W celu zapewnienia wydajności oraz najwyższego możliwego komfortu dla mieszkańców należy zapewnić gwarantowany przepływ czynnika grzewczego i temperaturę wewnątrz pomieszczeń zarówno w warunkach pełnego, jak i częściowego obciążenia systemu.
Aby spełnić warunki porozumienia klimatycznego zawartego w ramach protokołu w Kioto i wnieść wkład w redukcję emisji CO2 w dłuższej perspektywie czasu, Europa musi ograniczyć zużycie energii w 28 państwach członkowskich. W tym celu sporządzono dyrektywę w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPDB), w której zawarto szereg wartości związanych z oszczędzaniem energii, których państwa członkowskie muszą przestrzegać.

Jak modernizować?

Zużycie energii przez budynki mieszkalne stanowi 40% całkowitej konsumpcji energii. Przy tak znaczącym udziale w zużyciu energii wprowadzanie ulepszeń w nowych, modernizowanych i remontowanych systemach grzewczych budynków jest bardzo ważne. W porównaniu z rozwiązaniami, takimi jak izolacje budynkowe oraz wdrażanie odnawialnych źródeł energii, tworzenie układów automatycznego równoważenia hydraulicznego i dokładnej regulacji temperatury uznaje się obecnie za najlepsze metody ograniczania poboru energii w budynkach.
Oprócz nacisku na oszczędność energii wielu projektantów instalacji grzewczych ma świadomość wyzwań, jakie wiążą się ze stworzeniem działającego właściwie dwururowego systemu grzewczego. Często, gdy mieszkańcy narzekają na głośną pracę systemu grzewczego i brak wygody, podejmuje się próby rozwiązania tych problemów poprzez na przykład eksperymentalne regulowanie krzywych grzania kotła lub innego źródła ciepła, zwiększenie wysokości podnoszenia pompy lub zmianę punktu pracy pompy czy też montaż ręcznych zaworów równoważących. Podjęcie takich środków rzadko w pełni rozwiązuje problem skarg mieszkańców, a dodatkowo stoi ono w sprzeczności z postanowieniem dyrektywy EPDB o konieczności redukcji zużycia energii w budynkach. Skuteczne rozwiązanie problemu skarg oraz zwiększenia komfortu użytkowania instalacji i komfortu cieplnego przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii wymaga nowego podejścia do projektowania i wykonywania systemów grzewczych w budynkach. Dobry projekt, właściwy dobór urządzeń i rozwiązań oraz jakość wykonania często wymagają jedynie niewielkich dodatkowych nakładów inwestycyjnych, a pozwalają uzyskać długotrwałą wysoką sprawność systemu. W celu zapewnienia wydajności oraz najwyższego możliwego komfortu dla mieszkańców należy zapewnić gwarantowany przepływ czynnika grzewczego i temperaturę wewnątrz pomieszczeń zarówno w warunkach pełnego, jak i częściowego obciążenia systemu.

