Równoległe i szeregowe pompy w HVAC i CO

W dziedzinie ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) oraz centralnego ogrzewania (CO), pompy odgrywają kluczową rolę w cyrkulacji czynnika grzewczego. Zrozumienie różnych konfiguracji pomp, takich jak pompy równoległe i pompy szeregowe, a także prawidłowego montażu pomp obiegowych CO, jest niezbędne dla zapewnienia efektywnej i niezawodnej pracy systemów. W tym artykule przyjrzymy się bliżej tym zagadnieniom, omawiając tryb pracy pomp równoległych, zasady montażu pomp CO oraz potencjalne problemy i rozwiązania.

Tryb pracy pomp równoległych i szeregowych

Biwalentny równoległy tryb pracy

W kontekście pomp ciepła, termin biwalentny równoległy tryb pracy odnosi się do strategii wspomagania pompy ciepła dodatkowym źródłem ciepła w określonych warunkach. W tym trybie, sprężarka pompy ciepła pracuje niezależnie od temperatury zewnętrznej lub temperatury systemu grzewczego. Jednakże, od pewnego ustalonego punktu pracy, na przykład przy temperaturze zewnętrznej spadającej poniżej określonej wartości (np. -8°C), włącza się dodatkowe, biwalentne źródło ciepła. Najczęściej tym źródłem jest grzejnik elektryczny.

Należy pamiętać, że pompy ciepła mają swoje ograniczenia operacyjne. Zazwyczaj efektywnie pracują w temperaturach zewnętrznych powyżej -20°C i temperaturach systemu grzewczego do 60°C-65°C. Po przekroczeniu tych granic, biwalentne źródło ciepła może przejąć całkowite lub częściowe zadanie ogrzewania.

Pompy równoległe

Pompy równoległe są stosowane w systemach, w których występuje znaczna zmienność przepływu lub gdy system ma zmienne wymagania dotyczące przepływu. Umożliwiają one dostosowanie wydajności systemu do aktualnego zapotrzebowania poprzez włączanie i wyłączanie poszczególnych pomp. Zazwyczaj w konfiguracji równoległej stosuje się pompy o podobnej charakterystyce i rozmiarze, choć mogą to być również pompy różniące się wielkością lub pompy z regulacją prędkości obrotowej, co skutkuje różnymi charakterystykami pracy.

Na rysunku 1 (brak możliwości umieszczenia rysunku w tym formacie) przedstawiono system z dwiema identycznymi pompami pracującymi równolegle. Widoczne są zawory zwrotne zamontowane szeregowo za każdą pompą, aby zapobiec obiegowi wstecznemu, gdy jedna z pomp nie pracuje.

Charakterystykę pracy zespołu pomp równoległych uzyskuje się poprzez sumowanie przepływów (Q1 i Q2) dla każdej wartości wysokości podnoszenia (H), która jest taka sama dla obu pomp (H1 = H2). W przypadku identycznych pomp, wypadkowa charakterystyka zespołu pomp ma taką samą maksymalną wysokość podnoszenia (Hmax), ale dwukrotnie większy maksymalny przepływ (Qmax). Oznacza to, że dla każdej wartości wysokości podnoszenia, przepływ jest dwukrotnie większy niż w przypadku pracy pojedynczej pompy.

Zalety stosowania pomp równoległych:

• Zmienność przepływu: Możliwość dostosowania przepływu do aktualnych potrzeb systemu poprzez włączanie i wyłączanie pomp.
• Redundancja: W przypadku awarii jednej pompy, pozostałe pompy mogą utrzymać pracę systemu (przynajmniej częściowo).
• Efektywność: Możliwość pracy pomp w pobliżu punktu optymalnej wydajności (BEP) poprzez odpowiednie sterowanie liczbą pracujących pomp.

Pompy równoległe znajdują zastosowanie w systemach podnoszenia ciśnienia wody, zaopatrzenia w wodę dużych budynków oraz w sytuacjach, gdy szczytowe zapotrzebowanie na przepływ występuje tylko przez krótki czas. Zamiast stosowania jednej dużej pompy, instalacja kilku mniejszych pomp równolegle może być bardziej efektywna, ponieważ mniejsze pompy mogą pracować bliżej swojego punktu optymalnej wydajności w większości czasu pracy systemu. Aby osiągnąć optymalną pracę, przynajmniej jedna z pomp równoległych powinna być wyposażona w regulację prędkości obrotowej.

