Co to jest pojemność akumulacyjna instalacji gazowej?

21 czerwca 2021
| 9 komentarzy

Inwestor był mocno wkurzony całą sytuacją! I to bardzo delikatnie mówiąc. W końcu zapłacił nie małe pieniądze za coś, co stwarzało ogromne problemy. Kotłownia nie mogła normalnie pracować. Urządzenia stawały. A jak się później okazało, wszystkiemu była winna zbyt mała pojemność akumulacyjna instalacji gazowej…

W taki właśnie sposób, kilka lat temu, rozpocząłem współpracę z pewnym Inwestorem. 🙂 I wbrew pozorom, współpracę tą utrzymujemy do dnia dzisiejszego. Po drodze wykonałem dla niego kilka projektów. Jedne były większe, inne mniejsze. Ale jak to w ogóle było możliwe po tak burzliwym początku? No właśnie, może nie uprzedzajmy zbytnio faktów…

Wszystko rozpoczęło się od porannego telefonu. Dzwonił znajomy architekt i bez owijania w bawełnę powiedział, że jest do zrobienia duża inwestycja. Następnie z ironią w głosie zapytał, czy mam w ogóle na to czas. 🙂 Szczerze mówiąc nie miałem… Ale kiedy usłyszałem o co dokładnie chodzi, zmieniłem zdanie.

Projekt budynku usługowego

Chodziło o projekt ogromnego zakładu przemysłowego z częścią biurową. Obiekt ten miał być kolejnym budynkiem w istniejącym kompleksie, który cały czas działał. Ale to jeszcze nie wszystko. Dosłownie kilka miesięcy wcześniej została zmodernizowana wewnętrzna kotłownia zakładu. Dołożono 2 kotły gazowe wysokotemperaturowe od firmy Viessmann, dzięki czemu całkowita moc kotłowni wzrosła do poziomu 3,34 MW.

Oczywiście rozbudowa kotłowni nie była przypadkowa. Po pierwsze miała być ona źródłem ciepła dla nowoprojektowanego obiektu. Po drugie, Inwestor chciał w przyszłości postawić na terenie kompleksu jeszcze kilka innych budynków. Kiedy o wszystkim usłyszałem to wiedziałem, że takiej możliwości nie mogę odpuścić…

Natomiast mogę Ci tutaj zdradzić, że kolejne kilka dni upłynęły bardzo intensywnie. Już następnego dnia podpisaliśmy umowę i jeszcze w tym samym tygodniu zabraliśmy się do pracy. Chociaż liczba mnoga może być tutaj przeze mnie nieco nadużyta… Tak naprawdę, w tamtym czasie to najwięcej pracy miał architekt. Ja natomiast czekałem na zatwierdzenie koncepcji, studiując między czasie zapisy miejscowego planu.

Jednak od razu po zatwierdzeniu koncepcji zaczął się istny sprint. Wynikało to z terminów, na które się wcześniej zgodziliśmy. Tak, Inwestorowi cholernie zależało tutaj na czasie. Związane to było oczywiście z możliwością uzyskania sporego dofinansowania. Dlatego cały harmonogram musieliśmy wcześniej dopiąć na ostatni guzik, a następnie musieliśmy się go bezwzględnie trzymać!

Czym jest pojemność akumulacyjna instalacji gazowej?

Pozwól, że na chwilę się teraz zatrzymamy i wyjaśnimy sobie, co to jest pojemność akumulacyjna instalacji gazowej. Dlaczego tak bardzo mi na tym zależy? O tym dowiesz się w kolejnych częściach artykułu.

Parametr ten często jest również określany jako bufor gazu. Definiuje on całkowitą pojemność instalacji gazowej. Od razu mogę Ci tutaj powiedzieć, że im instalacja gazowa jest większa, im zasila więcej urządzeń, tym wartość tego parametru odgrywa większą rolę. Zapewne tak jak już się domyślasz, nie inaczej było w tym przypadku…

Zanim wrócimy do dalszej części naszej historii, to chciałbym Ci tutaj wyjaśnić jeszcze jedną rzecz. Przed momentem powiedziałem Ci, że im większy będzie system, tym ważniejsza będzie pojemność akumulacyjna instalacji gazowej. Jest to wynikiem bezwładności, jaką posiada reduktor ciśnienia gazu.

W przypadku gwałtownego włączenia palnika o dużej mocy, może dojść do nagłego zwiększenia lub zmniejszenia ciśnienia w pewnych częściach instalacji. Jeżeli tylko zmiany tego ciśnienia będą większe niż nastawa danych zaworów szybkozamykających, wówczas elementy te odetną dopływ gazu do poszczególnych palników. W efekcie nastąpi wyłączenie danego urządzenia.

