"bezpłatny materiał szkoleniowy - wyłącznie do użytku wewnętrznego"

REGULACJA CIŚNIENIA DYSPOZYCYJNEGO W RÓWNOWAŻENIU HYDRAULICZNYM INSTALACJI GRZEWCZYCH

I. WSTĘP.

Rozpływy układu dystrybucji czynnika grzewczego w instalacji wyposażonej w zawory termostatyczne jest dystrybucją zmiennoprzepływową. Jednak może zostać dobrany jako stały lub zmienny przepływ w górnej części instalacji (rozpływ pierwotny). Stałość przepływu pierwotnego posiada zaletę utrzymywania stałych spadków ciśnienia. Dla warunków projektowych ciśnienie różnicowe nie zmienia się wraz z obciążeniem. Tak więc można sterować ciśnieniem różnicowym na poziomie odpowiednich wartości. Wadą powyższego rozwiązania jest natomiast wzrost ciśnienia różnicowego w instalacji wskutek zmniejszenia spadków ciśnienia w rurociągach przy niskich przepływach czynnika grzewczego. Dla uniknięcia nadprzepływów powodujących powstawanie podprzepływów i występowanie problemów z niedopasowaniem źródła ciepła do aktualnego zapotrzebowania systemu grzewczego budynku należy koniecznie przeprowadzić regulację hydrauliczną instalacji. Przy układzie instalacji zmiennoprzepływowej równoważenie hydrauliczne należy przeprowadzić według warunków projektowych. Powyższy zabieg w takiej sytuacji zagwarantuje otrzymanie nie mniejszych niż projektowane dla wszystkich sekcji grzewczych. Projektowanie instalacji systemów grzewczych budynków należy przeprowadzać z zachowaniem warunku nie przekraczania jej ciśnienia różnicowego nad wartość ciśnień dopuszczalnych dla zaworów termostatycznych (około 25-35kPa). Powyższy warunek jest warunkiem ich cichej pod względem akustycznym pracy. Wartość ograniczenia ciśnienia jest podawana zawsze przez producentów zaworów termostatycznych. Przyczyną hałasu w instalacji może być także zbyt niskie ciśnienie statyczne oraz brak dostatecznego odpowietrzenia instalacji.

II. INSTALACJE STAŁOPRZEPŁYWOWE A ROZDZIAŁ CZYNNIKA GRZEWCZEGO.

Na rys. nr 1 przedstawiono trzy przykładowe schematy instalacji dla tego samego pomieszczenia z układem sterowania temperatury wody zasilającej w funkcji temperatury zewnętrznej. Zastosowanie zaworów regulacyjnych Z1, Z2 i Z3 umożliwia uzyskanie właściwych rozbiorów czynnika grzewczego.
Układ 1-1 - ochrona sekcji wtórnej przed wysokim pierwotnym ciśnieniem różnicowym za pomocą bypassu. Układ 1-1 jest układem indywidualnego zcentralizowania systemu grzewczego. Bypass zapewnia tu niezależność hydrauliczną sekcji wtórnej od przepływu pierwotnego. W układzie tym nie zachodzi zjawisko przenoszenia się wysokiego ciśnienia różnicowego z sekcji pierwotnej do sekcji wtórnej. Układ takiego zasilania jest szeroko wykorzystywany do zasilania pojedyńczego mieszkania, gdzie cyrkulacja czynnika grzewczego jest wywołana pompą obiegową sterowaną programowalnym termostatem pokojowym. Termostat pokojowy powinien być umieszczony w pomieszczeniu reprezentatywnym dla całego mieszkania pod względem wartości temperatury. Przy takim układzie instalacji ryzyko hałaśliwej pracy zaworów termostatycznych jest niewielkie ponieważ niska wysokość podnoszenia pomp obiegowych montowanych w takich instalacjach pozwala na pokrycie strat ciśnienia na zaworach termostatycznych. W tego typu instalacjach maksymalny przepływ po stronie wtórnej nie powinien być większy od wartości przepływu pierwotnego. W innym przypadku powstanie w punkcie X punkt zmieszania spowodowany przepływem różnicowym przez bypass z kierunku Y do X. Spowoduje to zmniejszenie komfortu cieplnego pomieszczeń wskutek obniżenia się temperatury wody zasilającej sekcje grzewczą. Rolą zaworu upustowego ZU zamontowanego na końcu sekcji jest pozostawanie w pozycji zamkniętej. Zawór ten nie będzie pozostawał w pozycji zamkniętej jedynie wówczas, gdy przepływ przez zawory termostatyczne spadnie poniżej dopuszczalnej wartości. Przy zajściu sytuacji j.w. zawór upustowy otworzy się utrzymując minimalny przepływ. Utrzymanie minimalnego przepływu przez zawór ma na celu nie dopuszczenie do nadmiernego spadku temperatury w rurociągach oraz ochronę pompy. Zawór regulacyjny ZU montowany jest na końcu sekcji w celu konieczności podtrzymania minimalnego obiegu czynnika grzewczego w sekcji.

