Muke po ventilima (Centralno grijanje, 2. dio)

U prvome članku ukratko sam pojasnio montažu centralnog grijanja kotlom na drva, spremnikom topline i punjačem. Montaža je bila dovršena, sustav napunjen vodom i nabijen na 1.5 bara, zapalili smo prvu vatricu i pratili što se događa. Sve je išlo po planu, kada je temperatura u kotlu dosegla 30°C, termostat u kotlu uključio je optočnu crpku u krugu spremnika topline i nastavilo se zagrijavanje kotla (Laddomat je tada svu toplu vodu iz odlaznog voda kotla vraćao natrag u povratni vod kotla). Na 60°C, na koliko je baždaren termostat u punjaču, otvorila se i klapna i punjač je u povrat kotla počeo dodavati hladnu vodu s dna spremnika topline (počelo je punjenje spremnika od vrha, topla voda istiskuje hladnu s dna ili obratno). Nakon toga pričekali smo da se se napuni vrh spremnika na 60°C, uključili smo optočnu crpku kruga grijanja i tada smo nakon prvih par minuta grijanja završili s hladnim radijatorima.

Problem je bio što su instalateri po čistoj inerciji (ili pravilima montaže ‘normalnih’ sustava grijanja) između optočne crpke, odlaznog i povratnog voda kruga grijanja montirali četveroputi ventil, kakav se obično montira na izlazu iz kotla u sustavima koji nemaju spremnik i punjač spremnika. Tamo takav ventil služi balansiranju između temperatura odlaza i povrata dvaju krugova, odnosno omogućuje da se dio vruće vode koja izlazi iz kotla pomiješa s hladnom vodom koja se vraća iz radijatora jer bi bilo prilično štetno za zagrijani kotao oplahnuti ga hladnom vodom.

Ovako to otprilike izgleda na nabrzaka sklepanoj ne-tehničkoj črčkariji koja prikazuje četveroputi ventil otvoren na trećinu.

4WV-13

Kada je taj ventil poluotvoren, vidimo da se vruća i hladna voda miješaju u oba kruga, i prema radijatorima i prema kotlu/spremniku. Ventil također može biti potpuno otvoren, kada su i odlaz i povrat spremnika/kotla izravno povezani prema krugu radijatora, ili zatvoren, kada su krugovi potpuno odvojeni. Samo u ta dva slučaja nema miješanja, u svim ostalima dogrijavamo vodu koja se vraća u kotao/spremnik.

Da bih vam objasnio zašto nam to nije poželjno kod spremnika topline, pozabavit ćemo se načinom njihovog djelovanja. Oni se potpuno razlikuju od kotla po pitanju povratne temperature i kod njih je za pravilno uslojavanje potrebna što veća razlika temperature (slijedi gruba skica spremnika topline).

tank

S lijeve strane na crtežu priključuje se dovod topline (kotao), a s desne na ovome crtežu odlaz su i povrat radijatora. I punjenje i pražnjenje trebaju ići po istome principu – s lijeve strane oduzimamo hladnu vodu s dna spremnika, a na vrh vraćamo vruću. S desne strane uzimamo vruću vodu, a vraćamo vodu ohlađenu u radijatorima i drugim trošilima. U slučaju prirodne cirkulacije u sustavu ovo savršeno funkcionira, vruća voda odlazi u radijatore, tamo se hladi i vraća se u spremnik.

Ovo je graf punjenja spremnika u idealnim uvjetima, optočna crpka kruga grijanja je isključena, radi samo ona između kotla i spremnika. Temperaturni su osjetnici postavljeni na četiri mjesta na spremniku (broj 1 na vrhu, broj 4 na dnu, ostali nazivi su sami po sebi jasni). Vruća voda prirodno cirkulira sustavom, a hladna se voda vraća u spremnik. Šiljci u temperaturi povrata događaju se u trenutku otvaranja dodatnih radijatora.

heating-punjenje

Kao što vidimo, uslojavanje je uredno i dok je vrh spremnika na 60 stupnjeva, već tridesetak centimetara niže voda je ispod 40 stupnjeva, a samo dno na nešto više od 20.

