Budynek inteligentny – możliwości pomp obiegowych i cyrkulacyjnych
Budynek inteligentny – możliwości pomp obiegowych i cyrkulacyjnych; fot. unsplash
Jeśli mianem inteligentnego określimy budynek energooszczędny, bezobsługowo dostosowujący się do aktualnych potrzeb, umożliwiający zdalne sterowanie i „uczący się” (wykorzystujący zebrane dane do optymalizacji pracy i współpracy instalacji oraz do autodiagnostyki), to te same cechy powinny wyróżniać pracujące w nim urządzenia, w tym pompy obiegowe i cyrkulacyjne.
Zobacz także
REGULUS-system Wójcik s.j. Grzejniki do pompy ciepła?
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji...
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji swojego domu, pozostawienie dotychczasowych grzejników jest „błędem w sztuce”. Inwestorzy mają potem żal, że nikt ich o tej konieczności nie poinformował.
REGULUS-system Wójcik s.j. Jak podwyższyć moc grzejników? Dostępne są dwie drogi
Gdy dysponujemy łatwo sterowalnym źródłem ciepła z dużym zakresem dostępnej mocy grzewczej, takim jak kocioł elektryczny, olejowy czy też gazowy, odpowiedź na zadane pytanie jest prosta: należy podwyższyć...
Gdy dysponujemy łatwo sterowalnym źródłem ciepła z dużym zakresem dostępnej mocy grzewczej, takim jak kocioł elektryczny, olejowy czy też gazowy, odpowiedź na zadane pytanie jest prosta: należy podwyższyć temperaturę czynnika grzewczego.
REGULUS-system Wójcik s.j. REGULUS-SYSTEM – optymalne grzejniki remontowe i do pompy ciepła
Jeśli decydujemy się na wymianę czegokolwiek, to na coś co jest lepsze, bardziej ekonomiczne, funkcjonalne, ładniejsze, a czasem także modne. Pamiętajmy jednak, że moda przemija…
Jeśli decydujemy się na wymianę czegokolwiek, to na coś co jest lepsze, bardziej ekonomiczne, funkcjonalne, ładniejsze, a czasem także modne. Pamiętajmy jednak, że moda przemija…
W publikacjach dotyczących rozwiązań inteligentnych często zwraca się uwagę na techniczne przygotowanie pompy do regulacji, sterowania i współpracy z pozostałymi instalacjami i z nadrzędnym systemem automatyki. Jednak punktem wyjścia dla rzeczywistego wpływu pracy pompy na inteligencję budynku jest dobór urządzenia do obsługiwanej instalacji. Tylko prawidłowo dobrana pompa w pełni wykorzystuje wszystkie swoje funkcjonalności, w tym te z zakresu smart.
Wybrane aspekty prawidłowego doboru pompy
O inteligencji samej pompy mówi się zwykle w kontekście energooszczędności, czyli racjonalnego zużycia energii zarówno przez silnik pompy, jak i pracującą instalację grzewczą czy c.w.u. Nie można jednak umniejszać znaczenia głównej cechy inteligentnej pompy – użytkownik nie powinien jej w ogóle zauważać. Powinna ona bez jego ingerencji zapewniać odpowiednie parametry w każdym punkcie budynku przy zachowaniu wymaganych parametrów akustycznych instalacji i cechować się wysoką trwałością – bezawaryjnością, a nawet, poza zwykłym harmonogramem konserwacji, „bezobsługowością”. Te cechy użytkowe ulegają wyraźnemu pogorszeniu, jeśli pompa zostanie źle dobrana (jest zbyt mała lub przewymiarowana).
W prawidłowym doborze należy uwzględnić punkt pracy instalacji grzewczej, który powinien się przecinać z charakterystyką pompy w obszarze jej największej sprawności. W zakresie pracy (charakterystyki) pompy powinien się mieścić także zakres zmiennych parametrów, który zapewnia automatyczna regulacja. Pompa nie powinna również pracować z parametrami granicznymi charakterystyki, gdyż jest wówczas głośna i szybciej się zużywa.
