We frankfurckim biurowcu firmy Westpol zainstalowano 90 obwodów regulacyjnych do sufitów chłodzących/grzewczych, które standardowo wymagałyby użycia 180 zaworów 2-drogowych. Dzięki zastosowaniu 6-drogowych kulowych zaworów regulacyjnych firmy Belimo, liczba siłowników, analogowych wyjść regulatorów oraz punktów danych zmniejszyła się do 94. Dodatkowo konstrukcja zaworów Belimo całkowicie wyklucza ryzyko jednoczesnego ogrzewania i chłodzenia, a tym samym zapewnia energooszczędność, bezpieczeństwo oraz niezawodność działania instalacji.

Gdy konwencjonalne zawory, przestawiane siłownikami elektrycznymi lub termicznymi, są podłączone równolegle do sufitów grzewczych/chłodzących, nieszczelności zaworów (spowodowane zanieczyszczeniem), nieprawidłowe działanie siłowników i regulatorów lub zbyt wysokie różnice ciśnień mogą doprowadzić do mieszania wody gorącej oraz zimnej. Z tego powodu rośnie zużycie energii, a obwody sterowania nie zapewniają skutecznej regulacji. Późniejsze zlokalizowanie przyczyny nieprawidłowości jest niezwykle czasochłonne i jest możliwe tylko przy użyciu termografii. W budynku biurowym firmy Westpol zainstalowano 90 obwodów regulacyjnych do sufitów chłodzących/grzewczych, które wymagały użycia 180 zaworów 2-drogowych. Dzięki zastosowaniu 6-drogowych kulowych zaworów regulacyjnych firmy Belimo, liczba siłowników, analogowych wyjść regulatorów oraz punktów danych zmniejszyła się do 94. Ponadto, zrealizowano elektroniczne monitorowanie wszystkich położeń 6-drogowych zaworów regulacyjnych, które w oprogramowaniu regulatora PLC jest wykorzystywane zarówno do kontrolowania, jak i na potrzeby strategii regulacji.

Rys. 1. W budynku firmy Westpol zastosowano 94 6-drogowe zawory regulacyjne firmy Belimo do regulowania mocy sufitów grzewczych/chłodzących o łącznej powierzchni 2 500 m²

Kompaktowe 6-drogowe zawory regulacyjne zajmują mniej miejsca, dzięki czemu są łatwiejsze do zainstalowania nad sufitem podwieszanym. Urządzenia o średnicy nominalnej DN 15-1/2” i 13 kombinacjach współczynnika kvs (0,25 do 1,3) pozwoliły na pokrycie całego zakresu mocy potrzebnych w budynku Westpol. Decyzję o zastosowaniu 6-drogowych zaworów regulacyjnych podjęto zarówno ze względu na odpowiednie parametry jakościowe siłowników Belimo, jak i ze względu na wynikające z konstrukcji, mechanicznie szczelne zamykanie obiegów grzewczych i chłodniczych. Dla generalnego wykonawcy, firmy Jökel Bau, dodatkowym argumentem na korzyść tych produktów była oszczędność czasu podczas montażu, podłączania oraz parametryzowania.

Rys. 2. W celu sterowania sufitami grzewczymi/chłodzącymi, sygnały z 6-drogowych zaworów regulacyjnych są doprowadzone do węzła sieciowego Wago

Modernizacja budynku Westpol

W roku 2008 luksemburska spółka RAI S.a.rl., właściciel budynku Westpol, zdecydowała się na kompleksową modernizację nieruchomości o powierzchni około 3000 m² i zainwestowała 6 mln euro w przebudowę, wykonanie nowej elewacji, nowy podział pomieszczeń oraz nowoczesne instalacje budynkowe. W obiekcie zastosowano wiele innowacyjnych rozwiązań z dziedziny instalacji budynkowych, w tym m.in. urządzenia Belimo, przyczyniające się do efektywnego i energooszczędnego regulowania mocy sufitów grzewczych/chłodzących o łącznej powierzchni 2 500 m². Dzięki użytej technologii pracownicy biur mogą przez cały rok indywidualnie regulować temperaturę w pomieszczeniach w celu zapewnienia komfortowych warunków pracy.
Projekt modernizacji obejmował cztery główne cele: zapewnienie atrakcyjności biurowca Westpol zarówno na zewnątrz, jak i od wewnątrz, umożliwienie łatwego dostosowywanie do potrzeb najemców, zapewnienie najlepszych możliwych warunków w pomieszczeniach, a także zagwarantowanie energooszczędność przekładającej się na niskie koszty eksploatacji.