Myślę, że w tym momencie dostrzegasz problem. Ale spokojnie, już za chwilę wyjaśnimy sobie cały ten temat nieco dokładniej…

Ciąg dalszy historii i uruchomienie instalacji

Wróćmy teraz do naszej historii. Może Cię zaskoczę, ale w zakres projektu instalacji sanitarnych, dla nowoprojektowanego obiektu, nie wchodziła w ogóle instalacja gazowa! 🙂 Tak naprawdę miałem zaprojektować instalacje wody i kanalizacji sanitarnej, wentylacji mechanicznej oraz centralnego ogrzewania. Przynajmniej jeżeli chodziło o instalacje wewnętrzne.

Ale były jeszcze instalacje i przyłącza zewnętrzne. Jedną z rzeczy, którą musiałem tutaj wykonać był projekt rozbudowy wewnętrznej sieci cieplnej. Dzięki temu, nowopowstały budynek miał mieć zapewniony dopływ energii cieplnej, z dopiero co zmodernizowanej kotłowni.

I największe problemy zaczęły się właśnie w tym miejscu. Ale było to dopiero kilka miesięcy później, do czego zresztą zaraz dojdziemy. Jednak zanim to się stało, najpierw wykonano rozruch poszczególnych instalacji, a następnie ich odbiór. Wszystko działało bez zarzutu, więc podpisano odpowiednie protokoły. Ale tak naprawdę była to jedynie cisza przed burzą…

Pierwsze problemy

Pierwsze problemy pojawiły się wraz z nadejściem sezonu grzewczego. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię cieplną, kotły gazowe zaczęły pracować z większą mocą. I wszystko byłoby w porządku, gdyby nie fakt, że ich praca była daleka od optymalnej…

Szczególne kłopoty stwarzały dwa kotły gazowe, z których każdy zapewniał moc grzewczą na poziomie 490 kW. Były to dokładnie te urządzenia, jakie kilkanaście miesięcy wcześniej zakupiono i zamontowano w modernizowanej kotłowni gazowej. Ale czym dokładnie objawiały się owe problemy? Ano tym, że kiedy uruchamiał się dany kocioł, wszystkie lub część pozostałych urządzeń przestawała pracować!

Niestety, była to sytuacja daleka od idealnej. Co więcej, o całym zdarzeniu szybko dowiedział się Inwestor. Nie muszę Ci chyba mówić jaka była jego reakcja? Tak, był mocno wkurzony i to delikatnie mówiąc! Oczywiście od razu zaczął szukać winowajców i jak łatwo możesz się domyślić, szybko znalazłem się na szczycie jego listy.

Zbyt mała pojemność akumulacyjna instalacji gazowej

Rozmowa telefoniczna nie należała do najprzyjemniejszych. Ton głosu Inwestora wyraźnie podkreślał jego zdenerwowanie oraz komunikował, że jakichkolwiek żartów tutaj nie będzie. Oczywiście zaraz po skończonej rozmowie wsiadłem w samochód i pojechałem na miejsce zbrodni…

Kiedy przyjechałem na zakład, przywitał mnie jeden z pracowników. Poznaliśmy się jakiś czas temu, kiedy bywałem tutaj częściej. I jak dziś pamiętam wszystkie słowa, które mi na wstępie powiedział. Pojemność akumulacyjna instalacji gazowej jest zbyt mała. To jest głównym źródłem wszystkich problemów.

Co prawda byłem wcześniej kilka razy w kotłowni, ale prawdę powiedziawszy, ani razu nie zwróciłem uwagi na instalację gazową, która się tam znajdowała. Niemniej jednak słowa, które usłyszałem miały sens. Od razu zapytałem czy możemy pójść do kotłowni, zanim udamy się do Prezesa. Oczywiście nie było z tym żadnych problemów.

Kiedy dotarliśmy na miejsce, wszystko się potwierdziło… Przewody instalacji gazowej, które zasilały trzy najstarsze kotły posiadały odpowiedni bufor gazu. Niestety elementu tego zabrakło przy najnowszych kotłach. I do dziś nie wiem, czy projektanci wykonujący dokumentację techniczną modernizacji kotłowni zapomnieli o tak ważnym elemencie, czy po prostu Wykonawca to pominął. Faktem jest, że żadnego bufora tutaj nie było, a stacja redukcyjno – pomiarowa, znajdowała się zaraz za ścianą zewnętrzną…

Dlaczego problem pojawił się tak późno?

Zakładam, że możesz się teraz zastanawiać nad dwoma rzeczami. Po pierwsze, wydaje mi się, że możesz sobie zadawać teraz pytanie, jaki to w ogóle miało skutek. Pamiętasz o czym Ci mówiłem jeszcze chwilę temu?

W przypadku gwałtownego włączenia palnika o dużej mocy, może dojść do nagłego zwiększenia lub zmniejszenia ciśnienia w pewnych częściach instalacji. Jeżeli tylko zmiany tego ciśnienia będą większe niż nastawa danych zaworów szybkozamykających, wówczas elementy te odetną dopływ gazu. W efekcie nastąpi wyłączenie danego urządzenia.