Równoważenie hydrauliczne

W systemach niezrównoważonych lub niewłaściwie zrównoważonych natężenia przepływu w rurach są inne niż oczekiwane – najczęściej za wysokie. W wielu przypadkach dotyczy to sytuacji, w których przepływ przez rury i zawory regulacyjne grzejników jest tak turbulentny, że powoduje hałas. Oprócz zjawiska, na które skarżą się mieszkańcy, przepływ turbulentny powoduje również niepotrzebną stratę ciepła oraz ciśnienia. W wielu systemach przepływ przez odbiorniki jest 3-4 razy większy, niż jest to konieczne dla zapewnienia właściwego działania. Wskutek tego strata ciśnienia w rurach drastycznie wzrasta, co powoduje zbyt niskie ciśnienie w grzejnikach „krytycznych”, położonych najdalej od źródła ciepła. W związku z tym pewna liczba mieszkańców w określonych porach dnia będzie doświadczać takich sytuacji, jak całkowicie lub częściowo zimne grzejniki, pomimo zapotrzebowania na ciepło. Często takie problemy rozwiązywane są poprzez zmianę ustawień punktu pracy pompy, zamontowanie większej pompy cyrkulacyjnej lub podniesienie temperatury wody (poprzez modyfikację krzywej grzania regulatorów pogodowych), co nieuchronnie prowadzi do zwiększenia zużycia energii.
By zagwarantować komfort cieplny wszystkim użytkownikom, w wielu systemach konieczne jest ustawienie wyższej temperatury zasilania. To sprawia, że kotły pracują z wydajnością inną niż optymalna i dostępna, a strata ciepła na rurociągach przesyłowych wzrasta. Aby móc korzystać z najwyższej wydajności, na wymienniku ciepła w kotłach kondensacyjnych musi dochodzić do skraplania gazu wylotowego. Im niższa temperatura wody powrotnej, tym wyższy wskaźnik skraplania, a zatem wyższa wydajność kotła. W systemach niezrównoważonych hydraulicznie temperatury medium są wyższe, aby zapewnić oczekiwany poziom komfortu. Zatem brak zrównoważenia hydraulicznego lub złe zrównoważenie hydrauliczne wywierają niekorzystny wpływ na straty ciepła na rurociągach przesyłowych oraz wydajność kotłów kondensacyjnych i pomp ciepła.
Nowe podejście do tworzenia wydajnych pod względem energetycznym systemów grzewczych w budynkach wymaga dokładnego przeanalizowania obecnych rozwiązań i dostępnych urządzeń. Z analizy tej wynika na przykład, że ręczne zawory równoważące, ręczne zawory grzejnikowe i standardowe pompy cyrkulacyjne coraz częściej zastępuje się automatycznymi rozwiązaniami z zakresu równoważenia i regulacji, a także pompami cyrkulacyjnymi z regulacją prędkości obrotowej.

Wydajna praca

* Obciążenie cieplne każdego pomieszczenia należy wyznaczyć w oparciu o lokalne warunki pogodowe, konstrukcję budynku, wytyczne obliczeniowe oraz obowiązujące normy.
* Pierwszym krokiem podczas tworzenia wydajnego systemu poprzez równoważenie hydrauliczne jest ograniczenie przepływu każdego grzejnika. Przepływ zmniejsza się, ograniczając przepustowość zamontowanego zaworu grzejnikowego. Wymaga to zastosowania zaworów grzejnikowych z funkcją wstępnej nastawy. Ponadto w celu zagwarantowania poprawnej pracy zaworu, a tym samym regulacji, należy utrzymać stały spadek ciśnienia na zaworze. Należy więc zastosować regulator ciśnienia na pionie (automatyczny zawór równoważący) lub zamontowany bezpośrednio przy grzejniku zawór grzejnikowy niezależny od zmian ciśnienia.
Każdy zawór grzejnikowy z nastawą wstępną musi być wyposażony w czujnik termostatyczny (głowicę termostatyczną) do regulacji temperatury pomieszczenia, o czym informują wytyczne techniczne. Zapewnienie właściwego działania i możliwości obsługi przez mieszkańców wymaga dobrania właściwego typu czujnika.
Czujniki termostatyczne wykorzystują zjawisko zmiany objętości wosku, cieczy lub gazu znajdującego się w mieszku do otwierania lub zamykania zaworu grzejnikowego. Im bardziej stabilna temperatura pomieszczenia, tym mniejsza będzie strata energii wynikająca z niepotrzebnego ogrzewania i chłodzenia pomieszczenia. Dlatego szybka reakcja czujnika termostatycznego na wewnętrzne i zewnętrzne obciążenie cieplne jest kluczowym czynnikiem w kwestii wydajności energetycznej:
* wypełnienie woskiem – długi czas reakcji (~40 minut),
* wypełnienie cieczą – średni czas reakcji (~20-25 minut),
* wypełnienie gazem – krótki czas reakcji (~10-15 minut).
Obecnie dostępne są również czujniki elektroniczne. Mają one wbudowany niewielki element wykonawczy, a otwieranie i zamykanie zaworu odbywa się w wielu małych krokach w zależności od różnicy między rzeczywistą zmierzoną a żądaną temperaturą pomieszczenia. Pozwala to zapewnić wysoką dokładność, a czas reakcji jest bardzo krótki. Takie czujniki mają zamontowane baterie umożliwiające obsługę elementu wykonawczego i wyświetlacza. Mogą obniżyć zużycie energii nawet do 30%.

