Zawory trójdrogowe w instalacjach podłogowych c.o. Mieszanie w podłogówce

Instalacje c.o. (centralnego ogrzewania) można ogólnie podzielić na grzejnikowe i podłogowe. Instalacje grzejnikowe można też określić jako wysokotemperaturowe, natomiast podłogowe jako niskotemperaturowe.

W domach jednorodzinnych najczęściej występują obydwa wyżej wymienione typy instalacji centralnego ogrzewania i są one zasilane z jednego źródła ciepła o wysokiej temperaturze. Aby spełnić potrzeby obu instalacji, w instalacji podłogowej stosuje się odpowiednie urządzenia, tj. zawory mieszające, które obniżają temperaturę czynnika grzewczego na zasilaniu obiegów podłogowych. Czym należy się kierować w doborze takich zaworów?

Podłogowe instalacje centralnego ogrzewania, w zależności od rodzaju pomieszczenia, są zasilane czynnikiem grzewczym o temperaturze w granicach od 24 do 40oC. Niższe temperatury stosuje się w pomieszczeniach typu: salon, pokój pracy, sypialnia – dla uzyskania temperatury powietrza na poziomie ok. 18-22oC, wyższe w kuchniach i łazienkach, gdzie chodzi zarówno o wyższą temperaturę samej podłogi (26-28oC), jak i powietrza (rzędu 25oC).

W niniejszym artykule rozważane są tylko instalacje podłogowe centralnego ogrzewania oparte na regulacji temperatury zasilania i w konsekwencji temperatury pomieszczenia, przy pomocy trójdrogowych zaworów mieszających wyposażonych w siłowniki elektryczne.

Dobór zaworu

Na czym polega dobór zaworu mieszającego do obiegów podłogowych? Na właściwym dobraniu wielkości zaworu i odpowiednich jego oporów hydraulicznych, przy uwzględnieniu wymaganego przepływu czynnika grzewczego i dostarczanej mocy grzewczej do obiegu. Oba te parametry są ze sobą ściśle związane i decydują o właściwym działaniu zaworu mieszającego.

Podstawą doboru zaworu mieszającego jest określenie mocy grzewczej, jaka powinna być dostarczona do danego obiegu podłogowego. Każdy z obiegów podłogowych powinien być indywidualnie oceniony pod względem zapotrzebowania na moc grzewczą i musi być wyposażony w zawór mieszający, pompę obiegową i czujnik temperatury czynnika grzewczego za zaworem mieszającym. Umożliwia to regulacje temperatury poszczególnych pomieszczeń, ale też np. czasowe wyłączenie danego obiegu z pracy.

Dane techniczne doboru trójdrogowych zaworów mieszających znajdują się w profesjonalnym projekcie instalacji centralnego ogrzewania. Jeśli mamy do dyspozycji ten projekt, to nie są potrzebne żadne dodatkowe porady, ponieważ wszystko, co niezbędne do prawidłowego wykonania instalacji grzewczej, znajduje się detalicznie w projekcie. Nie zawsze jednak mamy do czynienia z tak komfortową sytuacją, ciągle jeszcze wykonuje się większość instalacji grzewczych, zwłaszcza w istniejących budynkach, według projektu „z głowy”.

Producenci trójdrogowych zaworów mieszających wychodzą tu naprzeciw i podają stosunkowo prosty sposób doboru zaworów do obiegów grzewczych, który mogą zastosować instalatorzy z odpowiednim doświadczeniem.

Istnieją odpowiednie programy komputerowe, oferowane przez producentów lub dystrybutorów zaworów mieszających, wykorzystywane jednak z zasady przez projektantów instalacji grzewczych. Instalatorzy korzystają najczęściej z odpowiednich wykresów doboru, gdzie punktem wyjścia jest wymagany przepływ lub moc obiegu grzewczego, a wynikiem wielkość zaworu mieszającego wraz z jego oporami hydraulicznymi, które są czynnikiem decydującym o właściwej pracy zaworu. Na podstawie tych wykresów można jednak dobrać kilka zaworów różnej wielkości, które teoretycznie będą prawidłowo dobrane, a w praktyce nie będą w wystarczającym stopniu spełniały swojego zadania. Jak zwykle chodzi o szczegóły.

Przepływ potrzebny

Do określenia mocy obiegu grzewczego przydatny jest wzór matematyczny obowiązujący (uproszczony) dla wody jako czynnika grzewczego. Wzór, mimo swej prostoty, nie znajduje jednak wśród instalatorów centralnego ogrzewania powszechnego zastosowania w szacunkowych obliczeniach mocy.

Q = m * cw * ∆T/1000,

gdzie:

Q – moc obiegu grzewczego w [kW],

m – przepływ czynnika roboczego w [m3/h],

cw – pojemność cieplna wody w  [Wh/m3 * K], (cw = 1,16 * 103),

∆T – różnica temperatur na zasilaniu i powrocie obiegu w [K].

Trudność leży w tym, jak widać we wzorze, że potrzebna jest znajomość przepływu. W codziennej, budowlanej praktyce znacznie trudniej jest ją ustalić niż oszacować potrzebną moc dla ogrzewania pomieszczeń. Dla współcześnie budowanych, energooszczędnych domów mieszkalnych przyjmuje się szacunkowe zapotrzebowanie mocy w zakresie 40-60 W/m2 powierzchni ogrzewanej. Stąd można oszacować wystarczająco dokładnie zapotrzebowanie mocy dla każdego pomieszczenia i dla każdego obiegu grzewczego, w efekcie również dla całej instalacji grzewczej.

