Artykuł techniczny równowaga hydroniczna Nowe sposoby równoważenia systemów dwururowych Jak osiągnąć najlepszą równowagę hydroniczną w systemach grzewczych używając zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV i pompy z regulacją prędkości Grundfos MAGNA3 dynamic.danfoss.com
Wstęp Niskie zużycie energii w budynkach nie jest czymś, co łatwo osiągnąć. Zapewnienie współpracy elementów systemu grzewczego jest warunkiem wstępnym do uzyskania niższych rachunków za ogrzewanie. Środkiem zapewnienia niskiego zużycia energii jest prawidłowe zrównoważenie systemu grzewczego, ten artykuł wyjaśnia w jaki sposób nowy zawór Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV i nowa pompa z regulowaną prędkością Grundfos MAGNA3 współpracują w tym celu. Przyjrzymy się najpierw w jaki sposób kompensujemy wahania i jak wymaganie równoważenia układu grzewczego oznacza, że musimy kontrolować przepływ; i aby to osiągnąć musimy regulować różnicę ciśnień także w zaworach. Pokażemy jak to można osiągnąć przez zastosowanie zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV w połączeniu z pompą o regulowanej prędkości Grundfos MAGNA3 przyglądając się instalacji w duńskiej miejscowości Fredericia, gdzie do 60 mieszkań w 10-piętrowym budynku dostarczane jest ciepło z układu zawierającego dwie pompy Grundfos MAGNA3 obsługujące dwa węzły mieszania, z których każda obsługuje 10 rur pionowych wyposażonych w ręczne zawory równoważące Danfoss typu MSV każda. Ta instalacja wykazała, że zastosowanie połączenia pompy z regulacją prędkości Grundfos MAGNA3 i zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV zapewnia bezproblemowe działanie układu grzewczego. Dzisiaj odbywa się to w taki sposób, że żądany przepływ można z łatwością ustawić na każdym grzejniku i pompie za pośrednictwem nowego narzędzia Danfoss dp tool (do pomiaru ciśnienia) w połączeniu z Grundfos GO (oferującego zdalny dostęp do narzędzi Grundfos online). Zapewnia to nie tylko optymalizację pompy i najniższe zużycie energii, ale także znacznie skraca czas uruchomienia. Aby zapewnić wysoki komfort i najniższy możliwy koszt użytkowania, układy grzewcze muszą być prawidłowo uruchamiane. W przeszłości uruchamianie było skomplikowaną operacją, której powodzenie wymagało użycia wielu różnych zaworów i narzędzi pomiarowych. 2
Wyzwanie: równoważenie systemów dwururowych Nierównomierny rozdział ciepła pomiędzy jednostkami, pojedynczymi grzejnikami lub mieszkaniami, w układzie grzewczym jest czymś, co nazywamy problemem zrównoważenia. Układ grzewczy jest zrównoważony, kiedy zapewniony jest równomierny rozdział ciepłej wody, a co za tym idzie, maksymalny komfort przy minimalnych kosztach użytkowania. OBCIĄŻENIE Albo, ujmując to inaczej, układ grzewczy jest w równowadze, kiedy przepływ w całym układzie odpowiada natężeniom przepływów, które zostały określone w projekcie tego układu. Jest to kluczowym wyzwaniem dla wielu układów dwururowych. Przyjrzyjmy się na początek ogólnemu wyzwaniu w obsłudze dwururowych układów grzewczych. Poniższy profil obciążenia pokazuje w jaki sposób obciążenie zmienia się w sezonie grzewczym w Europie. zdolność grzewczą naszego układu grzewczego wymagana jest zaledwie przez 420 godzin z 7000 godzin grzewczych. 75% 50% 25% 428 1050 2450 3080 6% 15% 35% 44% GODZINY Aby skompensować wahania obciążenia wyposażamy nasze układy w zawory termostatyczne montowane na każdym grzejniku. Termostat zmniejsza przepływ przez dany grzejnik i zapewnia utrzymanie żądanej temperatury pomieszczenia. Ponieważ strata ciśnienia wzrasta w funkcji kwadratowej przepływu różnica ciśnień na zaworach pierwszego grzejnika jest znacznie wyższa niż ma to miejsce na ostatnim odbiorniku, jak pokazuje to poniższa ilustracja. GRZEJN GRZEJN GRZEJN 1 2 3 p a. p b. p c. H a. b. c. Q 3
