Rodzaje regulacji w „elektronicznych” pompach obiegowych

Pojęcie „ pompa elektroniczna” nie jest pojęciem nowym. Funkcjonuje w terminologii pompowej od ponad 20 lat. Między innymi za sprawą pierwszych pomp ze zintegrowaną przetwornicą częstotliwości UPE seria 2000 firmy Grundfos. Od tamtej pory pompy elektroniczne, zwłaszcza bezdławnicowe,  znalazły swoje trwałe  miejsce w  grzewczych instalacjach obiegowych. Od 2013roku za sprawą dyrektywy Unii Europejskiej tzw. Ekoprojektu , wszystkie bezdławnicowe pompy obiegowe muszą być wyposażone w układy regulacji, dostosowujące osiągi pompy do aktualnego zapotrzebowania instalacji grzewczej. W obecnej chwili wszystkie dostępne na rynku obiegowe pompy bezdławnicowe to pompy wyposażone w elektroniczne układy regulacji obrotów. Warto w tej sytuacji zastanowić się jakie możliwości regulacji dają pompy elektroniczne i jak je stosować. Prezentacje różnych rodzajów regulacji przedstawię na przykładzie pompy Grundfos MAGNA3.

W obiegowych instalacjach grzewczych ale i klimatyzacyjnych najczęściej wykorzystywanym parametrem regulacyjnym jest różnica ciśnienia między zasilaniem i powrotem z instalacji. Parametr  ten określa ciśnienie dyspozycyjne umożliwiające cyrkulację wody w instalacji z określoną obliczeniową wydajnością zapewniając  tym samym dostawę wymaganej energii cieplnej.

Zdecydowana większość współczesnych instalacji obiegowych wyposażona jest w zawory termostatyczne. Sprawia to ,że opory w instalacji a tym samym przepływy zmieniają się w sposób dynamiczny. Zadaniem pompy jest w tym wypadku utrzymanie ciśnienia dyspozycyjnego na odpowiednim poziomie. W pompach nieregulowanych zwiększenie oporów przepływu poprze przymykanie się zaworów termostatycznych skutkowało zmniejszeniem  wydajności pompy i zgodnie z charakterystyką pompy, zwiększeniem jej wysokości podnoszenia. W efekcie powstała nadwyżka ciśnienia dyspozycyjnego odpowiedzialna jest za powstawanie szumów przy przepływie przez zawory i głośną pracę instalacji.

Pompy regulowane są w stanie zmieniać swoją prędkość obrotową i utrzymywać wymaganą różnicę ciśnień. Utrzymanie stałej różnicy ciśnień jest najczęściej stosowanym sposobem regulacji pomp obiegowych. Dzięki bezpośredniemu pomiarowi różnicy ciśnień pompa MAGNA3 określa swój punkt pracy. Sterownik pompy porównuje go do wartości zadanej. Stwierdzone uchyby korygowane są poprzez zwiększenie lub zmniejszenie prędkości obrotowej. Stosowane są również inne metody określania punktu pracy przez pompę. Na przykład poprzez kalkulację ciśnienia i przepływu na podstawie prędkości obrotowej i pobieranej mocy. Jednakże w tym wypadku określenie aktualnego punktu pracy jest mniej dokładne a regulacja mniej precyzyjna. Regulacja według stałej różnicy ciśnień pozwala zmniejszyć ewentualne szumy w instalacji a dzięki redukcji obrotów silnika pompy zmniejszyć zużycie energii elektrycznej przez pompę. Ponadto jest to bardzo „bezpieczny” rodzaj regulacji pozwalający poprawnie ustawić ciśnienie dyspozycyjne nawet przy nieznajomości rozkładu strat ciśnienia w instalacji. Regulacja według stałej różnicy ciśnień może być zastosowana we instalacjach grzewczych. Przyjmuje się, że jest najbardziej optymalna jest przy dużych stratach ciśnienia na odbiorniku ciepła/chłodu w stosunku do oporów liniowych. W takim wypadku, zmiana przepływu w przewodach zasilających nie powoduje znaczących zmian w oporach przepływu i zapewnia odpowiednią różnicę ciśnień na odbiorniku. Jednakże w wypadku gdy straty ciśnienia na przewodach zasilających są większe niż straty na odbiorniku ( np. w wypadku długich przewodów rozprowadzających) można pokusić się o zastosowanie innego rodzaju regulacji – ciśnieniem proporcjonalnym. W stosunku do regulacji stałociśnieniowej, ten rodzaj regulacji pozwala osiągnąć jeszcze większe korzyści energetyczne. Regulacja ciśnieniem proporcjonalnym opiera się na wykorzystaniu zasady zmiany oporów hydraulicznych w funkcji przepływu ( prędkości). Opory przepływu zmieniają się w kwadracie zmiany prędkości przepływu. Zatem np. 2-krotne zmniejszenie przepływu ( na skutek przymknięcia się zaworów termostatycznych) skutkuje czterokrotnym zmniejszeniem oporów hydraulicznych. Dzięki temu zjawisku możemy znacząco zmniejszyć wysokość podnoszenia pompy przy zmniejszaniu się przepływu zachowując jednocześnie wymagane ciśnienie dyspozycyjne na odbiorniku. W efekcie następuje znacząca redukcja obrotów silnika i oszczędność w zużyciu energii elektrycznej przez pompę. Ten rodzaj regulacji jest zalecany w wypadku gdy przewody zasilające są stosunkowo długie a opory przepływu przeważają nad oporami miejscowymi w odbiorniku.

