2019-03-12 12:27:44 
Pożegnanie z instalacją grawitacyjną
Przez wiele dziesiątków lat małe, domowe instalacje grzewcze zasilane z kotła na paliwo stałe działały z wykorzystaniem grawitacyjnego obiegu wody. Niewątpliwą zaletą takiego systemu było uniezależnienie się od dopływu prądu (niezbędnego przy korzystania z obiegu pompowego), co szczególnie w rejonach wiejskich zapewniało możliwość utrzymania ogrzewania w przypadku częstych awarii sieci energetycznej i w konsekwencji - przerw w dostawie prądu.
Układ grawitacyjny zapewniał też - w pewnym stopniu - samoczynną regulację ogrzewania, gdyż przy zwiększonym zapotrzebowaniu na ciepło temperatura powrotu obniżała się, co z kolei wywoływało - dzięki większej różnicy temperatur zasilanie/powrót - wzmożony przepływ, a wiec i intensywniejsze dostarczanie mocy grzewczej.
Te cechy nie równoważą jednak istotnych wad systemu grawitacyjnego, który do efektywnej pracy wymaga zapewnienia sporej różnicy poziomów między kotłem i grzejnikami jak też odpowiednio dużych średnic rur instalacyjnych - znacznie większych niż w obiegach pompowych.
Dodatkowo brak możliwości skutecznego sterowania instalacją grawitacyjną sprawił, że istniejące jeszcze takie obiegi są z reguły modernizowane i wyposażane w pompy.
Charakterystyka pracy pomp w zgodzie z ekologią
Pompy obiegowe w domowych instalacjach centralnego ogrzewania jak i c.w.u. charakteryzują się stosunkowo niewielką wysokością podnoszenia przetłaczanej cieczy - (najczęściej w zakresie 4-6 m) i wydajnością do kilku metrów sześciennych na godzinę. W efekcie moc potrzebna do ich napędzania nie przekracza kilkudziesięciu watów, więc wydawać by się mogło, że nakłady energetyczne do ich zasilania nie będą duże.
Jednak pompy te często pracują w trybie ciągłym przez znaczną część roku, a ich liczba w nawet niewielkich nowoczesnych instalacjach domowych może wynosić 3-4 sztuki na obiekt.
W rezultacie sumaryczne zużycie energii może być znaczne przy użytkowaniu pomp o postarzałej konstrukcji. Instalowane wcześniej pompy charakteryzowały się bowiem stałą charakterystyką pracy określającą zależność wydajności od wysokości podnoszenia.
Pompy te pracują ze stałą prędkością obrotowa wirnika (niezależnie od obciążenia), choć niektóre z nich wyposażone są w przełącznik 2-3 pozycyjny zmieniający skokowo liczbę obrotów.
W nowoczesnych instalacjach grzewczych wyposażonych w samoczynne zawory termostatyczne parametry pracy obiegu ulegają ciągłym zmianom spowodowanych wzrostem bądź spadkiem intensywności przepływu w wyniku otwierania się i przymykania termo-zaworów.
W takich sytuacjach pompa o stałej charakterystyce pracy zareaguje zmianą ciśnienia przetłaczania, a zdławienie przepływu zwiększa opory pracy, a więc i obciążenie silnika. Działanie pompy można wtedy porównać do samochodu jadącego z częściowo zaciągniętym hamulcem ręcznym - zużycie paliwa będzie zdecydowanie większe.
Zdławiony przepływ powoduje też głośną prace pompy i szybsze zużycie łożyskowania. Sztywne parametry pracy nie pozwalają również na dobre dopasowanie ich do wymagań konkretnej instalacji, choć skokowe przełączniki wydajności ułatwiają nieco ich dobór.
Istotna zmiana w sposobie regulacji pomp obiegowych nastąpiła po upowszechnieniu się sterowania elektronicznego silników indukcyjnych za pośrednictwem inwertera. Jednocześnie w ramach dyrektywy Unii Europejskiej odnośnie unormowań ekologicznych wprowadzono wymóg określania efektywności energetycznej dla tych pomp, a wskaźnik EEI nie może być większy niż 0,23 i wyznaczony wg przyjętej w rozporządzeniu metodyki badań.
