Pompy obiegowe do c.o. i c.w.u.

Dodano: poniedziałek, 03 grudnia 2018 13:27
Pompy obiegowe do c.o. i c.w.u.

Domowe instalacje centralnego ogrzewania wodnego, ciepłej wody użytkowej czy niekiedy również instalacje klimatyzacji wymagają zapewnienia przepływu czynnika między źródłem ciepła a punktem odbioru. W niewielkich, uproszczonych obiegach cyrkulacja wody mogła odbywać się samoczynnie w sposób grawitacyjny, ale w nowoczesnych, rozbudowanych systemach grzewczych i c.w.u. trzeba zamontować pompy, które zapewnią zrównoważoną pracę całego układu i umożliwią precyzyjną jego regulację. Ze względu na niemal ciągłe działanie tych pomp, istotnym zagadnieniem stało się ograniczenie zużycia energii do poziomu niezbędnego dla prawidłowego funkcjonowania instalacji.

Pożegnanie z instalacją grawitacyjną

Przez wiele dziesiątków lat małe, domowe instalacje grzewcze zasilane z kotła na paliwo stałe działały z wykorzystaniem grawitacyjnego obiegu wody. Niewątpliwą zaletą takiego systemu było uniezależnienie się od dopływu prądu (niezbędnego przy korzystania z obiegu pompowego), co szczególnie w rejonach wiejskich zapewniało możliwość utrzymania ogrzewania w przypadku częstych awarii sieci energetycznej i w konsekwencji - przerw w dostawie prądu.

Układ grawitacyjny zapewniał też - w pewnym stopniu - samoczynną regulację ogrzewania, gdyż przy zwiększonym zapotrzebowaniu na ciepło temperatura powrotu obniżała się, co z kolei wywoływało - dzięki większej różnicy temperatur zasilanie/powrót - wzmożony przepływ, a wiec i intensywniejsze dostarczanie mocy grzewczej.

Te cechy nie równoważą jednak istotnych wad systemu grawitacyjnego, który do efektywnej pracy wymaga zapewnienia sporej różnicy poziomów między kotłem i grzejnikami jak też odpowiednio dużych średnic rur instalacyjnych - znacznie większych niż w obiegach pompowych.

Dodatkowo brak możliwości skutecznego sterowania instalacją grawitacyjną sprawił, że istniejące jeszcze takie obiegi są z reguły modernizowane i wyposażane w pompy.

Charakterystyka pracy pomp w zgodzie z ekologią

Pompy obiegowe w domowych instalacjach centralnego ogrzewania jak i c.w.u. charakteryzują się stosunkowo niewielką wysokością podnoszenia przetłaczanej cieczy - (najczęściej w zakresie 4-6 m) i wydajnością do kilku metrów sześciennych na godzinę. W efekcie moc potrzebna do ich napędzania nie przekracza kilkudziesięciu watów, więc wydawać by się mogło, że nakłady energetyczne do ich zasilania nie będą duże.

Jednak pompy te często pracują w trybie ciągłym przez znaczną część roku, a ich liczba w nawet niewielkich nowoczesnych instalacjach domowych może wynosić 3-4 sztuki na obiekt.

Pompa obiegow LFP 25POR60C Solar z ręczną, trzystopniową regulacją wydajności LFP 25POR60C Solar
Pompa obiegowa LFP 25POR60C Solar z ręczną, trzystopniową regulacją wydajności, fot. LFP Leszno (archiwum portalu www.informatorbudownictwa.pl)

W rezultacie sumaryczne zużycie energii może być znaczne przy użytkowaniu pomp o postarzałej konstrukcji. Instalowane wcześniej pompy charakteryzowały się bowiem stałą charakterystyką pracy określającą zależność wydajności od wysokości podnoszenia.

Pompy te pracują ze stałą prędkością obrotowa wirnika (niezależnie od obciążenia), choć niektóre z nich wyposażone są w przełącznik 2-3 pozycyjny zmieniający skokowo liczbę obrotów.

W nowoczesnych instalacjach grzewczych wyposażonych w samoczynne zawory termostatyczne parametry pracy obiegu ulegają ciągłym zmianom spowodowanych wzrostem bądź spadkiem intensywności przepływu w wyniku otwierania się i przymykania termo-zaworów.

W takich sytuacjach pompa o stałej charakterystyce pracy zareaguje zmianą ciśnienia przetłaczania, a zdławienie przepływu zwiększa opory pracy, a więc i obciążenie silnika. Działanie pompy można wtedy porównać do samochodu jadącego z częściowo zaciągniętym hamulcem ręcznym - zużycie paliwa będzie zdecydowanie większe.

Zdławiony przepływ powoduje też głośną prace pompy i szybsze zużycie łożyskowania. Sztywne parametry pracy nie pozwalają również na dobre dopasowanie ich do wymagań konkretnej instalacji, choć skokowe przełączniki wydajności ułatwiają nieco ich dobór.

Istotna zmiana w sposobie regulacji pomp obiegowych nastąpiła po upowszechnieniu się sterowania elektronicznego silników indukcyjnych za pośrednictwem inwertera. Jednocześnie w ramach dyrektywy Unii Europejskiej odnośnie unormowań ekologicznych wprowadzono wymóg określania efektywności energetycznej dla tych pomp, a wskaźnik EEI nie może być większy niż 0,23 i wyznaczony wg przyjętej w rozporządzeniu metodyki badań.