Dobór systemu

Jak już wspomniano, właściwe równoważenie hydrauliczne jest ważne, a jedynym sposobem jego uzyskania jest zastosowanie automatycznego systemu równoważenia, który wyeliminuje wahania ciśnienia i ograniczy przepływ każdego grzejnika. By uzyskać przepływ projektowany (qv) dla każdego grzejnika, konieczne jest kontrolowanie dwóch zmiennych — przepustowości zaworu kv i spadku ciśnienia Δp. Po spełnieniu tego warunku dla wszystkich grzejników podłączonych do systemu uzyska się równowagę hydrauliczną, zarówno w warunkach pełnego obciążenia, jak i obciążenia częściowego.
Wymagania te można spełnić za pomocą jednej z dwóch metod opartych na automatycznej regulacji ciśnienia i automatycznym ograniczaniu przepływu.

Danfoss216OK

* Metoda 1 – regulator ciśnienia różnicowego na każdym pionie i zawory z nastawą wstępną przy każdym grzejniku. Obszar zastosowania:
– Systemy, w których na każdy pion przypada duża liczba grzejników.
– Systemy, w których stosowane są grzejniki z wbudowanymi zaworami.
– Systemy, w których różnica ΔT jest mała lub występują grzejniki o dużej
mocy (duże zapotrzebowanie na przepływ).
– Systemy wyposażone w istniejące i sprawnie działające termostaty grzejnikowe.
– Systemy o dużej maksymalnej wydajności pompy.
Zawory te służą do regulacji Δp w pionie lub odgałęzieniu. Regulator ciśnienia różnicowego na przewodzie powrotnym oraz zawór współpracujący na przewodzie zasilającym połączone są za pomocą rurki impulsowej.
Na regulatorze ciśnienia różnicowego ustawione jest wymagane Δp dla pionu i podłączonych do niego grzejników. Zadaniem regulatora ciśnienia różnicowego jest eliminacja wahań ciśnienia w instalacji spowodowanych pracą termostatycznych zaworów grzejnikowych w wyniku zmiennego zapotrzebowania na ciepło. Zawór współpracujący można wykorzystać do ograniczenia maksymalnego przepływu w pionie.
* Metoda 2 – zawory grzejnikowe z nastawą wstępną i wbudowanym regulatorem ciśnienia. Obszar zastosowania:
– Systemy, w których odległość między rurociągami zasilającymi i powrotnymi pionów jest duża.
– Systemy, w których dostęp do rurociągów zasilających i powrotnych jest utrudniony.
– Systemy, w których nie występuje ryzyko wystąpienia nieoczekiwanych dużych różnic ciśnień, np. w przypadku zastosowania pomp z regulacją prędkości obrotowej.
– Systemy o ograniczonej maksymalnej wydajności pompy.
Zawory te regulują wartość qv na poziomie grzejnika. Mają one wbudowany regulator ciśnienia różnicowego oraz funkcję ogranicznika przepływu. Jeśli nastawy na wszystkich zaworach grzejnikowych w instalacji zostaną prawidłowo wykonane, zgodnie z projektowanym przepływem, wówczas cała instalacja zostanie automatycznie zrównoważona.
Katarzyna Dragan

Pytanie do…
Jakie są najlepsze metody ograniczania poboru energii w budynkach?

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