Równoważenie hydrauliczne zarówno w przypadku instalacji grzewczej, jak i chłodniczej polega na dopasowaniu przepływów w instalacji tak, aby były zgodne z wymaganiami projektowymi poprzez zastosowanie odpowiednich zaworów równoważących. Zawory montowane są w określonych miejscach instalacji – zwykle na poszczególnych pionach lub odgałęzieniach.

Zadaniem zaworów równoważących jest zdławienie nadwyżki ciśnienia w obsługiwanych obiegach. Ponadto umożliwiają one ustalenie wielkości wymaganego przepływu, a następnie jego korektę w zależności od obciążenia systemu.

Nowoczesna architektura musi sprostać wymaganiom zrównoważonego rozwoju, dlatego poza wykorzystaniem materiałów konstrukcyjnych o wysokich właściwościach izolacyjnych wymusza również stosowanie energooszczędnych układów grzewczo-chłodzących pozwalających zminimalizować wpływ budynków na środowisko naturalne. Dlatego, aby wyjść naprzeciw oczekiwaniom współczesnego świata producenci armatury nieustannie prowadzą prace nad rozwojem produktów oraz rozszerzeniem oferty.

Wraz ze zmianami związanymi z rozwojem nowoczesnych technologii rosną wymagania dotyczące warunków pracy i wypoczynku. Ich ważnym czynnikiem jest komfort cieplny wewnątrz budynków. W niniejszym artykule przedstawione zostaną podstawowe rozwiązania do regulacji wodnych układów klimatyzacji komfortu.

Komfort cieplny

Podstawowym zadaniem podczas projektowania instalacji grzewczych i chłodniczych jest osiągnięcie komfortu cieplnego przy minimalnym zużyciu energii. Z teoretycznego punktu widzenia jest to zadanie wykonalne.

W praktyce podejmuje się wszystkie możliwe kroki w celu realizacji tego zadania. Niemniej w warunkach rzeczywistych nawet najbardziej zaawansowane systemy mogą nie być w stanie w pełni sprostać wysokim wymaganiom komfortu cieplnego ze względu na brak właściwego zrównoważenia instalacji lub też wybór nieodpowiedniego rozwiązania równoważenia.

Przyczyny niezrównoważenia

Przyczyn niewłaściwego zrównoważenia instalacji jest wiele, począwszy od uproszczeń przyjmowanych podczas projektowania, przez błędy montażowe, a skończywszy na niedotrzymywaniu warunków eksploatacyjnych. W efekcie rozdział czynnika w instalacji odbywa się zgodnie z rzeczywistymi oporami hydraulicznymi. Prowadzi to do występowania niepożądanych zjawisk w instalacji, takich jak: nadprzepływ lub podprzepływ, które mają negatywny wpływ na jakość regulacji. Ponadto występuje niebezpieczeństwo głośnej pracy systemu oraz nadmierne zużycie energii.

Aby uniknąć tych problemów, w instalacjach zmiennoprzepływowych konieczne jest zastosowanie automatycznych zaworów równoważących w celu zrównoważenia hydraulicznego. Jednym z założeń przyjmowanych podczas obliczeń hydraulicznych jest traktowanie systemu zmiennoprzepływowego jako systemu o stałym przepływie. Opory hydrauliczne elementów instalacji przyjmuje się jako stałe, podczas gdy w rzeczywistości zmieniają się one w zależności od obciążenia instalacji.

Ponadto, w systemach zmiennoprzepływowych niezwykle istotnym wymaganiem jest stworzenie warunków do efektywnej pracy wszystkim elementom systemu (odbiorniki, zawory regulacyjne). Podział instalacji na stało- i zmiennoprzepływowe pozwala na wygodne uporządkowanie rozwiązań stosowanych w celu regulacji wydajności grzania lub chłodzenia.

Jednak w tym artykule skupimy się na analizie technicznej rozwiązań stosowanych w instalacjach zmiennoprzepływowych z pominięciem problematyki instalacji stałoprzepływowych ze względu na to, że ten typ instalacji powinien być marginalizowany w nowoczesnych i energooszczędnych instalacjach.

W systemie zmiennoprzepływowym wielkość przepływu ulega ciągłym zmianom w zależności od obciążenia. Zależy to od czynników zewnętrznych, takich jak: nasłonecznienie, zyski ciepła od oświetlenia, ilość osób przebywających w pomieszczeniu.

Precyzyjny rozdział

Dla zapewnienia precyzyjnego rozdziału czynnika pomiędzy poszczególne obiegi w instalacjach grzewczych lub chłodniczych stosuje się automatyczne zawory równoważące. Utrzymując stałe ciśnienie różnicowe w obiegu i na zaworach regulacyjnych, zapewniają optymalne warunki regulacji. Zapobiega to odchyłkom temperatury i powstawaniu hałasu przy przepływie medium. Automatyczny zawór równoważący, np. ASV-PV, montowany na powrocie utrzymuje nastawione ciśnienie różnicowe w obiegu.

