O regulacji pomp wirowych

Rodzaje regulacji: stało- i zmiennoprzepływowa

Wraz z rozwojem techniki, a także trendem ograniczenia energochłonności sprzętu domowego zaczęto stosować pompy z elektroniczną regulacją prędkości obrotowej. Wprowadzono również algorytmy dostosowujące pracę pompy do zapotrzebowania instalacji, czyli różne sposoby regulacji. 

Z historii pomp obiegowych….

Na początku użytkowania pomp obiegowych do instalacji nie mieliśmy żadnego problemu z wyborem odpowiedniego sposobu regulacji, ponieważ stosowano pompy bez regulacji – pompy pracowały zgodnie ze swoją charakterystyką stanowiącą zależność dyspozycyjnej wysokości podnoszenia i przepływu występującego w instalacji (rys. 1). Występowało kilka typoszeregów pomp, niestety ze względu na zróżnicowanie zapotrzebowania na parametry powodowało to konieczność znaczącego przewymiarowania stosowanych urządzeń. Z czasem, celem ograniczenia liczby oferowanych produktów, a także umożliwienia lepszego dopasowania pracy pompy do instalacji (jak również zredukowania konsumpcji energii elektrycznej) wprowadzono możliwość regulacji obiegowych pomp wirowych. Mogliśmy zapewnić wymaganą moc pompy za pomocą ustawienia wymaganego biegu (w zależności od modelu pompy wyposażano je z reguły w możliwość nastawy od 2 do 4 stopni prędkości obrotowych).

Parametry, jakie musi spełnić pompa wirowa

Wymagany przepływ jest to ilość czynnika, jaka musi zostać przetransportowana od punkt dystrybucji do odbiorników dla zapewnienia komfortu cieplnego w pomieszczeniach.
Wysokość podnoszenia jest sumą oporów hydraulicznych występujących w instalacji, jakie musi pokonać medium celem dotarcia do wszystkich miejsc w instalacji. Tu musimy pamiętać, że wysokość budynku nie ma znaczenia w odniesieniu do wysokości podnoszenia pompy. Możemy mieć sytuację, że kilkukondygnacyjny dom o małej powierzchni pięter będzie wymagał mniejszej wysokości podnoszenia niż parterowa, lecz rozległa instalacja. Należy również pamiętać, że jeśli w obiekcie zamontowane są standardowe grzejniki, nie ma konieczności stosowania znacząco większych przepływów, ponieważ krzywa pracy wskazuje na to, że wydajność w okolicach wymaganego przepływu nie jest z nim mocno związana przy wahaniach ±10% przepływu odchyłka wydajności wynosi tylko ±2% (zależność tą pokazano na rys. 2).

Pompy z elektroniczną regulacją prędkości obrotowej i rodzaj regulacji

Wraz z rozwojem techniki, a także trendem ograniczenia energochłonności sprzętu domowego zaczęto stosować pompy z elektroniczną regulacją prędkości obrotowej.
Zastosowanie przetwornic częstotliwości pozwoliło na ustawienie jednej z bardzo wielu prędkości (kilkudziesięciu, a nawet kilkuset prędkości obrotowych). Pozwoliło to na dobre dopasowanie parametrów pracy pompy do istniejącego zapotrzebowania na moc. Wraz z zastosowaniem regulowanej prędkości obrotowej wprowadzono również algorytmy dostosowujące pracę pompy do zapotrzebowania instalacji.
Podstawowymi sposobami regulacji stosowanymi w małych i średnich układach są:
– regulacja stałociśnieniowa Δp-c, gdzie układ elektroniki stara się utrzymywać stałą różnicę ciśnień – tj. dyspozycyjną wysokość podnoszenia,
– regulacja zmiennoprzepływowa (nazywana także proporcjonalną) Δp-v, gdzie wraz ze spadkiem zapotrzebowania na przepływ zmniejszana jest dyspozycyjna wysokość podnoszenia. Większość producentów stosuje algorytm, w którym dyspozycyjna wysokość podnoszenia przy zerowym przepływie równa jest ½ zadanej wysokości podnoszenia.
Zależności te zostały pokazane na rys. 3.