Rys. 3. Funkcje 6-drogowego zaworu regulacyjnego, do ogrzewania oraz chłodzenia

Klimatyzacja

Aby zapewnić komfortowe i zdrowe warunki w pomieszczeniach, projektanci dążyli do uzyskania maksymalnych wartości określonych w normach dotyczących klimatyzacji i wentylacji: przyjęli strumień powietrza zewnętrznego 75 m³/h na osobę oraz nastawy temperatur w pomieszczeniach od 22^oC (zima) do 26^oC (lato). Podczas gdy w pomieszczeniach biurowych przewidziano nawiew ze stałym przepływem objętościowym, w salach spotkań oraz konferencyjnych zdecydowano się na sterowanie nawiewem/wywiewem dostosowane do bieżących potrzeb. W tym celu zastosowano przepustnice regulujące strumień powietrza, które są otwierane lub zamykane odpowiednio do sygnału z czujnika CO₂ mierzącego jakość powietrza w pomieszczeniu. Centrala wentylacyjna ma całkowitą wydajność 16 000 m³/h i jest wyposażona w rekuperator rotacyjny odzyskujący ciepło z powietrza wywiewanego. Powietrze jest wprowadzane do pomieszczeń przez nawiewniki szczelinowe, a temperatura nawiewu wynosi od 18 do 24^oC i zależy do pory roku, obciążenia pomieszczeń oraz nastawy temperatury.

Rys. 4. Regulator pomieszczeniowy CRK24-B1 firmy Belimo współpracujący z 6-drogowym zaworem regulacyjnym

Regulacja mocy sufitów grzewczych/chłodzących

Drugim, istotnym elementem instalacji klimatyzacyjnej w budynku Westpol są sufity grzewcze/chłodzące, które zainstalowano we wszystkich pomieszczeniach biurowych, salach spotkań i salach konferencyjnych. Panele grzewcze/chłodzące znajdują się za sufitami podwieszanymi, wykonanymi z perforowanych płyt gipsowo-kartonowych. Ich maksymalne moce chłodnicze oraz grzewcze wynoszą odpowiednio 67 W/m² oraz 75 W/m². Każdy z 6-drogowych zaworów regulacyjnych może sterować strefą regulacji (sufitem chłodzącym) o powierzchni do około 40-50 m² (moc grzewcza/chłodnicza pojedynczej strefy regulacji do około 3,5 kW). Zastosowane 94 6-drogowe zawory regulacyjne firmy Belimo regulują przepływ zimnej lub gorącej wody w sufitach w zależności od temperatury w pomieszczeniu, a tym samym zapewniają płynną regulację mocy chłodniczej/grzewczej w zakresie od 0 do 100%. Ponadto, temperatury w pomieszczeniach są mierzone na bieżąco i przesyłane do systemu automatyki, który określa nastawy zaworów regulacyjnych oraz steruje siłownikami zaworów. W poszczególnych pomieszczeniach zainstalowano regulatory umożliwiające użytkownikom modyfikowanie w zakresie ±3 K nastawy ustalonej przez system automatyki. Dzięki temu można łatwo dostosować temperaturę w pomieszczeniu do indywidualnych potrzeb.
Gdy nastawa zostanie zmieniona przez użytkownika pomieszczenia, 6-drogowe zawory regulacyjne dostosowują przepływ wody tak, aby precyzyjnie zapewnić żądaną moc grzewczą/chłodniczą sufitu. Co istotne, dzięki właściwościom tych urządzeń, zamiast 180 konwencjonalnych zaworów wystarczyło zainstalować i podłączyć tylko 94 zawory regulacyjne Belimo. Ponadto, konstrukcja kuli w 6-drogowych zaworach regulacyjnych całkowicie wyklucza ryzyko jednoczesnego ogrzewania i chłodzenia, a tym samym istotnie podwyższa bezpieczeństwo projektu oraz niezawodność działania instalacji.

