Regulacja i równoważenie w instalacjach grzewczych

Dzięki równoważeniu instalacji zyskuje się wymagany przepływ czynnika grzewczego w poszczególnych fragmentach instalacji. Właściwy przepływ powinien być utrzymany w odbiornikach ciepła – grzejniki, nagrzewnice powietrza, pętle ogrzewania podłogowego itp.

Jeżeli instalacja jest niezrównoważona to może wzrosnąć poziom hałasu. Niejednokrotnie występuje również brak przepływu i zmniejszenie mocy. Właściwe równoważenie pozwala uzyskać zakładane przepływy w każdym odbiorniku w momencie gdy zawory regulacyjne są całkowicie otwarte oraz przy oczekiwanych temperaturach w pomieszczeniach, przekładając się na komfort cieplny. Oprócz tego prawidłowe rozdzielenie czynnika eliminuje przegrzewanie i niedogrzewanie pomieszczeń oraz wahania temperatury w przypadku gdy instalacja nie pracuje z pełną mocą. Zrównoważenie hydrauliczne zapewni oszczędność energii oraz optymalne warunki pracy dla zaworów termostatycznych i automatyki.

W praktyce równoważenie instalacji uzyskuje się poprzez odpowiedni osprzęt regulacyjny w postaci zaworów, kryz i reduktorów. Zapewnia to właściwy opór w danej części instalacji. Czynności te bardzo często nazywane są wyregulowaniem hydraulicznym, zrównoważeniem instalacji, ustaleniem wydatków, zbalansowaniem oporów czy zredukowaniem nadciśnienia.

Równoważenie a regulacja

Jak już wiadomo równoważenie hydrauliczne ma zapewnić prawidłowy rozdział czynnika grzewczego na wszystkie odbiorniki ciepła z uwzględnieniem zapotrzebowania na ciepło. Oprócz tego równoważenie hydrauliczne ma zagwarantować możliwość pełnej regulacji. Można więc powiedzieć, że instalacja musi być zrównoważona aby można nią było optymalnie regulować.
Przed wykonaniem równoważenia warto zadbać o kontrolę szczelności wszystkich połączeń. Sprawdza się również ciśnienie statyczne w instalacji. Nie można zapomnieć o przepłukaniu i odpowietrzeniu instalacji. Sprawdza się poprawność pracy pompy i armatury, natomiast wszystkie zawory odcinające powinny być otwarte. Na zaworach termostatycznych należy ustawić wstępną nastawę oraz całkowicie je otworzyć.

Konieczne jest sprawdzenie czy instalacja została wykonana zgodnie z projektem. Trzeba ustalić czy wszelkie problemy i zmiany wynikłe na etapie montażu instalacji były uzgodnione z projektantem. Jeżeli instalacja nie jest nowa lecz modernizowana przydatna będzie dokładna inwentaryzacja zastosowanych w niej urządzeń, tak aby móc wykonać niezbędne obliczenia. W efekcie takiej inwentaryzacji powstaje m.in. schemat instalacji, podawane są parametry techniczne źródła ciepła, a także typ oraz parametry zastosowanej armatury i automatyki. Ponadto powstaje opis przegród i okien, a także wymagane temperatury pomieszczeń. Zebrane dane pozwalają wykonać niezbędne obliczenia oraz określić zapotrzebowanie na ciepło budynku.

Im zebrane dane są dokładniejsze, to obliczenia również są precyzyjniejsze. W efekcie równoważenie przebiegnie sprawnie oraz przyniesie lepsze efekty. Dokładne określenie zapotrzebowania na ciepło to podstawa przy określaniu obliczeniowego przepływu nośnika w poszczególnych miejscach instalacji. To z kolei jest podstawą przy doborze armatury równoważącej.
Precyzyjne określenie zapotrzebowania na ciepło jest bardzo ważne do prawidłowego określenia obliczeniowego przepływu nośnika ciepła we wszystkich miejscach instalacji (tzw. działkach). To z kolei wyznacza podstawy do właściwego doboru armatury regulacyjnej i równoważącej.

Zasada działania zaworów równoważących

Typowy zawór równoważący to urządzenie hydrauliczne umożliwiające regulowanie natężenia przepływu czynnika, który przez niego przepływa. Do regulacji wykorzystuje się pokrętło zarządzające ruchem elementu zamykającego celem regulacji przepływu czynnika. Natężenie przepływu jest regulowane odpowiednio do wartości ciśnienia mierzonej poprzez dwa przyłącza piezometryczne odpowiednio umiejscowione na zaworze. Zawory równoważące mają króćce pomiarowe. Istotne są również elementy samouszczelniające eliminujące przecieki wody. Materiały wykonania zaworów cechuje wysoki poziom odporności na korozję. Stąd też najczęściej zastosowanie znajduje stop mosiądzu odpornego na wypłukiwanie cynku. Z kolei elementy zamykające wytwarza się ze stali nierdzewnej, która jak wiadomo jest odporna na korozję oraz tarcie wynikające z przepływającego czynnika termicznego. Za uszczelnienia zaworu odpowiada O-Ring. Skuteczne uszczelnienie zapobiega przedostawaniu się wody do części gwintowanej trzpienia regulacyjnego. Mechanizm ten pozwala trzpieniowi regulacyjnemu na właściwe ustawienie elementu zamykającego. Niektóre zawory równoważące mogą być dostarczane wraz z łupkami izolacyjnymi. Zapewnia to dobrą izolację termiczną i zapobiega wnikaniu pary wodnej. Stąd też zastosowanie zaworów może również objąć instalacje wody lodowej.