I dokładnie taka sytuacja miała tutaj miejsce. Ponieważ instalacja gazowa zasilająca najnowsze kotły, a tak naprawdę palnik gazowe od tych kotłów, nie posiadała bufora gazowego, w momencie ich rozruchu, gwałtownie spadało ciśnienie w pozostałej części instalacji. W rezultacie uruchamiały się zawory szybkozamykające przy palnikach w innych urządzeniach, odcinając dopływ gazu. W rezultacie pozostałe kotły gazowe przestawały pracować.

Drugą rzeczą, nad którą również możesz się zastanawiać jest pytanie, dlaczego cały problem pojawił się akurat teraz. A stało się tak, ponieważ odbiór instalacji miał miejsce w lecie, kiedy zapotrzebowanie na energię cieplną było dużo mniejsze. Dopiero w zimie, kiedy zapotrzebowanie to znacznie wzrosło, można było zaobserwować powstałą sytuację.

Jak obliczyć pojemność akumulacyjną instalacji gazowej?

No dobra, ale jak w takim razie obliczyć wymaganą pojemność akumulacyjną instalacji gazowej, aby mieć pewność, że wszystko będzie działać tak jak należy? Aby to zrobić, musimy sobie uświadomić, że pojemność akumulacyjna instalacji gazowej powinna być obliczana indywidualnie dla każdego urządzenia, uwzględniając odcinek od reduktora ciśnienia do palnika gazowego. Następnie musimy skorzystać z poniższego wzoru.

    \[ V_{a} \geq 0,003 \cdot Q_{a} \]

  • Va – pojemność akumulacyjna instalacji gazowej, m3
  • Qa – maksymalny pobór gazu przez palnik gazowy, m3/h

Przełóżmy teraz znajomość powyższego wzoru, na potrzeby naszej sytuacji. Jeden z kotłów gazowych, który stwarzał problemy, posiadał moc grzewczą na poziomie 490 kW. Oznaczało to, że maksymalne zapotrzebowanie na gaz dla palnika przy tym urządzeniu wynosiło 57 m3/h. Zatem znając powyższe wartości, możemy teraz obliczyć bezpieczną pojemność dla tej części instalacji.

    \[ V_{a} \geq 0,003 \cdot 57 = 0,171 \ m^{3} \]

Tak jak widzisz, wymagana pojemność akumulacyjna instalacji gazowej, na odcinku od reduktora ciśnienia do palnika przy tym kotle gazowym powinna wynosić co najmniej 0,171 m3. A ile wynosiła w rzeczywistości? Po jej przeanalizowaniu wyszło mi, że pojemność ta wynosiła 0,107 m3! Zatem, aby wszystko mogło działać jak należy, trzeba było wykonać tutaj dodatkowy bufor gazu, którego pojemność będzie nie mniejsza niż 0,064 m3.

Jaką objętość powinien posiadać dodatkowy bufor gazu?

No dobra, przejdźmy teraz nieco dalej. Skoro już wiemy, że pojemność akumulacyjna instalacji gazowej powinna być większa o 0,064 m3 to co w ogóle należy zrobić, aby to spełnić? Może Cię zaskoczę, ale… najłatwiej to zrealizować poprzez montaż odpowiednio większej rury gazowej!

Objętość jednego metra bieżącego instalacji gazowej można obliczyć z poniższego wzoru.

    \[ V = \frac{\pi \cdot d^{2}}{4} \]

  • V – objętość instalacji, m3
  • d – średnica wewnętrzna przewodu, m

Istniejąca instalacja gazowa, która znajdowała się w kotłowni, została wybudowana przewodem stalowym o średnicy DN 65. Średnica zewnętrzna tych elementów wynosiła 76,1 mm, a grubość ścianki była równa 3,6 mm. Zatem jeden metr bieżący takiego przewodu posiadał następującą objętość.

    \[ V_{65} = \frac{3,14 \cdot ((76,1 - 2 \cdot 3,6) \cdot 10^{-3} )^{2}}{4} = 0,004 \ m^{3} \]

Sprawdźmy teraz jaką objętość będzie posiadał jeden metr bieżący przewodu z rur stalowych o średnicy DN 250. Średnica zewnętrzna takich elementów wynosi 273 mm, a grubość ścianki jest równa 8 mm.

    \[ V_{250} = \frac{3,14 \cdot ((273 - 2 \cdot 8) \cdot 10^{-3} )^{2}}{4} = 0,052 \ m^{3} \]

Zatem zobaczmy, na jakiej długości musielibyśmy zdemontować przewód gazowy o średnicy DN 65, a w jego miejsce wstawić rurę o średnicy DN 250, aby zyskać dodatkowe 0,064 m3 pojemności akumulacyjnej instalacji gazowej.

    \[ L = \frac{0,064}{0,052 - 0,004} = 1,33 \ m \]

Tak jak widzisz powyżej, wystarczyłoby to zrobić na odcinku 1,33 m. Jednak w tym konkretnym przypadku, wymiana przewodu nastąpiła na odcinków nieco większym. Jego długość była równa 2 m, dzięki czemu pojemność akumulacyjna instalacji gazowej zwiększyła się o 0,096 m3 i ostatecznie wynosiła 0,203 m3.

