W instalacjach klimatyzacyjnych stosuje się wiele specyficznych rozwiązań. Ich głównym zadaniem jest zapewnienie wymaganego komfortu cieplnego, przy akceptowalnym koszcie.
W naszej strefie klimatycznej istnieje zapotrzebowanie zarówno na ogrzewanie budynków, jak i zapewnienie chłodzenia w okresie letnim.
Instalacje tego typu stosowane są w większości wypadków w budynkach komercyjnych, jednakże coraz częściej także w budynkach mieszkalnych o podwyższonym standardzie.
Funkcja grzania i chłodzenia może być realizowana za pośrednictwem instalacji czterorurowych, wyposażonych w odbiorniki z dwoma wymiennikami, jak na przykład klimakonwektory z czterema króćcami.
Coraz częściej odbiorniki z czterema króćcami są zastępowane tańszymi, z jednym wymiennikiem i dwoma króćcami. Światowy rynek rozwija się w tym zakresie bardzo dynamicznie i dlatego coraz częściej oferowane są rozwiązania przeznaczone właśnie do takich instalacji.
Jeśli w instalacji czterorurowej zastosuje się taki odbiornik, istotne jest, by prawidłowo rozwiązać kwestie regulacji przepływu, tak aby zapewnić wymaganą wydajność cieplną odbiornika, a jednocześnie uniknąć mieszania lub przecieków wody z instalacji wody lodowej do grzewczej lub na odwrót.
Jednym z rozwiązań jest zastosowanie zaworu sześciodrogowego. Zawór taki posiada dwa króćce, które podłącza się do odbiornika oraz po dwa króćce do podłączenia przewodów wody grzewczej i wody lodowej. Jego zadaniem jest regulacja i przełączania przepływu do odbiornika pomiędzy instalacją grzewczą a instalacją wody lodowej.
Zawór sześciodrogowy regulujący przepływu do odbiornika stanowi proste, ale i niedoskonałe rozwiązanie.
Aby w każdym odbiorniku zapewnić odpowiedni przepływ, należałoby przed zaworem sześciodrogowym zainstalować, na przykład, statyczne zawory równoważące. Innym z rozwiązań może być też zamontowanie kryz zapewniających zaworowi sześciodrogowemu określony współczynnik Kv. Czasami kryzy takie dostarczane są razem z zaworami sześciodrogowymi jako część wyposażenia.
Zawór sześciodrogowy regulujący przepływu do odbiornika i zawory statyczne (lub kryzy) służące do równoważenia instalacji.
Spadek ciśnienia na umieszczonych przed zaworem sześciodrogowym zaworach równoważących lub kryzach odbiera jednak autorytet zaworowi sześciodrogowemu. W konsekwencji jakość regulacji będzie bardzo pogorszona, co w skrajnym wypadku może doprowadzić do regulacji dwupołożeniowej zamiast modulowanej.
Zaletą zastosowania statycznych zaworów regulacyjnych przed zaworem sześciodrogowym, jest niewątpliwie możliwość zmierzenia przepływu i regulacji instalacji, czego nie zapewniają kryzy. Nadal jednak autorytet zaworu sześciodrogowego może okazać się niewystarczający a fluktuacje ciśnienia i zmiany przepływów w instalacji nie pozwolą na uzyskanie oczekiwanego komfortu cieplnego w pomieszczeniach.
Lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie dwóch automatycznych ograniczników przepływu, przed zaworem sześciodrogowym. Na każdym z nich można nastawić przepływ obliczeniowy, który, chociażby w momencie rozruchu instalacji, nie zostanie przekroczony.
Co jednak stanie się, gdy zawory sześciodrogowe zaczną przymykać przepływ do odbiorników? Otóż odbiorą one autorytet automatycznym ogranicznikom przepływu, a co za tym idzie, przez większość czasu instalacja będzie funkcjonowała tak, jakby była wyposażone w statyczne zawory regulacyjne, z wszystkimi tego konsekwencjami.
Instalacja z automatycznymi ogranicznikami przepływu przed zaworem sześciodrogowym pozwala na szybki rozruch instalacji i prawidłową pracę w warunkach obliczeniowych, jednak ma ograniczenia podczas występowania obciążeń częściowych.
Rozwiązaniem byłoby zastosowanie zaworu sześciodrogowego wyłącznie do przełączania pomiędzy obiegiem ogrzewania i chłodzenia oraz do odcinania przepływu do odbiornika. Regulacja przepływu odbywałaby się za pomocą zaworu dwudrogowego umieszczonego przed odbiornikiem.