Kolejnym znacznie rzadziej stosowanym rodzajem regulacji jest regulacja według stałej temperatury. Pompy MAGNA3 dzięki wbudowanemu przetwornikowi temperatury mogą monitorować temperaturę cieczy. W wypadku gdy pompa zamontowana jest na przewodzie powrotnym, pompa wykorzystując wbudowany przetwornik może utrzymywać stała temperaturę powrotu z instalacji. W innym wypadku, kontrolę temperatury powrotnej trzeba realizować poprzez dodatkowy, zewnętrzny przetwornik podłączony do modułu sterującego. Ten rodzaj regulacji zalecany jest w wypadku stosowania stałej temperatury na zasilaniu. W tym wypadku zmniejszanie lub zwiększanie przez pompę przepływu w instalacji pozwala dostarczyć odpowiednią ilość energii cieplnej zależną od aktualnego zapotrzebowania. Stosowanie regulacji temperaturowej wymaga dokonania zmian ustawień w regulatorze PI pompy. Standardowo nastawy przystosowane są do regulacji ciśnieniowej a zatem czas reakcji sterownika jest stosunkowo krótki. Przy regulacji temperaturą należy wydłużyć czas reakcji i zmienić współczynnik wzmocnienia regulatora. Można tego dokonać bezpośrednio na panelu sterowniczym pompy. Warto zaznaczyć, że ten rodzaj regulacji stosowany jest również w instalacjach klimatyzacyjnych i chłodniczych. Może być również stosowany do zapewnienia właściwej cyrkulacji ciepłej wody.

W pompach MAGNA3 możliwe jest również utrzymywanie stałej różnicy temperatur na przykład między zasilaniem i powrotem w instalacji grzewczej. Wymaga to jednak zainstalowania jednego, dodatkowego przetwornika temperatury.

Ciekawym rodzajem regulacji jest AUTOADAPT. Funkcja, która automatycznie ustala punkt pracy pompy bez konieczności dokonywania ustawień przez instalatora. Umożliwia również automatyczną korektę ustawień w przypadku doboru przewymiarowanej pompy. Należy pamiętać, że AUTOADAPT jest odmianą regulacji ciśnieniem proporcjonalnym i znajdzie zastosowanie w podobnych rodzajach instalacji.

Ostatnim z prezentowanych rodzajów regulacji jest utrzymywanie przez pompę stałych obrotów. W zakresie od charakterystyki maksymalnej do minimalnej możemy wybrać, odpowiednią dla instalacji charakterystykę stałoobrotową. Pompa nie będzie reagować na zmianę warunków pracy instalacji zachowując się jak pompa jednobiegowa. Zastosowanie tego rodzaju regulacji to przede wszystkim instalacje bez elementów regulacyjnych, gdzie wymagany jest stały przepływ. Zaletą tego sposobu regulacji jest możliwość precyzyjnego ustawienia prędkości obrotowej pompy i dopasowanie do konkretnej instalacji. Pozwala to uniknąć błędów przy doborze na przykład zbyt dużej pompy.