Artykuł techniczny — równowaga hydroniczna
Nowe sposoby równoważenia
systemów dwururowych
Jak osiągnąć najlepszą równowagę hydroniczną w systemach
grzewczych używając zaworu Danfoss Dynamic Valve™
typu RA-DV i pompy z regulacją prędkości Grundfos MAGNA3
dynamic.danfoss.com
Wstęp
Niskie zużycie energii w budynkach nie jest czymś, co łatwo osiągnąć. Zapewnienie współpracy elementów systemu grzewczego
jest warunkiem wstępnym do uzyskania niższych rachunków za
ogrzewanie. Środkiem zapewnienia niskiego zużycia energii jest
prawidłowe zrównoważenie systemu grzewczego, ten artykuł
wyjaśnia w jaki sposób nowy zawór Danfoss Dynamic Valve™
typu RA-DV i nowa pompa z regulowaną prędkością Grundfos
MAGNA3 współpracują w tym celu.
Przyjrzymy się najpierw w jaki
sposób kompensujemy wahania i jak
wymaganie równoważenia układu
grzewczego oznacza, że musimy
kontrolować przepływ; i aby to
osiągnąć musimy regulować różnicę
ciśnień także w zaworach.
Pokażemy jak to można osiągnąć przez
zastosowanie zaworu Danfoss Dynamic
Valve™ typu RA-DV w połączeniu
z pompą o regulowanej prędkości
Grundfos MAGNA3 przyglądając się
instalacji w duńskiej miejscowości
Fredericia, gdzie do 60 mieszkań w
10-piętrowym budynku dostarczane
jest ciepło z układu zawierającego
dwie pompy Grundfos MAGNA3
obsługujące dwa węzły mieszania,
z których każda obsługuje 10 rur
pionowych wyposażonych w ręczne
zawory równoważące Danfoss typu
MSV każda. Ta instalacja wykazała, że
zastosowanie połączenia pompy z
regulacją prędkości Grundfos MAGNA3
i zaworu Danfoss Dynamic Valve™ typu
RA-DV zapewnia bezproblemowe
działanie układu grzewczego.
Dzisiaj odbywa się to w taki sposób, że
żądany przepływ można z łatwością
ustawić na każdym grzejniku i pompie
za pośrednictwem nowego narzędzia
Danfoss dP tool™ (do pomiaru
ciśnienia) w połączeniu z Grundfos GO
(oferującego zdalny dostęp do narzędzi
Grundfos online). Zapewnia to nie
tylko optymalizację pompy i najniższe
zużycie energii, ale także znacznie
skraca czas uruchomienia.
Aby zapewnić wysoki komfort i najniższy możliwy koszt użytkowania, układy
grzewcze muszą być prawidłowo uruchamiane. W przeszłości uruchamianie
było skomplikowaną operacją, której
powodzenie wymagało użycia wielu
różnych zaworów i narzędzi pomiarowych.
2
Wyzwanie: równoważenie
systemów dwururowych
Nierównomierny rozdział ciepła pomiędzy jednostkami, pojedynczymi grzejnikami lub mieszkaniami, w układzie
grzewczym jest czymś, co nazywamy
problemem zrównoważenia. Układ
grzewczy jest zrównoważony, kiedy
zapewniony jest równomierny rozdział
ciepłej wody, a co za tym idzie, maksymalny komfort przy minimalnych
kosztach użytkowania.
OBCIĄŻENIE
100%
75%
50%
25%
Albo, ujmując to inaczej, układ
grzewczy jest w równowadze, kiedy
przepływ w całym układzie odpowiada
natężeniom przepływów, które zostały
określone w projekcie tego układu. Jest
to kluczowym wyzwaniem dla wielu
układów dwururowych.
Przyjrzyjmy się na początek ogólnemu
wyzwaniu w obsłudze dwururowych
układów grzewczych. Poniższy profil
obciążenia pokazuje w jaki sposób
obciążenie zmienia się w sezonie
grzewczym w Europie. 100% zdolność
grzewczą naszego układu grzewczego
wymagana jest zaledwie przez 420
godzin z 7000 godzin grzewczych.
428 1050 2450 3080
6% 15% 35% 44%
Aby skompensować wahania
obciążenia wyposażamy nasze układy
w zawory termostatyczne montowane
na każdym grzejniku. Termostat
zmniejsza przepływ przez dany
grzejnik i zapewnia utrzymanie żądanej
temperatury pomieszczenia.
GRZEJN GRZEJN GRZEJN
1 32
∆p
a.