Pompy szeregowe

Pompy szeregowe stosuje się w aplikacjach wymagających transportu cieczy na duże odległości lub pokonywania dużych wysokości statycznych lub całkowitych, przekraczających możliwości pojedynczej pompy. Przykłady takich zastosowań to pompowanie szlamu, popiołu z elektrowni, wypełnień podziemnych i koncentratów. Pompy odśrodkowe są czasami instalowane szeregowo w celu zwiększenia zakresu pracy i rezerwy wydajności instalacji. Pompy wielostopniowe można traktować jako szeregowe połączenie pomp jednostopniowych, jednak w pompach wielostopniowych poszczególne stopnie nie mogą być rozłączone.

Jeżeli jedna z pomp w instalacji szeregowej jest nieczynna, stwarza znaczny opór dla przepływu. Aby temu zapobiec, można zainstalować obejście (bypass) z zaworem zwrotnym (rysunek 3 - brak możliwości umieszczenia rysunku w tym formacie).

Charakterystykę pracy zespołu pomp szeregowych uzyskuje się poprzez sumowanie wysokości podnoszenia (H) dla każdego przepływu (Q), który jest taki sam dla obu pomp (Q1 = Q2). Wypadkowa charakterystyka zespołu pomp ma dwukrotnie większą maksymalną wysokość podnoszenia (Hmax), ale taką samą wartość maksymalnego przepływu (Qmax) jak pojedyncza pompa.

Czy pompa centralnego ogrzewania powinna być na zasilaniu czy powrocie?

W nowoczesnych instalacjach centralnego ogrzewania, charakteryzujących się coraz sprawniejszymi kotłami oraz rurami i grzejnikami o małej pojemności, naturalny obieg grawitacyjny wody często okazuje się niewystarczający. Konieczne staje się wspomaganie obiegu wody za pomocą pompy obiegowej. Jednakże, nieprawidłowy montaż pompy może prowadzić do problemów z komfortem cieplnym i działaniem ogrzewania. Lokalizacja pompy w instalacji – na zasilaniu czy powrocie – nie jest oczywista i zależy od kilku czynników.

Zasady ogólne montażu pompy obiegowej

Ogólne zasady montażu pompy obiegowej są stosunkowo proste:

• Montaż bezpośrednio na rurociągu za pomocą śrubunków (dwuzłączek gwintowanych).
• Możliwość instalacji na rurze zasilającej lub powrotnej.
• Zgodność kierunku przepływu wody ze strzałką na korpusie pompy.
• Poziome położenie osi pompy.
• Łatwy dostęp do pompy w celu konserwacji i przeglądów.
• Montaż zaworów odcinających przed i za pompą, umożliwiających odcięcie pompy od instalacji bez konieczności opróżniania całego systemu.

Pompa na zasilaniu czy powrocie?

Wybór miejsca montażu pompy – na zasilaniu czy powrocie – zależy od typu kotła i zabezpieczeń instalacji.

Montaż pompy na zasilaniu jest zalecany w przypadku kotłów wyposażonych w automatykę sterującą, która chroni przed przegrzaniem. Umieszczenie pompy na zasilaniu w takim przypadku zapobiega zasysaniu powietrza do instalacji.

Jednak w przypadku kotłów bez zabezpieczeń przed przegrzaniem, bezpieczniejszym rozwiązaniem jest montaż pompy na rurze powrotnej. W kotłach bez zabezpieczeń temperatura wody może okresowo wzrastać do bardzo wysokich wartości, co grozi zagotowaniem wody. Gorąca woda, a nawet para, mogą uszkodzić wirnik lub łożyska pompy. Montaż na powrocie, gdzie temperatura wody jest zazwyczaj niższa, zmniejsza to ryzyko.

Montaż pompy na powrocie wiąże się jednak z niższym ciśnieniem w instalacji, co zwiększa ryzyko zasysania powietrza. W takim przypadku należy szczególnie dbać o szczelność instalacji i zamknięcie odpowietrzników.

Lokalizacja pompy i położenie naczynia wzbiorczego

Właściwa lokalizacja pompy względem naczynia wzbiorczego jest również istotna. Jeśli naczynie wzbiorcze znajduje się po stronie ssawnej pompy, musi być umieszczone co najmniej 30 cm ponad najwyżej położonym grzejnikiem. Jeśli naczynie wzbiorcze znajduje się po stronie tłocznej pompy, powinno być umieszczone powyżej pompy, ale nie niżej niż 0,7 wysokości podnoszenia pompy. Pompa o zbyt dużej wysokości podnoszenia, tłocząca wodę w kierunku naczynia wzbiorczego, może spowodować przelewanie się wody z naczynia. Lokalizacja pompy powinna być zatem dostosowana do parametrów pompy i wysokości umieszczenia naczynia wzbiorczego.

