Vesikiertoisen tasapainotuksen ja radiaattoreiden venttiilien merkitys energiansäästössä

Mitä on vesikiertoinen tasapainotus?

Vesikiertoinen tasapainotus varmistaa, että oikea määrä kuumaa vettä virtaa jokaisen päätelaitteen (radiaattorit, puhallinkonvektorit jne.) läpi luomalla mahdollisimman vähän kitkaa ottaen huomioon jakeluverkon vastuksen. Tarkoituksena on varmistaa, että lämmitysjärjestelmä voi toimia kaikissa olosuhteissa, joita varten se on suunniteltu, ja estää tehokkaasti yli- tai alijakelu. Lämpökuorman huonekohtaisen laskennan ja lämmöntuottajakohtaisten suunnitteluparametrien perusteella asetetaan kuuman veden tilavuusvirta kullekin huoneelle. Tämä edellyttää lämmitysjärjestelmän hyvää tuntemusta, koska vastus syntyy termostaattiventtiileissä, jotka on sijoitettu strategisesti verkostoon.

Optimoimalla veden jakelu lämmitysjärjestelmässä tasapainottamalla paineen tarve ja järjestelmän vastus varmistetaan lämmön tasainen jakautuminen putkiverkostossa. Jos lämmönlähteestä kauimpana oleva radiaattori saa halutun virtauksen, joka mitataan vastuksella, myös yksiköt saavat tarvittavan virtauksen. Kun tämä on tehty, pumppu voidaan säätää tarvittavan pumppupaineen mukaan.

Jos lämmitysjärjestelmä ei ole hydronisesti tasapainossa, lähellä pumppua olevat radiaattorit ovat vaadittua lämpimämpiä, kun taas kaukana pumpusta olevat radiaattorit ovat viileämpiä. Kuuman veden ylitarjonta lähimpänä lämmöntuottajaa oleviin radiaattoreihin estää seuraavia radiaattoreita saamasta tarvittaessa oikeanlaista vettä, minkä seurauksena vaadittua huonelämpötilaa ei saavuteta.

Hydroninen tasapainotus termostaattiventtiileillä

Aikaisemmin lämmitysveden kiertovesipumppu mitoitettiin usein tarpeettoman suureksi tai virtauslämpötilat asetettiin korkeammiksi kuin niiden olisi pitänyt olla, jotta lämpimän veden virtaus kaukaisimpaan radiaattoriin olisi riittävä. Molemmat toimet aiheuttavat kuitenkin tarpeettomia energiahäviöitä. Hydroninen tasapainotus auttaa luomaan tehokkaan lämmitysjärjestelmän, ja se voidaan tehdä säädettävien termostaattiventtiilien avulla. Ne rajoittavat massavirtaa, jotta veden epätasapainoinen jakautuminen voidaan välttää.

Säädettävien termostaattiventtiilien rooli

Termostaattisäätöyksikkö koostuu termostaattipäästä ja säädettävästä venttiilipesästä. Termostaattipää on näkyvissä ja auttaa säätelemään huonelämpötilaa, mutta venttiilipesä on piilossa ja se säätelee varsinaista veden virtausta radiaattoriin. Termostaattiventtiilien ja patteriventtiilien välinen vuorovaikutus tekee lämmitysjärjestelmästä vaihtelevan virtauksen järjestelmän, joka pystyy reagoimaan vaihteleviin ulkolämpötiloihin ja jatkuvasti muuttuviin sisätilojen lämmitystarpeisiin halutun huonelämpötilan ylläpitämiseksi. Ne varmistavat vakaat paineolosuhteet ja takaavat lämmitysjärjestelmän ihanteelliset toimintaolosuhteet.

Dynaaminen hydroninen tasapainotus

Yleensä käytetään joko staattista tai dynaamista tasapainotusta. Staattista tasapainotusta käytetään vain täydellä kuormituksella, ja se saattaa johtaa epätasapainoiseen järjestelmään osakuormituksessa. Radiaattorin energiansäästömahdollisuuksien optimoimiseksi suositellaan kuitenkin dynaamista vesikiertoista tasapainotusta. Tämän tasapainotusratkaisun ansiosta radiaattoreiden paine-ero voidaan pitää vakiona koko rakennuksessa kaikissa kuormitustilanteissa. Käyttämällä dynaamisia tasapainotusventtiilejä tai paineesta riippumattomia säätöventtiilejä massavirrat pysyvät aina ennallaan, myös osakuormituksessa tai muuttuvissa kuormitusolosuhteissa.

