Równoważenie hydrauliczne instalacji a oszczędność energii w budynkach (1). Zrównywanie oporów

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf 

Równoważenie hydrauliczne instalacji jest koniecznością podyktowaną głównie względami ekonomicznymi i środowiskowymi, co znajduje swoje odbicie w przepisach obowiązującego prawa i normach technicznych. Najważniejszym aktem obowiązującym wszystkie podmioty biorące udział w procesie inwestycyjnym jest Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, wraz ze zmianami z lat kolejnych. Dział IV Rozdział 4 Instalacje grzewcze pt.: „Wyposażenie techniczne budynków” określa, że instalacja i urządzenia służące do ogrzewania budynku powinny mieć określoną moc szczytową, obliczoną zgodnie z normami dotyczącymi obliczania zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń. Grzejniki oraz inne odbiorniki powinny być zaopatrzone w regulatory dopływu ciepła, które działają automatycznie w zależności od zmian temperatury wewnętrznej w pomieszczeniach, w których zostały zainstalowane. W dziale IX określono, że instalacja i urządzenia, stanowiące techniczne wyposażenie budynku, nie mogą powodować powstawania nadmiernych hałasów i drgań, utrudniających eksploatację i powodujących szkodliwe oddziaływanie na użytkowników pomieszczeń.
Te wszystkie wymogi muszą zostać spełnione na etapie projektowania i wykonawstwa instalacji grzewczych. Odpowiedni projekt – zawierający m.in. wytyczne dotyczące równoważenia instalacji – i staranne, zgodne z projektem, wykonawstwo pozwalają na spełnienie powyższych wymagań.

Aspekty techniczne
Problem rozdziału energii zgodnie z zapotrzebowaniem występuje w każdym systemie grzewczym z rozdziałem na źródło energii i odbiór w pomieszczeniach ogrzewanych. Dotyczy to również instalacji chłodniczych. Budynek i jego instalacje grzewcze, wentylacyjne i klimatyzacyjne powinny być tak zaprojektowane i wykonane, aby ilość energii cieplnej potrzebnej do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem można było utrzymać na racjonalnie niskim poziomie.
Współczesne tzw. pompowe systemy grzewcze powinny rozdzielać ciepło do wszystkich pomieszczeń odpowiednio do ich zapotrzebowania. Do transportu ciepła używana jest z reguły woda (często z domieszkami). Przepływy w poszczególnych odbiornikach wynikają z obliczeniowych obciążeń cieplnych.
W przypadku braku równoważenia instalacji taki rozdział możliwy jest w niewielu przypadkach. Woda – czynnik grzewczy – wykorzystując najmniejsze opory, wraca najkrótszą drogą do kotłowni. W większości przypadków woda przepompowywana jest przez grzejniki najbliżej położone. W wyniku tego grzejniki oddalone od centrali nie są wystarczająco zaopatrywane w ciepło. Efektem tego są niedogrzane pomieszczenia, względnie przegrzane pomieszczenia w pobliżu centrali.
Praktyka pokazuje, iż opisany powyżej problem jest przeważnie lekceważony. W większości przypadków winą obarcza się zbyt małą pompę, zbyt niską temperaturę zasilania, zbyt mały kocioł grzewczy lub wadliwie wykonaną instalację rurową. W związku z powyższym podejmowane są próby montażu większych pomp, podwyższania temperatury zasilania lub zmiany ustawień sterowania systemem. Efektem są szumy i inne uciążliwości, przegrzane i niedogrzane pomieszczenia. Z takim stanem pracy instalacji związany jest ponadto zbyt wysoki pobór energii w instalacji.
Wyłącznie poprzez równoważenie hydrauliczne – zrównanie oporów odbiorników, sekcji instalacji przy zachowaniu określonych przepływów – istnieje możliwość rozwiązania powyższego problemu z wykorzystaniem minimalnej ilości energii. Dzięki tej czynności możliwe jest wykonanie instalacji działającej bez zastrzeżeń, zapewniającej komfort użytkowania i zadowolenie klienta.

Uzasadnienie techniczne
Techniczne uzasadnienie regulacji:

  • równomierne nagrzewanie pomieszczeń po centralnych i miejscowych obniżeniach temperatury,
  • osiągnięcie optymalnych schłodzeń w instalacji,
  • osiągnięcie maksymalnych sprawności kotłów, automatyki, mierników zużycia ciepła,
  • osiągnięcie maksymalnej mocy instalacji.

Uzasadnienie środowiskowe
Równoważenie hydrauliczne polega na ograniczeniu przepływu czynnika do natężenia, które wymagane jest do dostarczenia określonej ilości ciepła. Poprzez dopasowanie ilości energii wyprodukowanej, transportowanej i dostarczanej do odbiorników minimalizujemy ilość wytwarzanego ciepła do minimum, tym samym ograniczając zużycie paliwa potrzebnego do wytworzenia energii.
Tym samym uzyskujemy:

  • zmniejszenie emisji do atmosfery,
  • ochronę przed hałasem,
  • zmniejszenie zużycia paliwa.

