Sterowanie pomp obiegowych

Pompy obiegowe są nieodzownym elementem wyposażenia niemal każdej instalacji grzewczej i przygotowania c.w.u. W nowoczesnych pompach stawia się na oszczędność energii, a co za tym idzie, odpowiednie, elektroniczne sterowanie.

Fot. Wilo Fot. 1. Grupa pompowa z zabudowaną pompą elektroniczną. Fot. ESBE Fot. 2. Cechą nowoczesnych pomp elektronicznych jest dostosowanie parametrów do bieżących wymagań instalacji. Fot. ESBE Fot. 3. Potencjometr pozwala na bezstopniowe regulowanie wydajności pompy i wysokości podnoszenia. Fot. Ferro

Jako najważniejszą zaletę pomp sterowanych elektronicznie należy wymienić właśnie energooszczędność. Z uwzględnieniem odpowiedniego trybu pracy pompa może mieć zapotrzebowanie na energię elektryczną nawet o 2–5 razy mniejsze w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań, zapewniając taką samą wysokość podnoszenia. Tym sposobem w ciągu około dwóch lat pracy powinna zwrócić się różnica w koszcie zakupu pomiędzy pompą ze sterowaniem elektronicznym a ze sterowaniem tzw. manualnym.
W pompach elektronicznych wykorzystuje się sterownik mikroprocesorowy, który odpowiada za analizowanie parametrów i warunków pracy. W zależności od potrzeb konkretnej instalacji dobierana jest nie tylko wydajność ale i moment obrotowy pompy , a co za tym idzie, zużycie energii elektrycznej. Oprócz tego do dyspozycji jest potencjometr pozwalający na bezstopniowe regulowanie wydajności pompy i wysokości podnoszenia, co również przekłada się na odpowiednio mniejsze zużycie energii.
Przydatne rozwiązanie stosowane w nowoczesnych pompach elektronicznych stanowi redukowanie wydajności pracy pompy w porze nocnej kiedy to zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze. Wraz z wykryciem spadku temperatury w instalacji pompa przełączy się na charakterystykę minimalną. Z kolei powrót do normalnego trybu pracy następuje wraz ze wzrostem temperatury cieczy w instalacji. Należy pamiętać, że korzyści w zakresie oszczędności energii nie uzyska się w instalacjach wodnego ogrzewania podłogowego w efekcie długiego czasu inercji takiego układu.
Pompy elektroniczne sprawdzą się zwłaszcza w instalacjach wyposażonych w zawory termostatyczne przymykane i otwierane automatycznie pod wpływem zmian temperatury w pomieszczeniach. Jak wiadomo przymykanie zaworów jest przyczyną zmiany charakterystyki instalacji prowadzącej do głośnej pracy pompy ze względu na konieczność pompowania ze zmienną wydajnością.
Konstrukcja typowej pompy elektronicznej bazuje na żeliwnym korpusie kataforezowanym, stojanie z pierścieniem wykonanym ze stali chromowoniklowej, a także wirniku z magnesem trwałym umieszczonym w płaszczu ze stali nierdzewnej. W konstrukcji urządzenia ważne jest koło wirnikowe z polimeru technicznego, wałek ceramiczny, łożyska ceramiczne oraz aluminiowa obudowa głowicy.
Przydatne rozwiązanie w niektórych pompach stanowi specjalny system odpowietrzania. Automatyczne odpowietrzanie trwa około 10 min. a przy jego wykonywaniu może być słyszalny delikatny szum.

Zewnętrzne sterowniki pomp

Najprostsze zewnętrzne sterowniki pomp c.o. to urządzenia elektroniczne, które automatycznie załączają i wyłączają pompę obiegową w oparciu o zadaną temperaturę. Sterownik współpracuje z instalacjami wyposażonymi w kocioł węglowy lub gazowy bez układu sterującego pracą pompy. Regulator ma czujnik mierzący temperaturę wody na zasilaniu instalacji c.o. W instalacjach c.o. z kotłem węglowym sterownik wyłączy pompę obiegową po wygaśnięciu płomienia w piecu. Z kolei w systemach instalacyjnych c.o. z kotłami gazowymi temperatura ustawiona na regulatorze powinna być niższa od temperatury ustawionej na termostacie kotła c.o. Ustawienie pokrętła sterownika na temperaturę przekraczającą punkt rosy zapobiega poceniu się kotła w trakcie rozgrzewania wody w instalacji c.o. Układ Anty-Stop uruchamia pompę co kilka dni na kilkadziesiąt sekund zapobiegając jej blokowaniu w wyniku zastawania wody.

