Pompy obiegowe w instalacji grzewczej pytania Najbardziej dziś popularnym rodzajem ogrzewania są pompowe (ciśnieniowe) układy grzewcze. W takich układach woda krąży między kotłem a grzejnikami dzięki różnicy ciśnienia wytworzonej przez pompę. Jakie parametry są ważne przy doborze pompy obiegowej? Jak uniknąć błędów i co traktować ze szczególną uwagą? Poniżej odpowiedzi ekspertów na pytania najczęściej zadawane. 1. Na jakiej podstawie dobiera się pompę obiegową w instalacji grzewczej? Podstawowymi parametrami doboru pomp są natężenie przepływu cieczy V oraz wysokość podnoszenia H. Wielkość natężenia przepływu jest ustalana z warunku pokrycia wszystkich potrzeb odbiorników przyłączonych do instalacji i wyrażona jest wzorem: Q- zapotrzebowanie na moc cieplną [kw], ρ - gęstość nośnika ciepła [kg/ m3], gdy nośnikiem jest woda to r = 1 kg/dm3, c - ciepło właściwe nośnika [kj/(kg K)], gdy nośnikiem jest woda to c = 4,19 kj/(kg K), ΔT - różnica temperatury nośnika w przewodzie zasilającym i powrotnym [K]. Wysokość podnoszenia pompy, to ciśnienie jakie pompa powinna wytworzyć równoważąc sumę wszystkich oporów przepływu w instalacji. Na opory przepływu składają się straty liniowe w rurociągach oraz straty przepływu na źródle ciepła (np. kocioł, wymiennik) i armaturze (zawory termostatyczne, zawory regulacyjne, filtry itp.)
Fot. 1. Instalacja z pompą ALPHA2 2. Jakie są skutki złego doboru pompy obiegowej do instalacji grzewczej? Stanisław Sowa, Product Manager z firmy Wilo wyjaśnia: Rozważmy dwa przypadki. Pierwszy, kiedy rzeczywisty punkt pracy leży znacznie powyżej charakterystyki pompy i drugi, kiedy punkt pracy znajduje się znacznie poniżej charakterystyki pompy. Gdy rzeczywisty punkt pracy leży powyżej charakterystyki urządzenia, pompa (zarówno stałoobrotowa, jak elektroniczna) będzie za mała to znaczy, że w chłodniejszych dniach roku będziemy mieli problem z niedogrzewaniem pomieszczeń. Poza tym pompa przez znaczą część swojej pracy będzie pracowała na maksymalnym obciążeniu, przez co jej okres bezawaryjnej eksploatacji ulegnie znacznemu skróceniu. Problem możemy rozwiązać przez zastosowanie pompy o większych parametrach, której charakterystyka spełni wymagania punktu pracy, co zapewni uzyskanie odpowiednich temperatur w pomieszczeniach i długą, bezawaryjną pracę. Fot. 2. Wilo-Stratos PICO technologia 3W
Gdy rzeczywisty punkt pracy leży znacznie poniżej charakterystyki pomy stałoobrotowej w instalacji przy niskich obciążeniach (cieplejsze dni) może wystąpić znaczny wzrost ciśnienia, który powoduje znaczny hałas w instalacji (szumy przepływu) oraz wysokie koszty zużycia energii elektrycznej. Takie zakłócenia pracy instalacji nie wystąpią, gdy zastosujemy pompę regulowaną. Przy niższym zapotrzebowaniu na ciepło będzie ona pracować na niższych obrotach. 