Zawór sześciodrogowy przełączający przepływ między grzaniem, a chłodzeniem oraz dwudrogowy zawór regulacyjny służący do równoważenia instalacji i regulacji przepływu do odbiornika.
Do rozwiązania pozostają jednak w takiej sytuacji dwa problemy. Po pierwsze należy móc nastawić przepływ zarówno na potrzeby chłodzenia jak i grzania, co na jednym zaworze jest niewykonalne. Po drugie przy zastosowaniu zwykłego zaworu dwudrogowego pojawiają się wszystkie niedogodności, jakie istnieją w instalacji regulowanej zaworami statycznymi.
Jedną z tych niedogodności można wyeliminować stosując niezależne od ciśnienia zawory regulacyjno-równoważące takie jak Frese OPTIMA Compact. Przepływ w instalacji, pomimo zmian ciśnienia, będzie wówczas regulowany automatycznie bez względu na stopień otwarcia dowolnego zaworu w jej obrębie.
Niezależny od ciśnienia regulator przepływu Frese OPTIMA Compact - schemat zaworu.
Natomiast jak nastawić zawór, aby mógł on jednocześnie spełniać rolę regulatora przepływu podczas grzania jak i podczas chłodzenia?
Jak się okazuje w tym miejscu kończą się możliwości rozwiązań opartych wyłącznie o mechanikę. Musi ona ustąpić pola elektronice, która pozwoli na spełnienie tych wszystkich wymagań. Choć nie do końca…
Niezależne od ciśnienia zawory regulacyjno-równoważące Frese OPTIMA Compact można nastawić na żądany przepływ, którego wartość nie zostanie przekroczona bez względu na wahania ciśnienia w instalacji. Ponieważ z reguły, ze względu na małą różnicę temperatur pomiędzy zasilaniem, a powrotem, przepływy w instalacjach wody lodowej są większe niż w instalacjach grzewczych, zawory regulacyjno-równoważące można nastawić na przepływ obliczeniowy określony dla instalacji chłodu. Należy tu zwrócić uwagę, że zawory takie jak Frese OPTIMA Compact pozwalają na wykonanie nastawy przepływu, bez ograniczania skoku grzybka zaworu, a więc umożliwiają pracę z pełnym skokiem niezależnie od wykonanej nastawy.
Nastawa przepływu na niezależnym od ciśnienia zaworze regulacyjno-równoważącym Frese OPTIMA Compact nie ogranicza skoku grzybka zaworu.
Jak jednak zapewnić w takiej sytuacji nieprzekraczalność przepływu obliczeniowego podczas pracy instalacji grzewczej? Otóż najprościej obliczyć o ile procent należy zredukować przepływ do tego samego odbiornika w stosunku do przepływu podczas pracy instalacji wody lodowej. Właśnie w tym miejscu to elektronika, a dokładniej sterownik Frese OPTIMIZER pozwala na zrealizowanie tej funkcji.
Frese OPTIMIZER składa się z sześciodrogowego zaworu przełączającego z siłownikiem, niezależnego od ciśnienia zaworu regulacyjno-równoważącego Frese OPTIMA Compact z siłownikiem i sterownika.
Frese OPTIMIZER składa się z zaworu sześciodrogowego z siłownikiem, niezależnego od ciśnienia zaworu regulacyjno-równoważącego Frese OPTIMA Compact oraz sterownika.
Frese OPTIMIZER sterowany jest przez BMS lub, co należy podkreślić, odpowiedni do tego celu termostat pomieszczeniowy.
Przykład instalacji z Frese OPTIMIZER.
Obecnie standardowo stosuje się sygnał 0-10V do sterowania siłownikami zaworów. Sterownik Frese OPTIMIZER odbiera sygnał z BMS lub termostatu pomieszczeniowego i „tłumaczy” go na sygnał pozwalający przesterować zawór sześciodrogowy z pozycji grzania na chłodzenie lub na odwrót. Strefa martwa znajdująca się między 4,5V a 5,5V to obszar, w którym zawór sześciodrogowy jest całkowicie zamknięty – przepływ do odbiornika jest odcięty. Nie ma też oczywiście żadnego niebezpieczeństwa mieszania się lub przecieku wody z instalacji grzewczej do wody lodowej i na odwrót.