Sterowniki pompy c.w.u.

Specjalne urządzenia produkuje się pod kątem sterowania pracą pomp c.w.u. Typowe urządzenie tego typu bazuje na dwóch czujnikach temperatury. Regulator załącza pompy w przypadku gdy różnica temperatur czujników przekroczy zadaną wartość uwzględniając minimalny próg załączenia pompy. Pompy wyłączają się jeżeli próg minimalny załączenia pompy nie będzie przekroczony lub gdy zostanie osiągnięta temperatura zadana. Dzięki pracy sterownika zapobiega się niepotrzebnej pracy pompy oraz niepożądanemu wychłodzeniu zbiornika w momencie gdy temperatura zasilania spadnie. Oszczędzana jest więc energia elektryczna oraz wydłuża się trwałość pompy.
W sterownikach pomp c.w.u. również uwzględnia się system zapobiegania zastaniu pompy podczas dłuższego postoju. Niektóre sterowniki mają funkcję ochrony instalacji przed zamarzaniem. W efekcie jej działania wraz ze spadkiem temperatury poniżej 6°C na czujniku kotła pompa załączy się na stałe, natomiast jej wyłączenie nastąpi wraz z osiągnięciem przez temperaturę wartości 7°C.

Fot. 4. Elektroniczna pompa obiegowa jest montowana identycznie jak pompa ze sterowaniem tzw. manualnym. Fot. Ferro

Tryby pracy pomp elektronicznych

Typowa pompa elektroniczna może pracować w kilku trybach. W trybie automatycznym następuje samoczynne dostosowanie ciśnienia i wydajności pompy do zapotrzebowania na ciepło ze strony instalacji. Tym sposobem zużycie energii elektrycznej jest optymalne.
Tryb HPP (High Proportional Pressure) wykorzystuje wyższy poziom charakterystyki proporcjonalnej: ciśnieniewydajność. Taki rodzaj pracy zaleca się stosować jeżeli w trybie automatycznym wydajność pompy jest zbyt niska. Z kolei tryb LPP (Low Proportional Pressure) zapewnia niższy poziom charakterystyki proporcjonalnej: ciśnienie- wydajność. W tym trybie praca pompy sprawdzi się jeżeli w trybie automatycznym wydajność pompy będzie zbyt wysoka.
W trybie HCP (High Constant Pressure) pompa zapewnia wyższy poziom charakterystyki, która utrzymuje stałą wysokość podnoszenia pompy niezależnie od wydajności. Ten tryb bardzo często stosuje się w przypadku instalacji wymagających utrzymania stałego ciśnienia niezależnie od aktualnej pozycji zaworów termostatycznych. Niższy poziom charakterystyki utrzymującej stałą wysokość podnoszenia pompy niezależnie od wydajności zapewni tryb LCP (Low Constant Pressure). Pompa elektroniczna może pracować również w trybie ręcznym, tak jak tradycyjna pompa, zapewniając przy tym stałą wysokość obrotową.

Sterowanie kilkoma pompami

Specjalne sterowniki znajdują zastosowanie w instalacjach przygotowania c.w.u. wyposażonych w trzy pompy. Regulator załącza pompy w przypadku gdy temperatura przekroczy progową wartość załączenia, natomiast wyłączy gdy kocioł zostanie wychłodzony. Dla drugiej pompy, oprócz temperatury załączenia, użytkownik może ustawić temperaturę zadaną, do osiągnięcia której pompa będzie pracowała. Można przy tym ustawić priorytety pracy pomp. Przydatne rozwiązanie stanowi możliwość współpracy z regulatorem pokojowym.