Wilo-Stratos MAXO - nowa kategorię pomp w technologii SMART
Wilo-Stratos MAXO - nowa kategoria pomp w technologii SMART, która znacznie wykracza poza dostępne obecnie pompy o najwyższej sprawności lub tzw. pompy inteligentne. fot. Wilo

Parametr taki możliwy jest do uzyskania jedynie przez pompy samoczynnie dopasowujące parametry pracy do aktualnych warunków funkcjonowania instalacja, co pozwala na nawet kilkukrotne obniżenie zużycia energii w porównaniu z urządzeniami starego typu. Wymagania te spełnia elektroniczne, mikroprocesorowe sterowanie silnikiem pomp bezdławicowych.

Elektroniczne pompy bezdławicowe

Zwartą i bezobsługową konstrukcję pompy obiegowej uzyskuje się dzięki technologii bezdławicowej, gdy wirnik silnika i pompy umieszczone są na wspólnym wale, a uszczelniony (od kontaktu cieczą roboczą) jest jedynie stojan silnika.

Obecnie montowane są silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (PM) i z wirnikiem zanurzonym w przetłaczanym płynie, co jednocześnie zapewnia smarowanie ślizgowego ułożyskowania i chłodzenie.

Zależnie od przeznaczenia (instalacja c.o. czy też do wody pitnej) korpus pompy wykonuje się z żeliwa albo stali nierdzewnej bądź mosiądzu. Za sterowanie praca pompy odpowiada moduł elektroniczny zawierający przemiennik częstotliwości, który pozwala na zmian prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie oraz układ regulacji ręcznej i automatycznej.

Podstawowe parametry pompy określają zakres pobieranej mocy, maksymalną wysokość podnoszenia i wydajność przetłaczania, wskaźnik EEI oraz szereg wymagań montażowych takich jak średnica przyłączeń i ich rozstaw czy dopuszczalne pozycje zamocowania.

Pompa elektroniczna z wyświetlaczem LCD - nowy standard obsługi

Elektroniczne sterowanie pracą pomp zapewnia niezwykle szerokie możliwości regulacji, pozwalające na dostosowanie ich do współpracy z bardzo rozbudowanymi instalacjami.

Podstawowy program sterowania pompami obejmuje:

  • płynne ustawienie prędkości obrotowej wirnika, co zapewni stałą charakterystykę pracy pompy dostosowana do wymagań instalacji. Rozwiązanie takie stosuje się głównie w obiegach cyrkulacyjnych c.w.u. gdzie parametry przepływu są praktycznie stałe.
  • warunkach małych instalacji grzewczych pracę pomp ustawia się najczęściej w trybie automatycznym, dzięki czemu mogą one pracować z największą efektywnością energetyczną przy jednoczesnym utrzymaniu optymalnie funkcjonującego obiegu.
  • zbliżoną do automatycznej efektywność pracy pompy zapewnia regulacja proporcjonalna
  • w trybie ∆ p-v, działająca we wstępnie ustawionym zakresie dostosowanym do parametrów instalacji.
  • ze względu na konfigurację obiegu istotne może też być utrzymanie stałego ciśnienia dyspozycyjnego i wtedy pompę przełącza się w tryb Δ p-c pozwalający na utrzymywania nastawionej wartości.
Duży wyswietlacz pompy Wilo-Stratos PICO z wyświetlaczem LCD
Maksymalna sprawność energetyczna pompy obiegowej Wilo-Stratos PICO dzięki połączeniu silnika EC, Dynamic Adapt i możliwości dokonywania precyzyjnych ustawień na wyświetlaczu LCD, fot. Wilo

Niekiedy zakres regulacji pracy pompy rozszerzony jest o czujnik temperatury, który dodatkowo modeluje charakterystykę jej pracy np. ograniczając przepływ cieczy roboczej podczas nocnego obniżenia temperatury zasilania grzejników.

Pompy obiegowe wykorzystywane w np. w węzłach cieplnych, dużych instalacjach grzewczych mają bardzo rozbudowane układy elektroniczne pozwalające na podłączanie również sterowania zewnętrznego nie tylko w trybie włącz/wyłącz. ale również sygnałem analogowym (np. zmieniającym się napięciem z czujnika temperatury) lub cyfrowym.

Charakterystyka pracy elektronicznych pomp obiegowych typoszeregu Wilo-Stratos PICO
Charakterystyka pracy elektronicznych pomp obiegowych typoszeregu Wilo-Stratos PICO, fot. Wilo

Umożliwia to zsynchronizowanie działania pompy stosownie do zachodzących zmian w różnych, nawet odległych częściach instalacji.

Niektóre modele pomp wyposażone zostały w duże wyświetlacze, które ułatwiają proces programowania pracy pompy wg, założonego algorytmu, a także zapewniają odczyt zapisanych parametrów instalacji i prześledzenie jej funkcjonowania.

Dodatkowo łączność z urządzeniami zewnętrznymi umożliwiają interfejsy komunikujące się np. ze smartfonem (zdalne sterowanie pompą) lub systemem „inteligentnego budynku”.

Autor: Cezary Jankowski

Opracowanie: Aleksander Rembisz

Zdjęcie otwierające: Ferro (marka Weberman) – obieg czynnika grzewczego stymulowany pompą obiegową w instalacji ogrzewania podłogowego

Zdjęcia: Ferro (Weberman), Wilo, LFP Leszno (archiwum portalu www.informatorbudownictwa.pl)