Do sterowania Frese OPTIMIZER potrzebny jest sygnał zewnętrzny określający, kiedy w instalacji wymagane jest grzanie, a kiedy chłodzenie. Wykres przedstawia sytuację, w której przepływ na potrzeby grzania stanowi 40% przepływu na potrzeby chłodzenia.
Nastawa dla przepływu wody lodowej jest wykonywana na podziałce zaworu regulacyjno-równoważącego niezależnego od ciśnienia typu Frese OPTIMA Compact. Po obliczeniu o ile przepływ na cele grzania ma być mniejszy wpisuje się tę wartość do sterownika Frese OPTIMIZER. Dzięki temu podczas pracy w trybie ogrzewania siłownik zaworu kontrolowany przez sterownik Frese OPTIMIZER nie otworzy się więcej niż jest to potrzebne do zapewnienia przepływu obliczeniowego.
Należy przy tym podkreślić, że każdy mniejszy przepływ, wymagany przy obciążeniach częściowych będzie realizowany na podstawie sygnału z BMS lub termostatu pomieszczeniowego, który zostanie przetworzony przez Frese OPTIMIZER na sygnał 0-10V niezbędny do prawidłowej regulacji strumienia przez Frese OPTIMA Compact. Ponieważ Frese OPTIMA Compact, pracuje ze 100% autorytetem, nawet podczas pracy z obciążeniami częściowymi, wszystkie odbiorniki w instalacji będą zawsze miały zapewniony wymagany przepływ, bez względu na fluktuacje ciśnienia.
Jakby tego było mało, Frese OPTIMIZER został wyposażony w jeszcze jedną niespotykaną dotąd na rynku funkcję. Jest to opcja regulacji przepływu nie tylko w oparciu o temperaturę powietrza w pomieszczeniu, ale także w funkcji temperatury wody na zasilaniu i powrocie z odbiornika.
Jak wiadomo każda instalacja jest projektowana na określone parametry, do których należy temperatura zasilania i powrotu. Jest to bardzo ważny parametr, gdyż jego pomiar pozwala na określenie czy pompa pracuje w optymalnych warunkach i czy sprawność instalacji jest na pożądanym poziomie.
Jeśli różnica temperatur pomiędzy zasilaniem, a powrotem jest mniejsza od zakładanej, to wniosek jest oczywisty - pompa pracuje z większą niż potrzeba prędkością, przez co zużywa więcej energii. Zbyt mała różnica temperatur negatywnie wpływa też na sprawność wytwornic wody lodowej jak i sprawność całej instalacji.
Frese OPTIMIZER z opcją regulacji przepływu do odbiornika w funkcji temperatury zasilania i powrotu.
Z badań wykonanych przez Frese na obiektach kontrolnych wynika, że często w instalacjach wody lodowej projektowana różnica temperatur, na przykład: 6°C jest w rzeczywistości dużo niższa i równa się zaledwie 2-3°C, a to pociąga za sobą ogromny wzrost przepływu i straty energii elektrycznej.
Na podstawie badań przeprowadzonych w instalacji wody lodowej w jednym z budynków Duńskiego Uniwersytetu Technologicznego stwierdzono, że po zamontowaniu sterownika typu Frese Delta T (stanowiącego opcjonalne wyposażenie Frese OPTIMIZER) na statycznych zaworach dwudrogowych, możliwe było uzyskanie oszczędności energii potrzebnej do pompowania w wysokości 77%, ponieważ różnica temperatur, ΔT, poprawiła się (wzrosła) z 3°C do projektowanych 5°C! Na podstawie dalszych badań na tym samym obiekcie stwierdzono, że samo zamontowanie zaworów typu Frese OPTIMA Compact, zamiast statycznych zaworów regulacyjnych, na tyle zminimalizowało syndrom ΔT, że pozwoliłoby na zaoszczędzenie energii potrzebnej do pompowania wody o około 67%, a dodatkowo po zamontowaniu sterownika Frese z funkcją regulacji temperatury zasilnia i powrotu oszczędności energii elektrycznej potrzebnej do pompowania wody mogłyby sięgnąć aż 87%, nie wspominając o poprawie sprawności całej instalacji.
Frese OPTIMIZER zapewnia zatem nie tylko najlepszą możliwą regulację instalacji czterorurowych z odbiornikami wyposażonymi w dwa króćce i jeden wymiennik ciepła, ale także umożliwia optymalizację pracy całej instalacji i uzyskanie sporych oszczędności energii.