3. W jaki sposób wyliczyć straty ciśnienia instalacji? Bogdan Pawlak, Inżynier Produktu Technika Cieplna LFP tłumaczy: Największe spadki ciśnienia powodują: kocioł, zawory regulacyjne i grzejniki. Ich wartości powinny być podane w dokumentacji technicznej. Często jednak (zwłaszcza w przypadku układów starszego typu) inwestor nie posiada tych danych - wtedy pozostaje wyczucie i doświadczenie instalatora oraz fachowa pomoc, którą można uzyskać u producentów urządzeń. Miejscowe straty ciśnienia na takich elementach instalacji jak kocioł, rury i kolana rosną do drugiej potęgi w stosunku do przepływu, czyli gdy przepływ ulegnie podwojeniu, to straty ciśnienia wzrosną czterokrotnie. Fot. 3. Pompa ERGA, produkowana przez Leszczyńską Fabrykę Pomp Powstałe w instalacji straty ciśnienia niweluje działanie pompy. W niedużych domach na ogół wystarczająca jest pompa o wysokości podnoszenia 2,5 m słupa wody. Mocniejsze pompy potrzebne są do instalacji ogrzewania podłogowego oraz domów o dużej powierzchni lub wielu piętrach. B. Pawlak przypomina: Pamiętajmy - właściwy dobór pompy może zaważyć na sprawnym działaniu całej instalacji grzewczej. Dlatego kupując pompę obiegową, oprócz tak ważnych kryteriów jak trwałość, niezawodność i cena, trzeba wziąć pod uwagę przede wszystkim jej charakterystykę, czyli dopasować ją do instalacji. Charakterystyka to wykres zależności wysokości podnoszenia i natężenia przepływu wody. Wysokość podnoszenia określa się w metrach słupa wody (dla uproszczenia często podaje się wysokość podnoszenia po prostu w metrach). Wartość wysokości podnoszenia pompy wynika z oporów przepływu wody w instalacji - powinna być równa spadkom ciśnienia na poszczególnych jej elementach. Natężenie przepływu wody w instalacji zależne będzie od długości i przekroju rur oraz ilości grzejników czyli oporów instalacji."
Fot. 4. Pompa ALPHA2, produkowana przez Grundfos. 4. Czy konieczne jest zabezpieczenie pompy przed przeciążeniami (przegrzaniem silnika)? Jeśli tak, to w jaki sposób to zrobić? Mieczysław Kopa, Starszy Inżynier ds. Serwisu Grundfos radzi: Najlepszym zabezpieczeniem pompy przed przeciążeniem jest właściwy dobór urządzenia do instalacji, w jakiej będzie pracować. Poza tym, w większości przypadków, pompę należy zabezpieczyć przed przeciążeniami właściwym zabezpieczeniem nadprądowym. Potrzeba takiego zabezpieczenia powinna być zasygnalizowana w dokumentacji urządzenia. Pamiętajmy jednak, że samo rozgrzanie silnika nie musi być objawem zwiastującym niebezpieczeństwo. Obecnie rzeczą naturalną dla wielu silników jest stosunkowo wysoka temperatura pracy. Na powierzchni nowszych silników temperatura może osiągnąć 90 C przy zapewnieniu równie długiego okresu eksploatacji, jak dla silników produkowanych w przeszłości. 5. Czy praca pompy obiegowej w instalacji grzewczej zagrożona jest kawitacją? Kawitacja to formowanie się i rozpadanie pęcherzyków pary. Zjawisko to może doprowadzić do znaczących uszkodzeń pompy. Kawitacja może pojawić się w rejonach wewnątrz pompy, gdzie następuje gwałtowny spadek ciśnienia, poniżej ciśnienia parowania cieczy (ciśnienie parowania cieczy jest to ciśnienie, przy którym ciecz zaczyna wrzeć lub parować). Aby zapobiec kawitacji należy zawsze upewnić się, że po stronie ssącej pompy ciśnienie jest wystarczająco wysokie - ciecz nie wrze ani nie paruje. Uwaga: jeśli pompa kawituje, można przymknąć zawór po stronie tłocznej w celu zmniejszenia wydajności pompy i obniżenia wymaganego NPSH dla pompy. Należy jednak upewnić się, czy przepływ przez pompę jest wystarczający do właściwego chłodzenia i smarowania uszczelnień.
