Nytt dynamisk regulert varmeanlegg Her beskrives et varmeanlegg hvor energiforbruket får første prioritet, dagens innjusterings-prosess med tilhørende arbeid er borte, og hvor forenklinger i systemene gir økt sikkerhet mot feil i prosjektering, utførelse og installasjon. Forfatteren har arbeidet med disse problemstillingene gjennom 20 år, og kan vise til mange utførte anlegg. Energiforbruk Vi vet at utstyr som inngår i varmeanlegget medfører trykktap, og trykktap = energitap. Det betyr at alt utstyr i varmeanlegget (struping av vannmengden) som strengt tatt ikke er nødvendig, skal unngås, og at vi likedan skal holde pumpetrykket lavest mulig. Struping av vannmengden og deretter økning av pumpetrykket blir som å kjøre bil med påsatte bremser og samtidig ”gassen i bånn” – ren energisløsing! Vi vet også at et varmeanlegg gjerne er i drift 30-40 år. Det betyr energisløsing over lang tid om ikke anlegget er prosjektert med lavest mulig energiforbruk for øyet. Innjustering av vannstrømmen Den mest vanlige måten å regulere varmeanlegg har vært med såkalt temperatur-regulering, hvor vannmengden mer eller mindre forsøkes holdes konstant. I slike systemer må hver rørforgreining innreguleres med egne ventiler (strupeskiver) for å få anlegget i hydraulisk balanse. Det tradisjonelle anlegg er altså basert på ekstra utstyr for innregulering av de enkelte kurser, med økt energiforbruk, mer arbeid og større kostnad som resultat. Kan dette unngås? Bruk av åpne reguleringssløyfer Utekompensering av turtemperaturen er eksempel på en åpen reguleringssløyfe. Informasjonen flyter i bare en retning uten å danne noen egentlig sløyfe. Regulatoren bestemmer turtemperaturen på grunnlag av utetemperaturen (etter fyringskurven). For at en forhåndsbestemt kurve skal gi ønsket resultat må bygningskroppen være utført iht. spesifiserte data, varmekursene være nøyaktig dimensjonert, varmeelementene være levert som spesifisert og vannstrømmen være justert til beregnet verdi. Med andre ord, en rekke forutsetninger og fallgruer for å oppnå tilfredsstillende resultat. Kan også dette unngås? Problemet får høgst aktualitet når termostatventiler ikke anvendes. Fleksibel plassering av reguleringsenheten Ved tradisjonell temperaturregulering vil vanntemperaturen i røret endres etter som reguleringen endres, for vannbatterier kan du få en ganske håpløs regulering dersom reguleringen ikke skjer ved forbruker men med for eksempel 50 meter rørlengde mellom reguleringsenheten og forbruker. I slike systemer kan temperaturen ut av røret være noe helt annet enn inn i røret fordi temperaturen hele tiden svinger i rørets lengderetning i takt med hvordan reguleringen endres. Vanntemperaturen kan sogar være vesentlig høyere i rørets utløp enn i dets innløp. Dette vil lett forårsake pendling i systemet. Ofte vil det være ønskelig å ta hensyn til helt andre forhold, slik som nærhet til elektrisk tavle, få samlet mest mulig på samme sted, korte rørføringer og lignende forhold. Er det mulig å konstruere varmeanlegg hvor regulerings-ventilene kan plasseres hvor som helst i rørnettet, valgfritt på tur- eller returrør? 1 Bruk av sekundærpumper Alt reguleringsutstyr koster penger. Det samme gjelder for pumper i anlegget. For hver pumpe som installeres medfører det elektrisk installasjon samt montasjearbeid og drift- og vedlikeholdskostnader senere. Derfor skal det nyttes færrest mulig pumper. Er det mulig å unngå sekundærpumper og i stedet klare seg med bare hovedpumpen i varmeanlegget? Det nye varmesystemet Ved hjelp av ny teknologi og ny viten er det nå mulig å konstruere ett nytt dynamisk regulert varmeanlegg hvor en unngår alle problemstillingene som er nevnt ovenfor. Konstruksjonen baserer seg på følgende tre forutsetninger: 1) Det brukes ren mengdestyring. Med det menes at det ikke skal brukes pumper i noen av reguleringskretsene. Vannmengden transporteres av en pumpe i hovedfordelingsnettet. 2) Det skal alltid brukes lukket reguleringssløyfer. Føler registrerer temperaturen, som via regulatoren styrer ventilen som endrer vannmengden til forbruker, som endrer temperaturen, som føler igjen registrerer. Føler sørger med andre ord, via det øvrige utstyret, for at riktig temperatur holdes i romlufta. 