We współczesnym świecie większość budynków o charakterze komercyjnym cechuje się bardzo małym obciążeniem po godzinach pracy biur, obłożenia pokoi hotelowych czy w weekendy. Specyfika tych obiektów jest powodem wymiernych trudności związanych z prowadzeniem efektywnego i energooszczędnego równoważenia i regulacji systemów wodnego ogrzewania oraz chłodzenia.

Do analizy pracy systemu wodnego ogrzewania i chłodzenia w tym artykule posłużmy się budynkiem 10 kondygnacyjnym, w którym pomieszczenia są użytkowane od rana do późnego popołudnia. Jeśli w godzinach wieczornych jedno z pięter jest dłużej użytkowane, wówczas centralna wentylacja, która w normalnych warunkach doprowadza uzdatnione powietrze do całego budynku, musi pracować tylko dla jednego piętra.

Wymagania nowoczesnych budynków nie dopuszczają stosowania dodatkowych urządzeń klimatyzacji indywidualnej, które byłyby widoczne na zewnątrz budynku. Dlatego w tej sytuacji prowadzenie oddzielnej mniejszej instalacji klimatyzacji jest raczej niemożliwe.

System zmiennoprzepływowy

System zmiennoprzepływowy w obiegu pierwotnym wody lodowej (VPF) po raz pierwszy został zaprezentowany w 1990 r. System ten jest alternatywą dla powszechnie stosowanych systemów ze stałym przepływem w obiegu pierwotnym oraz zmiennym przepływem w obiegu wtórnym.

Wzrastające zainteresowanie efektywnością energetyczną instalacji HVAC spowodowało, iż niektórzy inżynierowie zaczęli dochodzić do wniosku, że system zmiennoprzepływowy w obiegu pierwotnym wody lodowej może pracować dużo lepiej przy bardzo niskim obciążeniu instalacji. Generalnie, system ten posiada niższe koszty inwestycyjne jak również koszty eksploatacyjne w porównaniu do systemu ze stałym przepływem w obiegu pierwotnym oraz zmiennym przepływem w obiegu wtórnym.

Oszczędności inwestycyjne:

* Brak pompy w obiegu wtórnym;

* Nie ma konieczności przełączania agregatów;

* Mniej połączeń hydraulicznych;

* Mniej połączeń elektrycznych;

* Wymagana mniejsza przestrzeń;

* Mniejsze wymiary na by-passie.

Oszczędności eksploatacyjne:

* Pompy o regulowanej prędkości obrotowej;

* Sprężarki ze zmienną prędkością obrotów/ilość sprężarek/ilość agregatów;

* Wydajna praca agregatu chłodniczego nawet przy zmiennym obciążeniu.

Z powyższych zalet oczywiście możemy skorzystać, jednakże występują pewne ograniczenia, które są wysoce uzależnione od skuteczności regulacji i równoważenia instalacji. Na rysunku 1 przedstawiony został typowy układ systemu zmiennoprzepływowego w obiegu pierwotnym wody lodowej.

Układ systemu zmiennoprzepływowego w obiegu pierwotnym wody lodowej

W układzie tym możemy wyróżnić:

1) Zawór regulacyjny do regulacji temperatury w pomieszczeniu;

2) Zawór regulacyjny dla zapewnienia minimalnego przepływu w zmiennym obiegu agregatu chłodniczego;

3) Cyfrowy przepływomierz;

4) Czujnik ciśnienia różnicowego;

5) Zanurzeniowy czujnik temperatury wody;

6) Pompa ze zmienna prędkością obrotową;

7) Zawór odcinający z napędem w celu zabezpieczenia przed napływem czynnika z innej pompy przy małym obciążeniu instalacji;

8) Ręczny zawór równoważący/ Ogranicznik przepływu czyli automatyczny zawór równoważący.

Uwaga. Ogranicznik przepływu, czyli automatyczny zawór równoważący nie jest zalecany do stosowania razem z zaworem regulacyjnym (1) sterowanym sygnałem analogowym, ponieważ ich charakterystyki działają przeciwko sobie, stąd też:

* Zawór regulacyjny sterowany sygnałem analogowym = regulacja przepływu w celu utrzymania stałej temperatury;

* Ogranicznik przepływu = Kryza regulacyjna w celu utrzymania stałego przepływu.

Im dłuższy przewód podłączeniowy, tym większe straty sygnału napięciowego. Kiedy występują straty sygnału analogowego, zakres regulacji zmniejsza się. Jeśli zatem zakładamy, że zakres regulacji 0-10 VDC odpowiada 0-100% wartości ciśnienia, to może się okazać, że w rzeczywistości sygnał wejściowy jest w zakresie 0-9 VDC, co jest spowodowane przez stratę na długim odcinku przewodu. W taki przypadku musi zostać wykonana kalibracja, aby uzyskać odpowiednie wartości dla sygnału w zakresie 0-9 VDC jako 0-100% zakresu pracy pompy.

