Pompę do instalacji grzewczej dobiera się na podstawie dwóch wielkości: wymaganego przepływu i oporów hydraulicznych najbardziej niekorzystnego obiegu. Wyznaczony z nich punkt pracy musi leżeć na krzywej charakterystyki pompy, najlepiej w jej środkowym zakresie. W domach jednorodzinnych zwykle wystarcza model o maksymalnej wysokości podnoszenia 4–6 m, ale bez rachunku łatwo kupić urządzenie wyraźnie przewymiarowane.
Krok 1: wymagany przepływ
Przepływ wynika bezpośrednio z mocy cieplnej, którą instalacja ma przenieść, i z różnicy temperatur między zasilaniem a powrotem. Dla wody można korzystać z uproszczonego wzoru:
Q [m³/h] = 0,86 × Φ [kW] / ΔT [K]
Przykład: budynek o zapotrzebowaniu 12 kW ogrzewany grzejnikami w parametrach 55/45°C, czyli przy ΔT = 10 K. Wymagany przepływ wynosi 0,86 × 12 / 10 ≈ 1,03 m³/h. Gdyby ten sam dom miał starą instalację 70/50°C (ΔT = 20 K), wystarczyłoby około 0,52 m³/h. Ogrzewanie podłogowe projektuje się zwykle na ΔT 5–7 K, więc przy tej samej mocy wymaga ono wyraźnie większego przepływu niż grzejniki.
Moc warto przyjmować z aktualnego bilansu cieplnego, a nie z mocy kotła. Kocioł bywa dobrany z dużym zapasem, a budynek po dociepleniu potrzebuje często o 30–40% mniej ciepła niż w chwili budowy.
Krok 2: opory hydrauliczne najdłuższego obiegu
Wysokość podnoszenia, jakiej potrzebuje instalacja, to suma strat ciśnienia na drodze od pompy do najdalszego grzejnika i z powrotem. Składają się na nią:
- opory liniowe rur, przyjmowane w projektach zwykle na poziomie 50–150 Pa na metr przewodu,
- opory miejscowe kolan, trójników i redukcji, w uproszczonym rachunku około 30% oporów liniowych,
- opór zaworu termostatycznego przy grzejniku, najczęściej 5–10 kPa,
- opór wymiennika kotła, zaworu mieszającego, filtra i ewentualnego licznika ciepła, podawany w kartach katalogowych.
Kontynuując przykład: najdłuższy obieg ma 60 m przewodów (zasilanie i powrót), a opór liniowy wynosi 100 Pa/m, co daje 6 kPa. Po doliczeniu 30% na opory miejscowe otrzymujemy 7,8 kPa. Do tego zawór termostatyczny 10 kPa, wymiennik kotła 5 kPa i zawór czterodrogowy 3 kPa. Łącznie około 25,8 kPa, czyli po podzieleniu przez 9,81 około 2,6 m słupa wody.
Krok 3: punkt pracy na krzywej charakterystyki
Obliczone wartości, w przykładzie 1,03 m³/h i 2,6 m, nanosi się na wykres z karty katalogowej pompy. Oznaczenie modelu, np. 25-40 czy 25-60, mówi tylko o maksymalnej wysokości podnoszenia przy zerowym przepływie. Przy rzeczywistym przepływie pompa osiąga mniej, dlatego decyduje przebieg krzywej, a nie liczba w nazwie. W naszym przykładzie model z serii 25-40 może wystarczyć, o ile jego krzywa przy 1 m³/h nie spada poniżej 2,6 m.
Ten rachunek ma praktyczne znaczenie, bo pompa obiegowa dobrana na oko, z dużym zapasem, przesuwa punkt pracy w prawo. Rośnie wtedy przepływ, prędkość wody w przewodach i różnica ciśnień na zaworach termostatycznych, co objawia się gwizdaniem grzejników, niższą sprawnością kotła kondensacyjnego (za wysoka temperatura powrotu) i niepotrzebnym poborem prądu. Pompa pracująca na granicy możliwości również jest złym wyborem, bo nie zostawia rezerwy na zamulenie instalacji.
|
Parametr |
Wartość w przykładzie |
|
Zapotrzebowanie na ciepło |
12 kW |
|
Parametry instalacji |
55/45°C, ΔT = 10 K |
|
Wymagany przepływ |
ok. 1,03 m³/h |
|
Suma oporów najdłuższego obiegu |
ok. 25,8 kPa |
|
Wymagana wysokość podnoszenia |
ok. 2,6 m sł. wody |
Krok 4: weryfikacja po uruchomieniu
Obliczenia opierają się na założeniach, które w istniejących budynkach rzadko w pełni się sprawdzają. Przewody bywają częściowo zamulone, zawory mają inne nastawy niż w projekcie, a część grzejników wymieniono na większe. Dlatego po montażu pompy trzeba sprawdzić, jak instalacja zachowuje się w rzeczywistości.
