Równoważenie hydrauliczne kluczem do właściwej eksploatacji

Wykonanie nastaw projektowych na wszystkich zaworach równoważących nie gwarantuje poprawności funkcjonowania instalacji, ponieważ obliczone nastawy są tylko wartościami wstępnymi, które powinny zostać zweryfikowane na budowie w oparciu o precyzyjne pomiary. Dlatego przed oddaniem obiektu do użytku należy przeprowadzić równoważenie hydrauliczne w celu dopasowania przepływów projektowych do warunków rzeczywistych wg. normy PN-EN 14336. Proces równoważenia hydraulicznego należy wykonać w oparciu o metodę TA-Wireless bądź TA-Diagnostic przy użyciu przyrządów regulacyjno-pomiarowych TA SCOPE. Po przeprowadzonej regulacji hydraulicznej należy sporządzić protokół z regulacji zawierający wartości przepływu: obliczeniowe oraz rzeczywiste, wielkość zaworu i nastawę, spadek ciśnienia na zaworze oraz odchyłkę przepływu.
Maksymalna dopuszczalna tolerancja przepływu powinna być zgodna z wymaganiami normy PN-EN 14336.

Protokół powinien także zawierać dane jednostki dokonującej regulacji hydraulicznej. Protokół z regulacji hydraulicznej powinien zatwierdzić i odebrać inspektor nadzoru. Po sporządzeniu protokołu należy wypełnić tabliczkę znamionową przy każdym zaworze(dołączona do urządzenia przez producenta), wpisując wszystkie dane z protokołu. Najbardziej efektywne narzędzie pomiarowe powinno być w pełni skomputeryzowane, pozwalające na dokładne pomiary zarówno spadku ciśnienia, przepływu, jak i
temperatury. Okazuje się, że dysponując nawet zaawansowanym technologicznie urządzeniem pomiarowym, służącym do wykonywania indywidualnych pomiarów na konkretnych zaworach, nie jesteśmy w stanie szybko i precyzyjnie zrównoważyć bardziej rozbudowanejinstalacji. Problem ten związany jest z interaktywnością poszczególnych obiegów, więc ustawiając przepływ na konkretnym zaworze, przy kolejnym dopasowaniu przepływu na kolejnym zaworze, zmieniamy tym samym to, co już ustawiliśmy i
konieczna jest kolejna korekta. W przypadku instalacji rozbudowanych taka procedura jest czasochłonna i trudna do przeprowadzenia. Dlatego niezbędna jest skuteczna metoda ustawiania przepływów na wszystkich zaworach równoważących. Metod jest kilka, m.in. proporcjonalna, kompensacyjna oraz całkowicie skomputeryzowana TA-Wireless oraz TA-Diagnostic. Wybór metody uzależniony jest od liczby osób uczestniczących w równoważeniu, urządzeń i oczywiście czasu na wykonanie równoważenia. Należy wybrać metodę która optymalizuje spadki ciśnienia i zajmuje jak najmniej czasu oraz angażuje jak najmniejszą liczbę osób.

Ważnym etapem projektowania jest podział instalacji na moduły hydrauliczne. Na rys. zawór równoważący przy odbiorniku nr 5 ustawia się na 3 kPa (min. wartość spadku ciśnienia, aby dokonać pomiaru), zawór ten nazywany jest zaworem odniesienia bądź zaworem referencyjnym.

Zawór równoważący na dany moduł nosi nazwę zaworu wspólnego i pełni on bardzo istotną rolę w procesie równoważenia hydraulicznego.

• Równoważenie optymalne oznacza, że: autorytet zaworów regulacyjnych jest zwiększony do maksymalnej wartości;
• znane jest przewymiarowanie pompy i można dopasować wysokość podnoszenia, aby zminimalizować koszty pompowania wody.