GODZINY
Ponieważ strata ciśnienia wzrasta w
funkcji kwadratowej przepływu różnica
ciśnień na zaworach pierwszego
grzejnika jest znacznie wyższa niż ma
to miejsce na ostatnim odbiorniku, jak
pokazuje to poniższa ilustracja.
∆p
b.
∆p
H
c.
a.
b.
c.
Q
3
Ponieważ różne grzejniki wymagają różnych przepływów, aby ogrzać dane pomieszczenie, możliwe jest wstępne ustawienie
maksymalnego przepływu na każdym zaworze grzejnikowym. To wstępne ustawienie można zobaczyć na poniższym wykresie
dla typowego zaworu grzejnikowego. Wstępne ustawienie można regulować w zakresie 1–7 w „pozycji N”, która oznacza zawór
całkowicie otwarty.
Jeśli układ grzewczy jest wyposażony w pompę o stałej prędkości, dostarczana różnica ciśnień będzie się znacznie różnić, jak
widać na ilustracji poniżej. Kiedy przepływ jest zredukowany delta P na poszczególnych zaworach wzrośnie. W powyższym
przykładzie przepływy wymagany przy maksymalnym obciążeniu wynosi 37 l/godz. Ale kiedy różnica ciśnień wzrasta (+0,2 bar)
przepływ także rośnie, jak pokazano, do 62 l/godz. = 67%.
2
Delta P wzrasta od
0,1 bara do 0,3 bara
1
PRZEPŁY W
100% obciążenia 420 godzin
Kiedy przepływ maleje różnica ciśnień rośnie w przypadku pompy o stałej prędkości.
100%
Konkludując — aby osiągnąć projektowy przepływ musimy regulować także różnicę ciśnień na zaworach. Teraz pokażemy jak
to zrobić.
4
Statyczne uruchamianie układów
dwururowych w porównaniu z dynamicznym
Główną trudnością jest to, że układy
grzewcze są często budowane i
projektowane, aby spełniać wymogi
cieplne z przyjęciem najgorszego
scenariusza, np. kiedy temperatura
na zewnętrz jest bardzo niska.
Ale, ponieważ taka sytuacja ma
jednak miejsce tylko kilka razy w
roku (jeśli w ogóle) system będzie
przewymiarowany w pozostałym
okresie czasu. To zazwyczaj powoduje
nadmierne wydatki energetyczne.
Poniższy przykład statycznego
uruchamiania układu grzewczego z
wymaganiami dynamicznymi pochodzi
z instalacji w duńskiej miejscowości
Fredericia, gdzie do 60 mieszkań w
10-piętrowym budynku dostarczane
jest ciepło z układu zawierającego
dwie pompy Grundfos MAGNA3
obsługujące dwa węzły mieszania,
z których każda obsługuje 10 rur
pionowych i obejmującego łącznie
273 zawory grzejnikowe RA-N DN 10
oraz statyczne zawory równoważące
Danfoss typu MSV. Budynek pochodzi
z roku 1972 i został zmodernizowany
w roku 1985 łącznie z wymianą okien i
nową fasadą.
Dwa węzły mieszania obsługujące po
10 rur pionowych każdy w 10-piętrowym budynku w Fredericia, Dania.
5
Teraz przyjrzymy się jak działa
20% 40% 50% 70% 100%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/godz]
0
1
2
3
4
5
6
7
[m]
H
MAKS
MIN
H
system ze statycznymi zaworami
równoważącymi i statycznymi
zaworami grzejnikowymi z nastawą
wstępną. Następnie przeprowadzony
zostanie ten sam test, ale tym razem
z zaworami dynamicznymi. Test jest
wykonywany nie tylko w warunkach
pełnego obciążenia, ale, co ważniejsze,
także przy obciążeniu częściowym.
Podczas testu ustawiliśmy tryb sterowania pompy na ciśnienie proporcjonalne, a następnie na tryb ciśnienia
stałego.
Kolejną czynnością było dodanie
nowego zaworu Danfoss Dynamic
Valve™ typu RA-DV w połączeniu z
nową pompą z regulacją prędkości
Grundfos MAGNA3.
WSPÓŁPRACA POMP I ZAWORÓW
CIŚNIENIE
KRZYWE POMP
100%
85%
75%
70%
60%
+3,0
+3,1
+4,4
PROJEKTOWY
+4,0
PUNKT PRACY
KRZYWA STEROWANIA
ZAWÓR GRZEJNIKOWY
KRZYWA SYSTEMU
DODATKOWA DELTA P
OBSZAR OGRANICZENIA PRZEPŁYWU
PRZEPŁYW
+
Jednocześnie zmierzono różnicę ciśnień na najdalej położonym grzejniku,
aby sprawdzić, czy ciśnienie jest tam
wystarczające, aby uzyskać określony
przepływ, w tym przypadku jest to 10
kPa, a żądany przepływ wynosi 30 l/
godz., stąd nastawa wstępna zaworu
grzejnikowego będzie wynosić 2,5.