Ponieważ różne grzejniki wymagają różnych przepływów, aby ogrzać dane pomieszczenie, możliwe jest wstępne ustawienie maksymalnego przepływu na każdym zaworze grzejnikowym. To wstępne ustawienie można zobaczyć na poniższym wykresie dla typowego zaworu grzejnikowego. Wstępne ustawienie można regulować w zakresie 1 7 w pozycji N, która oznacza zawór całkowicie otwarty. Jeśli układ grzewczy jest wyposażony w pompę o stałej prędkości, dostarczana różnica ciśnień będzie się znacznie różnić, jak widać na ilustracji poniżej. Kiedy przepływ jest zredukowany delta P na poszczególnych zaworach wzrośnie. W powyższym przykładzie przepływy wymagany przy maksymalnym obciążeniu wynosi 37 l/godz. Ale kiedy różnica ciśnień wzrasta (+0,2 bar) przepływ także rośnie, jak pokazano, do 62 l/godz. = 67%. 2 Delta P wzrasta od 0,1 bara do 0,3 bara 1 obciążenia 420 godzin PRZEPŁYW Kiedy przepływ maleje różnica ciśnień rośnie w przypadku pompy o stałej prędkości. Konkludując aby osiągnąć projektowy przepływ musimy regulować także różnicę ciśnień na zaworach. Teraz pokażemy jak to zrobić. 4
Statyczne uruchamianie układów dwururowych w porównaniu z dynamicznym Główną trudnością jest to, że układy grzewcze są często budowane i projektowane, aby spełniać wymogi cieplne z przyjęciem najgorszego scenariusza, np. kiedy temperatura na zewnętrz jest bardzo niska. Ale, ponieważ taka sytuacja ma jednak miejsce tylko kilka razy w roku (jeśli w ogóle) system będzie przewymiarowany w pozostałym okresie czasu. To zazwyczaj powoduje nadmierne wydatki energetyczne. Poniższy przykład statycznego uruchamiania układu grzewczego z wymaganiami dynamicznymi pochodzi z instalacji w duńskiej miejscowości Fredericia, gdzie do 60 mieszkań w 10-piętrowym budynku dostarczane jest ciepło z układu zawierającego dwie pompy Grundfos MAGNA3 obsługujące dwa węzły mieszania, z których każda obsługuje 10 rur pionowych i obejmującego łącznie 273 zawory grzejnikowe RA-N DN 10 oraz statyczne zawory równoważące Danfoss typu MSV. Budynek pochodzi z roku 1972 i został zmodernizowany w roku 1985 łącznie z wymianą okien i nową fasadą. Dwa węzły mieszania obsługujące po 10 rur pionowych każdy w 10-piętrowym budynku w Fredericia, Dania. 5
Teraz przyjrzymy się jak działa system ze statycznymi zaworami równoważącymi i statycznymi zaworami grzejnikowymi z nastawą wstępną. Następnie przeprowadzony zostanie ten sam test, ale tym razem z zaworami dynamicznymi. Test jest wykonywany nie tylko w warunkach pełnego obciążenia, ale, co ważniejsze, także przy obciążeniu częściowym. Podczas testu ustawiliśmy tryb sterowania pompy na ciśnienie proporcjonalne, a następnie na tryb ciśnienia stałego. Kolejną czynnością było dodanie nowego zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV w połączeniu z nową pompą z regulacją prędkości Grundfos MAGNA3. CIŚNIENIE 85% 75% 70% 60% WSPÓŁPRACA POMP I ZAWORÓW +4,4 KRZYWE POMP +3,1 +3,0 20% 40% 50% 70% +4,0 PROJEKTOWY PUNKT PRACY KRZYWA STEROWANIA ZAWÓR GRZEJNIKOWY KRZYWA SYSTEMU DODATKOWA DELTA P OBSZAR OGRANICZENIA PRZEPŁYWU PRZEPŁYW + Jednocześnie zmierzono różnicę ciśnień na najdalej położonym grzejniku, aby sprawdzić, czy ciśnienie jest tam wystarczające, aby uzyskać określony przepływ, w tym przypadku jest to 10 kpa, a żądany przepływ wynosi 30 l/ godz., stąd nastawa wstępna zaworu grzejnikowego będzie wynosić 2,5. Pompę MAGNA3 można ustawić na