Odpowiednia pojemność akumulacyjna instalacji gazowej i wszystko działa jak należy!

Ponownie powróćmy do naszej historii. Oczywiście po wizycie w kotłowni, wspólnie z pracownikiem zakładu, udaliśmy się do gabinetu Prezesa. Pewnie Cię nie zaskoczę jeżeli teraz powiem, że jego powitanie było dość chłodne. Cały czas można było wyczuć jego zdenerwowanie, które mieszało się z podirytowaniem. Tak to przynajmniej wtedy odebrałem.

Jednak po rozmowie, która wbrew pozorom była dość długa, udało mi się wszystko wyjaśnić. Tutaj wina nie leżała po mojej stronie, tak jak z początku założył Inwestor. I co więcej, pomimo wcześniejszych rozmów ze swoimi pracownikami, którzy mówili mu dokładnie to samo, nie zmienił swojego zdania. Na szczęście podczas wspólnej rozmowy udało mi się nieco załagodzić temat. Celowo piszę załagodzić, ponieważ Prezesowi moje słowa nie wystarczały. Chciał dowodów!

Wyjaśniłem mu, że najlepszym rozwiązaniem będzie przebudowa wewnętrznej instalacji gazowej i montaż odpowiedniego bufora gazu. Czyli po prostu rury o większej średnicy. Na szczęście samą przebudowę instalacji gazowej można było wykonać bez konieczności uzyskania pozwolenia na budowę. W związku z powyższym jej realizacja poszła szybko i bezboleśnie. Dodam tutaj, że przebudowę instalacji gazowej wykonano dla dwóch odcinków, które zasilały palniki gazowe przy dwóch, najnowszych kotłach gazowych.

A jakie były jej efekty? Oczywiście nie mogło być inaczej. Instalacja w końcu zaczęła działać tak, jak powinna od samego początku. Od razu sprawdzono też jak się zachowuje cały system w momencie maksymalnej pracy wszystkich kotłów oraz w momencie uruchomienia dowolnego kotła, kiedy wszystkie inne pracują ze swoją nominalną wydajnością. Tutaj również nie można było się do niczego przyczepić. 🙂

I co ciekawe, po całej sytuacji, Inwestor w końcu zmienił swoje zdanie. Oczywiście nie będę ukrywać, że było to dla mnie bardzo ważne. Tym bardziej, że współpracujemy razem do dnia dzisiejszego! 🙂

Podsumowanie

I w tym momencie dochodzimy do końca naszej historii. Tak jak widzisz, z pozornie błahej sytuacji, stworzył się wcale nie mały problem. A dlaczego piszę, że błahej? Ponieważ jej rozwiązanie po pierwsze nie było zbyt skomplikowane, a po drugie nie wymagało inwestycji większych środków.

Jednak co dla mnie było najważniejsze, udało mi się zdobyć zaufanie nowego Inwestora. Osoby, która cały czas inwestuje w swój zakład, a przy okazji prowadzi jeszcze kilka innych inwestycji. Zatem tak jak widzisz, było o co walczyć! 🙂

Natomiast jeżeli chodzi o Ciebie, to chciałbym, abyś po przeczytaniu tego artykułu zapamiętał czym jest pojemność akumulacyjna instalacji gazowej oraz jak ważną rolę pełni w dużych instalacjach. Zwróć jeszcze proszę uwagę, że współczynnik bezpieczeństwa, który w naszym wzorze wynosił 0,003 można zwiększyć do poziomu 0,005. Dzięki temu praca instalacji gazowej będzie jeszcze bardziej bezpieczna.

I na koniec jeszcze jedno. Osobiście uważam, że w instalacjach gazowych, w których występują urządzenia o dużej mocy, nie można lekceważyć bufora gazowego. Jeżeli go pominiemy i jeżeli nie zapewnimy odpowiedniej pojemności w takiej instalacji, to jest bardzo duże prawdopodobieństwo, że coś będzie nie tak…

Literatura    [ 1 ]

1. K. Bąkowski, Sieci i instalacje gazowe – Poradnik projektowania, budowy i eksploatacji, wydawnictwo PWN, rok 2013.
Categories: Instalacja gazowa, Instalacje wewnętrzne, Projektowanie
| Tags: ,