Fot. 5. Pompa Experia 25/40, produkowana przez LFP. 6. Co to jest krzywa NPSHR i jakie ma ona znaczenie? Krzywa NPSHR (Net Positive Suction Head Required - ang. wymagana antykawitacyjna wysokość ssania ) pokazuje wartość wysokości ssania, wyrażoną w metrach słupa wody, uniemożliwiającą odparowanie i kawitację wewnątrz pompy. Jest wyznaczana indywidualnie dla każdej pompy w zależności od krzywej charakterystyki jej wydajności pompy. Musi być podana w dokumentacji technicznej pompy. 7. Co to jest uderzenie hydrauliczne i jakie są jego skutki dla pompy obiegowej? Zjawisko wyjaśnia Bogdan Pawlak z LFP: Uderzenie hydrauliczne jest to nagły skok ciśnienia wywołany przez gwałtowną zmianę prędkości wody w instalacji rurowej. Uderzeniu hydraulicznemu często towarzyszą odgłosy podobne do uderzenia młotkiem rury. W instalacjach studni głębinowych uderzenie hydrauliczne powstaje zazwyczaj, gdy: 1. zawór zwrotny montowany jest na pionowej rurze, więcej niż 9 m powyżej stałego lustra wody, lub 2. zawór zwrotny zamontowany na pionowej rurze przecieka, podczas gdy zamontowany powyżej następny zawór zwrotny jest szczelny.
Fot. 6. Pompa STRATOS ECO, produkowana przez Wilo. W obu sytuacjach wytwarza się podciśnienie w pionowej rurze. Przy następnym uruchomieniu pompy, woda porusza się z bardzo dużą prędkością wypełniając przestrzeń podciśnienia i uderza w zamknięty jeszcze zawór zwrotny (przytrzymywany przez słup wody na rurociągu pionowym powyżej zaworu) powodując nagły skok ciśnienia i wstrząs hydrauliczny. Wstrząs hydrauliczny może uszkodzić rurę, zerwać połączenia i zniszczyć pompę wraz z silnikiem. Kiedy odkryje się taką sytuację, należy wyłączyć pompę i skontaktować się z instalatorem pomp w celu rozwiązania problemu. Fot. 7. Pompa ALPHA2 L (N) 8. Jakie znaczenie ma rura obejścia (bypass) i jej właściwe zwymiarowanie?
Układ bypass u powinien być montowany jeśli nie ma możliwości ciągłego zapewnienia pracy pompy powyżej minimalnego wymaganego przepływu cieczy, który niezbędny jest do zapewnienia ciągłego odpowiedniego chłodzenia i smarowania pompy obiegowej. Niewystarczające chłodzenie i smarowanie może doprowadzić do przegrzania, zużycia łożysk, tarcia powierzchni czołowych uszczelnień, przecieków na uszczelnieniu i ostatecznie może być przyczyną przedwczesnego uszkodzenia pompy. Układ bypass u powinien być wyprowadzony z odpowietrzenia (uszczelnienia wału pompy) lub ze strony tłocznej pompy i doprowadzony w odpowiedniej odległości przed stronę ssącą pompy lub wprowadzony do zbiornika, aby zapewnić schłodzenie cieczy. Ciecz z rury obejściowej musi mieć możliwość schłodzenia zanim ponownie powróci do pompy w celu zabezpieczenia pompy przed przegrzaniem. Dlatego nigdy nie należy przyłączać rury obejściowej bezpośrednio przed pompą. Fot. 8. Opatentowane podłączenie Wilo-Konektor w pompie Wilo-Stratos PICO 9. Czy w instalacjach z pompą obiegową konieczne jest stosowanie filtra? Na trwałość pompy decydujący wpływ ma jakość wody w układzie grzewczym, dlatego zaleca się montaż filtra, który będzie wychwytywał ewentualne zanieczyszczenia. Wpływ na jakość wody ma wiele czynników (m.in. twardość, ph, zanieczyszczenia). Pamiętajmy, że filtr, co pewien czas należy oczyścić z osadzających się w nim zanieczyszczeń. 10. W jaki sposób określić wymagane ciśnienie napływu na stronę tłoczną pompy obiegowej? Wymagane ciśnienie napływu na stronę tłoczną pompy obiegowej powinno być określone przez producenta. Jest ono zależne od typu pompy, wymagań, zastosowania, temperatury cieczy. Zbyt niskie ciśnienie napływu cieczy może skutkować opisaną wcześniej kawitacją.