Równoważenie optymalne ma miejsce wtedy, gdy bierze się pod uwagę najmniejsze możliwe straty ciśnienia na zaworach równoważących przy odbiornikach końcowych (co najmniej 3 kPa dla dokładnego pomiaru przepływu). Pozostały nadmiar ciśnienia jest równoważony zaworem wspólnym. Zawory wspólne przy równoważeniu dynamicznym pełnią również funkcję diagnostyczną, jak na rys. wyżej. Z teoretycznego punktu widzenia, hydrauliczne działanie układu może być prawidłowe również w przypadku zastosowania równoważenia automatycznego, co oznacza, że układ można zrównoważyć wykonując tylko pojedyncze pomiary na poszczególnych zaworach przy odbiornikach końcowych. W takim przypadku wskazane jest zainstalowanie zaworów równoważących, niezależnych od ciśnienia w odpowiednich miejscach, aby stanowiły one punkty diagnostyczne i służyły nie tylko przy uruchomieniu instalacji, ale również podczas jej serwisowania. W przypadku nieprawidłowego przepływu na zaworach przy obornikach, na zaworach równoważących na poszczególnych kondygnacjach możemy stwierdzić, co jest przyczyną braku odpowiedniego przepływu. Jest to bardzo ważne na etapie serwisowania instalacji i rozwiązywania problemów.

Do zmierzenia przepływu na zaworze równoważącym potrzebne jest tylko ciśnienie w instalacji. Wystarczy zatem, że pompa obiegowa pracuje - nie potrzebna jest praca kotła czy agregatu chłodniczego, aby mieć odpowiednią temperaturę. W przyrządzie pomiarowym TA-Scope każda wartość nastawy zaworu równoważącego jest zaprogramowana, jako konkretna wartość Kv. Odczytując z pokrętła typ i rozmiar zaworu, wartość nastawy, znamy Kv. Korzystając ze wzoru na współczynnik Kv, znając spadek ciśnienia Δp na zaworze i przekształcając wzór, urządzenie oblicza precyzyjnie wartość przepływu. Pomiar przepływu za pomocą przyrządu TA-Scope jest bardzo prosty i wystarczy tylko podłączyć urządzenie pomiarowe odpowiednio do planowanego pomiaru. Funkcja „Zmierz przepływ” umożliwia jednoczesny pomiar różnicy ciśnienia (Δp), przepływu i temperatury.
Za pomocą funkcji „Definiuj zawór” wybiera się typ zaworu, na którym będziewykonywany pomiar. Następnie wpisuje aktualną wartość nastawy na pokrętle zaworu. Jest również możliwość określenia rodzaju cieczy i ewentualnego stężenia różnych mieszanin, np. glikolu. Po wprowadzeniu danych wejściowych należy nacisnąć przycisk „Pomiar”, a następnie wcisnąć przycisk kalibracyjny w celu usunięcia pęcherzyków powietrza z wężyków pomiarowych. Po kilku sekundach i komunikacie na urządzeniu należy zwolnić przycisk kalibracyjny wykorzystując w tym celu przycisk. Wynikiem tych działań będzie wskazanie wartości przepływu, spadku ciśnienia oraz ewentualnie temperatury czynnika.

Wykonawcy często są zobowiązani do dołączenia do dokumentacji powykonawczej protokołu z regulacji hydraulicznej. Nierzadko ten dokument wykonywany był „na kolanie” i odchyłka przepływu wynosiła 0%. W ostatnim czasie zauważalne jest, że protokół z równoważenia jest wymogiem inwestorów, którzy chcą wiedzieć, za co płacą. Coraz częściej w Polsce staje się popularny „Model brytyjski” w równoważeniu obiektu. W Wielkiej Brytanii standardem jest, że jedna firma wykonuje montaż odbiorników, przewodów, zaworów, a niezależna od firmy wykonawczej firma specjalizująca się w regulacji hydraulicznej, równoważy obiekt. Zatrudniana jest przez inwestora i to ona odpowiada za odpowiednie przepływy. Jeśli brakuje jakiegoś zaworu w instalacji, to jej zadaniem jest uzupełnienie ewentualnych braków. Dzięki takiemu podejściu inwestor ma gwarancję poprawnej pracy instalacji i ma świadomość, że koszty eksploatacyjne są na optymalnym poziomie, ponieważ wykonano w prawidłowy sposób równoważenie hydrauliczne.