tryb ciśnienia proporcjonalnego, który umożliwi pompie zmniejszenie dostarczanego ciśnienia różnicowego podczas w warunkach zmniejszania przepływu. Zobacz wykres poniżej, po lewej stronie. Czerwona linia pokazuje krzywą sterowania proporcjonalnego, a zielona minimalną wymaganą różnicę ciśnień w układzie. Jak widać w niebieskich kołach, zawsze dostępny jest zapas różnicy ciśnień. Dlatego chcemy, aby pompa i dynamiczny zawór grzejnikowy dobrze razem współpracowały. p [kpa] 60 50 40 30 20 10 0 P1 H [m] 7 MAKS 6 5 4 3 2 1 MIN 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/godz] P1 P1 [hp] 0,35 0,30 Nawet, kiedy pompa MAGNA3 zmniejsza dostarczane 0,20 ciśnienie różnicowe na 0,25 zaworach 0,15 grzejnikowych przy częściowym obciążeniu nadal będzie nadmiar 0,10 0,05 MIN delty P*, jak pokazuje to tabela poniżej. 0,00 5 m MAKS 0 1 2 3 4 5 6 Q [l/s] 2 m H [m] 7 6 5 4 3 2 MAKS 1 MIN 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/godz] P1 [W] 280 MAKS 240 Kluczowy 200 problem tutaj jest następujący 160 pomimo, że pompa 120 z regulacją prędkości pomaga, nie 80 może ona utrzymać różnicy ciśnień 40 MIN na stabilnym 0 poziomie; ten problem 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/godz] jest rozwiązywany przez zawory dynamiczne 0 1 niezależne 2 3 4 5od ciśnienia. 6 Q [l/s] 5 m 1 m Statyczny zawór grzejnikowy Tryb sterowania, pompa Obciążenie układu Obciążenie układu 50% Zwiększona ΔP (przy 50% obciążeniu) Zwiększony przepływ Proporcjonalny 10,2 kpa 18,0 kpa 7,8 kpa 33% wzrost Stały 10,2 kpa 27,3 kpa 17,1 kpa 46% wzrost Wartości zmierzona przy najdalej położonym grzejniku Dynamiczny zawór grzejnikowy Tryb sterowania, pompa Obciążenie układu Obciążenie układu 50% Zwiększona ΔP (przy 50% obciążeniu) *Zakładając, że jest to tradycyjny rozległy system. Jeśli tak nie jest i zamiast tego system jest podzielony na dwa równe systemy równoległe, optymalnym trybem regulacji będzie ciśnienie stałe. Zwiększony przepływ Proporcjonalny 9,8 kpa 10,5 kpa 0,7 kpa <1% wzrost Stały 9,9 kpa 10,6 kpa 0,7 kpa <1% wzrost Wartości zmierzona przy najdalej położonym grzejniku 6
Mówi to nam, że ustawiając statyczne zawory grzejnikowe na częściowe obciążenia 50% spowodujemy wzrost ciśnienia w grzejnikach o (17,1-7,8) = 9,3 kpa. Co to oznacza w przypadku ryzyka nadmiernego przepływu można zobaczyć na ilustracji poniżej. Zawory grzejnikowe, statyczny w porównaniu z dynamicznym. 200 Przepływ [l/h] 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 Zawór dynamiczny 90 Zawór statyczny 80 0 10 20 30 40 50 60 dp [kpa] Użycie Danfoss dp tool do zrównoważenia grzejnika. Kiedy różnica ciśnień wzrasta z 7,8 kpa do 17,1 kpa, przepływ wzrasta z 80 do 132 l/godz., podczas gdy zawór dynamiczny utrzymuje stały przepływ. Zwiększona delta P przy częściowym obciążeniu spowodowałaby nadmierny przepływ i wzrost kosztów ogrzewania wykazując potrzebę prawidłowej regulacji delta P. Użycie zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV utrzymuje przepływ na stałym poziomie, nawet kiedy delta P się zmienia. Regulator różnicy ciśnień wewnątrz RA-DV utrzymuje spadek ciśnienia po przejściu przez zawór regulacyjny na stałym poziomie, co oznacza utrzymanie stałego przepływu przez zawór RA-DV. Pokazuje to poniższy wykres. Przepływ [l/h] 160 140 120 100 80 60 40 20 0 przepływ maks. RA-DV 0 10 20 30 40 50 60 dp [kpa] Dlatego, odpowiedzią na wyzwanie związane z dodatkową deltą P jest wykorzystanie pompy z regulacją prędkości takiej, jak Grundfos MAGNA3 i użycie zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV, który w połączeniu pompą zapewni bezproblemowe działanie układu grzewczego, jak pokazuje to przykład z Federicia omówiony powyżej. Instalacja pracuje już od roku i możemy zaobserwować, że koszt pracy pompy został zmniejszony o około 57% lub wartość równą 980 kwh/rocznie. 7
