Sterowanie pompami obiegowymi

Nowoczesne pompy obiegowe to urządzenia zaawansowane technologicznie. Stąd też ich konstrukcja znacznie różni się od pomp jakie stosowano jeszcze kilka lat temu. Przede wszystkim ważne jest odpowiednie sterowanie, które przekłada się na komfort użytkowania urządzenia oraz oszczędność energii.

sterowanie pompami obiegowymi1 - Sterowanie pompami obiegowymi

Nowatorskie rozwiązania znajdują zastosowanie zarówno w sterowaniu jak i konstrukcji silnika. Dawniej zastosowanie znajdowały silniki asynchroniczne osiągające prędkość do 3000 obr./min. Z kolei prędkości w nowoczesnych pompach wynoszą do 4800 obr./min. Tym sposobem zyskuje się lepszą wysokość podnoszenia i wydajność, co poprawia sprawność całego systemu grzewczego oraz samej pompy. Wewnętrzne sterowanie pompy bazuje na elektronicznej komutacji oraz magnesach trwałych znajdujących się w wirnikach elektrycznych. W efekcie zapewniona jest praca synchroniczna. Coraz częściej wykorzystuje się tuleje wykonane z tworzywa sztucznego. Tuleje mają za zadanie oddzielenie części mokrej wirnika od stojana. W nowoczesnych konstrukcjach wirniki hydrauliczne modeluje się komputerowo.

Sterowanie trybami pracy

Wewnętrzne urządzenia sterujące pompy pozwalają na jej pracę w kilku trybach. Ważny jest przede wszystkim tryb automatyczny, samoczynnie dostosowujący ciśnienie i wydajność pompy z uwzględnieniem zapotrzebowania na ciepło. Wszystko dla zapewnienia optymalnego zużycia energii elektrycznej. Warto zwrócić uwagę na tryb HPP (High Proportional Pressure) wykorzystujący wyższy poziom charakterystyki proporcjonalnej ciśnienia względem wydajności. Z tego rodzaju pracy korzysta się w przypadku zbyt niskiej wydajności pompy działającej w trybie automatycznym. Z kolei w trybie LPP (Low Proportional Pressure) zyskuje się niższy poziom charakterystyki proporcjonalnej ciśnienie-wydajność. Ten tryb jest zalecany w przypadku gdy praca automatyczna ma zbyt dużą wydajność. Tryb HCP (High Constant Pressure) to zapewnienie wyższego poziomu charakterystyki powodującej utrzymanie stałej wysokości podnoszenia pompy bez względu na wydajność. Praca w tym trybie szczególnie sprawdzi się w instalacjach, gdzie trzeba utrzymać stałe ciśnienie bez względu na aktualną pozycję zaworów termostatycznych. W instalacjach wymagających niższego poziomu charakterystyki, która utrzymuje stałą wysokość podnoszenia pompy bez względu na wydajność sprawdzi się tryb pracy LCP (Low Constant Pressure). Oprócz tego praktycznie każda pompa może pracować w trybie ręcznym z zapewnieniem stałej prędkości obrotowej.

Fot. 1. Pompy ze sterowaniem elektronicznym zastępują urządzenia o tradycyjnej konstrukcji. Fot. FERRO
Fot. 1. Pompy ze sterowaniem elektronicznym zastępują urządzenia o tradycyjnej konstrukcji. Fot. FERRO
Fot. 2. Wyświetlacz pompy informuje o aktualnym zapotrzebowaniu na moc. Fot. WILO
Fot. 2. Wyświetlacz pompy informuje o aktualnym zapotrzebowaniu na moc. Fot. WILO

