczy zasilają mniej stacji wymiennikowych niż poziomy, które zasilają piony. Można spotkać rozwiązania z regulatorami przepływu, ale te rozwiązania wydają się nieuzasadnione.

Ze względu na duże przepływy czynnika grzewczego średnice rur z czynnikiem grzewczym są relatywnie duże w stosunku do tradycyjnych instalacji grzewczych. Średnice rur wynikają z ich odpowiedniego wymiarowania w zależności od przepływu. Jednak zasadą jest, iż bez względu na obliczenia hydrauliczne, średnica rur łączących stacje z instalacją główną w budynku nie powinna być mniejsza niż DN 20 dla rur stalowych, zachowując odpowiednie odległości pomiędzy wpięciami do pionu oraz niskooporowym wykonaniem złączy i trójników. Przy systemach rurowych z tworzyw sztucznych, gdzie grubości ścianek są większe niż przy stali lub miedzi, średnica przyłącza powinna być równoważna w zakresie średnicy wewnętrznej.

Zmienność rozbioru ciepłej wody użytkowej determinuje zmienne przepływy czynnika grzewczego w instalacji ogrzewczej. Zimą przepływ czynnika grzewczego wynika z potrzeb ogrzewczych i zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Latem zaś przepływ czynnika grzewczego wynika tylko z zapotrzebowania na ciepło dla przygotowania ciepłej wody użytkowej. Oznacza to, że mogą wystąpić okresy, gdy przepływ czynnika grzewczego może ustać, np. nocą. Zanik przepływu oznacza stygnięcie wody w rurach c.o. Konsekwencją tego jest konieczność oczekiwania na napływ gorącej wody grzewczej od źródła ciepła do stacji wymiennikowych. Im stacja jest dalej oddalona, tym czas oczekiwania jest dłuższy. Rozwiązań tego problemu może być kilka. Najprostszym wydaje się zabudowanie na każdym pionie centralnego ogrzewania, w jego najwyższej części ogranicznika temperatury powrotu (OTP1). Jest to zawór termostatyczny z głowicą termostatyczną reagującą na temperaturę przepływającego czynnika lub zawór z głowicą termostatyczną z kapilarą i (wyniesionym) czujnikiem przylgowym (OTP2). To rozwiązanie gwarantuje stałą cyrkulację czynnika grzewczego i odpowiednią jego temperaturę. Nie rozwiązuje to problemu stygnięcia wody w rurach łączących pion ze stacją. Dlatego jako zasadę należy przyjąć zabudowę stacji wymiennikowych możliwie blisko pionów instalacji grzewczej.

W przypadku braku możliwości zapewnienia bezpośredniego sąsiedztwa stacji mieszkaniowych i pionów centralnego ogrzewania należy stacje mieszkaniowe wyposażyć w ograniczniki temperatury cyrkulacji, nazywane także mostami termicznymi. Kryterium stosowania ograniczników cyrkulacji jest czas oczekiwania na przygotowanie ciepłej wody użytkowej, mierzony od czasu otwarcia przyboru sanitarnego do momentu uzyskania wody o żądanej temperaturze. Oczywiście długie przewody łączące stacje z pionem centralnego ogrzewania oznaczają straty ciepła i dodatkowe opory hydrauliczne, które należy uwzględnić w obliczeniach hydraulicznych. Należy zwrócić uwagę, iż w obliczeniach hydraulicznych powinno się uwzględnić maksymalne przepływy pierwotne przez wymiennik ciepła. Przy założeniu:

* średnicy rur z tworzywa sztucznego wielowarstwowych 26 x 3 (zasilających stacje wymiennikowe),

* mocy wymiennika ciepła 31 kW,

* schłodzeniu czynnika grzewczego Dt = 30oC,

opory jednostkowe wynoszą ok. 380 Pa/m. Czasami dostawca ciepła, deweloper, spółdzielnia mieszkaniowa lub wspólnota nie akceptują rozwiązania ogranicznika cyrkulacji w stacji mieszkaniowej. Z powyższych względów nie zawsze akceptowalne jest zbytnie oddalenie stacji mieszkaniowych od pionów. Jeśli akceptowany jest ogranicznik cyrkulacji w stacjach mieszkaniowych, w powyższe stacje wyposażane są mieszkania na ostatnich kondygnacjach, co zapewnia cyrkulację w instalacji grzewczej budynku. Wówczas nie musi się stosować ograniczników cyrkulacji na pionach. Rozwiązanie to ma wadę, ponieważ w obiekcie są dwa typy stacji, co utrudnia swobodną wymianę stacji w trakcie serwisowania, np. czyszczenia wymienników ciepła.

W następnym artykule będzie kontynuowany temat zasad projektowania mieszkaniowych stacji wymiennikowych.

Grzegorz Ojczyk

Rys. 1 Schemat instalacji zasilającej mieszkaniowe stacje wymiennikowe.

Fot. 1. Regulator różnicy ciśnienia.

Fot. 2. Głowica ogranicznika temperatury powrotu.

Fot. 3. Głowica termostatyczna z kapilarą.

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