Jeśli więc skorzystamy z tego doświadczenia, tj. znajomości szacunkowej mocy Q, i przyjmiemy konkretną wartość przewidywanej różnicy temperatur ∆T na zasilaniu i powrocie obiegu grzewczego, to przy pomocy przekształconego, powyższego wzoru, możemy obliczyć wymagany przepływ:

m = 1000 * Q/(cw * ∆T).

Różnica temperatury ∆T na zasilaniu i powrocie podłogowego obiegu grzewczego zawiera się teoretycznie w granicach od 5 do 20 K. Zwykle w obliczeniach stosuje się wartości 10 lub 15 K.

Obliczony przepływ będzie bezpośrednio przydatny do wyboru odpowiedniego zaworu o określonym, odpowiednim parametrze Kvs [m3/h]. Dla przypomnienia: Kvs jest przepływem przez zawór przy jego maksymalnym otwarciu i różnicy ciśnień, przed i za zaworem (spadku ciśnienia), równym 1 bar.

Ważne relacje

Jakie relacje ilościowe powinny zachodzić pomiędzy rzeczywistym przepływem czynnika roboczego (m) w obiegu a wartością Kvs zastosowanego zaworu mieszającego?

Prześledźmy prosty przykład dla parteru budynku o powierzchni 160 m2. Przyjmijmy jednostkowe zapotrzebowanie mocy równe 50 W/m2 (stąd zapotrzebowanie mocy dla parteru wyniesie 8 kW) oraz średnią różnicę temperatur na zasilaniu i powrocie równą 15 K. Po podstawieniu tych wartości do wzoru otrzymamy;

m = 1000 * 8/(1,16 *103 *15) = 0,46 [m3/h].

Uzyskane wyniki, zarówno moc grzewcza (8 kW), jak i obliczony przepływ (0,46 m3/h), pozwolą nam skorzystać z diagramów doboru zaworu mieszającego. Na rysunku 1 przedstawiono jeden z nich, złożony z dwóch części: lewej, wiążącej moc, przepływ i różnicę temperatury obiegu grzewczego, oraz prawej, wiążącej spadek ciśnienia i Kvs zaworu mieszającego.

Rys. 1. Diagram doboru zaworów mieszających do obiegów centralnego ogrzewania (archiwum firmy ESBE).

Punktem wyjścia może być moc (1) lub przepływ (1). Przecięcie tych wartości z linią różnicy temperatur ∆T = 15 K wyznaczy punkt, od którego poziomo (2) przechodzi się na drugą część diagramu. Tu napotykamy na linie Kvs i punkty przecięcia z nimi wyznaczają dwie wartości: Kvs i odpowiadające im spadki ciśnienia (3). Otrzymujemy wiele takich punktów, zbyt wiele by uznać wynik za prawidłowy. Kolejnym ograniczeniem, które pozwoli zmniejszyć liczbę rozwiązań, jest dopuszczalny zakres spadku ciśnienia na zaworze mieszającym. Został on oznaczony zaciemnionym obszarem, który wskazuje dopuszczalny zakres spadku ciśnienia od 3 do 15 kPa. Wartość Kvs dobieranego zaworu, jak wynika z diagramu, została w ten sposób zawężona od ok. 1,2 do ok. 2,8 m3/h. Jest więc większa od obliczonego przepływu od ok. 3 do ok. 6 razy.

W praktyce, ze względu na znormalizowane wielkości zaworów mieszających, dobierzemy na tej podstawie zawór o wielkości 1,6 lub 2,5 m3/h. Dla tak wytypowanych zaworów opory hydrauliczne zawierają się w znacznym zakresie: od ok. 3 do ok. 15 kPa i mogą mieć wpływ na działanie zaworu w instalacji. Który z nich wybrać?

Intuicja podpowie nam zapewne – ten większy, mimo że droższy, ponieważ ma mniejsze opory hydrauliczne. Doświadczenie jednak jest tu ważniejszym atutem i wskaże mniejszy ze względu na autorytet zaworu. Aby rozwikłać tę zagadkę, przyjrzyjmy się rysunkowi 2.

Rys. 2. Obieg grzewczy z zaworem mieszającym (archiwum firmy ESBE).

Połączenie wody z powrotu do zaworu mieszającego B przypomina nam inne, hydrauliczne  rozwiązania konstrukcyjne, występujące np. w kotłach wiszących, nazywane bypass’em. Jego rolę może warto opisać przy innej okazji. Jednak dla specjalistów to odniesienie może się okazać pomocne przy rozpatrzeniu niniejszego zagadnienia.

Jeśli opory hydrauliczne zaworu dla tego połączenia byłyby mniejsze niż opór ∆P dalszej instalacji hydraulicznej obiegu, czynnik grzewczy krążyłby w pętli: pompa – obieg grzewczy – połączenie B – połączenie AB. W efekcie w przewodzie A nie byłoby przepływu i ciepło z kotła nie docierałoby do obiegu grzewczego. Zbyt małe opory hydrauliczne zaworu mieszającego (zbyt duży zawór) nie są, więc korzystne dla pracy obiegu mieszaczowego.

Przy korzystaniu z graficznych diagramów doboru należy przyjąć zasadę wyboru mniejszego zaworu z możliwego zakresu wielkości.

Podobne diagramy i zalecenia znajdują się w większości materiałów projektowych i instrukcji doboru zaworów oferowanych przez wielu producentów 3-drogowych zaworów mieszających. Umożliwiają one łatwy i szybki dobór, jednak wymagają pewnego doświadczenia zawodowego.

dr inż. Jan Siedlaczek

Jedna myśl na temat “Zawory trójdrogowe w instalacjach podłogowych c.o. Mieszanie w podłogówce

  • 5 listopada 2017 o 22:41
    Permalink

    A z dwojga złego lepszy jest zawór niedowymiarowany czy przewymiarowany?

    Odpowiedz

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