Rys. 5. Do wszystkich pomieszczeń biurowych i sal konferencyjnych w budynku Westpol jest nawiewane klimatyzowane powietrze. Ponadto pomieszczenia te są wyposażone w kombinowane sufity grzewcze/chłodnicze

Dostarczanie ciepła i chłodu

Kolejną ważną cechą koncepcji instalacji budynkowych w biurowcu Westpol jest sposób wytwarzania chłodu/ciepła. Na dachu budynku znajdują się trzy agregaty chłodnicze/pompy ciepła o mocy chłodniczej 71 kW i grzewczej 80 kW, chłodzone powietrzem i napędzane silnikiem gazowym (rys. 8). W zależności od zapotrzebowania w budynku, poszczególne urządzenia mogą być włączane albo wyłączane, jak również pracować jako agregat chłodniczy albo źródło ciepła. Każda pompa ciepła jest połączona z modułem hydraulicznym w maszynowni, który przekazuje chłód/ciepło do obiegu wodnego. Woda o odpowiedniej temperaturze przepływa z modułu hydraulicznego do zbiorników wody gorącej lub zimnej (po 3000 litrów każdy), z których są zasilane sufity grzewcze/chłodzące oraz nagrzewnice/ chłodnice wodne w centrali klimatyzacyjnej. Projektanci zdecydowali się na pompę ciepła napędzaną silnikiem gazowym, ponieważ wykorzystanie ciepła ze spalin zapewnia pełną moc grzewczą również przy niskich temperaturach zewnętrznych. Aby uzyskać odpowiedni komfort w pomieszczeniach biurowca Westpol, użytkownicy biur mogą samodzielnie otwierać małe (uchylne) okna w zewnętrznym przeszkleniu budynku oraz ustawiać położenie zewnętrznych osłon przeciwsłonecznych.

Rys. 6. 6-drogowy zawór regulacyjny podłączony do instalacji (za panelem sufitu podwieszanego, w korytarzu)

Zawór 6-drogowy Belimo – właściwości

6-drogowy zawór regulacyjny został zaprojektowany specjalnie z myślą o stosowaniu wraz z sufitami grzewczymi/chłodzącymi i jako kompaktowe urządzenie wykonuje funkcje realizowane dotychczas przez dwa lub cztery standardowe zawory. Jednocześnie urządzenie oferuje wysoki poziom niezawodności i bezpieczeństwa, ponieważ zapewnia całkowite, hydrauliczne rozdzielenie pracy w trybach ogrzewania i chłodzenia: ze względu na konstrukcję kuli, niezamierzone mieszanie wody zimnej i gorącej, zasilającej lub powracającej w 6-drogowym zaworze regulacyjnym jest wykluczone. Dzięki temu, straty energii oraz koszty zostają zminimalizowane oraz zwiększa się sprawność energetyczna systemu. Zawory umożliwiają także płynne, w zakresie od 0 do 100%, regulowanie przepływu wody podczas pracy w trybach ogrzewania oraz chłodzenia, co pozwala na precyzyjne dostosowanie mocy sufitu grzewczego/chłodzącego w danym pomieszczeniu do bieżących potrzeb lub wymagań użytkownika. Budowę oraz zasadę działania 6-drogowego zaworu regulacyjnego przedstawiono na rys. 3.

Rys. 7. Elementy sufitów grzewczych/chłodzących znajdują się za sufitem podwieszanym, wykonanym z perforowanych płyt gipsowo-kartonowych