Zalety nowoczesnego sterowania

Nowoczesne sterowanie pompami obiegowymi ma za zadanie optymalizowanie zużycia energii. Stąd też dzięki możliwości dobrania odpowiedniego trybu pracy zapotrzebowanie na energię elektryczną można zmniejszyć nawet o 2-3 razy w odniesieniu do pomp o tradycyjnej konstrukcji przy zapewnieniu takiej samej wysokości podnoszenia. Szacuje się, że różnica w cenie pomiędzy pompą ze sterowaniem elektronicznym a tzw. manualnym powinna zwrócić się już po dwóch latach eksploatacji. Nowoczesne sterowanie pomp nadzoruje odpowietrzaniem. Najczęściej trwa ono ok. 10 min., a podczas odpowietrzania z reguły jest słyszalny delikatny szum dochodzący z pompy. Ważna zaleta sterowania elektronicznego to redukowanie wydajności pracy pompy w czasie gdy zmniejsza się zapotrzebowanie na ciepło – np. w porze nocnej. W momencie gdy zostanie wykryty spadek temperatury w instalacji nastąpi przełączenie pompy na minimalną charakterystykę. Powrót do normalnego trybu pracy następuje w momencie wzrostu temperatury cieczy w instalacji. W efekcie pompy elektroniczne są częstym elementem instalacji z zaworami termostatycznymi otwieranymi i zamykanymi samoczynnie z uwzględnieniem zmian temperatury w pomieszczeniach. Zamykanie zaworów pociąga za sobą zmianę charakterystyki instalacji, co powoduje głośną pracę pompy, bowiem konieczne jest pompowanie ze zmienną wydajnością. Za sterowanie pompą odpowiada sterownik mikroprocesorowy. Dzięki jego zaawansowanej funkcjonalności analizowane są parametry i warunki pracy. W efekcie odpowiednio dobierana jest wydajność oraz moment obrotowy, a co za tym idzie, optymalizuje się zużycie energii elektrycznej. Jest również możliwe ręczne regulowanie wydajności pompy i wysokości podnoszenia.

Fot. 3. Pompa zabudowana w instalacji. Fot. FERRO
Fot. 3. Pompa zabudowana
w instalacji. Fot. FERRO
Fot. 4. W nowoczesnych pompach stawia się na wygodne podłączenie zasilania Fot. WILO
Fot. 4. W nowoczesnych pompach stawia
się na wygodne podłączenie zasilania Fot. WILO

Sterowanie zewnętrzne

Oferowane na rynku zewnętrzne sterowniki pomp to najczęściej urządzenia elektroniczne, których zadaniem jest automatyczne załączanie i wyłączanie pompy obiegowej uwzględniając określone kryteria – np. zadaną temperaturę. Sterowniki takie są przeznaczone do instalacji bazujących na kotle węglowym lub gazowym, które nie mają układu sterującego pracą pompy. Specjalny czujnik podłączony do regulatora mierzy temperaturę czynnika roboczego w przewodzie instalacji c.o. W instalacjach c.o. z kotłem węglowym sterownik wyłącza pompę obiegową w momencie wygaśnięcia płomienia w piecu. Z kolei w instalacjach c.o. wyposażonych w kocioł gazowy temperatura jaka jest ustawiona na regulatorze nie może przekraczać temperatury ustawionej na termostacie kotła c.o. Jak wiadomo ustawiając pokrętło sterownika na temperaturę przekraczającą punkt rosy zapobiega się poceniu kotła podczas rozgrzewania wody w instalacji c.o. Przydatnym rozwiązaniem jest również funkcja zapewniająca uruchomienie pompy co kilka dni na kilkadziesiąt sekund, co zapobiega jej blokowaniu w efekcie zastawania wody.

Sterowniki pompy c.w.u.

Fot. 5. Pompa zabudowana w instalacji. Fot. GRUNDFOS
Fot. 5. Pompa zabudowana w instalacji. Fot. GRUNDFOS

odpowiednie sterowniki dobiera się do nadzorowania pracy pomp c.w.u. W typowym urządzeniu tego typu zastosowanie znajdują dwa czujniki temperatury. Sterownik załącza pompy w momencie gdy różnica temperatur czujników przekroczy zadaną wartość z uwzględnieniem minimalnego progu załączenia pompy. Urządzenia zostają uruchomione w przypadku, gdy minimalny próg załączenia pompy nie jest przekroczony lub gdy zostanie osiągnięta temperatura zadana. Sterowniki pompy c.w.u. mają przynajmniej kilka zalet. Przede wszystkim eliminuje się niepotrzebną pracę pompy oraz zbędne wychłodzenie zbiornika wraz ze spadkiem temperatury zasilania. Istotną rolę odgrywa przy tym oszczędność energii elektrycznej oraz wydłużenie trwałości pompy. Ponadto specjalne funkcje sterowników eliminują zastanie pompy w przypadku dłuższego postoju. Warto również wspomnieć o funkcji ochrony instalacji przed zamarzaniem. Tym sposobem jeżeli temperatura na czujnikach kotła spadnie poniżej 6°C pompa zostanie załączona na stałe, natomiast zostaje wyłączona wraz z osiągnięciem temperatury 7°C. Jeżeli warunki instalacyjne tego wymagają to można zastosować sterowniki nadzorujące pracę trzech pomp. Sterownik załączy pompy wraz z przekroczeniem wartości progowej załączenia, a do wyłączenia dojdzie w momencie wychłodzenia kotła. Drugiej pompie można ustawić nie tylko temperaturę załączenia ale również temperaturę, do osiągnięcia której będzie ona pracowała. Jest przy tym możliwa współpraca z regulatorami pokojowymi.