Parametr taki możliwy jest do uzyskania jedynie przez pompy samoczynnie dopasowujące parametry pracy do aktualnych warunków funkcjonowania instalacja, co pozwala na nawet kilkukrotne obniżenie zużycia energii w porównaniu z urządzeniami starego typu. Wymagania te spełnia elektroniczne, mikroprocesorowe sterowanie silnikiem pomp bezdławicowych.
Elektroniczne pompy bezdławicowe
Zwartą i bezobsługową konstrukcję pompy obiegowej uzyskuje się dzięki technologii bezdławicowej, gdy wirnik silnika i pompy umieszczone są na wspólnym wale, a uszczelniony (od kontaktu cieczą roboczą) jest jedynie stojan silnika.
Obecnie montowane są silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (PM) i z wirnikiem zanurzonym w przetłaczanym płynie, co jednocześnie zapewnia smarowanie ślizgowego ułożyskowania i chłodzenie.
Zależnie od przeznaczenia (instalacja c.o. czy też do wody pitnej) korpus pompy wykonuje się z żeliwa albo stali nierdzewnej bądź mosiądzu. Za sterowanie praca pompy odpowiada moduł elektroniczny zawierający przemiennik częstotliwości, który pozwala na zmian prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie oraz układ regulacji ręcznej i automatycznej.
Podstawowe parametry pompy określają zakres pobieranej mocy, maksymalną wysokość podnoszenia i wydajność przetłaczania, wskaźnik EEI oraz szereg wymagań montażowych takich jak średnica przyłączeń i ich rozstaw czy dopuszczalne pozycje zamocowania.
Pompa elektroniczna z wyświetlaczem LCD - nowy standard obsługi
Elektroniczne sterowanie pracą pomp zapewnia niezwykle szerokie możliwości regulacji, pozwalające na dostosowanie ich do współpracy z bardzo rozbudowanymi instalacjami.
Podstawowy program sterowania pompami obejmuje:
- płynne ustawienie prędkości obrotowej wirnika, co zapewni stałą charakterystykę pracy pompy dostosowana do wymagań instalacji. Rozwiązanie takie stosuje się głównie w obiegach cyrkulacyjnych c.w.u. gdzie parametry przepływu są praktycznie stałe.
- warunkach małych instalacji grzewczych pracę pomp ustawia się najczęściej w trybie automatycznym, dzięki czemu mogą one pracować z największą efektywnością energetyczną przy jednoczesnym utrzymaniu optymalnie funkcjonującego obiegu.
- zbliżoną do automatycznej efektywność pracy pompy zapewnia regulacja proporcjonalna
- w trybie ∆ p-v, działająca we wstępnie ustawionym zakresie dostosowanym do parametrów instalacji.
- ze względu na konfigurację obiegu istotne może też być utrzymanie stałego ciśnienia dyspozycyjnego i wtedy pompę przełącza się w tryb Δ p-c pozwalający na utrzymywania nastawionej wartości.
Niekiedy zakres regulacji pracy pompy rozszerzony jest o czujnik temperatury, który dodatkowo modeluje charakterystykę jej pracy np. ograniczając przepływ cieczy roboczej podczas nocnego obniżenia temperatury zasilania grzejników.
Pompy obiegowe wykorzystywane w np. w węzłach cieplnych, dużych instalacjach grzewczych mają bardzo rozbudowane układy elektroniczne pozwalające na podłączanie również sterowania zewnętrznego nie tylko w trybie włącz/wyłącz. ale również sygnałem analogowym (np. zmieniającym się napięciem z czujnika temperatury) lub cyfrowym.
Umożliwia to zsynchronizowanie działania pompy stosownie do zachodzących zmian w różnych, nawet odległych częściach instalacji.
Niektóre modele pomp wyposażone zostały w duże wyświetlacze, które ułatwiają proces programowania pracy pompy wg, założonego algorytmu, a także zapewniają odczyt zapisanych parametrów instalacji i prześledzenie jej funkcjonowania.
Dodatkowo łączność z urządzeniami zewnętrznymi umożliwiają interfejsy komunikujące się np. ze smartfonem (zdalne sterowanie pompą) lub systemem „inteligentnego budynku”.
Autor: Cezary Jankowski
Opracowanie: Aleksander Rembisz
Zdjęcie otwierające: Ferro (marka Weberman) – obieg czynnika grzewczego stymulowany pompą obiegową w instalacji ogrzewania podłogowego
Zdjęcia: Ferro (Weberman), Wilo, LFP Leszno (archiwum portalu www.informatorbudownictwa.pl)
Komentarze