Dijagram pražnjenja istog sustava prirodnom cirkulacijom, s isključenom optočnom crpkom, izgleda ovako.

discharging-praznjenje

Iako je loženje prestalo oko 23 sata, punjač je nastavio prirodnom cirkulacijom predavati zaostalu toplinu iz kotla (siva linija) spremniku, a spremnik se slojevito prazni, hladna voda s dna potiskuje vruću prema gore, linija razgraničenja se podiže, tj. sloj hladne vode na dnu raste. Slojevitost je očuvana. (Nota bene: u ovome slučaju radilo se o toplome danu i malom broju otvorenih radijatora, 500 litara vruće vode nije dovoljno za održavanje moga sustava toplim 12 sati u hladnijim uvjetima).

U ne-idealnim uvjetima uz uključenu optočnu crpku voda puno brže kruži sustavom, ne stigne se ohladiti u radijatorima (čak i na najsporijoj brzini crpke) i povrat je znatno topliji. Dodavanjem tople vode u dno spremnika gubi se uslojenost i nakon nekoliko minuta voda će se u cijelome spremniku izmiješati i izjednačiti. Time umjesto 60 stupnjeva na vrhu i 20 stupnjeva na dnu dobijemo cijeli spremnik s mlakom vodom temperature četrdesetak stupnjeva, što je nije dovoljno za grijanje radijatora na njihovu radnu temperaturu.

I upravo se ovo dogodilo kada sam prvi puta upalio optočnu crpku. Za samo pet minuta dobio sam pun spremnik neupotrebljivo mlake vode. Utjecaj četveroputog ventila na ovakav sustav može se gradirati od lošeg (krugovi direktno spojeni), preko goreg (bilo koja varijanta miješanja odlaza i povrata) do najgoreg (odvojeni krugovi, odnosno ‘kratki spoj’ kada je odlaz spremnika spojen na povrat spremnika, a krug radijatora spojen u krug bez dotoka tople vode).

Četveroputi ventil se, dakle, pokazao glavnim krivcem i morao je letjeti van. Zamijenili smo ga troputim ventilom, jer je njegovo djelovanje potpuno drugačije.

U jednome položaju ventila sustav djeluje kao da ventila uopće i nema, što se moglo postići i četveroputim – to je slučaj prikazan na donjem crtežu i to ovo nam je neprihvatljivo ako je uključena optočna crpka.

3wv-closed

Međutim, kada je ventil napola zatvoren (ili napola otvoren, ovisno o njegovu pogledu na život), možemo postići to da većinu vode povrata pošaljemo natrag u sustav grijanja i uzmemo tek malo vruće vode iz spremnika. Na taj način u dno spremnika ćemo poslati znatno manje tople vode i slojevitost će se bolje održati. Ovo je primjer kada bi miješajući troputi ventil bio otvoren (ili zatvoren) na pola.

3WV-50

A ovako izgleda graf sustava s ugrađenim troputim ventilom.

heating-3WV

Na početku grafa optočna je crpka i dalje isključena kao na gornjim primjerima, a troputi je ventil otvoren do kraja, odlaz i povrat spremnika spojeni su direktno prema krugu grijanja.

U 17:52 uključena je crpka i vidimo da temperatura povrata strelovito raste, a temperatura odlaza pada. Razlika temperatura odlaza i povrata smanjila se s gotovo 35 stupnjeva na jedva 5. Dno spremnika se počinje zagrijavati.

U 17:58 troputi ventil zatvoren je na trećinu, što znači da se 2/3 vode povrata iz radijatora vraća u sustav, a 1/3 vruće vode uzima iz spremnika. Iako to ne vidimo u iz ovoga grafa, pala je temperatura u cijelom sustavu trošila jer je crpka izmiješala vodu u svim radijatorima (koji su bili uslojeni, vrući na gornjem dijelu, potpuno hladni u dnu) i dogodilo se isto što se dogodi u spremniku – radijatori su sada od vrha do dna mlaki.

U 18:22 troputi je ventil malo jače otvoren, na otprilike 50% (pola vode povrata se vraća u sustav i miješa se s vrućom, pola vode ide na dno spremnika). Vidimo da je razlika između odlaza i povrata sada nešto veća i da polagano raste kako se radijatori i prostorije zagrijavaju. Sustav se stabilizira.

Posljednji graf prikazuje završetak punjenja spremnika uz uključenu optočnu crpku i troputi miješajući ventil na 50% (pola povratne vode vraća se natrag u spremnik, a pola se miješa s vrućom vodom iz spremnika i vraća u radijatore).

heating-3WVat50

Razlika temperatura odlaza i povrata ustalila se na oko 10°C, a spremnik se puni do kraja, iako graf punjenja više nije onako pravilan kao što je bio s isključenom crpkom. Također vidimo da je sustav znatno tromiji, jer je potrebno znatno više vremena da se radijatori zagriju (vidljivo iz temperature odlaza).