Fot. 6. Ważna jest prosta obsługa pompy. Fot. WILO
Fot. 6. Ważna jest prosta obsługa pompy. Fot. WILO

Wymiana danych i obsługa

Nowoczesne sterowanie pomp obiegowych zapewnia szerokie możliwości w zakresie wymiany danych. W bardziej rozbudowanych instalacjach – np. przemysłowych, przyda się interfejs komunikacyjny RS-485. Niektóre sterowniki współpracują z dedykowanym oprogramowaniem komputerowym, które dodatkowo poszerza funkcjonalność w zakresie sterowania oraz analizowania parametrów i trendów. Przydatna jest również sygnalizacja optyczna, która informuje o funkcjach jakie realizuje pompa oraz o zadanych i bieżących parametrach. Coraz więcej pomp ma wyświetlacze LED lub ciekłokrystaliczne. Udostępniają one informacje o występujących błędach w pracy urządzenia, ilości przepracowanych godzin oraz aktualnym i maksymalnym poborze mocy. Na rynku oferowane są również pompy, które parametryzuje się za pomocą pilota zdalnego sterowania.

Fot. 7. Pompa z wyświetlaczem LCD..
Fot. 7. Pompa z wyświetlaczem LCD..
Fot. 8. Wymiana pompy obiegowej. Fot. GRUNDFOS
Fot. 8. Wymiana pompy obiegowej. Fot. GRUNDFOS

Parametry pomp obiegowych

Wybierając pompę obiegową analizuje się kilka parametrów. Istotną rolę odgrywa zakres funkcjonowania (np. maks. 2,4 m³/h), wysokość podnoszenia (np. 4,1 m) oraz temperatura cieczy (np. od 2 do 110°C). Ponadto odpowiednio dobiera się rodzaj pompowanego czynnika roboczego. Zazwyczaj jest nim ciecz czysta, bez ciał stałych oraz substancji oleistych, mineralnych i włókien. Oprócz tego ciecz nie może być lekka. Ciecz robocza powinna mieć parametry zbliżone do wody. Nie może być wybuchowa i musi być neutralna. Istotny parametr, który określa pracę pompy to minimalne ciśnienie na wlocie w zależności od temperatury cieczy – np. 0,5 bar do 85°C, 0,30 bar do 90°C, 1,00 bar do 110°C. Ponadto wybierając pompę nie można zapomnieć o doborze właściwego maksymalnego ciśnienia (np. 1,0 MPa), klasy ochronności (np. IP 42), klasy izolacji (najczęściej H), a także współczynnika efektywności energetycznej (np. EEI ≤0,23). Oprócz tego uwzględnia się sposób montażu (np. dławik skierowany w dół lub w bok, wał w pozycji poziomej). 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. 0-40°C; RH <95%). Aby zapobiec zjawisku kondensacji wilgoci w skrzynce sterowniczej i rotorze temperaturę czynnika roboczego tłoczonego przez pompę należy utrzymać na poziomie wyższym od temperatury otoczenia.

Fot. 9. Specjalne kształtki izolacyjne chronią przed stratami energii cieplnej. Fot. WILO
Fot. 9. Specjalne kształtki izolacyjne
chronią przed stratami energii cieplnej. Fot. WILO
Fot. 10. Pompy ze sterowaniem elektronicznym produkowane są również na potrzeby instalacji przemysłowych. Fot. WILO
Fot. 10. Pompy ze sterowaniem
elektronicznym produkowane są również
na potrzeby instalacji przemysłowych. Fot. WILO

Podsumowanie

Wybierając pompę bez względu na rodzaj jej sterowania trzeba mieć na uwadze fakt, że w przypadku gdy będzie ona miała zbyt małą wydajność to nie zapewni odpowiedniego przepływu wody w obiegach grzewczych. Z kolei jeśli urządzenie będzie miało zbyt dużą moc może wystąpić podwyższony pobór energii elektrycznej, podwyższony poziom hałasu oraz skróci się maksymalny okres eksploatacji pompy.

Damian Żabicki

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here