Rys. 1 - Trzy rozwiązania instalacji jednego mieszkania

Układ 1-2 - stabilizacja ciśnienia różnicowego w sekcji za pomocą zaworu upustowego ZU. Układ 1-2 jest układem z zaworem upustowym umieszczonym na początku sekcji. Podczas przekroczenia wartości nastawionej przyłożonego ciśnienia różnicowego zawór upustowy zacznie się stopniowo otwierać. Zawory termostatyczne dla tej sytuacji zostały zaprojektowane z określonym ciśnieniem różnicowym około 10-12 kPa. Powyższy układ zapewnia także nastawę ciśnienia różnicowego w sekcji wymaganą projektowaną wartość. Koszty zastosowania układu 1-2 są niższe od układu 1-1 dzięki wyeliminowaniu z systemu dodatkowej pompy biegowej. Podczas przeprowadzania zabiegów równoważenia hydraulicznego zawór upustowy ZU pozostaje zamknięty a po ich zakończeniu nastawa zaworu upustowego jest zmniejszana do chwili, gdy zacznie się on otwierać. Dzieje się tak przy otwartych zaworach termostatycznych. W powyższej sytuacji możemy zmierzyć wzrost ciśnienia na zaworze regulacyjnym Z2. Kolejnie nastawa zaworu upustowego jest zwiększana do momentu, aż zawór ponownie się zamknie. W zaworach upustowych powinien utrzymywać pewien minimalny przepływ, który skutecznie zapobiega hałaśliwej pracy instalacji. Generowane przez pompę fale ciśnienia w takiej sytuacji są likwidowane przez zawór upustowy. Ciśnienie na regulacyjnym Z2 spada przy zamykaniu się zaworów termostatycznych przy normalnej pracy instalacji grzewczej. Spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym Z2 powoduje z kolei wzrost ciśnienia na zaworze upustowym, który poprzez otwarcie się zacznie utrzymywać ciśnienie różnicowe na zadanym poziomie. Praktycznie nie ulega zmianie przepływ pierwotny. Powyższe może być zrealizowane tylko przy zastosowaniu i współdziałaniu w takim układzie zaworu regulacyjnego Z2 i zaworu upustowego ZU. Zastosowanie wspólnie tych dwóch zaworów ma zasadnicze znaczenie dla utrzymywania na stałym poziomie przepływu pierwotnego i ciśnienia różnicowego w sekcji wtórnej. Różnica ciśnienia pierwotnego i wtórnego zostanie uwidoczniona na zaworze regulacyjnym Z2. Zadaniem natomiast zaworu upustowego ZU przy tym jest utrzymanie stałego przepływu przez Zawór regulacyjny Z2 oraz stabilizację różnicy ciśnień Dp. Oprócz powyższego zadaniem zaworu upustowego jest też uzyskanie pewnego dodatkowego przepływu przez zawór regulacyjny Z2 powodują tym samym dodatkowy spadek na tym zaworze, kompensując powstający wzrost pierwotnego ciśnienia różnicowego. Zawór upustowy ZU bez zaworu regulacyjnego Z2 nie spełni swojej roli. Układ 1-2 można zastosować tylko tam, gdzie pewne "równoważenie hydrauliczne" jest realizowane tylko przez wstępne nastawy zaworów termostatycznych na grzejnikach.
Układ 1-3 - Specyficzne warunki w sekcji wpływające na sterowanie temperatury wody zasilającej. Zasada działania układu 1-3 jest podobna do układu 1-1. Zawór trójdrogowy steruje tu temperaturą wody zasilającej w zależności od zewnętrznych warunków atmosferycznych.

III. ROZPŁYWY W INSTALACJI ZMIENNOPRZEPŁYWOWEJ .

Układ dystrybucji zmiennoprzepływowej rozpływów stosuje się w instalacji gdzie wymogiem generalnym jest utrzymanie temperatury powrotnej na możliwie najniższym poziomie szczególnie przy zasilaniu systemu z miejskiej sieci ciepłowniczej. Rysunek nr 2 ilustruje trzy sposoby rozwiązania tej sytuacji.
Układ 2-1 - Utrzymanie stałego ciśnienia pod pionem za pomocą regulatora różnicy ciśnień.
Ciśnienie różnicowe w sekcjach znajdujących się blisko pompy obiegowej ma dość znaczne wartości. Powinno się dążyć do takiego ustabilizowania ciśnienia różnicowego w zakresie odpowiedniego poziomu, żeby jego wartość utrzymywała się na poziomie wartości nominalnej działki grzejnika tj, np. około 10-12 kPa. Powyższą redukcję ciśnienia pozwala utrzymać zastosowany w układzie zawór regulacyjny różnicy ciśnień bezpośredniego działania ZRC. Zawór ten nie powinien być w fazie projektowania przewymiarowany a także powinien posiadać odpowiednio wysoki autorytet. Oprócz regulatora różnicy ciśnień w układzie konieczne jest istnienie zaworu pomiarowego ZP, który powinien posiadać funkcję nastawy przepływu, zaworu odcinającego, zaworu spustowego i króciec pomiarowy. Maksymalne przepływy przez grzejniki powinny być ustawione na maksymalne wartości projektowe ponieważ gdy układ nie jest jeszcze zrównoważony hydraulicznie, nadprzepływy (rozruch ranny systemu) uniemożliwiają właściwą dystrybucję macy a także otrzymanie żądanej temperatury wody zasilającej sekcje grzejne. Przy zastosowaniu w takim układzie tylko zaworu regulacyjnego różnicy ciśnień brak jest możliwości ochrony pompy obiegowej wskutek niemożnosci utrzymania minimalnego przepływu. Bardzo ważne jest utrzymanie powyższego przepływu dla sekcji dalej oddalonych od pompy obiegowej. Uzyskanie przepływu minimalnego możemy uzyskać także w układzie 2-2.