Ewentualne błędy można skorygować przed przekazaniem budynku do eksploatacji, przed uruchomieniem instalacji grzewczej lub chłodniczej, przed opuszczeniem budynku przez wykonawcę i przejęciem go przez właściciela. Dzięki temu ewentualne nieprawidłowości można naprawić wcześniej i mniejszym kosztem.

Dzięki urządzeniu pomiarowemu TA Scope w/w problemy udało się dość łatwo zidentyfikować. Podczas pracy układu może dojść do całkowitego zapchania filtrów i innych urządzeń, czego często nie można stwierdzić przy pomocy standardowo stosowanych urządzeń pomiarowych. Jednakże tego rodzaju problem zostanie natychmiast wykazany w pomiarach, jeżeli w zaworze równoważącym nie ma przepływu. W niektórych układach błędy pojawiają się jedynie w określonych momentach. Przyrząd pomiarowy TA SCOPE może gromadzić dane dotyczące spadku ciśnienia, przepływu i temperatury. Informacje na temat zmian podstawowych parametrów pracy instalacji mogą być rejestrowane, a ich wyniki zilustrowane np. w formie wykresu. Na podstawie zgromadzonych danych można wysunąć właściwe wnioski. Bardzo często właściciel budynku to zupełnie inna osoba niż użytkownik, ale w takim przypadku łączy ich wspólny cel. Oboje chcą, aby instalacja HVAC była ekonomiczna, zapewniała odpowiedni poziom komfortu i była wygodna w użyciu. We wspólnym interesie leży to, aby użytkownik, najemca, czy mieszkaniec czuł się dobrze w budynku (zazwyczaj 85% dnia spędzamy w pomieszczeniu!). Jednak, jeżeli podstawowe problemy opisane powyżej nie zostaną rozwiązane ,precyzyjne dostosowywanie zaawansowanej technologii regulacji nie ma większego sensu. Należy zwrócić uwagę na dwa dobrze znane czynniki zapewniające wydajne użytkowanie instalacji.

Z jednej strony właściwa dystrybucja przepływów w budynku zmniejsza zużycie energii przez instalacje grzewcze i chłodnicze, zapewniając jednocześnie żądaną temperaturę pomieszczenia i doprowadzanego powietrza. Z drugiej strony, poprzez ustawienie punktu roboczego pomp obiegowych, można zminimalizować zużycie energii elektrycznej. Tego nie można osiągnąć bez pomiarów. Wszędzie tam, gdzie są zainstalowane pompy niezależnie od tego czy jest to pompa o stałej prędkości obrotowej czy elektroniczna, dlatego powinien znaleźć się na rurociągu przeciwległym do montażu pompy zawór równoważący STAD lub STAF.

Niedostateczne przygotowania mogą znacznie wydłużyć czas równoważenia i uniemożliwić przeprowadzenie pełnej procedury.

Plan równoważenia

Po pierwsze, inżynier musi dokładnie zapoznać się z dokumentacją projektową. Na podstawie projektu można oszacować zakres procedury równoważenia oraz określić metodę równoważenia.

W planach należy sprawdzić, czy suma jest taka sama jak obliczeniowe wartości przepływu zaworu wspólnego po dodaniu przepływu odbiorników i podukładów. Może się tak zdarzyć, że jeden plan uwzględnia wartość przepływu określone dla różnych warunków pracy. Przed rozpoczęciem równoważenia na miejscu, warto sporządzić tabele, zawierające dane zaworów z dokumentacji
projektowej.