Ciśnienie z powrotu oddziałuje razem ze sprężyną nastawczą na dolną część membrany regulacyjnej. Ciśnienie z zasilania przekazywane jest nad membranę poprzez rurkę impulsową podłączoną do zaworu współpracującego, np. ASV-BD lub ASV-I /M (rys. 2).

Dragan217-2

System ze zmiennym przepływem charakteryzuje się zastosowaniem zaworów regulacyjnych 2-drogowych w celu regulacji wydajności odbiorników (chłodnic, nagrzewnic). Regulacja odbywa się dzięki pracy zaworu polegającej na zmianie ilości medium przepływającego przez zawór. Za sprawą takiej regulacji każde pomieszczenie otrzymuje właśnie tyle energii, ile w danej chwili wymaga zapewnienie komfortu cieplnego. Systemy klimatyzacji, w których klimakonwektory lub belki chłodzące zasilane są przez układ 2/4-rurowy z zaworami 2-drogowymi cechuje zmienny przepływ medium.

Efektem pracy zaworów 2-drogowych jest również zmienny układ ciśnień w instalacji. Zadaniem wspomnianych automatycznych zaworów równoważących jest stabilizacja ciśnienia w instalacji. Ich działanie powoduje, że ciśnienie różnicowe dla każdego z odbiorników ciepła lub chłodu jest dokładnie takie jak wymagane w projekcie. Zawór tego typu stosowany jest w parze z zaworem współpracującym, np. ASV-BD. Zawór współpracujący, w zależności od typu, można wykorzystywać w pętli regulowanej lub poza nią. Stosując zawór poza pętlą regulacyjną, zapewniona jest najlepsza wydajność, ponieważ w pionie/odgałęzieniu dostępny jest cały zakres regulowanego ciśnienia.

Ograniczenie przepływu jest realizowane na poszczególnych wyprowadzeniach pionu. Dodatkowo, jeżeli istnieje potrzeba, można ograniczyć przepływ, stosując podłączenie zaworu współpracującego w pętli regulacyjnej, jednak w ustawieniu tym zakres regulacji ciśnienia jest ograniczony przez spadek ciśnienia na zaworze współpracującym.

Prowadzenie i rozmieszczenie

Ważne, aby przy projektowaniu zwrócić uwagę na sposób prowadzenia przewodów oraz rozmieszczenie automatycznych zaworów równoważących. O ile w instalacjach chłodniczych dość typowe jest stosowanie rozdziału poziomego przewodów prowadzonych pod sufitem, to w przypadku typowych instalacji grzewczych z grzejnikami można spotkać się zarówno z poziomym, jak i pionowym rozprowadzeniem przewodów. W przypadku poziomego rozprowadzenia instalacji automatyczne zawory równoważące montowane są na odgałęzieniach poziomych, jak pokazano na rys. 3.

Dragan217-3

Natomiast rozdział pionowy w typowej instalacji grzejnikowej pokazany jest na rys. 4. W przypadku rozmieszczenia zaworów należy zwrócić uwagę również na to, aby w obiegu źródło-odbiornik nie dublować automatycznych zaworów równoważących, ponieważ nie poprawi to znacznie właściwości regulacyjnych instalacji, a na pewno wpłynie na zwiększenie zapotrzebowania na ciśnienie dyspozycyjne, a co za tym idzie – podwyższy koszty pompowania.

Dragan217-4

Dobór pompy

Kolejnym ważnym elementem, na który należy zwrócić uwagę, projektując instalację zmiennoprzepływową z automatycznymi zaworami równoważącymi, jest dobór odpowiedniej pompy. Osiągnięcia techniczne ostatnich lat skłaniają do bliższego przyjrzenia się kwestii zużycia energii przez pompy. Nowoczesne pompy cyrkulacyjne są wyposażone w regulację prędkości obrotowej i wspomagają pracę systemu grzewczego lub chłodniczego poprzez zapobieganie zmianom ciśnienia różnicowego w warunkach częściowego obciążenia.

Nadal konieczne jest stosowanie automatycznych zaworów równoważących, ponieważ ciśnienie różnicowe zmienia się również przy odbiornikach w wyniku działania zaworów 2-drogowych. Tego problemu nie można rozwiązać za pomocą pompy. Jednak pompy z regulacją prędkości obrotowej przyczyniają się do obniżenia zużycia energii. Jeśli chodzi o charakterystykę regulacyjną pompy w przypadku instalacji z automatycznymi zaworami równoważącymi najlepsza będzie regulacja proporcjonalno-ciśnieniowa lub stałociśnieniowa.

Regulację proporcjonalno-ciśnieniową stosuje się w instalacjach o relatywnie dużych stratach ciśnienia. Wysokość podnoszenia pompy będzie rosła proporcjonalnie do przepływu w instalacji, aby skompensować duże straty ciśnienia. Regulacja stałociśnieniowa zalecana jest dla instalacji o relatywnie małych stratach ciśnienia.

Katarzyna Dragan

Ilustracje z archiwum Danfoss.

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