Pokrętło nastawcze jest ergonomiczne i zapewnia precyzyjną regulację. Zakres regulacji wynosi zazwyczaj 5 pełnych obrotów, co przyczynia się do dużej dokładności przy regulowaniu równoważenia instalacji. Z reguły podziałka skali mikrometrycznej jest czytelna i duża. Każdy obrót pokrętła o 360° to jeden stopień regulacji.

Ręczne i automatyczne zawory równoważące

Ręczne zawory równoważące z nastawą wstępną wykorzystuje się do równoważenia hydraulicznego przepływu instalacji grzewczych i chłodniczych. Zawory z nastawą wstępną zapewniają ograniczenie przepływu przy czym jest możliwe realizowanie maksymalnego przepływu. Ręczne zawory równoważące cechują się prostą i zwartą budową, co ułatwia montaż i późniejszą eksploatację. Warto zwrócić uwagę na dostępne akcesoria.
W zaworach automatycznych równoważenie wykorzystuje dwa zawory połączone rurką kapilarną. W zależności od zaworu zyskuje się możliwość utrzymania różnicy ciśnień w różnych zakresach – np. 5-25 kPa, 20-40 kPa, 35-75 kPa lub 60-100 kPa.
Zawory automatyczne zapewniają optymalną pracę również przy zmieniającym się obciążeniu układu grzewczego lub chłodzącego. Ważna jest przy tym możliwość przebudowy instalacji bez konieczności ponownego równoważenia. Dzięki hydraulicznemu odciążeniu grzybka zaworu regulacja może odbywać się przy dużych ciśnieniach różnicowych.

W nowoczesnych zaworach nastawę ciśnienia różnicowego wykonuje się poprzez specjalne pokrętło. Wartość nastawionego ciśnienia różnicowego jest widoczna na skali. Na czas płukania i napełniania instalacji można tymczasowo zablokować zawór w pozycji otwartej. Wykorzystuje się do tego specjalne pierścienie. Zakres regulacji ciśnienia różnicowego wynosi 5-25 kPa (0,05-0,25 bar) oraz 20-40 kPa (0,20-40 bar).
Na rynku oferowane są zawory łączące w sobie funkcje zaworu regulacyjnego i odcinającego. Urządzenia tego typu montuje się na przewodzie zasilającym. Dzięki opcji ograniczenia przepływu na zaworze można ustawić maksymalny przepływ w pionie. Przydatne rozwiązanie stanowią złączki pomiarowe umożliwiające pomiar przepływu w instalacji. Ponadto niektóre zawory mają gwintowane gniazdo rurki impulsowej.

Zawory równoważące ze zwężką Venturiego W niektórych zaworach pomiar przepływu bazuje na zwężce Venturiego. Urządzenie pomiarowe znajduje się na korpusie zaworu przed elementem zamykającym. Zapewnia to stabilny pomiar podczas regulacji natężenia przepływu. Króćce do pomiaru ciśnienia zaworów równoważących znajdują się najczęściej przed i za elementem zamykającym. Kiedy zawór jest zamknięty w mniej niż 50% swojego pełnego zakresu otwarcia turbulencje jakie powstają za elementem zamykającym mogą powodować niestabilność sygnału ciśnienia oraz błędy pomiarowe. Warto podkreślić, że montaż zaworu nie wymaga pozostawienia długiego odcinka prostego za zaworem. Oprócz tego system Venturiego powoduje przyspieszenie procesu pomiaru i równoważenie układu. Natężenie przepływu jest więc funkcją mierzoną przed i po stałej kryzie miernika Venturiego, przed elementem zamykającym a nie na przestrzeni całego zaworu. W praktyce podczas wykonywania pomiaru nie trzeba sprawdzać nastawy zaworu.

Zwraca się uwagę, że praca zaworu bazującego ma zwężce Venturiego jest cicha. Ma to ogromne znaczenie jeżeli zawór jest zamontowany w miejscach stałego przebywania ludzi. Regulacja w grzejnikach Grzejniki o tradycyjnej konstrukcji wyposażane są w zawory grzejnikowe z podwójną regulacją. Pierwsza z nich to nastawa wstępna, którą najczęściej realizuje się za pomocą kryzy dławiącej z odpowiednią średnicą. Drugi stopień regulacji wykorzystuje ruch grzybka. Ciśnienie reguluje się zmniejszając lub zwiększając odstęp pomiędzy grzybkiem a jego gniazdem.
Wykonując nastawę wstępną zaworu grzejnikowego uwzględnia się przede wszystkim strumień czynnika grzewczego oraz ciśnienie jakie ma być zredukowane. W przypadku większości producentów zaworów grzejnikowych nastawy wstępne oznacza się od 1 do 6. Najmniejsza nastawa oznacza najmniejszy otwór kryzy dławiącej a największa nastawa jest pełnym przepływem.

Podsumowanie

Dzięki równoważeniu instalacji odbiorniki ciepła pracują bez zbędnych strat zapewniając przy tym komfort użytkowania instalacji grzewczej. Z kolei pompy obiegowe uzyskują lepszą sprawność dzięki czemu eliminowane jest ryzyko przegrzania i nadmiernego ich zużycia. Ponadto eliminuje się głośną pracę instalacji oraz szybsze zużycie wynikające z tarcia związanego ze zbyt dużą prędkością czynnika roboczego. Ogranicza się również wartość ciśnienia różnicowego jakie występuje na zaworach regulacyjnych, co zapobiega niepoprawnej pracy zaworów.

Damian Żabicki