Wprowadzenie

W centralach wentylacyjnych z nagrzewnicami wodnymi sposób podłączenia hydraulicznego ma bezpośredni wpływ na stabilność regulacji temperatury nawiewu, warunki pracy wymiennika oraz zachowanie instalacji w okresie zimowym. Jednym z kluczowych elementów tego układu jest położenie pompy obiegowej względem zaworu regulacyjnego.

W dokumentacjach techniczno-ruchowych central wentylacyjnych spotyka się kilka wariantów podłączeń nagrzewnic. Choć schematy te mają charakter poglądowy, pokazują one różne koncepcje pracy hydraulicznej. W praktyce różnice pomiędzy nimi są istotne i powinny być świadomie analizowane już na etapie projektu, a nie dopiero podczas uruchomienia lub eksploatacji.

W artykule omawiamy trzy najczęściej spotykane warianty podłączenia nagrzewnic wodnych, koncentrując się na konsekwencjach technicznych każdego z nich.

Regulacja jakościowa i ilościowa – punkt wyjścia

Zanim przejdziemy do konkretnych układów, konieczne jest uporządkowanie pojęć związanych z regulacją mocy nagrzewnicy.

Regulacja jakościowa polega na zmianie temperatury wody dopływającej do nagrzewnicy przy zachowaniu w miarę stałego przepływu przez wymiennik.
Regulacja ilościowa polega na zmianie przepływu wody przez nagrzewnicę przy stałej temperaturze zasilania.

Wybór jednego z tych sposobów regulacji jest bezpośrednio związany z położeniem pompy w instalacji oraz z rolą, jaką pełni zawór regulacyjny.

Wariant 1 – Zawór mieszający i pompa w obiegu wtórnym – regulacja jakościowa

W tym rozwiązaniu pompa pracuje wyłącznie w obiegu nagrzewnicy. Zawór trójdrogowy miesza wodę zasilającą z wodą powrotną, regulując temperaturę czynnika dopływającego do wymiennika. Przepływ przez nagrzewnicę pozostaje w praktyce stały.

Charakterystyka hydrauliczna:

  • stały przepływ przez nagrzewnicę niezależnie od obciążenia,
  • brak bezpośredniego wpływu pracy nagrzewnicy na instalację pierwotną,
  • stabilne warunki pracy pompy wtórnej.

Konsekwencje eksploatacyjne:

  • przewidywalna praca automatyki,
  • równomierne wykorzystanie powierzchni wymiany ciepła,
  • brak gwałtownych zmian hydraulicznych w wymienniku,
  • stała cyrkulacja wody w całym zakresie mocy.

Aspekty projektowe:

  • konieczność doboru pompy do obiegu nagrzewnicy,
  • dodatkowe rurociągi i armatura,
  • wyższy koszt inwestycyjny w porównaniu z prostymi układami ilościowymi.

Ten wariant jest często stosowany w centralach pracujących w trybie ciągłym, w obiektach przemysłowych oraz tam, gdzie istotna jest stabilność pracy i łatwość regulacji.

Wariant 2 – Zawór regulacyjny i pompa w obiegu pierwotnym – regulacja ilościowa

W tym układzie pompa znajduje się w instalacji grzewczej, a regulacja mocy nagrzewnicy odbywa się poprzez zmianę ilości wody przepływającej przez wymiennik. Zawór regulacyjny pełni funkcję dławienia przepływu.

Charakterystyka hydrauliczna:

  • przepływ przez nagrzewnicę zmienia się w szerokim zakresie,
  • przy małych obciążeniach przepływ może być bardzo niewielki,
  • nagrzewnica jest hydraulicznie silnie powiązana z instalacją pierwotną.

Konsekwencje eksploatacyjne:

  • zmienne warunki wymiany ciepła w wymienniku,
  • większa wrażliwość na dynamikę regulacji,
  • trudniejsza stabilizacja temperatury nawiewu,
  • większe wymagania wobec automatyki i nastaw zaworu.

Aby taki układ pracował poprawnie, konieczne jest zapewnienie minimalnego przepływu przez nagrzewnicę w całym zakresie pracy. Osiąga się to m.in. poprzez:

  • ograniczenie minimalnego otwarcia zaworu,
  • odpowiedni dobór charakterystyki zaworu,
  • właściwe rozmieszczenie czujników temperatury,
  • świadomie zaprojektowaną logikę sterowania.

Wariant ten bywa stosowany w mniejszych instalacjach lub tam, gdzie instalacja grzewcza ma prostą strukturę i niewielką liczbę odbiorników.

Wariant 3 – Pompa w obiegu pierwotnym i wtórnym – regulacja jakościowa

W tym rozwiązaniu obieg instalacji grzewczej oraz obieg nagrzewnicy są hydraulicznie rozdzielone. Pompa wtórna zapewnia stały przepływ przez nagrzewnicę, a zawór reguluje wyłącznie temperaturę wody dopływającej do wymiennika.

Charakterystyka hydrauliczna:

  • stały przepływ przez nagrzewnicę,
  • brak wpływu regulacji na innych odbiorników instalacji grzewczej,
  • stabilna praca obu pomp w swoich obiegach.

Konsekwencje eksploatacyjne:

  • bardzo dobra stabilność regulacji temperatury nawiewu,
  • równomierne warunki pracy wymiennika,
  • wysoka odporność układu na zmienne warunki pracy.

Aspekty projektowe:

  • najwyższy koszt inwestycyjny,
  • większa liczba elementów instalacji,
  • większa złożoność projektu.

Jest to rozwiązanie preferowane w centralach o większej mocy, w obiektach przemysłowych oraz tam, gdzie awaria nagrzewnicy wiąże się z poważnymi konsekwencjami technicznymi.

Podsumowanie

Położenie pompy obiegowej względem zaworu regulacyjnego decyduje o charakterze pracy nagrzewnicy wodnej. Wraz ze wzrostem mocy centrali, czasu jej pracy oraz wymagań eksploatacyjnych rośnie znaczenie rozwiązań zapewniających stałą cyrkulację wody przez wymiennik oraz regulację jakościową.

Świadomy wybór układu hydraulicznego jest elementem odpowiedzialnego projektowania instalacji wentylacyjnych i grzewczych.