Optymalizacja pompy Jeśli pompy pracują optymalnie zapewnione jest najmniejsze możliwe zużycie energii. Optymalizacja pompy wraz z proporcjonalną regulacją ciśnienia jest możliwa tylko za pomocą automatycznych zaworów równoważących. Uruchomienie jest ułatwione za pomocą nowego narzędzia Danfoss dp tool (do pomiaru różnicy ciśnień) w połączeniu z Grundfos GO (oferującego zdalny dostęp do narzędzi Grundfos online) i zapewnia optymalizację pompy oraz najniższy pobór energii. Przyrząd dp tool jest wyjątkowo przydatnym, prostym i unikalnym narzędziem używanym podczas uruchomienia przy oddaniu do eksploatacji, które Wnioski Najlepsze systemy grzewcze wymagają starannego uruchomienia przy oddaniu do eksploatacji, jeśli celem są najniższe możliwe rachunki za energię. Teraz jest to jak najbardziej możliwe poprzez użycie zaworu Danfoss Dynamic Valve typu RA-DV w połączeniu z nową pompą z regulacją prędkości Grundfos MAGNA3. W konkretnym przykładzie instalacji z duńskiej miejscowości Fredericia uzyskane oszczędności wynoszą nie mniej niż 12% rachunku za ogrzewanie. Jest to możliwe tylko dzięki użyciu nowego zaworu dynamicznego Danfoss w połączeniu z nową pompą Grundfos MAGNA3. mierzy dostępną różnicę ciśnień. Narzędzie montowane jest na krytycznym zaworze, na którym różnica ciśnień jest najmniejsza. W trybie pełnego obciążenia delta P musi wynosić 10 kpa. Jeśli okaże się, że różnica ciśnień jest mniejsza lub większa od tej wartości, nastawa jest regulowana na pompie MAGNA3. Nastawa jest powiązana z różnicą ciśnień zapewnianą przez pompę. Należy zauważyć, że ta wartość będzie zawsze wyższa niż zmierzona na krytycznym zaworze, ponieważ różnica ciśnień maleje w układzie. Dzisiaj odbywa się to w taki sposób, że żądany przepływ można z łatwością ustawić na każdym grzejniku i pompie używając narzędzia Danfoss dp tool i Grundfos GO. Zapewnia to nie tylko optymalne działanie, ale także znacznie skraca czas uruchomienia. To pokazuje nam, że istnieje wiele powodów, dla których Ty jako inżynier-doradca możesz dążyć do potencjalnych oszczędności energii, które są możliwe w wielu budynkach mieszkalnych. Grundfos GO jest mobilną skrzynką narzędziową dla profesjonalnych użytkowników do bieżącego wykorzystania. Jest to najbardziej rozbudowana platforma do mobilnego sterowania i doboru pomp łącznie z ich wymiarowaniem, wymianą i dokumentacją i można ją pobrać na dowolne urządzenie z systemem operacyjnym ios lub Android. Po wykonaniu tych czynności użytkownik może mieć pewność, że system energetyczny jest prawidłowo uruchomiony, nie tylko w warunkach przepływu projektowego, ale także, i co najważniejsze, w warunkach obciążenia częściowego. W rezultacie zyskujemy najniższe możliwe zużycie energii dla całego systemu grzewczego. Aby zapewnić wysoki komfort i najniższy możliwy koszt użytkowania, układy grzewcze muszą być prawidłowo uruchamiane przy oddaniu do eksploatacji. W przeszłości uruchamianie było skomplikowaną operacją, której powodzenie wymagało użycia wielu różnych zaworów i narzędzi pomiarowych. Rene Hansen, Danfoss Czerwiec 2015 Anders Nielsen, Grundfos Grundfos GO na platformę Android i ios. Danfoss SP. z o.o.. ul. Chrzanowska 5. 05-825 Grodzisk Mazowiecki Telefon: (22) 755 07 00. Telefax: (22) 755 07 01. e-mail: info@danfoss.pl. http://www.danfoss.pl VFGWK149 Prawa autorskie Danfoss... 2016.01