Jak działa pompa obiegowa?

Zastanawiam się jak bardzo przesadzę pisząc, że pompa obiegowa jest sercem każdej instalacji hydraulicznej? W końcu to ona zapewnia niezbędne ciśnienie wewnątrz zdecydowanej większości takich systemów, dzięki czemu mogą one dziać prawidłowo. I podobnie zresztą wygląda to w naszym układzie krwionośnym, gdzie bez najmniejszych wątpliwości to właśnie serce gra główną rolę…

Oczywiście moglibyśmy się tutaj doszukiwać wielu podobieństw, które to bez wątpienia, wcześniej czy też później byśmy znaleźli. Zresztą tak samo jak i różnic… Niemniej jednak to nie o nich chciałbym dzisiaj napisać. Być może będzie ku temu kiedyś lepsza okazja. 🙂 Dzisiaj chciałbym Ci opowiedzieć nieco więcej o samych pompach obiegowych oraz przedstawić kilka możliwości sterowania takimi urządzeniami.

Nie jest tajemnicą, że na przestrzeni ostatnich lat obserwujemy rosnący trend związany ze zmniejszeniem zużycia energii. Bezustanne zmiany przepisów w bardzo jasny, a zarazem wyraźny sposób komunikują, że w przyszłości będą wspierane przede wszystkim rozwiązania energooszczędne. Oczywiście głównym tego celem nie jest tylko obniżenie rachunków za media, ale również zadbanie o poszczególne surowce, których ilość na świecie jest ograniczona. Ale oczywiście nie pisałbym Ci o tym, gdyby temat ten nie był w żaden sposób związany właśnie z pompami obiegowymi…

Czy pompa obiegowa musi być sterowana elektronicznie?

Zanim jeszcze przejdziemy dalej, zacznijmy od pewnego pytania. Czy w obecnych czasach, stosowane pomp obiegowych, zapewniających regulację elektroniczną jest już koniecznością czy tylko komfortem? Jednak, abyśmy poznali odpowiedź na to pytanie, musimy się najpierw cofnąć do roku 2009… To w tym właśnie czasie została opublikowana Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE, która jak się później okazało, wprowadziła wcale to nie małe zamieszanie w całej Unii Europejskiej…

Powyższa dyrektywa, kładzie największy nacisk na zmniejszenie zużycia energii przez poszczególne urządzenia, w tym pompy obiegowe. Zgodnie z jej treścią, chociaż tak naprawdę zgodnie z treścią powołanego przez nią Rozporządzenia Komisji (WE) nr 641/2009, wprowadzono parametr Energy Efficiency Index, określany mianem współczynnika efektywności energetycznej. Oczywiście tak jak się już pewnie domyślasz, to on właśnie określał, które pompy obiegowe będą mogły być w przyszłości stosowane.

Parametr ten określał, tzw. energoochłonność danego urządzenia. Oczywiście im jego wartość była niższa, tym mniej energii elektrycznej zużywała dana pompa obiegowa. Jednak co ciekawe, aby obniżyć wartość tego współczynnika, producenci zastosowali dość ciekawe rozwiązania… Większość z nich skupiła się nie na poprawie samego wirnika pompy, ale na inteligentnym sterowaniu samym urządzeniem. 🙂

Dzięki temu, pompy obiegowe rzeczywiście zaczęły zużywać mniej energii. Niemniej jednak prawdziwa rewolucja przyszła z początkiem 2015 roku. Dlaczego? Ponieważ to wtedy właśnie wszedł w życie kolejny etap wdrażania wymagań zawartych w Rozporządzeniu Komisji (WE) nr 641/2009. A wymagania te dotyczyły zapewnienia płynnej regulacji obrotów dla większości pomp obiegowych!

Zatem tak jak widzisz, począwszy od 2015 roku, zapewnienie elektronicznej regulacji dla projektowanych pomp obiegowych stało się koniecznością. Nie mówię, że dotyczyło to bezwzględnie wszystkich produktów. Tak oczywiścnie nie było. 🙂 Niemniej jednak, zdecydowana większość z nich tego właśnie wymagała.