Wymiana danych

W nowoczesnych pompach stawia się na szerokie możliwości w zakresie wymiany danych. Niektóre urządzenia mogą być sterowane za pomocą specjalistycznego oprogramowania komputerowego. Oprócz tego niemalże standardem jest sygnalizacja optyczna informująca o funkcjach realizowanych przez urządzenie. W wielu modelach pomp uwzględnia się wyświetlacz. Można odczytać błędy w pracy urządzenia oraz ilość przepracowanych godzin. Przydatne rozwiązanie stanowi parametryzowanie pompy przy użyciu pilota zdalnego sterowania. Wiele urządzeń wykorzystuje wymianę danych w standardzie RS-485.

Fot. 5. Zapotrzebowanie na energię elektryczną pomp obiegowych ze sterowaniem elektronicznym jest o 2–5 razy mniejsze w porównaniu z tradycyjnymi pompami. Fot. Wilo

Parametry pomp obiegowych

Pompy cyrkulacyjne określa przynajmniej kilka parametrów. Przede wszystkim ważny jest zakres funkcjonowania (np. maks. 2,4 m³/h), wysokość podnoszenia (np. 4,1 m) oraz temperatura cieczy (np. 2°C–110°C). Ważny jest rodzaj pompowanego czynnika roboczego. Najczęściej jest to ciecz czysta, nie zawierająca ciał stałych, włókien i substancji oleistych mineralnych. Pompowana ciecz nie powinna być lepka. Czynnik roboczy musi być neutralny, nie korozyjny i nie wybuchowy o parametrach zbliżonych do wody. Celem zapobiegania kondensacji wilgoci w skrzynce sterowniczej i rotorze temperatura medium pompowanego przez pompę powinna być utrzymywana na poziomie, który jest wyższy od temperatury otoczenia.
Parametrem określającym pompę obiegową jest również minimalne ciśnienie na wlocie w zależności od temperatury cieczy (np. 0,50 bar do 85°C, 0,30bar do 90°C, 1,00 bar do 110°C). Na etapie wyboru pompy analizuje się maksymalne ciśnienie (np. 1,0 MPa), klasę ochronności (np. IP 42), klasę izolacji (najczęściej H), a także współczynnik efektywności energetycznej (np. EEI ≤0,23). Trzeba uwzględnić sposób montażu (np. wał w pozycji poziomej, dławik kabla skierowany w dół lub w bok). Ważne jest napięcie zasilania (najczęściej: ~230 V, 50 Hz), a także pobór mocy (np. 5 – 22 W; 0,05 – 0,19 A), rozstaw przyłączy (np. 180 mm), średnica przyłączy (np. 1 1/2”) oraz parametry otoczenia (np. 0°C – 40°C; RH <95%).
Należy pamiętać, że jeżeli pompa będzie miała zbyt małą wydajność w odniesieniu do instalacji to może nie być w stanie zapewnić odpowiedniego przepływu wody w obiegach. Z kolei zamontowanie urządzenia o zbyt dużej mocy będzie przyczyną zwiększonego poboru energii elektrycznej, skróconego okresu eksploatacji pompy oraz zbyt głośnej pracy.

Podsumowanie

Nowoczesne pompy obiegowe znacznie różnią się od rozwiązań jakie produkowano jeszcze kilkanaście lat temu. Szereg technologii znajduje nie tylko w sterowaniu ale i w konstrukcji silnika. W starszych silnikach stosowano tzw. silnik asynchroniczny, który uzyskiwał prędkości obrotowe do 2950 obr./min. Pompy nowoczesne osiągają prędkości obrotowe do 4800 obr./min., co pozwala na uzyskanie znacznie lepszych parametrów w zakresie wydajności i wysokości podnoszenia. Tym sposobem sprawność, zarówno pompy jak i całej instalacji grzewczej, jest wyższa. Pompy nowej generacji wykorzystują elektroniczną komutację oraz magnesy trwałe w wirnikach elektrycznych, co zapewnia pracę synchroniczną. Warto również wspomnieć o stosowaniu tulei wykonywanych z tworzywa sztucznego. Tuleja ma za zadanie oddzielnie części mokrej wirnika od stojana. W nowoczesnych pompach wirnik hydrauliczny jest modelowany komputerowo.