Koska paluulämpötila voi olla alhaisempi - alle 55 °C kondenssikattilan optimaalisen hyötysuhteen saavuttamiseksi - ja koska pumppu kuluttaa vähemmän sähköä, koska se voidaan säätää alhaisemmalle nopeudelle, dynaamisella vesikiertoisella tasapainotuksella voidaan optimoida lämmitysjärjestelmän hyötysuhde ja saavuttaa merkittäviä energiansäästöjä ympäri vuoden muuttuvista lämmitystarpeista tai käyttäjien käyttäytymisestä riippumatta.

Matalan lämpötilan lämmitysjärjestelmien hydroninen tasapainotus

Vaikka hydroninen tasapainotus on tärkeää kaikissa radiaattoreissa, se on erityisen tärkeää matalalämpölämmitysjärjestelmissä . Hydroninen tasapainotus varmistaa, että järjestelmä on säädetty energialähteelle parhaiten sopiviin lämpötiloihin. Jos kyseessä on kondenssikattila, alhaisemmat paluulämpötilat mahdollistavat kattilan mahdollisimman tehokkaan toiminnan. Jos asennetaan lämpöpumppu, on mahdollista saada aikaan suuri vaikutus lämpöpumpun COP-arvoon asettamalla järjestelmä alhaisiin lämpötiloihin oikeilla meno- ja paluulämpötiloilla. Tällöin lämpöpumppu kuluttaa vähemmän energiaa toimittaakseen oikean energiamäärän rakennukseen.

Kuinka paljon energiaa vesikiertoinen tasapainotus voi auttaa säästämään?

Dresdenin ITG:ssä tehty perusteellinen tutkimus⁽²⁾ osoitti, että olemassa olevissa kerrostaloissa, joissa on radiaattorilämmitys, lämpöenergiankulutus vähenee tyypillisesti 7-16 kWh/m² . Ei ole yllättävää, että suurimmat säästöt saavutetaan dynaamisella vesikiertoisella tasapainotuksella. Sama tutkimus osoitti, että jos dynaaminen tasapainotus toteutettaisiin kaikissa Saksan hotelleissa, voitaisiin säästää jopa 24,2 miljoonaa kWh vuodessa, mikä vastaa 7 480 hiilidioksiditonnia.

Lisäksi Euroopan rakennusautomaatio-ohjausyhdistys(eu.bac) mainitsee rakennusten teknisten järjestelmien järjestelmätasapainotusta käsittelevässä kansiossaan⁽³⁾ Dublinin teknillisessä yliopistossa tehdyn tutkimuksen, jonka mukaan EU:n kotitalouksien lämmitysjärjestelmien vesikiertoisen jakelun optimoinnilla saavutettavat säästöt ovat yhteensä 22,6 Mtoe. Tästä 53 prosenttia tulisi pumpputehon vähentämisestä ja loput 47 prosenttia järjestelmien kuluttaman lämpöenergian vähentämisestä.

Sources:
(1) Results for a multi-family reference case in the study ‘Hydronic balancing and control – how to overcome the global challenge of reducing energy use in multifamily housing’ by Osojnik et al. https://www.eceee.org/library/conference_proceedings/eceee_Summer_Studies/2017/5-buildings-and-construction-technologies-and-systems/hydronic-balancing-and-control-8211-how-to-overcome-the-global-challenge-of-reducing-energy-use-in-multifamily-housing/2017/5-235-17_Osojnik.pdf/
(2) 2019 research report entitled “Potential Energy Savings and Economic Evaluation of Hydronic Balancing in Technical Building Systems” https://files.danfoss.com/download/CorporateCommunication/BuildingEfficiency/Potential-Energy-Savings-and-Economic-Evaluation-of-Hydronic-Balancing-in-Technical-Building-Systems.pdf
(3) System Balancing for Technical Building Systems: A great opportunity for Energy Savings and Comfort. https://eubac.org/wp-content/uploads/2021/03/20210322_eubac_System_Balancing_for_TBS.pdf