Sterownik pogodowy a zapewnienie komfortu wewnątrz

Odpowiedzi na popularne pytania użytkowników

W ostatnich latach, w nowych domach, bardzo często stosowane jest wodne ogrzewanie podłogowe. Naturalną konsekwencją takiego wyboru właścicieli domów jest zastosowanie sterownika pogodowego. Dzięki temu, mimo znacznej bezwładności ogrzewania płaszczyznowego, jesteśmy w stanie płynnie regulować wydajnością instalacji, a przez to osiągnąć stabilną temperaturę w pomieszczeniach. Dla wielu użytkowników zasada działania sterownika pogodowego jest nieco tajemnicza, stąd zwracają się do wykonawcy instalacji z wieloma pytaniami. Znajomość odpowiedzi na te pytania ułatwia pracę instalatorom i serwisantom dokonującym uruchomienia instalacji.

STEROWANIE POGODOWE A SZYBKOŚĆ REAKCJI NA ZYSKI CIEPŁA

Część użytkowników obawia się, że w przypadku nagłego wystąpienia zysków ciepła w pomieszczeniu np. z powodu obecności gości lub nasłonecznienia, system zarządzany przez sterownik pogodowy w żaden sposób nie będzie w stanie zareagować na tego typu sytuację. Taka obawa, wątpliwość jest naturalna z uwagi na to, że sterownik pogodowy często znajduje się w kotłowni, a nie w ogrzewanym pomieszczeniu. Mierzy wyłącznie temperaturę zewnętrzną, a nie wewnętrzną. Trudno więc wyobrazić sobie, by mógł reagować na nagły wzrost temperatury w pomieszczeniu. Użytkownicy obawiają się, że podwyższona temperatura będzie utrzymywała się przez wiele godzin, a źródło ciepła niepotrzebnie zużyje dodatkową ilość paliwa. W praktyce zadziała tzw. efekt samoregulacji instalacji. Chcąc zrozumieć ten mechanizm, powinniśmy zacząć od tego, jakie czynniki decydują o tym, ile energii system grzewczy przekazuje do pomieszczenia. Zależność tą opisuje poniższy wzór:

Q = m ∙ Cp ∙ (tpod – tpow)

gdzie:

Q – moc oddawana przez instalację podłogową [W]

m – przepływ wody w instalacji [kg/s]

Cp – ciepło właściwe wody (wartość jest w przybliżeniu stała) [kJ/kgK]

Tpod – temperatura powierzchni podłogi [oC]

Tpow – temperatura powietrza [oC]

Przykładowo, jeśli temperatura podłogi wynosi 26°C, a temperatura powietrza 20°C wówczas moc oddawana z powierzchni podłogi do powietrza w pomieszczeniu wynosi:

Q = m ∙ Cp ∙ (26 – 20) = m ∙ Cp ∙ 6 [kW]

Jeśli teraz, na skutek obecności gości, temperatura w pomieszczeniu wzrośnie, np. do 21°C, wówczas różnica między temperaturą podłogi, a temperaturą powietrza spadnie o 1/6, a od tej właśnie różnicy zależy wartość mocy oddawanej przez instalację podłogową do pomieszczenia. Spadek różnicy temperatury spowoduje automatycznie spadek mocy instalacji:

Q = m ∙ Cp ∙ (26 – 21) = m ∙ Cp ∙ 5 [kW]

Tak niewielki wzrost temperatury w pomieszczeniu powoduje wyraźny spadek mocy obiegu grzewczego o ponad 16%.

W konsekwencji w ciągu najbliższych godzin może nastąpić spadek temperatury w pomieszczeniu. Jej wartość może zbliżyć się do oczekiwanej wartości.

Opisany proces nazywany jest mechanizmem samoregulacji. Występuje on w każdej instalacji grzewczej, przy czym jest najskuteczniejszy w instalacji niskotemperaturowej ponieważ w tym przypadku wzrost lub spadek temperatury w pomieszczeniu o 1-2°C powoduje od razu znaczący spadek lub wzrost wydajności instalacji grzewczej.

STEROWNIK A WIETRZENIE DOMU

Kolejne pytanie to czy sterownik pogodowy może w jakikolwiek sposób zareagować na nagły spadek temperatury w pomieszczeniu spowodowany, np. wietrzeniem domu?

W prostej instalacji wyposażonej w regulator pokojowy wietrzenie pomieszczenia powoduje nagły spadek temperatury i szybką reakcję regulatora. W krótkim czasie następuje start źródła ciepła i praca instalacji aż do osiągnięcia oczekiwanej temperatury wewnętrznej.