Jak zabezpieczyć się przed najczęstszymi problemami?

Głośna praca instalacji

Głośna praca instalacji, zwłaszcza w systemach z zaworami termostatycznymi, może być spowodowana wzrostem ciśnienia w instalacji, gdy zawory termostatyczne przymykają się w wyniku osiągnięcia zadanej temperatury w pomieszczeniu. Rozwiązaniem jest zmniejszenie biegu pompy lub zastosowanie pomp z płynną, elektroniczną regulacją obrotów, które automatycznie dostosowują się do zmiennych przepływów i utrzymują stałe ciśnienie.

Problemy z rozpaleniem kotła

Gdy kocioł jest wygaszony, a pompa obiegowa pracuje, może dochodzić do wychłodzenia wymiennika kotła. To z kolei może prowadzić do schłodzenia spalin, słabego ciągu kominowego i problemów z ponownym rozpaleniem kotła. Rozwiązaniem jest wyłączanie pompy na czas przerw w grzaniu i włączanie jej dopiero po rozpaleniu kotła.

Brak energii elektrycznej lub awaria pompy

Unieruchomienie pompy z powodu awarii lub braku prądu ogranicza obieg grawitacyjny i może doprowadzić do przegrzania kotła, szczególnie w systemach z kotłami na paliwo stałe. Rozwiązaniem jest montaż obejścia (bypass) z zaworem różnicowym, tzw. zestawu różnicowo-pompowego. W normalnych warunkach, gdy pompa pracuje, przepływ wody pod ciśnieniem utrzymuje zawór różnicowy zamknięty. W przypadku wyłączenia pompy, zawór różnicowy otwiera się, umożliwiając obieg grawitacyjny.

Zestaw różnicowo-pompowy W-PASS

Zestaw różnicowo-pompowy W-PASS to innowacyjne rozwiązanie, szczególnie przydatne w grawitacyjnych instalacjach centralnego ogrzewania z kotłami na paliwo stałe. Zapewnia on bezpieczeństwo systemu w przypadku braku zasilania elektrycznego lub awarii pompy, automatycznie przełączając system na obieg grawitacyjny.

Jak działa W-PASS?

W normalnych warunkach, pompa w zestawie W-PASS wymusza obieg wody. Ciśnienie wytwarzane przez pompę zamyka zawór różnicowy, a woda przepływa przez pompę. W przypadku braku zasilania, kula zaworu różnicowego unosi się, otwierając zawór i umożliwiając grawitacyjny przepływ gorącej wody przez instalację.

Montaż zestawu W-PASS

Zestaw W-PASS należy montować wewnątrz budynku, na pionowym lub poziomym odcinku rurociągu. Dla rurociągu pionowego przepływ musi być z dołu do góry. W położeniu poziomym pompa musi znajdować się poniżej zaworu różnicowego.

Podczas montażu należy zwrócić uwagę na:

• Ciśnienie instalacji - nie może przekraczać dopuszczalnego ciśnienia roboczego zestawu (1,0 MPa lub 0,4 MPa dla wersji z termomanometrem).
• Kierunek przepływu - zgodny ze strzałką na korpusie zestawu.
• Jakość wody - uzdatniona, instalacja niezamulona.
• Napełnienie i odpowietrzenie instalacji.
• Poziome położenie osi silnika pompy.
• Pełne otwarcie zaworów grzybkowych.
• Brak zaworów odcinających przed i za zestawem.

Pierwsze uruchomienie wymaga upewnienia się, że zawory grzybkowe są całkowicie otwarte i odpowietrzenia pompy poprzez odkręcenie korka odpowietrzającego i uruchomienie pompy na około 10 minut z maksymalną wysokością podnoszenia. W-PASS jest wykonany z żeliwnego odlewu monoblokowego z powłoką antykorozyjną kataforetyczną (KTL), co zapewnia długotrwałą eksploatację.

Podsumowanie

Wybór konfiguracji pomp (równoległa, szeregowa) oraz prawidłowy montaż i zabezpieczenie pompy obiegowej CO są kluczowe dla efektywnego i bezpiecznego działania systemów HVAC i CO. Zrozumienie zasad pracy pomp równoległych i szeregowych, a także świadomy wybór miejsca montażu pompy obiegowej oraz zastosowanie odpowiednich zabezpieczeń, takich jak zestaw W-PASS, pozwala na optymalizację pracy systemu i uniknięcie potencjalnych problemów.

Jeśli chcesz poznać inne artykuły podobne do Równoległe i szeregowe pompy w HVAC i CO, możesz odwiedzić kategorię Ogrzewanie.