Pompy obiegowe – serce instalacji grzewczej

Pompy obiegowe to wirowe pompy wymuszające obieg wody w instalacjach grzewczych – czyli c.w. – lub instalacjach z ciepłą wodą użytkową (c.w.u.). Ich historia zaczęła się niemal sto lat temu w chwili skonstruowania przez niemieckiego inżyniera Wilhelma Oplandera tzw. pompy kolanowej – pierwszej pompy zasilanej zamkniętym silnikiem i przyspieszającej obieg wody w instalacji grzewczej dzięki umieszczeniu jej bezpośrednio w kolanie rurociągu. Od tamtej pory pompy obiegowe przeszły ogromną ewolucję, niemal wszystko w nich się zmieniło – nie zmieniło się tylko jedno: kłopoty z właściwym doborem pompy do instalacji w której ma być zamontowana.

Od 2009 roku w całej Unii Europejskiej obowiązuje dyrektywa ErP (Energy rated Products), która przy wsparciu rozporządzeniem ErP nr 641/2009/EU pozwala wprowadzać na rynek europejski wyłącznie niskoenergetyczne pompy obiegowe (sprzedawane osobno lub w komplecie z innymi urządzeniami, np. kotłami grzewczymi) o współczynniku efektywności energetycznej EEI < 0,23. Oznacza to, że najnowsze generacje pomp obiegowych to urządzenia energooszczędne, pozwalające na znaczną redukcję kosztów w stosunku do starszych odpowiedników (według szacunków producentów średnio od 30-40% do nawet 70%). Właśnie na takie pompy należy zwrócić uwagę – pozwolą na szybkie zwrócenie się inwestycji – w przypadku najefektywniejszych wyrobów nawet w ciągu 2-3 lat. Dla upewnienia się, że mamy do czynienia z właściwym urządzeniem, zaleca się dokładne przestudiowanie danych umieszczonych na etykiecie pompy. Jednak poszukując optymalnej pompy dla projektowanej lub istniejącej instalacji, w pierwszej kolejności należy zwrócić uwagę na jej podstawowe parametry, takie jak m.in. natężenie przepływu, sprawność pompy, wysokość podnoszenia (ciśnienie), pobór mocy, prędkość obrotowa wirnika oraz poziom hałasu, przy czym dwa pierwsze parametry są kluczowe, dlatego wykres ich zależności powinien być umieszczony w specyfikacji pompy. Wartość tej zależności powinna być też określona dla instalacji (podana w projekcie) i korelować z wartością umieszczoną w specyfikacji pompy.

Innymi słowy: pompa nie może być zbyt słaba, ale też nie powinna być zbyt mocna dla danej instalacji. Doświadczeni instalatorzy zalecają stosować pompy wyposażone w elektroniczne układy regulacji ciśnienia, czyli wspomniane wcześniej pompy z płynną regulacją obrotów napędu, które automatycznie i samoczynnie dostosowują się do zmiennego przepływu wody w instalacji (praca w trybie automatycznym). Odpowiada za to sterownik, który stale analizuje warunki pracy urządzenia i automatycznie dostosowuje wydajność pompy (pobór mocy, moment obrotowy) celem zapewnienia optymalnej pracy całego systemu przy zachowaniu stałego i efektywnego ciśnienia. Pompy na które decydują się inwestorzy powinny ponadto być – i dziś z reguły są – energooszczędne m.in. dzięki zastosowaniu w nich silnika komutowanego elektronicznie, wpływającego na znaczne obniżenie poboru energii elektrycznej. Polega to na umieszczeniu w silniku (w wirniku) stałego magnesu neodymowego, który nie wymaga już magnesowania, a więc procesu powodującego dodatkowe zużycie prądu. W synchronicznych silnikach komutowanych elektronicznie – czyli pod kontrolą układu elektronicznego – płynna regulacja prędkości obrotowej pompy jest wynikiem elektronicznego sterowania przetwornicą częstotliwości prądu, co prowadzi do optymalnego zasilania silnika przy maksymalnej eliminacji strat i tzw. „poślizgu” dzięki identycznej prędkości wirnika i pola magnetycznego (stąd w nazwie „synchroniczność”).

Warto zauważyć przy tym jeszcze jedną korzyść płynąca z wykorzystania silników synchronicznych – rozpędzają się do prędkości niemal dwukrotnie wyższych niż ma to miejsce w przypadku silników asynchronicznych, pobierając wciąż dokładnie tyle samo energii elektrycznej. Innym słowy – ich sprawność (wysokość podnoszenia i wydajność) jest bez porównania wyższa. Kolejnym atrybutem nowoczesnych pomp obiegowych, który warto wziąć pod uwagę, jest praca w wielu trybach. Czasem bowiem okazuje się, że w trybie automatycznym – wspomnianym już wcześniej – wydajność pompy jest niewystarczająca. Wówczas przydaje się tryb pracy wysokociśnieniowej, pozwalający na osiągnięcie optimum przy zwiększonym ciśnieniu i wydajności, ale z utrzymaniem możliwości płynnego balansowania między tymi parametrami. Podobnie jest w sytuacji gdy tryb automatyczny cechuje się zbyt wysokim poziomem proporcji między ciśnieniem a wydajnością – wówczas z pomocą przychodzi tryb pracy niskociśnieniowej. Warto wiedzieć, że oba te dodatkowe tryby mogą oferować alternatywną opcję, w postaci trybu utrzymania stałej wysokości podnoszenia pompy (innymi słowy stałego ciśnienia), niezależnie od tego jaka jest wydajność.