H
p
[m]
[kPa]
7
60
50
40
30
20
10
MAKS
6
5
4
3
2
1
0
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/godz]
MIN
Nawet, kiedy pompa MAGNA3 zmniejsza dostarczane ciśnienie różnicowe na
zaworach grzejnikowych przy częściowym obciążeniu nadal będzie nadmiar
delty P*, jak pokazuje to tabela poniżej.
Pompę MAGNA3 można ustawić
na tryb ciśnienia proporcjonalnego,
który umożliwi pompie zmniejszenie
dostarczanego ciśnienia różnicowego
podczas w warunkach zmniejszania
przepływu. Zobacz wykres poniżej, po
lewej stronie.
[m]
7
MAKS
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/godz]
MIN
Kluczowy problem tutaj jest
następujący — pomimo, że pompa
z regulacją prędkości pomaga, nie
może ona utrzymać różnicy ciśnień
na stabilnym poziomie; ten problem
jest rozwiązywany przez zawory
dynamiczne niezależne od ciśnienia.
Czerwona linia pokazuje krzywą sterowania
proporcjonalnego, a zielona minimalną wymaganą różnicę ciśnień w układzie. Jak widać w
niebieskich kołach, zawsze dostępny jest zapas
różnicy ciśnień. Dlatego chcemy, aby pompa i
dynamiczny zawór grzejnikowy dobrze razem
współpracowały.
Statyczny zawór grzejnikowy
Wartości zmierzona przy najdalej położonym grzejniku
Dynamiczny zawór grzejnikowy
Wartości zmierzona przy najdalej położonym grzejniku
*Zakładając, że jest to tradycyjny rozległy system. Jeśli tak nie jest i zamiast tego system
jest podzielony na dwa równe systemy równoległe, optymalnym trybem regulacji będzie
ciśnienie stałe.
6
Tryb sterowania,
pompa
Obciążenie układu
100%
Obciążenie układu
50%
Zwiększona ΔP
(przy 50%
Zwiększony
przepływ
obciążeniu)
Proporcjonalny 10,2 kPa 18,0 kPa 7,8 kPa 33% wzrost
Stały 10,2 kPa 27,3 kPa 17,1 kPa 46% wzrost
Tryb sterowania,
pompa
Obciążenie układu
100%
Obciążenie układu
50%
Zwiększona ΔP
(przy 50%
Zwiększony
przepływ
obciążeniu)
Proporcjonalny 9,8 kPa 10,5 kPa 0,7 kPa <1% wzrost
Stały 9,9 kPa 10,6 kPa 0,7 kPa <1% wzrost
Mówi to nam, że ustawiając statyczne
Przepływ [l/h]
zawory grzejnikowe na częściowe
obciążenia 50% spowodujemy wzrost
= 9,3 kPa. Co to oznacza w przypadku
ryzyka nadmiernego przepływu można
zobaczyć na ilustracji poniżej.
ciśnienia w grzejnikach o (17,1 - 7,8)
Zawory grzejnikowe, statyczny w porównaniu z dynamicznym.
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
0 10 20 30 40 50 60 dP [kPa]
Zawór dynamiczny
Zawór statyczny
Użycie Danfoss dP tool™ do zrównoważenia
grzejnika.
Kiedy różnica ciśnień wzrasta z 7,8
kPa do 17,1 kPa, przepływ wzrasta z
80 do 132 l/godz., podczas gdy zawór
dynamiczny utrzymuje stały przepływ.
Zwiększona delta P przy częściowym
obciążeniu spowodowałaby
nadmierny przepływ i wzrost kosztów
ogrzewania wykazując potrzebę
prawidłowej regulacji delta P. Użycie
Przepływ [l/h]
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60 dP [kPa]
Dlatego, odpowiedzią na wyzwanie
związane z dodatkową deltą P jest
wykorzystanie pompy z regulacją
prędkości takiej, jak Grundfos MAGNA3
i użycie zaworu Danfoss Dynamic
Valve™ typu RA-DV, który w połączeniu
pompą zapewni bezproblemowe
zaworu Danfoss Dynamic Valve™ typu
RA-DV utrzymuje przepływ na stałym
poziomie, nawet kiedy delta P się
zmienia. Regulator różnicy ciśnień
wewnątrz RA-DV utrzymuje spadek
ciśnienia po przejściu przez zawór
regulacyjny na stałym poziomie, co
oznacza utrzymanie stałego przepływu
przez zawór RA-DV. Pokazuje to
poniższy wykres.
przepływ maks. RA-DV
działanie układu grzewczego, jak
pokazuje to przykład z Federicia
omówiony powyżej. Instalacja pracuje
już od roku i możemy zaobserwować,
że koszt pracy pompy został
zmniejszony o około 57% lub wartość
równą 980 kWh/rocznie.