Rodzaj regulacji do konkretnej instalacji

Oczywiście każdy rodzaj regulacji przeznaczony jest do innego rodzaju instalacji.
Regulacja Δp-c przeznaczona jest dla układów o małej regulacji, gdzie opory armatury są niewielkie lub w układach, gdzie zachowanie określonej minimalnej dyspozycyjnej wysokości podnoszenia jest niezbędne dla prawidłowej pracy instalacji. W praktyce są to instalacje starszego typu charakteryzujące się dużymi przekrojami rur, instalacje ogrzewania podłogowego oraz wszelkie instalacje chłodzenia lub grzania maszyn, gdzie zapewnienie odpowiedniego przepływu czynnika jest nadrzędne dla poprawnego funkcjonowania układu. Regulacja ta jest mniej energooszczędna niż Δp-v, jest jednak mniej podatna na anomalie występujące w układzie. Przykład zastosowania przedstawiono na rys. 4.

Regulacja Δp-v przeznaczona jest do układów o dużej regulacji, gdzie opory armatury są znaczące, a zachowanie minimalnej dyspozycyjnej wysokości podnoszenia nie jest tak istotne. W praktyce są to instalacje nowszego typu, wykonane z rur o mniejszej średnicy z zastosowanymi zaworami termostatycznymi.
Regulacja ta ze względu na zmniejszanie dyspozycyjnej wysokości podnoszenia wraz ze spadkiem zapotrzebowania na przepływ jest bardziej energooszczędna i zwiększa komfort użytkowania instalacji poprzez wyeliminowanie szumów przepływowych w instalacji. Przykład zastosowania przedstawiono na rys. 5.

Rodzaj regulacji a zużycie energii elektrycznej i praca instalacji

Na podstawie pomiarów pompy elektronicznej o najwyższej sprawności Stratos Pico 25/1-6 o maksymalnej wysokości podnoszenia wynoszącej 6 m, można opracować wykres zużycia energii elektrycznej przy poszczególnych charakterystykach (rys. 6).
Na podstawie wykresu łatwo stwierdzić, że:
- regulacja Δp-v jest bardziej energooszczędna;
- powyżej pewnego przepływu (w naszym wypadku 1,5 m3/h) pobór energii w obydwu przypadkach jest identyczny.

 

Jest to spowodowane tym, że powyżej pewnych parametrów pompa nie jest w stanie osiągnąć ustawionej wysokości podnoszenia i zaczyna pracować wg charakterystyki maksymalnej prędkości obrotowej (jak w przypadku rys. 1).
Dodatkowo w przypadku regulacji Δp-v jak np. w sytuacji z rys. 4 celem zapewnienia odpowiedniej wysokości podnoszenia konieczne byłoby zastosowanie znaczącego naddatku nastawy, a to nie byłoby już energooszczędne. Dodatkowo w przypadku tego rodzaju regulacji istnieje możliwość, że pewne zaburzenia prawidłowego funkcjonowania instalacji będą błędnie interpretowane przez procesor pompy – np. zapchane filtry mogą być „interpretowane” jako przymknięte zawory termostatyczne i pompa zmniejszy prędkość obrotową (w przypadku regulacji stałociśnieniowej).
Regulacja Δp-c jest z kolei bardziej uniwersalna, w przypadku zastosowania jej w sytuacji z rys. 5 instalacja od strony hydraulicznej będzie pracowała poprawnie, ponieważ w każdym punkcie pracy instalacji zostanie zachowana minimalna dyspozycyjna wysokość podnoszenia.

Skutki „błędnego” ustawienia pompy:
• zbyt mała wysokość podnoszenia oznacza brak przepływu w najbardziej oddalonych punktach instalacji, co spowoduje tzw. niedogrzewanie końcówek. Ten sam efekt osiągniemy w przypadku niewyregulowania grzejników, co będzie skutkować koniecznością wygenerowania dużo większego przepływu niż faktycznie potrzebny;
• zbyt duży przepływ lub zbyt duża wysokość podnoszenia generowana przez pompę może powodować szumy w instalacji, co za tym idzie dyskomfort użytkowania;
• zastosowanie nieodpowiedniego rodzaju regulacji, może skutkować wzrostem rachunków za energię elektryczną.

Instalnews - bezpłatny biuletyn e-czasopisma InstalReporter 1/2018 12/2017 4/2017