Coraz częściej instalatorzy zwracają uwagę na to, czy pompa może być sterowana za pomocą odpowiednio przygotowanego oprogramowania i czy potrafi wymieniać dane oraz stale informować o funkcjach realizowanych w danym momencie lub też raportować o błędach w pracy bądź o ilości przepracowanych godzin. To kolejny atrybut, którym można się kierować przy doborze pompy do instalacji. Ponadto dobrze jest, jeśli wybrana pompa wyposażona została przez producenta w wyświetlacz LCD i moduły pozwalające sterować nią nie tylko z poziomu tabletu czy komputera, ale też przy pomocy pilota zdalnego sterowania.

Najczęstsze przypadki nieprawidłowego doboru pompy obiegowej

Dwa najczęstsze błędy popełniane przy doborze pompy obiegowej do instalacji już nie raz były opisywane na łamach „Fachowego Instalatora”, dlatego omówione zostaną dość lakonicznie – a są nimi przewymiarowanie pompy lub dobranie pompy zbyt słabej w stosunku do wymagań instalacji. W pierwszym przypadku przewymiarowana pompa z automatycznym dopasowaniem mocy do wymagań instalacji przejdzie w pracę na zbyt niskich obrotach, co nie jest „zdrowe” ani dla napędu ani też wirnika. Natomiast pompa ustawiona w trybie stałej prędkości obrotowej – zbyt wysokiej w stosunku do potrzeb – wymusi na inwestorze dławienie przepływu, co oznacza straty. Warto pamiętać, że każda przewymiarowana pompa oznacza większy pobór energii elektrycznej, niż jest to w rzeczywistości potrzebne oraz szybsze zużycie jej podzespołów. Inną kwestią jest przepłacenie takiej pompy – tu skutek negatywny jest oczywisty: inwestycja będzie się zwracać dużo wolniej. Drugi przypadek – dobór zbyt słabej pompy – kończy się niemal zawsze tak samo: pompa nie jest w stanie wymusić odpowiedniego przepływu wody i w efekcie im dalej od kotła grzewczego, tym chłodniej w pomieszczeniu. Kolejne oczywiste konsekwencje takiej sytuacji mają charakter finansowy, w postaci niemożności osiągnięcia zwrotu inwestycji.

Z punktu widzenia inwestora sytuacja taka jest podwójnie niekorzystna. Po pierwsze: spore koszty zostały poniesione, a efektu w postaci obiegu wody brak, zaś po drugie: inwestora czekają kolejne koszty związane z zakupem mocniejszej pompy, co jeszcze bardziej pomnaża stratę. Zdarza się błąd przy doborze pompy obiegowej, polegający na tym, że inwestor decyduje się na urządzenie bez wbudowanych zaworów odcinających, a tymczasem w jego instalacji brak takowych zarówno przed jak i za pompą. To sytuacja generująca problemy, gdyż podczas przeglądu lub wymiany pompy na nową trzeba będzie opróżniać wodę z całej instalacji. Jeśli przed i za pompą instalacja nie posiada zaworów, należy koniecznie dobrać pompę z zaworami odcinającymi, które z reguły znajdują się w jednej obudowie razem z nią. Niekiedy do instalacji z wodą użytkową inwestorzy dobierają pompy obiegowe dedykowane do pracy w instalacjach grzewczych. Jest to błędna decyzja, gdyż pompy do instalacji c.w.u. wykonane powinny być z nieco innych materiałów. Chodzi tu o to, by wszystkie elementy pompy, z którymi woda ma kontakt, powstawały z materiałów odpornych na korozję i nie wchodzących z wodą w jakąkolwiek reakcję. Jeśli pompa i jej części posiadają rekomendacje instytutów czuwających nad czystością wody użytkowej, możemy być pewni, że np. elementy wirnika pompy zostały wykonane ze stali nierdzewnej, nie zaś ze stali ulegającej z czasem korozji.

Podsumowanie

Dobór pompy obiegowej to sprawa z pozoru łatwa, jednak gdy inwestor musi się już zająć tą kwestią, nagle mnożą się pytania i wątpliwości. Warto wówczas podjąć współpracę z doświadczonymi instalatorami, którzy nawet przy niepełnych danych dotyczących wymagań danej instalacji, potrafią trafnie dobrać pompę o właściwej efektywności, bazując na swoim dotychczasowym doświadczeniu. I choć wysokiej klasy instalator trochę kosztuje, warto wydać te pieniądze, gdyż zawsze szybko się zwracają dzięki optymalnie dobranej do instalacji pompie.

Łukasz Lewczuk

Na podstawie materiałów
publikowanych m.in. przez:
Wilo Polska Sp. z o.o.,
Grundfos Pompy Sp. z o.o.,
LFP Sp. z o.o., Ferro S.A.
i PHU Dambat.