Jak działa pompa obiegowa z charakterystyką stało obrotową?

Ok, skoro już wiemy, że począwszy od 1 stycznia 2015 roku, większość pomp obiegowych musi posiadać elektroniczne sterowanie, przejdźmy dalej. Odpowiedzmy sobie teraz na pytanie, na czym konkretnie polega taka regulacja. A polega ona na płynnym sterowaniu prędkością obrotową urządzenia, dzięki czemu mogą być utrzymywane określone parametry w instalacji.

I zanim jeszcze omówimy sobie różne rodzaje takiej regulacji, najpierw zastanówmy się jak działa w ogóle pompa obiegowa, która jest nieregulowana? Pompa taka pracuje ze swoją maksymalą mocą, zapewniając wielkość przpepływu zależną jedynie od oporów wewnątrz instalacji. Czyli innymi słowy, im opory w danym systemie będą większe, tym mniejszy będzie przepływ czynnika grzewczego i odwrotnie, co zostało przedtsawione na poniższym rysunku.

Pompa obiegowa pracująca wg charakterystyki stało obrotowej.

Rys. 01. Charakterystyka stało obrotowa pracy pompy obiegowej.

Zatem tak jak łatwo możesz zauważyć, taki sposób działania nie będzie zapewniać większych oszczędności. Pompa obiegowa posiadająca charakterystykę stało obrotową pracuje po prostu zgodnie ze swoimi możliwościami, dostosowując się jedynie do charakterystyki systemu. W związku z powyższym, warto zadać sobie w tym miejscu kolejne pytanie. Czy taka praca ma w ogóle sens?

Być może Cię teraz zaskoczę, ale… jak najbardziej! Takie pompy obiegowe są bardzo często wykorzystywane w systemach, w których największym priorytetem jest dostarczenie maksymalnej mocy do poszczególnych odbiorników. A idealnym przykładem takiego właśnie rozwiązania jest np. zasilenie wężownicy spiralnej w pojemnościowym zasobniku ciepłej wody użytkowej.

Jak działa pompa obiegowa utrzymująca stałą różnicę ciśnień?

Przejdźmy teraz do urządzenia, które charakteryzuje się utrzymaniem stałej różnicy ciśnień. W tym trybie pracy, pompa obiegowa, niezależnie od wielkości przepływu w instalacji utrzymuje stałe ciśnienie różnicowe. Oczywiście w granicach swoich możliwości. 🙂 A dlaczego Ci o tym mówię? Ponieważ w szczególnych, ale jak najbardziej możliwych sytuacjach, przy zbyt dużym przepływie, urządzenie takie będzie musiało nieco obniżyć swoją wysokość podnoszenia, aby mogło działać prawidłowo. Charakterystyka pompy obiegowej, która działa w taki właśnie sposób, została przedstawiona na poniższym rysunku.

Pompa obiegowa utrzymująca stałą różnicę ciśnień.

Rys. 02. Charakterystyka stałej różnicy ciśnień dla pompy obiegowej.

Zatem tak jak widzisz, w tym konkretnym przypadku, mamy już do czynienia z pełnym sterowaniem urządzenia. Tutaj, pompa obiegowa nie działa ze swoją pełną mocą, dostosowując się jedynie do instalacji, ale stara się utrzymać konkretny parametr. A parametrem tym jest oczywiście zdeklarowane ciśnienie różnicowe.

Ale… zauważ, że aby taka regulacja była w ogóle możliwa, to pompa obiegowa musi sterować swoją prędkością obrotową. A co to oznacza w praktyce? Oznacza to to, że w momencie, kiedy ciśnienie różnicowe będzie się obniżać, wówczas zostanie zwiększona prędkość obrotowa urządzenia. Oczywiście analogiczna sytuacja będzie w odwrotnym przypadku, tzn. w momencie, kiedy ciśnienie różnicowe zacznie wzrastać.