Proces
Hydrauliczne równoważenie instalacji rozdziału ciepła jest procesem zależnym od wielu czynników. Równoważenie hydrauliczne wystarczająco dokładne może mieć miejsce wyłącznie na podstawie przeprowadzonych obliczeń zapotrzebowania na ciepło oraz hydrauliki sieci. Zasadniczo należy wykonać obliczenia hydrauliczne sieci przewodów i przepływającego przez nie czynnika z uwzględnieniem parametrów zapotrzebowania na ciepło.
Wstępne założenia do równoważenia są wyliczane już w fazie projektowania instalacji grzewczej lub chłodzącej. Algorytm postępowania obowiązujący zarówno dla obliczeń ręcznych, jak i komputerowych wygląda następująco:

  • obliczenie zapotrzebowania na ciepło bądź chłód,
  • obliczenie powierzchni grzejnych bądź wymienników ciepła i przypisanych im strumieni przepływów, z uwzględnieniem zakładanych schłodzeń czynnika (w instalacji chłodniczej – podgrzewu czynnika),
  • wyliczenie średnic rur w instalacji (wg wartości strumieni przepływów w poszczególnych działkach), przy czym należy przestrzegać zasady utrzymania, np. w instalacji grzewczej, ciśnienia dyspozycyjnego w pionie między 100 a 200 mbarów,
  • dobór i wyliczenie nastaw wstępnych zaworów równoważących, regulatorów różnicy ciśnień i przepływu,
  • wyliczenie nastaw wstępnych zaworów obsługujących grzejniki bądź wymienniki ciepła,
  • wyliczenie ciśnienia podnoszenia pompy obiegowej.

Na etapie projektowania należy wykonać dopasowanie przepływów poprzez dobór odpowiednich zaworów i ich nastaw wstępnych. Na etapie wykonania instalacji dobrane nastawy muszą zostać przez instalatora nastawione na poszczególnych zaworach – zarówno na armaturze odbiornikowej, jak i przewodowej.

Równoważenie na odbiornikach
Dla zapewnienia niezakłóconej pracy instalacji konieczne jest takie wyregulowanie przepływu, aby każdy włączony do niej odbiornik zaopatrywany był wystarczającą ilością czynnika do pokrycia zapotrzebowania pomieszczenia na ciepło.
Dopasowanie przepływu do zapotrzebowania na ciepło danego pomieszczenia możliwe jest dzięki oferowanym na rynku doskonałym systemom armatury grzejnikowej. Wstępnie nastawialne zawory termostatyczne oraz zawory powrotne z nastawą wstępną umożliwiają dopasowanie przepływu przez grzejnik. Skala nastawy (widoczna lub ukryta) na zaworach grzejnikowych (fot. 1) umożliwia szybkie ustawienie obliczonej przez projektanta nastawy wstępnej.
Zarówno w zaworach montowanych osobno poza grzejnikiem, jak też wbudowanych istnieją różne rozwiązania: armatura z nastawą wstępną stopniową (bez możliwości pozycji pośrednich) oraz z nastawą precyzyjną (fot. 2).
Warto wspomnieć, że w większości przypadków grzejnik wychodzący z fabryki ma nastawioną nastawę wstępną na 6 lub pełne otwarcie. Jeżeli instalator nie zmieni nastaw po zamontowaniu grzejnika zgodnie z tym, co wyliczył projektant, to można z góry założyć, że instalacja nie będzie pracowała prawidłowo. Przez grzejniki zlokalizowane bliżej pompy cyrkulacyjnej będzie przepływało więcej wody, niż powinno, a te bardziej oddalone będą miały tego ciepła zbyt mało.

Równoważenie w rurowej instalacji
Zgodnie z obecnym stanem wiedzy i wykładnią polskiego prawa w każdym przypadku konieczna jest regulacja przepływu na odbiorniku. W przypadku rozległych instalacji, w których przepływ należy podzielić na kilka sekcji, gałęzi czy pionów grzewczych konieczne staje się stosowanie armatury podpionowej. Zawory równoważące oraz regulatory różnicy ciśnień umożliwiają utrzymanie w instalacji odpowiednich parametrów przepływu i ciśnienia. Przepływy i różnice ciśnień, które leżą powyżej dopuszczalnych granic obliczeniowych, mogą powodować zjawiska niepożądane i niedopuszczalne w prawidłowej pracy instalacji.
W zakresie armatury podpionowej na rynku oferowane są kompletne systemy. Systemy te są ciągle udoskonalane i rozszerzane, tak aby spełnić oczekiwania rynku, wymogi coraz bardziej nowoczesnych instalacji grzewczych, chłodniczych czy klimatyzacyjnych.
W przypadku armatury podpionowej już na etapie projektowania konieczna jest odpowiednia, fachowa decyzja odnośnie wyboru odpowiednich, pod względem wymagań i ekonomiczności, zaworów, jakie mają zostać zastosowane. W kolejnym artykule omówione zostaną szczegółowo zawory podpionowe wraz z ich możliwościami w zakresie równoważenia hydraulicznego instalacji:

  • ręcznie działające zawory równoważące,
  • regulatory różnicy ciśnień,
  • regulatory przepływu,
  • automatycznie działające zawory regulacyjno-równoważące.

Joanna Pieńkowska
Fot. z archiwum firmy Oventrop.

Fot. 1. Zawór grzejnikowy z głowicą termostatyczną.
Fot. 2. Zawór termostatyczny, typ AV6 ze stopniową nastawą wstępną.

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