Najprostsza metoda to pomiar temperatury zasilania i powrotu termometrem kontaktowym albo odczyt z czujników kotła. Jeśli przy pełnym obciążeniu różnica wynosi wyraźnie mniej niż założone 10 K, przepływ jest za duży i można obniżyć krzywą pompy. Jeśli różnica jest znacznie większa, a dalekie grzejniki grzeją słabo, przepływ jest za mały albo instalacja wymaga zrównoważenia hydraulicznego. Wiele pomp elektronicznych pokazuje na wyświetlaczu chwilowy pobór mocy, a niektóre także szacunkowy przepływ, co ułatwia korektę ustawień.
Równoważenie polega na ustawieniu nastaw wstępnych na wkładkach zaworów termostatycznych tak, by grzejniki bliżej kotła nie przejmowały większości przepływu. Bez tego zwiększanie wysokości podnoszenia pompy jedynie maskuje problem i podnosi zużycie prądu.
Tryb regulacji dopasowany do instalacji
Pompy elektroniczne oferują kilka trybów pracy i ich wybór jest częścią doboru. Tryb stałej różnicy ciśnień (Δp-c) sprawdza się w instalacjach, w których większość oporów przypada na odbiorniki, np. w ogrzewaniu podłogowym z rozdzielaczem przy kotle. Tryb proporcjonalny (Δp-v) obniża wysokość podnoszenia wraz ze spadkiem przepływu i jest właściwy dla instalacji grzejnikowych z zaworami termostatycznymi oraz długimi przewodami. Tryb adaptacyjny sam wyszukuje optymalną krzywą na podstawie obserwacji pracy instalacji.
Od 1 sierpnia 2015 r. bezdławnicowe pompy cyrkulacyjne wprowadzane na rynek UE muszą mieć wskaźnik efektywności energetycznej EEI nie wyższy niż 0,23. Wymóg ten wyłączył z obrotu klasyczne pompy trójbiegowe do CO. Nie obejmuje on pomp przeznaczonych do wody pitnej, dlatego modele do cyrkulacji CWU wciąż bywają prostsze konstrukcyjnie.
Instalacje z kotłem na paliwo stałe
Kotły na węgiel, pellet i drewno stawiają przed pompą dodatkowe wymagania. Zbyt zimny powrót powoduje kondensację spalin w komorze i przyspiesza jej korozję, dlatego w obiegu kotłowym stosuje się zawór czterodrogowy albo termostatyczny zawór ochrony powrotu, zwykle nastawiony na około 55°C. Opór takiego zaworu trzeba uwzględnić w obliczeniach, a w układach z osobną pompą kotłową i pompą obiegu grzewczego najlepiej rozdzielić je sprzęgłem hydraulicznym lub buforem.
Drugą kwestią jest zasilanie awaryjne. Kocioł zasypowy nie wygaśnie natychmiast po zaniku prądu, a zatrzymana pompa oznacza ryzyko zagotowania wody w płaszczu. W praktyce stosuje się zasilacz UPS dobrany do mocy pompy i sterownika. Dla pompy elektronicznej pobierającej kilkanaście watów wystarcza niewielki zasilacz, co jest kolejnym argumentem za odejściem od starych pomp o mocy kilkudziesięciu watów.
Najczęstsze błędy przy doborze
- Kopiowanie parametrów ze starej tabliczki bez sprawdzenia, czy budynek docieplono lub wymieniono grzejniki.
- Pominięcie oporu wymiennika kotła, który w kompaktowych urządzeniach bywa wyższy niż opór całej reszty instalacji.
- Brak zaworu różnicowego lub obejścia przy pompie o stałej prędkości współpracującej z zaworami termostatycznymi.
- Łączenie kilku pomp w obiegach kotła, grzejników i podłogówki bez sprzęgła hydraulicznego, przez co pompy wzajemnie zaburzają swoje punkty pracy.
- Montaż z wałem w pionie, który skraca żywotność łożysk i utrudnia odpowietrzenie.
Przy modernizacjach dobrze jest powtórzyć cały rachunek, nawet jeśli wydaje się, że wystarczy zamiennik jeden do jednego. Po dociepleniu budynku i obniżeniu temperatury zasilania okazuje się często, że wystarcza pompa o połowę słabsza od dotychczasowej.