Ok, skoro już dokładnie wiemy jak działa pompa obiegowa pracująca ze stałą różnicą ciśnień, zastanówmy się teraz nad kolejną rzeczą. Gdzie takie właśnie rozwiązanie znajduje swoje zastosowanie? A znajduje ono swoje zastosowanie we wszelkich systemach, gdzie starty ciśnienia na odbiornikach końcowych są dużo większe niż opory liniowe. Zatem, takie rozwiązanie sprawdzi się idealnie np. w instalacjach ogrzewania podłogowego.

Jak działa pompa obiegowa, która utrzymuje ciśnienie proporcjonalne?

Przejdźmy teraz do kolejnego trybu, w którym może pracować pompa obiegowa. Tryb ten polega na utrzymaniu ciśnienia różnicowego proporcjonalnie do aktualnie wymaganego przepływu wewnątrz instalacji. Domyślam się, że w tym momencie może brzmieć to dla Ciebie tajemniczo, ale spokojnie. Zaraz wszystko, bardzo dokładnie sobie wyjaśnimy. 🙂

Ale tym razem zaczniemy od czegoś innego… Tym razem zaczniemy od instalacji wyposażonej w termostatyczne zawory grzejnikowe. Zauważ jak działają takie zawory. W zależności od aktualnych potrzeb, zmniejszają one lub nawet całkowicie ogranicza dopływ czynnika grzewczego do poszczególnych odbiorników. Zatem podstawowym parametrem, który dobrze byłoby kontrolować w takich właśnie instalacjach byłby oczywiście przepływ.

Ale też nie do końca. 🙂 Zauważ, że wraz ze zmniejszeniem się przepływu w takich układach, mogłaby zostać zmniejszona również wysokość podnoszenia pompy obiegowej. W przeciwnym razie, nadwyżka ciśnienia zostałaby odłożona na zaworach termostatycznych. A w skrajnych sytuacjach, takie rozwiązanie mogłoby wygenerować w instalacji dodatkowy hałas. Zatem zgodnie z powyższym, idealną tutaj sytuacją byłaby wykorzystanie pompy obiegowej, której charakterystyka wyglądałaby jak na poniższym rysunku.

Pompa obiegowa utrzymująca ciśnienie proporcjonalne.

Rys. 02. Charakterystyka ciśnienia proporcjonalnego dla pompy obiegowej.

W takim przypadku, wraz ze spadkiem przepływu w instalacji, pompa obiegowa zmniejsza również wysokość podnoszenia. I dokładnie na tym polega zasada działania pompy obiegowej, która utrzymuje ciśnienie proporcjonalne do przepływu w instalacji. Ale co więcej, ponieważ zmiany różnicy ciśnień są tutaj wprost proporcjonalna do kwadratu prędkości przepływu czynnika grzewczego, to urządzenie takie reaguje również w identyczny sposób!

Czy pompa obiegowa może równoważyć instalacje?

Ok, ponieważ już wiesz jak wyglądają najbardziej popularne metody sterowania elektroniczną pompą obiegową, zadajmy sobie kolejne pytanie. Czy w takim razie, instalacje hydrauliczne mogą być równoważone tylko i wyłącznie przy pomocy takich właśnie pomp obiegowych? A nie bez powodu zadałem takie pytanie, ponieważ wbrew pozorom, w ostatnich czasach coraz częściej go słyszę…

Zatem od razu sobie na niego odpowiedzmy. Nie, pompa obiegowa nie może zastępować zaworów równoważących, ani tym bardziej zaworów regulacyjnych! Aby instalacja hydrauliczna działała prawidłowo, wymagane jest jej odpowiednie zaprojektowanie oraz dobranie wszystkich tych urządzeń. I pod żadnym pozorem nie można pominąć tutaj elementów równoważących mówiąc, że w instalacji znajduje się elektroniczna pompa obiegowa.

