Dobór odpowiedniego rozwiązania zabezpieczającego system przed zanieczyszczeniami to jeden z najważniejszych aspektów podczas projektowania oraz wykonywania instalacji.
Na rynku mamy dostępne podstawowe 3 rozwiązania:
Filtry siatkowe
Zasada działania tych podstawowych elementów opiera się na mechanicznym oddzieleniu zanieczyszczeń, które zostają zatrzymane na wkładzie filtracyjnym. Jest to podstawowe zabezpieczenie systemu chroniące przed większymi zanieczyszczeniami. Należy tutaj zwrócić uwagę na fakt, że gromadzące się zanieczyszczenia powodują zwiększenie strat ciśnienia generowanych przez filtr. Strata ciśnienia w 70 % zanieczyszczonego filtra wzrasta około czterokrotnie w odniesieniu do czystego urządzenia. Z tego powodu filtry należy dobierać w taki sposób, aby generowały minimalnej straty ciśnienia. Jako wartość graniczną w przypadku pomp ciepła możemy przyjąć spadek ciśnienia wynoszący 10 kPa przy przepływie nominalnym, natomiast jako wartość optymalną do doboru przyjmujemy spadek 5 kPa (wartość maksymalnego spadku może być różna dla innych źródeł ciepła ze względu na zastosowane pompy obiegowe). Straty ciśnienia dobranego elementu możemy odczytać z wykresu charakterystyki urządzenia, która znajduje się w karcie techniczne lub na podstawie obliczeń z zastosowaniem współczynnika Kv w oparciu o Wzór 1. Przykładowe obliczenia przedstawiono w Tabeli 1.
Filtry siatkowe z magnesem/ separatory magnetyczne
Tego typu elementy w większości przypadków usuwają zanieczyszczenia za pomocą wkładu filtracyjnego (podobnie jak w przypadku filtrów) oraz elementu magnetycznego, który zatrzymuje zanieczyszczenia ferromagnetyczne. Ze względu na konstrukcję posiadają one wszystkie cechy filtrów siatkowych wymienione powyżej. Metodyka doboru jest taka sama, jak w przypadku filtrów siatkowych. Istotnym aspektem jest utrzymanie niskiego spadku ciśnienia urządzenia. Podobnie jak w przypadku filtrów, dla sprawdzenia poprawności doboru możemy posłużyć się charakterystyką zamieszczoną w karcie katalogowej, wykonać obliczenia na podstawie wzoru 1 lub posłużyć się Tabelą 1.
Wzór 1
gdzie:
Kv - współczynnik wypływu [m3/h]
Δp - spadek ciśnienia w [bar]
G - natężenie przepływu w [m3/h]
na podstawie powyższego wzoru możemy określić akceptowalny minimalny współczynnik wypływu Kvmin oraz optymalny współczynnik Kvopt , jakie musi posiadać urządzenie filtrujące gdzie:
Δp - spadek ciśnienia w [bar] - przyjmujemy 10 kPa = 0,1 [bar] dla akceptowalnego doboru
oraz
Δp - spadek ciśnienia w [bar] - przyjmujemy 5 kPa = 0,05 [bar] dla optymalnego doboru
G - natężenie przepływu w [m3/h] - natężenie przepływu w instalacji, przyjmujemy przepływ maksymalny urządzenia, które ma być zabezpieczone. Wartość można odczytać z karty katalogowej lub obliczyć na podstawie wzoru 2.
Wzór 2
gdzie :
G - natężenie przepływu w [m3/h]
Qogrz - obliczeniowa moc cieplna [W]
cw - ciepło właściwe wody 4186 [J/(kg×K)]
tz - obliczeniowa temperatura wody zasilającej instalację [°C],
tp - obliczeniowa temperatura wody powracającej z instalacji [°C]
w przeliczeniu jednostek przyjęto gęstość wody 1000 [kg/m3]
Tabela 1. Dobór urządzenia z elementem filtracyjnym dla pompy ciepła
* minimalny wymagany współczynnik Kvs urządzenia filtrującego; obliczenia przepływu dokonano przy ΔT 5 °C, jako graniczną wartość poprawnego doboru przyjęto spadek 10 kPa
** optymalny współczynnik Kvs urządzenia filtrującego; obliczenia przepływu dokonano przy ΔT 5 °C, jako graniczną wartość poprawnego doboru przyjęto spadek 5 kPa
Grawitacyjne separatory zanieczyszczeń
Urządzenia charakteryzujące się najwyższą sprawnością w zakresie eliminacji zanieczyszczeń z obecnie dostępnych na rynku rozwiązań. Dzięki wykorzystaniu zjawiska wytrącania pod wpływem grawitacji, możliwa jest separacja cząstki o średnicy do 0,005 mm (5 μm), czyli wielokrotnie mniejsza niż w przypadku filtracji. Dobór urządzenia wykonuje się na podstawie maksymalnego zalecanego przepływu podanego w karcie produktów, który nie może być przekroczony (Tabela 2). Wartość ta została określona w taki sposób, aby nie przekraczać prędkości przepływu wynoszącej 1,2 m/s.
Tabela 2. Dobór separatora Dirtmag® w wersji mosiężnej dla pomp ciepła
* w tabeli podano maksymalny zalecany przepływ dla danej średnicy separatora w m3/h, obliczenia przepływu dokonano przy ΔT 5 °C
Przykład 1
Pan Kowalski posiada nowo wybudowany dom, w którym zdecydował się na zastosowanie pompy ciepła o mocy 9 [kW]. Zgodnie z informacjami zawartymi w karcie technicznej urządzenia, przepływ czynnika grzewczego dla takiej mocy wynosi G = 1,55 [m3/h]. Na podstawie Wzoru 1, możemy określić:
Jeśli pan Kowalski zdecyduje się na zamontowanie filtra skośnego siatkowego lub filtra magnetycznego/separatora magnetycznego wyposażonego w wkład filtracyjny, musi on posiadać współczynnik Kvs większy niż obliczone Kvmin. Najlepszym wyborem z punktu widzenia oszczędności pracy systemu będzie zastosowanie urządzenia o współczynniku Kvs wyższym niż Kvopt.
Przykład 2
Najlepsze rozwiązanie dla Pana Kowalskiego to zamontowanie separatora zanieczyszczeń oraz filtra skośnego. Dobór separatora odbywa się na podstawie tabeli zamieszczonej w karcie katalogowej. W tym przypadku będzie to urządzenie Dn 25, dla którego maksymalny zalecany przepływ wynosi 2,11[m3/h], czyli jest wyższy niż nominalny przepływ pompy ciepła G = 1,55 [m3/h] . Filtr skośny dobrać należy na podstawie obliczonego Kvmin oraz Kvopt.
Metodyka doboru urządzeń do usuwania zanieczyszczeń różni się w zależności od ich konstrukcji i typu:
1. W przypadku separatorów grawitacyjnych (np. seria Dirtmag®) jest ona bardzo prosta i ogranicza się do sprawdzenia maksymalnego zalecanego przepływu podanego w tabeli.
2. Inaczej jest w przypadku urządzeń wyposażonych we wkłady filtracyjne. W przypadku podania przez producenta konkretnego urządzenia danych dotyczących jego maksymalnego przepływu, koniecznie należy sprawdzić dla jakiego spadku ciśnienia określona jest ta wartość. Może to być bowiem wartość uzyskana dla warunków laboratoryjnych, które nie mają odzwierciedlenia w rzeczywistej pracy systemu.
Przemysław Dutka
Doradca techniczny w firmie Caleffi Poland
668 652 314
przemyslaw.dutka@caleffi.com