7
Danfoss SP
T
Optymalizacja pompy
Jeśli pompy pracują optymalnie
zapewnione jest najmniejsze możliwe
zużycie energii. Optymalizacja pompy wraz z proporcjonalną regulacją
ciśnienia jest możliwa tylko za pomocą
automatycznych zaworów równoważących. Uruchomienie jest ułatwione za
pomocą nowego narzędzia Danfoss dP
tool™ (do pomiaru różnicy ciśnień) w
połączeniu z Grundfos GO (oferującego
zdalny dostęp do narzędzi Grundfos
online) i zapewnia optymalizację pompy oraz najniższy pobór energii.
Przyrząd dP tool™ jest wyjątkowo przydatnym, prostym i unikalnym narzędziem używanym podczas uruchomienia przy oddaniu do eksploatacji, które
Wnioski
Najlepsze systemy grzewcze wymagają
starannego uruchomienia przy oddaniu
do eksploatacji, jeśli celem są najniższe
możliwe rachunki za energię. Teraz jest to
jak najbardziej możliwe poprzez użycie
zaworu Danfoss Dynamic Valve™ typu
RA-DV w połączeniu z nową pompą z regulacją prędkości Grundfos MAGNA3. W
konkretnym przykładzie instalacji z duńskiej miejscowości Fredericia uzyskane
oszczędności wynoszą nie mniej niż 12%
rachunku za ogrzewanie. Jest to możliwe
tylko dzięki użyciu nowego zaworu dynamicznego Danfoss w połączeniu z nową
pompą Grundfos MAGNA3.
mierzy dostępną różnicę ciśnień. Narzędzie montowane jest na krytycznym
zaworze, na którym różnica ciśnień jest
najmniejsza. W trybie pełnego obciążenia delta P musi wynosić 10 kPa.
Jeśli okaże się, że różnica ciśnień jest
mniejsza lub większa od tej wartości,
nastawa jest regulowana na pompie
MAGNA3. Nastawa jest powiązana
z różnicą ciśnień zapewnianą przez
pompę. Należy zauważyć, że ta wartość
będzie zawsze wyższa niż zmierzona na
krytycznym zaworze, ponieważ różnica
ciśnień maleje w układzie.
Grundfos GO jest mobilną skrzynką
narzędziową dla profesjonalnych
użytkowników do bieżącego wykorzy-
Dzisiaj odbywa się to w taki sposób, że
żądany przepływ można z łatwością
ustawić na każdym grzejniku i pompie
używając narzędzia Danfoss dP tool™
i Grundfos GO. Zapewnia to nie tylko
optymalne działanie, ale także znacznie
skraca czas uruchomienia.
To pokazuje nam, że istnieje wiele
powodów, dla których Ty jako
inżynier-doradca możesz dążyć do
potencjalnych oszczędności energii,
które są możliwe w wielu budynkach
mieszkalnych.
stania. Jest to najbardziej rozbudowana
platforma do mobilnego sterowania
i doboru pomp łącznie z ich wymiarowaniem, wymianą i dokumentacją i
można ją pobrać na dowolne urządzenie z systemem operacyjnym iOs lub
Android.
Po wykonaniu tych czynności użytkownik może mieć pewność, że
system energetyczny jest prawidłowo
uruchomiony, nie tylko w warunkach
przepływu projektowego, ale także, i co
najważniejsze, w warunkach obciążenia częściowego. W rezultacie zyskujemy najniższe możliwe zużycie energii
dla całego systemu grzewczego.
Aby zapewnić wysoki komfort i najniższy możliwy koszt użytkowania, układy
grzewcze muszą być prawidłowo
uruchamiane przy oddaniu do eksploatacji. W przeszłości uruchamianie było
skomplikowaną operacją, której powodzenie wymagało użycia wielu różnych
zaworów i narzędzi pomiarowych.
. z o.o. . ul. Chrzanowska 5 . 05-825 Grodzisk Mazowiecki
elefon: (22) 755 07 00 . Telefax: (22) 755 07 01 . e-mail: info@danfoss.pl . http://www.danfoss.pl
VFGWK149 © Prawa autorskie Danfoss | ... | 2016.01
Rene Hansen, Anders Nielsen,
Danfoss Grundfos
Czerwiec 2015
Grundfos GO na
platformę Android
i iOS.
Loading...