Na skuteczność i efektywność pracy pompy wpływa także jakość tłoczonej przez nią wody grzewczej lub użytkowej. Nieprawidłowa jakość wody prowadzi do zmiany warunków pracy instalacji grzewczej, przez co pompa zaczyna pracować poza optymalnym zakresem parametrów, a także do blokad, zatarcia czy wreszcie uszkodzenia urządzenia. Parametry fizykochemiczne wody odpowiednie dla danej pompy określa jej producent, punktem odniesienia może być też norma PN-C-04607:1993 [1]. Należy także stosować odpowiednie dla jakości wody w instalacji zabezpieczenia – mechaniczne, np. filtry czy odmulniki chroniące przed zawiesinami, oraz chemiczne (regulujące jakość wody), np. inhibitory korozji. Ich rodzaj i stężenie muszą być zgodne z wymaganiami producenta danej pompy.
Czytaj też: Buforowe zbiorniki ciepła »
Podstawa automatycznej regulacji pomp
Punkt wyjścia dla inteligencji pomp stanowią wymagania wobec energooszczędności ustanowione przez prawo europejskie, zgodnie z którym pompy muszą się cechować odpowiednio niskim wskaźnikiem efektywności energetycznej (Energy Efficiency Index – EEI), tj. nie więcej niż 0,23, oraz zastosowaniem płynnej regulacji prędkości obrotowej silnika [2, 3]. Europejskie kryterium odniesienia dla najbardziej energooszczędnych pomp cyrkulacyjnych to EEI ≤ 0,20 [4], a według informacji rynkowych parametr ten w przypadku nowoczesnych urządzeń może wynosić np. 0,17 czy nawet 0,15.
Zastosowanie silników z płynną regulacją obrotów umożliwia płynne dostosowanie pracy pompy do zmieniającego się obciążenia instalacji grzewczej. To z kolei otwiera szerokie możliwości regulacji – związane z nimi korzyści są największe, gdy pompa została prawidłowo dobrana do instalacji, a sama instalacja jest rozbudowana i cechuje się dużą zmiennością zapotrzebowania na ciepło. Istotne jest także dobranie rodzaju regulacji do konkretnego układu pompa–instalacja. Na przykład regulacja temperaturowa stała, pozwalająca na zachowanie stałej temperatury na zasilaniu, gdzie ilość dostarczanej energii cieplnej ma odpowiadać bieżącemu zapotrzebowaniu, stosowana jest w przypadku pomp cyrkulacyjnych. Zapewnia to ich optymalną pracę – pompy pracują z najbardziej dopasowaną do warunków częstotliwością.
Często wykorzystywana – ze względu na dostosowanie do charakterystyki instalacji grzewczej – jest korzystna energetycznie regulacja ciśnieniowa proporcjonalna (Δp–v). Polega ona na zmianie różnicy ciśnienia w zakresie 0,5 × Hs – Hs zależnie od wielkości przepływu, dzięki czemu ograniczana jest wysokość podnoszenia pompy, a tym samym zmniejszana ilość pobieranej przez nią energii. Ten tryb regulacji wybierany jest często przez producentów jako domyślny, a wielu z nich określa wskaźnik EEI pompy przy założeniu właśnie tego trybu regulacji. Bardziej zaawansowana forma takiej regulacji to automatyczne ustawienie punktu pracy pompy poprzez dostosowanie wszystkich parametrów (takich jak wydajność, prędkość obrotowa i zużycie energii) do warunków pracy w instalacji. Uzupełnieniem tego rozwiązania jest ograniczenie wielkości przepływu.
Producenci umożliwiają także łatwy wybór charakterystyki działania regulacji z wykorzystaniem przycisku lub pokrętła serwisowego umieszczonego na obudowie pompy. Dostępna jest również tzw. charakterystyka minimalna – redukowanie wydajności pracy pompy nocą, przy mniejszym zapotrzebowaniu na ciepło. Po wykryciu spadku temperatury w instalacji pompa przełącza się automatycznie na ten tryb pracy.