3) I stedet for tradisjonelle motorventiler (modulerende) skal det brukes dynamisk regulerte motorventiler. Det nye varmesystemet blir enklere, sikrere, billigere og sparer mer energi enn de tradisjonelle systemene. Dette skal vi se nærmere på. Lukket reguleringssløyfe Når vi regulerer ett varmebatteri, radiatorer, gulvvarme osv. så skal den enkelte sekundærkursen alltid ha en lukket reguleringssløyfe, se fig. 1. En reguleringssløyfe som vist her, vil alltid sørge for seg, uten å ”tenke” på det øvrige utstyret i distribusjonsnettet. Reguleringsenheten SV arbeider hele tiden for å tilfredsstille det innkommende signalet fra føler, og mater inn nødvendig væskemengde i kretsen. Reguleringen sørger altså, til enhver tid, for riktig væskemengde i kursen, og ikke utenforstående utstyr som tradisjonell løsning. Derfor trenger ikke et mengdestyrt system bli innregulert til hydraulisk balanse, slik et distribusjonssystem for temperaturregulering alltid må. Fig. 1. Forskjellige sekundærkurser som er utformet som lukkede reguleringsløyfer. Legg merke til at alle er uten sekundærpumpe. 2 Systemoppbygging Fig. 2 viser hvordan de forskjellige sekundærkursene kobles til hovedfordelingsnettet. Hovedfordelingsnettet skal dimensjoneres med lavest mulig rørtrykkfall, dog med hensyn til rørkostnad og pumpekostnad (også driftskostnad). Bruk rørmotstand i hovednettet mindre enn 100 Pa/m, og forbrukernettet mindre enn 200 Pa/m. Hovednettet skal sørge for nok vannmengde til den lengst borte liggende forbruker, når alle de øvrige forbrukerne samtidig også har full vannmengde. Med lite rørtrykkfall i hovedfordelings-nettet er tilgangen like god over hele nettet, og det oppnås stabile forhold mellom de enkelte kurser, og en får enkel og varig innregulering mellom kursene. Det nyttes færrest mulig pumper, dvs. en hovedpumpe i hovedfordelingsnettet, en pumpe i fjernkursen for å kompensere for tilleggstrykktapet i dette rørnettet, og en pumpe til forshunting av gulvvarmen. Alle pumper bør vært trykkstyrt, dette for energibesparing. Når en dimensjonerer pumpa, må en bare huske på at den ventilen og kretsen som har størst trykkfall, får nok vannmengde. De øvrige ventiler er dermed garantert nok vannmengde. Pumpa skal nemlig levere: Vannmengde tilsvarende summen av alle kurser, med pumpetrykk tilsvarende den kursen som har størst trykkfall. Fig. 2. Varmeanlegget har ren mengdestyring hvor vannmengden transporteres av en pumpe i hovedfordelings-nettet. Forshunting av gulvvarme nyttes om vanntemperaturen er mellom 50 og 80°C. Ved lavtemperatur-anlegg sløyfes forshuntingen. Dynamisk regulerte motorventiler i stedet for tradisjonelle motorventil Hydraulisk innregulering er tradisjonelt meget tidkrevende og kan være vanskelig å oppnå. Ved bruk av tradisjonelle strupeventiler vil flowet endre seg i andre deler av systemet når man regulerer en del. Derfor må måling og innregulering gjentas flere ganger før den korrekte balansen er funnet. Men husk; innreguleringsventiler (strupeventiler) skal ikke brukes i mengdestyrt system, for her endrer vannmengden seg hele tiden. Ved bruk av dynamisk regulerte motorventiler kan man uten å måle, innstille ventilen til det 3 ønskede flow. Dette gjøres på COVA-fabrikken før leveransen. Og husk; der skjer ingen endringer av det innstilte flow selvom der skjer endringer av trykk og flow andre steder i systemet. Kontroller at pumpen kjører med det korrekte trykk, så er anlegget innregulert. Frese dynamisk regulert ventil. Vist utgave uten målenipler. Innstilling av sirkulasjonspumpa Pumper i alle nyere varme- og kjøleanlegg er nesten utlukkende frekvensstyrede pumper, som kan reguleres opp eller ned etter belastningen. For å kunne utnytte denne muligheten optimalt skal pumpene innstilles og styres korrekt. Ved bruk av Frese`s dynamiske ventiler sikres det mot overflow og pumpa yter derfor ikke større vannmengde enn det er bruk for. Samtidig er trykktapet i systemet lavere ved bruk av dynamiske ventiler da der er færre ventiler i systemet. Bestemmelse av det korrekte pumpetrykk kontrolleres lett ved anvendelse av de innebygde målenipler i ventilene og pumpa arbeider dermed optimalt. Husk; det behøves kun målenipler på den ventilen som ligger lengst ute i systemet (størst trykkfall), dvs. kostnadsbesparelse. Herfra innstilles pumpa til det rette trykket. Ved bruk av slike dynamiske reguleringventiler kan elforbruket faktisk senkes mer enn 50% i forhold til tradisjonelt oppbyggede systemer. Vannbehandling Filter er nødvendig i alle vannbårne systemer hvor forurensninger kan resultere i høge drifts-, vedlikeholds- og utskiftingskostnader. Med Niprox vannbehandling blir anlegget ytterligere forenklet. Da unngås både filter og mikrobobleutskiller i anlegget. 30.12.11 Paul Tengesdal COVA AS Ingeniør, maskinteknikk Litteraturhenvisning Boka: Paul Tengesdal, Terje Kåre Apeland Lavtrykks distribusjonsystem i vannbårne energisystemer Utgave 2006 Fagstoff fra Frese AS, Slagelse, Danmark. 4