Czujnik pomiaru DP

Czujnik do pomiaru DP pompy to rozwiązanie powszechnie stosowane w większości systemów o zmiennym przepływie. Szczególnie typowe jest zastosowanie w obiegu dystrybucyjnym zaworów ręcznych oraz zaworów regulacyjnych. W większych instalacjach ręczne zawory równoważące mogą być stosowane na pionach, odgałęzieniach w celu umożliwienia równoważenia metodą proporcjonalną.

Czujnik do pomiaru DP pompy w zmiennoprzepływowym obiegu pierwotnym daje następujące korzyści:

* Łatwa lokalizacja awarii;

* Krótszy przewód podłączeniowy;

* Nie ma potrzeby kalibracji czujnika DP.

Podczas częściowego obciążenia systemu (rys. 2), nawet w najdalej położonym obiegu wartość DP staje się stosunkowo bliska wysokości podnoszenia pompy.

Częściowe obciążenie systemu

W takiej sytuacji charakterystyka zaworu regulacyjnego zostaje zniekształcona w stosunku do zaprojektowanej. Kiedy zawór regulacyjny zmienia swój autorytet, odpowiedź na zmianę temperatury będzie niestabilna i niedokładna. W większości przypadków, układ będzie dążył do osiągnięcia żądanej temperatury, ale średnia wartość przepływu będzie większa niż jest to konieczne. Jeżeli w systemie występują tak duże nadprzepływy, wówczas wymiana ciepła przez chłodnicę jest nieefektywna. Większość czynnika przepływa przez chłodnicę z dużą prędkością przez co nie zachodzi efektywna wymiana ciepła. Zjawisko to jest znane jako syndrom niskiego DT.

Syndrom niskiego DT powoduje, że agregaty chłodnicze nie będą pracowały prawidłowo oraz może nie pracować ich odpowiednia ilość, ponieważ nie będzie odpowiedniej różnicy temperatur.

Odkładanie DP

Jeżeli przyjmiemy obciążenie chłodnicze na poziomie 70%, wówczas wymagany przepływ to około 40%. W przypadku, kiedy przepływ osiągnie 40% to spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym wynosi 84%, zaś 16% pozostaje na połączeniach (rys. 3).

Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym

Jak widać, nieduże zmiany obciążenia chłodniczego powodują duże przeniesienie strat z połączeń na zawór regulacyjny. Przez większość czasu zapotrzebowanie na chłód jest w okolicach 80% lub poniżej w zależności od wielkości oraz wydajności wymienników ciepła. Jeżeli projekt jest wykonany zgodnie z obowiązującymi normami to nie jest przewymiarowany tylko policzony dla warunków projektowych.

Czujnik na oddalonym odbiorniku

Przy tym sposobie regulacji czujnik do pomiaru DP instalowany jest na odbiorniku o największym oporze. Odbiornik ten jest określany jako: odbiornik krytyczny lub odbiornik referencyjny. Praktyka ta umożliwia zmieniać prędkość pompy proporcjonalnie do wysokości podnoszenia pompy. Teraz kiedy wiemy, że wysokość podnoszenia pompy będzie się zmieniać w zależności od obciążenia instalacji, niemożliwym jest żeby ręczne zawory równoważące reagowały na te zmiany.

Na przykład, w obiegu 1 ręczny zawór równoważący został dobrany dla spadku ciśnienia 230 kPa przy pełnym obciążeniu instalacji. Przy częściowym obciążeniu dostępne DP w obiegu wynosi tylko 80 kPa. Stąd, ręczny zawór równoważący stanowi większy opór niż jest potrzebny, podczas gdy odbiornik wymaga pełnego przepływu. Powoduje to niedostateczny przepływ przy częściowym obciążeniu.

Projektanci najbardziej obawiają się niedostatecznych przepływów, które bezpośrednio wpływają na osiągnięcie głównych założeń jakimi jest komfort i wydajność.

Zawory PIBCV

Na rysunku 4 przedstawiony został najczęściej projektowany układ zmiennoprzepływowy z zaworami PIBCV,

Najczęściej projektowany układ zmiennoprzepływowy z zaworami PIBCV

gdzie:

  1. PIBCV – charakterystyka logarytmiczna (wymiana ciepła: woda-powietrze)
  2. PIBCV – charakterystyka liniowa (bez wymiany ciepła)
  3. Cyfrowy przepływomierz
  4. Czujnik ciśnienia różnicowego
  5. Zanurzeniowy czujnik temperatury wody
  6. Pompa ze zmienna prędkością obrotową
  7. Zawór odcinający z napędem w celu zabezpieczenia przed napływem czynnika z innej pompy przy małym obciążeniu instalacji.

Porównując go ze schematem na rysunku 1 możemy zauważyć brak ręcznego zaworu równoważącego (ogranicznika przepływu czyli automatycznego zaworu równoważącego poz. 8). W tym przypadku nie jest on wymagany, ponieważ PIBCV pełni również rolę zaworu równoważącego.

W kolejnej części przedstawie m.in. rozwiązanie dedykowane dla nowoczesnych instalacji zmiennoprzepływowych.

Derek Foong

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