Sterownik pogodowy z reguły nie mierzy temperatury wewnątrz pomieszczeń, stąd część osób obawia się, że wietrzenie pomieszczenia może spowodować długotrwały spadek temperatury w pomieszczeniu. W praktyce instalacja zarządzana przez sterownik pogodowy szybko i elastycznie reaguje na spadek temperatury powietrza spowodowany wietrzeniem pomieszczenia. Tu również główną rolę odgrywa mechanizm samoregulacji. Tym razem spadek temperatury wewnętrznej powoduje wzrost różnicy między temperaturą podłogi a temperaturą powietrza. Przekłada się to na wzrost mocy oddawanej przez instalację podłogową i sukcesywny wzrost temperatury w pomieszczeniach.

STEROWNIK A PRZYSPIESZENIE CZASU REAKCJI SYSTEMU

Czy istnieje możliwość, by system grzewczy szybciej reagował na ewentualne zakłócenia i zmiany temperatury w pomieszczeniu?

Szczególnie w budynkach o lekkiej konstrukcji, np. drewnianych, wpływ słonecznych i wewnętrznych zysków ciepła może powodować nagłe zmiany temperatury w pomieszczeniu. Oczywiście w pewnym stopniu wahania temperatury są tłumione dzięki efektowi samoregulacji instalacji podłogowej, ale mechanizm ten działa dość wolno. Chcąc skrócić czas reakcji instalacji, warto wykorzystywać dodatkowe funkcje, które ma wiele sterowników pogodowych. Przykładowo część z nich jest wyposażona w dodatkowy czujnik temperatury wewnętrznej, który może zostać aktywowany w przypadku umieszczenia sterownika pogodowego w pomieszczeniu reprezentatywnym. Oczywiście w dalszym ciągu wydajność systemu grzewczego jest regulowana w oparciu o czujnik temperatury zewnętrznej, proporcjonalnie do strat ciepła budynku. Jednak w przypadku nagłych wahań temperatury wewnętrznej sterownik pogodowy dokonuje korekty i czasowego przesunięcia krzywej grzewczej.

Możliwość pomiaru temperatury wewnętrznej i automatycznej korekty parametrów instalacji jest przydatna również w przypadku, gdy przebieg krzywej grzewczej nie odpowiada idealnie rzeczywistej charakterystyce pracy instalacji (rys. 1).

1 Przykład procesu korekty krzywej grzewczej na podstawie porównania zmierzonej i zadanej temperatury wewnętrznej

PRACA STEROWNIKA W OKRESACH PRZEJŚCIOWYCH

Jak zaradzić sytuacji, gdy temperatura w pomieszczeniach spada na początku i na końcu sezonu grzewczego?

Dość często użytkownicy zauważają, że jesienią i wiosną, w szczególności, gdy temperatura zewnętrzna znajduje się w zakresie od 0 do 12°C, trudno jest osiągnąć komfort termiczny w budynku. Dopiero spadek temperatury zewnętrznej sprawia, że instalacja utrzymuje komfortowy poziom temperatury w pomieszczeniu. Świadczy to o tym, że kształt/przebieg krzywej grzewczej nie pokrywa się z rzeczywistą charakterystyką instalacji. W okresie występowania wyższej temperatury zewnętrznej np. pomiędzy 0-12°C krzywa jest zbyt niska, a przez to i temperatura wody w instalacji również. W przypadku braku możliwości umieszczenia sterownika w jednym z pomieszczeń ogrzewanych i aktywowania czujnika temperatury wewnętrznej korzystnym rozwiązaniem byłoby przesunięcie, podwyższenie krzywej grzewczej dla wskazanego zakresu temperatury zewnętrznej. Można to osiągnąć wykonując dwa kroki (rys. 2):

– zmniejszyć nachylenie krzywej grzewczej, np. z 0,8 do 0,7,

– przesunąć równolegle krzywą do góry.

2  Po przesunięciu i zmianie nachylenia krzywej jej przebieg został skorygowany dla dodatniej temperatury zewnętrznej

3  Do przesunięcia krzywej grzewczej w pionie w części sterowników korzystamy z odpowiedniej funkcji. W przypadku sterownika wyposażonego w czujnik temperatury pokojowej korekta może być realizowana automatycznie (po umieszczeniu sterownika w pomieszczeniu referencyjnym)

ZBYT CIEPŁO W DOMU W TRAKCIE MROZÓW

W przypadku części instalacji kształt krzywej grzewczej nie pokrywa się z charakterystyką instalacji w trakcie silnych mrozów. W tym okresie temperatura w pomieszczeniach jest zbyt wysoka. Świadczy to o tym, że w końcowa część krzywej grzewczej jest zbyt wysoka. Rozwiązaniem jest redukcja nachylenia krzywej (rys. 4), np. z 0,8 do 0,7.