Ukratko, za ispravno funkcioniranje spremnika topline na izlazu je neophodan troputi miješajući ventil, a štetan četveroputi. Ovi grafovi također ukazuju na potrebu za određenim sustavom kontrole koji bi pratio temperature u sustavu, po potrebi uključivao optočnu crpku i upravljao miješajućim ventilom kako bi se očuvala slojevitost u spremniku temperature, ali istovremeno zadržala zadovoljavajuća odlazna temperatura potrebna za zagrijavanje radijatora.

To je nastavak ovoga projekta, a u sljedećem članku pozabavit ćemo se prvom kockicom slagalice – ulaznim podacima, odnosno načinima snimanja temperatura u sustavu. U njemu ćete dobiti konkretne ideje kako mjeriti temperature, zapisivati ih na računalo, pratiti s bilo kojeg drugog računala spojenog na lokalnu mrežu ili internet, te izrađivati šarene linijske grafikone.

Nastavit će se…

3 komentara

  1. Hello,

    Thank you for sharing your experiences, regarding your wood burning heating system, which have been very useful for me.

    I’m designing and constructing a similar system myself although on a larger scale (50 kW wood boiler & 3000 l storage tank).

    One comment is concerning the 4-way mixing valve. If the return temperature of the water from the mixing valve to the storage tank was quite high, why did you not try to connect it higher up in the storage tank, to say just above the middle of the tank? That way you would have mainly had mixing in the upper (hot) portion of the tank.

    I notice that your storgae tank is also rather small (500 l) in comparison to the wood boiler you’re using (21 kW). Usually one uses the 50x rule, when sizing suitable storage. In other words 21 x 50 = 1050 l or larger would be more suitable for this size of boiler.

    The point is, would the mixing of hot and cold water have been less pronounced if the return to the storage tank from the 4-way valve would have been much higher up in the tank, as well as the tank volume being over twice what it is now?

    The only problem I can see with a 3-way mixing valves is that you then can’t add weather compensation (from outside and inside temperature sensors) to the system. Without weather compensation, the system can tend to struggle to provide the correct amount of heat required to the radiators, if the outside weather temperature fluctuates quite widely.

    What are your experiences in the winter; is the system more or less stable or does the temperature tend to go up and down as the weather outside gets colder?

    Have you tried to incorporate weather compensation into your control system in any way?

  2. Thank you for your comments, Paul.

    Regarding the first question, as I have probably mentioned in the article, the whole installation has been a learning experience both for myself and the guys that did the installation. I didn’t go for the 4-way-connected-higher option simply because I didn’t see the point in ever returning hot water back into the tank. 3-way valve is the way to go in this case, but what I should have done was to connect that return higher on the storage tank. That would help things.

    The storage tank is indeed too small for my system, but the reason for that is very simple – there was no way I’d be able to get a larger one into my basement i.e. the boiler-room. The plan, though, was to get the 500 l one, and at some later date get another one installed in parallel. That part has yet to happen 🙂

    In regards to your comment on 3-way mixing valve and weather compensation, I can’t think why weather compensation would not be possible with a 3WV. However, I don’t think I need any weather compensation because all my radiators (save one) have thermostatic valves, so they take what they need and the temperature (while the boiler is burning) is fairly constant. As for the weather compensation on the boiler itself, I do that when I take a peek at the external thermometer and decide how many logs to throw in. 🙂

    What I never finished was a third article detailing how I got the thing to work semi-automatically. I did finally get the mixing valve motorized and managed to get it to maintain a fixed return temperature but found that a much simpler solution works almost as well. My circulator pump is very old and stopped working on the lowest speed where I kept it to further reduce the possibility of a hot return. When that happened, I’ve set it up to work intermittently – the circulator runs for 30 seconds which is enough to heat up the radiators, and then stops for 90 seconds to give the radiators a chance to cool the return down. This worked quite well, interestingly enough, and the chance of hot and cold water mixing in the tank was greatly reduced.

    If you have any further comments or questions, I’d be happy to help.

Odgovori na ivan Otkaži odgovor

Ova web-stranica koristi Akismet za zaštitu protiv spama. Saznajte kako se obrađuju podaci komentara.