Przegląd wstępny

O ile to możliwe, przed rozpoczęciem realizacji procedury równoważenia należy dokonać przeglądu budynku, zwracając uwagę na następujące elementy:

• czy zrealizowany układ jest zgodny z projektem,
• czy układ został w pełni ukończony,
• sprawdzić wszystkie zawory równoważące i sprawdzić ich dyspozycyjność (podłączenia do urządzeń pomiarowych, klucze, dźwignia, zezwolenia
• itd.), w razie potrzeby można w tym momencie oznaczyć zawór, jeżeli pomiary nie odpowiadają wymogom bezpieczeństwa, należy
• powiadomić klienta,
• sprawdzić, czy filtry są puste, układ został odpowietrzony, ciśnienie układu jest prawidłowe,
• sprawdzić, czy zawory zwrotne, regulacyjne i pompy zostały zainstalowane w prawidłowym kierunku,
• czy układ automatyczny i regulacyjny budynku będzie sterował zaworami i pompami zgodnie z metodą równoważenia podczas przeprowadzania równoważenia,
• czy kierunek pracy pomp jest prawidłowy,
• czy zawory równoważące zostały wstępnie nastawione (w przypadku braku nastaw należy ustawić zawory w pozycji w pełni otwartej).

Procedura równoważenia

Przeprowadzanie procedury równoważenia rozpoczyna się w kotłowni, centrali grzewczej lub centrali chłodzenia od sprawdzenia wartości przepływu na głównych zaworach wspólnych. Jeżeli odbiegają one znacznie od wartości projektowych, równoważenie można kontynuować jedynie po skorygowaniu błędów.

Przed rozpoczęciem przeprowadzania procedury równoważenia, najlepiej na etapie projektowym, należy określić standard lub regulację w zakresie oceny dokładności procedury równoważenia.
Kwestią istotną jest osiągnięcie wyniku równoważenia hydraulicznego, wymaganego przepływu, który pozostaje w określonym zakresie tolerancji zgodnie z założeniami normy PN-EN 14336, przy minimalnej mocy pompy. Na koniec, zawory równoważące należy ograniczyć do wartości zadanej poprzez wykonanie blokady nastawy wstępnej. W innym przypadku, zrównoważony stan zostanie utrzymany tylko przez krótki czas. Zakończenie procedury równoważenia należy zgłosić osobie kompetentnej tak, aby układ
automatyczny mógł ponownie przejąć obsługę budynku.

Protokół z regulacji hydraulicznej

Zapis równoważenia można sporządzić na podstawie gotowych formularzy wypełnionych na miejscu lub danych zachowanych w komputerze pomiarowym. Zapis z równoważenia musi zawierać określone dane podstawowe oraz umożliwiać powtórzenie pomiarów na podstawie zapisu. Rozdziały protokołu z regulacji hydraulicznej dotyczące zapisu z równoważenia:

Informacje ogólne

1. Okładka: Nazwa placówki, adres, nazwa zrównoważonego systemu, nazwa klienta (przedsiębiorstwa), które zleciło przeprowadzenie procedury równoważenia, nazwa przedsiębiorstwa przeprowadzającego procedurę równoważenia, data,
2. Treść
3. producent, typ, zakres pomiarowy, data ostatniej kalibracji wykorzystanych przyrządów.

Tekst, opis

1. arkusz tytułowy,
2. przygotowania,
3. procedura równoważenia,
4. ocena równoważenia.

Wartości pomiarowe w tabelach

1. W odniesieniu do zaworów równoważących zapis musi zawierać co najmniej następujące informacje:

• nazwa, numer identyfikacyjny (musi być zgodny z numerem wskazanym w planach i liczbą na etykiecie umieszczonej na
  miejscu),
• typ, rozmiar,
• ustawienie pokrętła (nastawa),
• spadek ciśnienia na zaworze,
• wartość przepływu projektowana,
• wartość przepływu pomierzona,
• odchyłka % przepływu.
• dane pomp działających w układzie:
  • nazwa, numer identyfikacyjny,
  • producent, typ,
  • wybrana metoda równoważenia.

Jedną z zalet hydraulicznego równoważenia jest to, że można napotkać wiele opisanych usterek w czasie wykonywania procedury równoważenia. Znacznie taniej jest usunąć je na tym etapie wykonywania instalacji niż po wprowadzeniu lokatorów/pracowników do budynku.
Autor: Sławomir Świątecki​​