4  W przypadku przegrzewania budynku w trakcie mrozów wystarczy skorygować kształt krzywej, redukując jej nachylenie

BŁĘDY MONTAŻOWE A POPRAWNA PRACA SYSTEMU REGULACJI

Na etapie montażu sterownika i czujnika temperatury zewnętrznej niezbędny jest odpowiedni wybór lokalizacji tych elementów oraz staranne wykonanie połączeń elektrycznych. W przeciwnym razie okresowo mogą wystąpić trudności w uzyskaniu oczekiwanego komfortu termicznego w budynku. Przykładowe błędy i ich potencjalne konsekwencje to:

– umieszczenie czujnika temperatury zewnętrznej w miejscu, w którym przez kilka godzin może być on nasłoneczniony. Powoduje to oczywiście spadek temperatury w budynku rano lub po południu (w zależności od tego czy czujnik umieściliśmy od wschodu czy zachodu);

– umieszczenie czujnika w miejscu osłoniętym od oddziaływania wiatru, np. w narożniku wewnętrznym ściany. Może to powodować spadek temperatury w budynku w trakcie silnych podmuchów wiatru, ponieważ czujnik może w tym czasie wskazywać wyższą temperaturę;

– umieszczenie czujnika w strumieniu ciepłego powietrza, np. w pobliżu wylotu z instalacji wentylacyjnej lub nad oknem. Będzie to powodować zafałszowanie wskazań czujnika i okresowy spadek temperatury w pomieszczeniach;

– brak zabezpieczenia czujnika przed oddziaływaniem wilgoci, np. poprzez brak uszczelnienia przejścia przewodu przez obudowę czujnika. Po latach może dojść do korozji złącza czujnika i wahań jego wskazań, a przez to i wahań temperatury wewnętrznej.

5  W przypadku zasilania kilku obiegów grzewczych zastosowanie sprzęgła hydraulicznego i osobnych pomp obiegowych pozwala uzyskać odpowiedni przepływ w każdym z obiegów
6  Rezygnacja ze sprzęgła hydraulicznego i części pomp pozwala zredukować koszt inwestycji, ale może skutkować zakłóceniami przepływu wody w poszczególnych obiegach. Uniemożliwi to uzyskanie stabilnej temperatury wewnętrznej

PAMIĘTAJMY O PRZEPŁYWIE

Innym ważnym parametrem mającym wpływ na poprawność pracy sterownika pogodowego jest przepływ wody w instalacji. We właściwie pracującej instalacji zarządzanej przez sterownik pogodowy występuje stały przepływ wody, a sterownik reguluje jej temperaturę. Dzięki temu regulacja wydajności instalacji jest bardzo dokładna. W przeciwnym razie występują okresowe wahania temperatury w pomieszczeniu. W związku z tym konfigurując instalację, powinniśmy zadbać o jej zrównoważenie hydrauliczne. Przykładem instalacji, w której często dochodzi do trudności w utrzymaniu stałej temperatury w pomieszczeniach, jest układ, w którym połączono grzejniki i ogrzewanie podłogowe. Z reguły grzejniki wymagają zasilania wodą o nieco wyższej temperaturze niż instalacja podłogowa. W związku z tym źródło ciepła pracuje z temperaturą wymaganą do zasilania grzejników. Część wody trafia bezpośrednio do grzejników, a pozostały strumień do instalacji podłogowej. Przy czym na zasilaniu instalacji podłogowej redukujemy temperaturę wody za pomocą zaworu mieszającego. Ważne, by w każdym obiegu występował stały przepływ. Można to łatwo osiągnąć, stosując osobne pompy obiegowe i ewentualnie sprzęgło hydrauliczne (jeśli źródło ciepła ma wbudowaną pompę obiegową). Bywa jednak, że chcąc zredukować koszty inwestycji w instalacji, nie zastosowano pompy na zasilaniu grzejników. Przyjęto, że przepływ przez grzejniki wymusi pompa zainstalowana w źródle ciepła, np. kotle. Okazuje się jednak, że przepływ przez grzejniki będzie cechował się znaczną zmiennością w zależności od aktualnej pozycji zaworu mieszającego w instalacji podłogowej. Znaczne otwarcie zaworu spowoduje spadek przepływu przez grzejniki. Przymknięcie zaworu oznacza wzrost przepływu przez grzejniki. Finalnie okazuje się, że mimo dokładnej regulacji temperatury wody trafiającej do grzejników ich wydajność ulega znacznym wahaniom, wynikającym ze zmian przepływu wody w instalacji.

PODSUMOWANIE

Właściwie zamontowany i ustawiony sterownik pogodowy zapewnia stabilny komfort wewnętrzny przy najniższej temperaturze wody w instalacji, a przez to i najwyższej sprawności. W trakcie montażu i uruchomienia systemu ważna jest staranność i znajomość parametrów instalacji.

Wskazane jest również przekazanie użytkownikowi podstawowych informacji na temat zasady działania sterownika pogodowego. Pozwoli to uniknąć nieporozumień i dodatkowych wizyt czy zgłoszeń o domniemanej niesprawności instalacji.

Bezpłatna prenumerata