RÓWNOWAŻENIE INSTALACJI GRZEWCZYCH W PRAKTYCE
Czy chciałbyś dołączyć do kursu on-line, gdzie na konkretnym przykładzie, krok po kroku pokazuję jak prawidłowo zrównoważyć instalację hydrauliczną?
Czy chciałbyś wiedzieć jak należy dobrać nastawę dla termostatycznych zaworów grzejnikowych, aby cały system pracował efektywnie?
Czy chciałbyś się dowiedzieć jakie są różnice pomiędzy równoważeniem statycznym, a dynamicznym i jak rozwiązać najczęstsze problemy związane z takim właśnie równoważeniem?
Czy chciałbyś się dowiedzieć jak należy dobrać zawory typu PIBCV?
A może chciałbyś się dowiedzieć nieco więcej o dynamicznych, niezależnych od zmian ciśnienia termostatycznych zaworach grzejnikowych?
Jeżeli powyższa tematyka jest dla Ciebie interesująca, kliknij w link poniżej i już teraz dołącz do mojego najnowszego kursu.
TAK, CHCĘ DOŁĄCZYĆ DO KURSU
Tak, chcę dokonać zamówienia
(Kliknij, aby przejść do bezpiecznego formularza)
P.S. Kurs, który dla Ciebie przygotowałem zawiera wszystkie informacje, o których sam chciałbym wiedzieć na początku swojej kariery...

I tutaj warto zaznaczyć jeszcze jedną, bardzo ważną rzecz. Pamiętaj, że o tym jak efektywna jest cała instalacja, świadczy jej najsłabszy element. Zatem nawet najlepiej dobrana oraz najbardziej wydajna pompa obiegowa nie przyniesie wielu korzyści, jeżeli pozostałe elementy znajdujące się wewnątrz instalacji nie będą zapewniać odpowiedniej pracy.

Jeszcze jedna metoda sterowania pompą obiegową…

Powyżej przedstawiłem Ci 3 sposoby, które mogą być wykorzystane do sterowania pompą obiegową. Jednak na tym ich lista się jeszcze nie kończy. Świat biegnie do przodu, a Inżynierowie stale pracują nad realizacją swoich nowych pomysłów. Idealnym tego przykładem jest np. funkcja Autoadapt, którą opracowała firma Grundfos. Dzięki temu możemy mieć pewność, że wraz z upływem czasu, ilość możliwych trybów pracy dla takich urządzeń będzię tylko przybywać.

Niemniej jednak w tym momencie, chciałbym Ci powiedzieć o jeszcze jednej metodzie, która może być wykorzystywana do sterowania pompą obiegową. Metoda ta polega na utrzymaniu stałej, zadanej temperatury w wybrnym fragmencie instalacji grzewczej lub chłodniczej. Ale, aby była ona możliwa do zastosowania, pompa obiegowa musi posiadać wbudowany czujnik temperatury lub umożliwiać podłączenie takiego czujnika z zewnątrz.

Zatem jak wygląda praca takiej pompy obiegowej? Bardzo prosto! Urządzenie mierzy temperaturę czynnika grzewczego w określonym fragmencie instalacji, a następnie porównuje ją z wartością zadaną. Kiedy obydwie wartości się od siebie różną, pompa obiegowa zmienia prędkość obrotową, zwiększając lub zmniejszając przepływ wewnątrz instalacji. Dzięki temu urządzenie takie jest wstanie dostarczyć odpowiednią ilość energii do systemu, zgodnie z jego aktualnym zapotrzebowaniem, a tym samym osiągnąć wymaganą temperaturę w wybranym fragmencie instalacji.

Niemniej jednak, stosując takie rozwiązanie nie sposób zapominać, że posiada ono pewną bezwładność. Zmiana temperatury czynnika grzewczego jest procesem, który przebiega dużo wolniej niż np. zmiana ciśnienia różnicowego. I dlatego właśnie, decydując się na wykorzystanie pompy obiegowej, pracującej w taki sposób, nie możemy tego faktu lekceważyć.

Jak powinna działać pompa obiegowa?