Rys. 2 - Zasilanie trzech sekcji jednym przepływem.

Układ 2-1 - Zastosowanie zaworu regulacyjnego ZRC z zaworem upustowym ZU na końcu sekcji grzewczej.
Zawór regulacyjny Z1 w pokazanym na rysunku służy do uzyskania żądanego przepływu w układzie 2-2 przy dobraniu zaworów termostatycznych na dane ciśnienie różnicowe rzędu 10-12 kPa. Powyższy przepływ zapewni utrzymanie, w warunkach projektowych, w środku całego systemu ciśnienia różnicowego 10-12 kPa. Przy innych obciążeniach pozwoli na utrzymanie ciśnienia powyżej wartości 10-12 kPa. Ponieważ spadek ciśnienia na zaworze regulacyjnym Z1 jest pomijalnie mały ciśnienie różnicowe DH przy małych przepływach przenosi się do sekcji grzewczej. Praca zaworów termostatycznych staje się głośna przy przekroczeniu ciśnienia DH wartości 30-32 kPa. Przy przekroczeniu powyższej wartości ciśnienia zawór regulacyjny Z1 otwiera się umożliwiając powstanie minimalnego przepływu a tym samym chroniąc pompę obiegową. Zapobiega to także powstawaniu nadmiernego spadku temperatury wody zasilającej.
Układ 2-3 - Zastosowanie szeregowo zaworu upustowego ZU.
Zawór zamontowany szeregowo wytwarza niezależnie od przepływu różnicę ciśnienia. Powstaje wtedy zjawisko zmniejszania ciśnienia różnicowego o stałą wartość i pozostawania na poziomie stałym pod warunkiem, że DH oscyluje w okolicach stałych wartości . Powyższe zjawisko często zachodzi w sekcjach znajdujących się stosunkowo blisko pompy obiegowej o spłaszczonej charakterystyce. Proces równoważenia przeprowadza się przy otwartym zaworze upustowym ZU, ustawionym na daną wartość np. 8-10 kPa. Wskutek tego na zaworze regulacyjnym Z2 zostanie odłożone ciśnienie rzędu 22-24 kPa. Po zakończeniu procesy równoważenia zawór upustowy ZU ustawiamy na spadek 3-4 kPa (założenie dla przepływu projektowanego). Ustawienia zaworu należy dokonać korzystając z diagramu bądź analizując wartość odczytu z przyrządu pomiarowego FLOWMETER. Jednak gdy wykonamy już powyższą nastawę a przepływ wzrośnie powyżej projektowanego, należy go skompensować do poziomu wartości zadanej wykorzystując w tym celu zawór upustowy ZU. Poniżej przedstawiamy przykładowy rozkład ciśnienia w sekcji:

- ciśnienie dyspozycyjne:	42-44 kPa
- spadek na zaworze upustowym ZU:	27-29 kPa
- spadek na zaworze regulacyjnym Z2:	3-5 kPa
- łączne ciśnienie w sekcji :	10-12 kPa

Ciśnienie różnicowe w sekcji zmienia się nieznacznie tj. z 10-12kPa do 13-17 kPa przy wystąpieniu pomijalnie małych spadkach ciśnienia na zaworze regulacyjnym Z2 wskutek niskich obciążeń cieplnych oraz pozostawianiu spadku na zaworze upustowym ZU na poziomie wartości stałych rzędu 27-29 kPa.

IV. WNIOSKI.

Szczególną uwagę w instalacjach o zmiennoprzepływowych rozpływach należy poświęcać wahaniom ciśnienia różnicowego wywołanego zmianą spadków ciśnienia w rurociągach i armaturze. Wahań ciśnienia różnicowego można uniknąć stosując zawory regulacyjne różnicy ciśnień lub zawory upustowe. Równoważenie hydrauliczne instalacji jednak koniecznie należy przeprowadzić z zastosowaniem zaworów regulacyjnych mających spełniać zadanie równoważenia hydraulicznego systemu. Powyższe zawory powinny także spełniać funkcję zaworów odcinających, spustu wody oraz kontroli instalacji.