Komunikacja pomp z pozostałymi urządzeniami, użytkownikiem i instalatorem
Płynna regulacja daje szerokie możliwości sterowania pompami. Urządzenia mogą być wyposażone w przekaźniki konfigurowalne i wejścia analogowe, które umożliwiają podłączenie zewnętrznych przetworników różnicy ciśnienia, temperatury, pomiaru energii cieplnej czy zdalnego sterowania, a także we wbudowane moduły komunikacyjne przystosowane do połączenia z sieciami przemysłowymi (np. LON, Profibus, Modbus, GPS/GPRS czy BACnet) oraz sterowania zdalnego. Zdalny kontakt z urządzeniem, np. poprzez aplikację mobilną, pozwala na łatwe zarządzanie podczas ewentualnych wyłączeń budynku, a w przypadku nieprawidłowości umożliwia wstępną zdalną diagnostykę pompy, pozwalając wykonawcy na przygotowanie się do wizyty serwisowej i skrócenie jej czasu do minimum. Można także doposażyć układ pomp w moduły zewnętrzne montowane w skrzynce sterowniczej. Dzięki tym możliwościom technicznym urządzenia mogą pracować w sposób inteligentny, czyli dostosowywać się do bieżących warunków bez konieczności ingerencji użytkownika, przy zachowaniu optymalnego zużycia mediów – na poziomie dostosowanym do inteligencji całego budynku.
Czytaj też: Pompy ciepła w istniejących budynkach cz. 5 »
Możliwa jest praca według scenariuszy z określonymi parametrami sterującymi – dotyczy to np. pomp cyrkulacyjnych – i skrócenia czasu oczekiwania na ciepłą wodę w punkcie poboru przy zachowaniu najwyższej możliwej energooszczędności. Parametrami sterującymi mogą tu być temperatura wody w gałęzi cyrkulacji oraz wykrycie momentu poboru wody przez użytkownika. Dzięki zastosowaniu pary parametrów pompa pracuje możliwie krótko, a jednocześnie występuje oszczędność wody i minimalizacja strat energii.
Innym przykładem jest współpraca pompy lub układu pomp z pozostałymi instalacjami budynkowymi dzięki połączeniu urządzeń i instalacji przez Building Management System. BMS umożliwia np. płynną współpracę układów pomp dzięki wspólnemu sterowaniu urządzeniami wchodzącymi w ich skład według kilku możliwych scenariuszy, np. praca naprzemienna (równomierne obciążenie urządzeń) lub kaskadowa (obciążenie poszczególnych pomp i ich uruchamianie dostosowane do zapotrzebowania instalacji cieplnej). Cennym rozwiązaniem jest też konserwacja predykcyjna (stosowana zwykle w instalacjach przemysłowych), w ramach której dzięki analizie danych można nie tylko stwierdzić i wyeliminować niedoskonałości pracy instalacji, ale także „wyłapać” nieprawidłowości w pracy poszczególnych urządzeń przed stanem powodującym wystąpienie awarii i optymalnie zaplanować harmonogram konserwacyjno-serwisowy, np. wymianę zużywających się części.
Ważnym aspektem inteligencji budynku jest jego zdolność do „uczenia się”. Dane z urządzeń mogą być gromadzone i analizowane z wykorzystaniem narzędzi analitycznych dużych zbiorów danych czy sztucznej inteligencji, tak by optymalizować pracę instalacji w budynku, korygować reżimy pracy urządzeń i zwiększać energooszczędność całego układu.
Literatura
- PN-C-04607:1993 Woda w instalacjach ogrzewania. Wymagania i badania jakości wody
- Dyrektywa 2009/125/WE z dnia 21 października 2009 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią (Dz.Urz. UE L 285/10 z 31.10.2009)
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 547/2012 z dnia 25 czerwca 2012 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp do wody (Dz.Urz. UE L 165/28 z 26.06.2012)
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 622/2012 z dnia 11 lipca 2012 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 641/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych wolnostojących i pomp cyrkulacyjnych bezdławnicowych zintegrowanych z produktami (Dz.Urz. UE L 180/4 z 12.07.2012)
- Materiały firm: DAB, Dambat, Ferro, Grundfos, Hel-Wita, Hydro-Vacuum, KSB, Taconova, Wilo