Ok, zatem jak powinna działać pompa obiegowa i jaki rodzaj sterowania powinniśmy dla niej wybrać podczas projektowania instalacji hydraulicznych? Oczywiście nie sposób podać tutaj jednego rozwiązania, które będzie idealne dla wszystkich przypadków. To zależy. Zresztą tak jak zdecydowana większość rzeczy w życiu. 🙂

Każda instalacja, którą projektujemy, powinna być zawsze bardzo dokładnie przeanalizowana, a dopiero później powinniśmy się zdecydować na rozwiązanie, które zapewni jej największą efektywność. Niestety, ale nie ma tutaj złotego graala. Zauważ, że pompa obiegowa pracująca zgodnie z charakterystyką stało obrotową będzie idealna do zasilenia wężownicy spiralnej w pojemnościowym zasobniku ciepłej wody użytkowej, ale na potrzeby instalacji ogrzewania płaszczyznowego już niekoniecznie…

Z kolei pompa obiegowa utrzymująca ciśnienie proporcjonalne do przepływu będzie prawdopodobnie najlepszym rozwiązaniem dla instalacji z termostatycznymi zaworami gzrejnikowymi. Ale pod warunkiem, że znamy charakterystykę takiego systemu. A co jeżeli jej nie znamy? Wtedy nieco lepszym rozwiązaniem może się okazać wykorzystanie urządzenia, które utrzymuje stałą wartość ciśnienia różnicowego.

Zatem tak jak widzisz, wszystko tutaj zależy od konkretnej sytuacji. Im bardziej świadomi będziemy danego obiektu, tym bardziej optymalne rozwiązanie możemy dla niego wybrać. Dlatego też zawsze największe pole manewru będziemy mieć w przypadku nowoprojektowanych przez nas instalacji. Jednak w przypadku obiektów istniejących, wygląda to już niestety różnie.

Podsumowanie

I tym sposobem przyszedł teraz czas, abyśmy przeszli do podsumowania całego artykułu. Poznałeś tutaj kilka sposobów sterowania elektronicznymi pompami obiegowymi. Dowiedziałeś się również jak one wyglądają oraz kiedy i dlaczego warto je stosować. Jednak pamiętaj o tym, że ostateczna decyzja w tym zakresie należy zawsze do projektanta, czyli do Ciebie. A im więcej będziesz wiedział o danej instalacji, tym bardziej świadomą decyzję będziesz mógł tutaj podjąć.

Zanim zakończymy cały wpis, powróćmy jeszcze na chwilę do jego początku. Rozpocząłem go od pewnego pytania. Zapytałem Cię jak bardzo przesadzę pisząc, że pompa obiegowa jest sercem każdej instalacji hydraulicznej? I zastanawiam się co w tym momencie o tym myślisz…

Moim zdaniem, obecnie projektowane instalacje hydrauliczne nie mogą istnieć bez pomp obiegowych. Oczywiście, w przeszłości były projektowane instalacje grawitacyjne, które działały, a niektóre nadal działają, na zasadzie różnicy temperatur. Co do tego nie ma najmniejszych wątpliwości. Ale nie ma również wątpliwości i do tego, że efektywność takich systemów jest o wiele mniejsza niż instalacji, w których znajdują się pompy obiegowe. A skoro tak duży nacisk kładziemy w ostatnich czasach na energooszczędność… No właśnie. 🙂

Nie mniej jednak, nie sposób tutaj pominąć jeszcze jednego faktu, o którym również napisałem w tym artykule. Nigdy nie zapominaj, że o tym jak efektywna jest dana instalacja, świadczy jej najsłabszy element. Dlatego na nic zda się zastosowanie najlepszej pompy, kiedy pozostałe urządzenia będą wątpliwej jakości. Jeżeli zależy Ci na systemie, który będzie efektywny, a zarazem energooszczędny, wszystkie jego urządzenia powinny być dobrane w odpowiedni sposób. Niestety, w takim przypadku nie możemy sobie pozwolić na jakiekolwiek kompromisy.

Literatura    [ 1 ]

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 roku ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią.
2. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 641/2009 z dnia 22 lipca 2009 roku w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami.
3. Rozporządzenie Komisji (WE) NR 640/2009 z dnia 22 lipca 2009 roku w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla silników elektrycznych.
4. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 547/2012 z dnia 25 czerwca 2012 roku w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp do wody.