11. Czy podczas eksploatacji pompy wymagane są jakieś prace serwisowe? Stanisław Sowa z Wilo tłumaczy: Pompa bezdławnicowa ze względu na swoją konstrukcję (mokry silnik) nie posiada części (dławnicy, łożysk tocznych), które podlegają zużyciu podczas eksploatacji. Natomiast w pompach o konstrukcji dławnicowej elementem zużywającym się podczas eksploatacji i podlegającym wymianie serwisowej jest dławnica. Pamiętajmy jednak, że każda pompa jest urządzeniem mechanicznym i należy ją monitorować, a w przypadku stwierdzenia nieprawidłowej pracy podjąć czynności serwisowe. 12. Co się stanie, jeśli zamontujemy pompę w instalacji nie zgodnie z kierunkiem przepływu wody? Niewłaściwy montaż pompy w instalacji spowoduje najprawdopodobniej uszkodzenie pompy. W najlepszym wypadku efektem takiego błędu będzie spadek sprawności instalacji. Każda pompa powinna mieć wyraźne oznaczenie kierunku przepływu, które w praktyce powinno uniemożliwić jej niewłaściwy montaż. W czasie montażu pompy należy więc zwrócić uwagę na to, aby kierunek przepływu wody był zgodny ze strzałką na korpusie. Warto również przed i za pompą zainstalować zawory odcinające, które w przypadku awarii pozwolą ją wymontować, bez opróżnienia instalacji z wody. 13. Czy wstawienie pompy obiegowej do instalacji grawitacyjnej starego typu (żeliwne grzejniki, kocioł bez zasobnika) poprawi wydajność instalacji? Montaż pompy obiegowej w starej instalacji z pewnością poprawi jej sprawność. Stanie się tak, ponieważ pompa wymusza obieg wody w układzie. Pompy obiegowe montowane są nie tylko w nowych instalacjach. Mogą również posłużyć do modernizacji i usprawnienia już istniejących systemów grzewczych bez potrzeby przerabiania całej instalacji. Zdarza się, że w instalacji grawitacyjnej nie wszystkie grzejniki osiągają zakładaną temperaturę. Taki przypadek może mieć wiele przyczyn, np. niestaranne zaprojektowanie lub złe wykonanie instalacji lub zarośnięcie rur kamieniem kotłowym, przez co wzrastają opory przepływu i gorąca woda przestanie dopływać do grzejników. Zastosowanie pompy powinno taki problem rozwiązać. Pamiętajmy jednak, aby taką inwestycję uzgodnić z fachowcami, stara instalacja może bowiem wymagać drobnych przeróbek. Konieczne może być np. zaoporowanie instalacji poprzez zamontowanie zaworów regulacyjnych przy grzejnikach. 14. Czy lepiej montować pompę na wylocie z kotła, czy lepiej na powrocie?
Mieczysław Kopa z firmy Grundfos: W instalacji z układem otwartym zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest montaż pompy na powrocie cieczy do kotła. Podobnie jest w przypadku pieców opalanych opałem. Na wyjściu z kotła musza być montowane pompy z opcją redukcji nocnej. W pozostałych przypadkach jest to bez znaczenia. 15. Co to znaczy, że pompa jest w klasie energetycznej A? Kilka lat temu firmy pompowe określiły zasady wyznaczania klas sprawności energetycznej dla pomp (podobnie jak to się ma do innych urządzeń np. lodówek, pralek, telewizorów). Wielkością kwalifikującą pompy do odpowiedniej klasy jest wartość współczynnika sprawności energetycznej (EEI ang. energy efficiency indeks). Jest ona wyliczana przez niezależne od producentów instytucje, dla każdego typu pompy bezdławnicowej. Do najbardziej energooszczędnej klasy A zaliczane są pompy o najwyższej sprawności, czyli te które uzyskują wartość współczynnika EEI 0,4. Urządzeniami spełniającymi te wymagania są pompy elektroniczne wyposażone w silnik z magnesem trwałym. Takimi pompami są np. pompy z rodziny Wilo-Stratos. Zastosowanie pompy o klasie energetycznej A pozwala zaoszczędzić znaczne ilości energii elektrycznej niezbędnej do pracy urządzenia. KONTAKT Fachowy Instalator E-mail: malgorzata.dobien@targetpress.pl WWW: www.fachowyinstalator.pl Tel: +48 22 635 05 82 Fax: +48 22 635 41 08 Adres: Hajoty 53/2 01-821 Warszawa