Budowa i działanie
6-drogowy zawór regulacyjny składa się z dwóch kulowych zaworów regulacyjnych, po trzy porty każdy, które są umieszczone jeden na drugim. Z lewej strony znajdują się przyłącza obiegu chłodniczego, z prawej natomiast przyłącza obiegu grzewczego. Przez oba przednie przyłącza przepływa woda zasilająca (przyłącze górne) sufit chłodzący, albo powracająca z sufitu chłodniczego (przyłącze dolne). W 6-drogowym zaworze regulacyjnym znajduje się kula z jednym otworem dla górnych portów i jednym otworem dla portów dolnych, która jest przestawiana przez siłownik. Gdy siłownik utrzymuje kąt otwarcia od 0o do 30^o, zawór znajduje się w trybie chłodzenia. Lewe i przednie przyłącza są wówczas otwarte, dzięki czemu zimna woda przepływa przez sufit chłodzący. Zmieniając kąt obrotu od 0^o (maksymalne otwarcie) do 30^o (całkowite zamknięcie) siłownik może liniowo regulować przepływ zimnej wody, a tym samym płynnie regulować moc chłodniczą sufitu. Przy wszystkich stanach roboczych „trybu chłodzenia” prawa część zaworu, podłączona do obiegu grzewczego, jest szczelnie zamknięta. Przy kątach otwarcia od 30^o do 60^o zawór znajduje się w martwej strefie: zarówno obieg grzewczy, jak i chłodniczy są wówczas w pełni zamknięte. Przy kącie otwarcia 60^o rozpoczyna działanie prawa część zaworu i zostaje włączony tryb ogrzewania. Otwierają się prawe i przednie przyłącza, a do wymiennika sufitowego dopływa gorąca woda, która powraca przez oba dolne przyłącza. Gdy potrzebna jest większa moc grzewcza, siłownik obraca zawór z położenia 60o w kierunku 90o, zwiększając przepływ gorącej wody aż do wartości maksymalnej. Przy wszystkich stanach roboczych „trybu ogrzewania” lewa część zaworu, podłączona do obiegu chłodniczego, jest szczelnie zamknięta. Sterowanie zaworem regulacyjnym odbywa się na podstawie sygnału z czujnika temperatury. Gdy temperatura w pomieszczeniu różni się od wartości nastawy, regulator wysyła do zaworu sygnał napięciowy 0-10 V. Sygnał ten steruje siłownikiem, który w zależności od zapotrzebowania na moc otwiera lub zamyka 6-drogowy zawór regulacyjny. Wskutek tego zwiększa lub zimniejsza się przepływ wody a moc sufitu grzewczego/chłodzącego zostaje dopasowana do potrzeb. Położenie 6-drogowego zaworu regulacyjnego może być cały czas monitorowane i wyświetlane na panelu dotykowym. Dzięki temu, użytkownik może stale kontrolować pracę zaworów i wizualnie sprawdzać informacje o pracy poszczególnych wymienników sufitowych (trybie ogrzewania/chłodzenia, martwa strefa).

Rys. 8. Do wytwarzania ciepła oraz chłodu na potrzeby budynku Westpol zastosowano trzy przełączane pompy ciepła/agregaty chłodnicze zasilane gazem ziemnym (usytuowane na dachu budynku)

Regulator temperatury
Firma Belimo oferuje pomieszczeniowy regulator temperatury (CRK24-B1) do montażu naściennego, który bardzo dobrze współpracuje z systemem wyposażonym w 6-drogowy zawór regulacyjny. Wbudowana funkcja oszczędzania energii (EHO) umożliwia monitorowanie temperatury w pomieszczeniu w zakresie od 15^oC (minimum) do 40^oC w celu uniknięcia strat energii oraz wystąpienia szkód w pomieszczeniach. Przy użyciu pomieszczeniowego regulatora temperatury użytkownik może samodzielnie modyfikować nastawę temperatury w zakresie ±3 K.

Rys. 9. Fragment schematu instalacji sufitów grzewczych/chłodzących w budynku Westpol, z 6-drogowymi zaworami regulacyjnymi

Podsumowanie

Firma Belimo oferuje 6-drogowe zawory regulacyjne w 13 standardowych wielkościach z kombinacjami współczynników przepływu przy ogrzewaniu/chłodzeniu od 0,25 do 1,3 m³/h (inne kombinacje wartości kvs na życzenie). Zawory te są wyposażone w przyłącza DN 15, są bezobsługowe i zapewniają szczelne zamknięcie. Dzięki swoim zaletom zawory mogą być stosowane w różnorodnych instalacjach i umożliwiają regulowanie szerokiego zakresu mocy. Zawory regulacyjne kulowe są przystosowane do pracy w instalacjach wody zimnej o temperaturze od 6 do 25^oC oraz gorącej od 25 do 50^oC i są odporne na krótkotrwałe wzrosty temperatury do 80^oC. Najważniejsze cechy 6-drogowych zaworów regulacyjnych:
• jeden zawór zastępuje nawet cztery dotychczasowe, konwencjonalne zawory,
• jeden siłownik zastępuje nawet cztery dotychczasowe siłowniki,
• obniżenie kosztów instalowania (okablowania, montażu, serwisowania),
• regulowanie pracy wymiennika sufitowego w trybach ogrzewania i chłodzenia przy użyciu tylko jednego punktu danych,
• płynne regulowanie mocy w zakresie od 0-100% w trybach ogrzewania i chłodzenia (charakterystyka liniowa),
• pełne zabezpieczenie przed jednoczesnym ogrzewaniem i chłodzeniem dzięki mechanicznemu rozdzieleniu obiegów wody w zaworze,
• duża trwałość, bezobsługowa praca,
• siłownik z interfejsem komunikacyjnym (szyna MP lub LON-Bus),
• 5-letnia gwarancja.

Opracowano
na podstawie materiałów
firmy Belimo