Drukverhogingsinstallaties. Drukverhogingsinstallaties kunnen op veel verschillende manieren worden uitgevoerd. Dit artikel wil een hulpmiddel zijn bij de keuze van de juiste uitvoering. Ingegaan wordt op de verschillende uitvoeringen zoals het aantal pompen, de uitvoering van het schakelvat en de consequenties hiervan op de legionellapreventie, Ook het beperken van de maximale drukken, toerenregeling, geluid en energiegebruik worden behandeld. Het berekenen is buiten dit artikel gehouden. Het artikel is fabrikant onafhankelijk geschreven.
Inhoud Drukverhogingsinstallaties. ..................................................................................................................... 1 Symbolen ............................................................................................................................................. 2 Beschrijving installaties. ...................................................................................................................... 2 Installaties van beperkte omvang. .................................................................................................. 2 Drukverhogingsinstallaties voor meerdere woningen en utiliteitsgebouwen. ............................... 3 Energiegebruik................................................................................................................................. 4 Maximumdruk ................................................................................................................................. 5 Toerengeregelde pompen. .............................................................................................................. 6 Drukvariaties door het waterleverend bedrijf. ............................................................................... 6 Geluid. ............................................................................................................................................. 7 Energie gebruik................................................................................................................................ 8 Samenvatting................................................................................................................................... 8
Symbolen In de principeschema’s worden symbolen gebruikt met de volgende betekenis: PI (pressure indicated). Dit is een manometer of een display. PC (pressure controller). Dit is een regelaar. De regelaar verwerkt de signalen van de drukschakelaar(s) of druktransmitters. Bij het gebruik van druktransmitters worden de in-en uitschakelpunten vast gelegd in de regelaar. Dit geld ook voor de toerenregeling bij toerengeregelde pompen. PT (pressure transmitter). Dit is een meetwaardeomvormer. De druk wordt omgezet in een elektronisch uitgangssignaal. Dit, meestal analoge signaal, wordt naar de regelaar gestuurd. Met één transmitter kan de regelaar meerdere pompen in- en uitschakelen of het toerental regelen. PS (pressure switch.) Drukschakelaar. Deze kan worden ingesteld op een inschakeldruk en op een uitschakeldruk. Er wordt aan de perszijde één drukschakelaar per pomp gebruikt. Deze wordt voor nieuwe installaties vrijwel niet meer gebruikt voor het schakelen van de pompen. Wel wordt deze veelvuldig toegepast als lage druk beveiliging. De instelling gebeurt op de schakelaar. FS (flow switch). Stromingsschakelaar. Deze schakelt om bij stroming in de leiding. De in de kleine drukverhoginginstallaties gebruikte typen zijn elektronisch en bevatten geen bewegende delen..
Beschrijving installaties. Hierna volgt een beschrijving van de op dit moment meest gebruikte typen drukverhoginginstallaties. Installaties van beperkte omvang. In een woning of ander klein gebouw is soms de druk op te tappunten te laag om bijvoorbeeld de goede werking van thermosstatische mengkranen en massage douches te garanderen. In de stijgleiding naar de verdieping wordt dan een kleine pomp gemonteerd.
FS
PI PS
FS
Figuur 1 drukverhoging voor woningen, links zonder en rechts met lage druk beveiliging
Deze pomp bevat een ingebouwde stromingsschakelaar. Er moet dus eerst worden getapt, waardoor stroming ontstaat, voordat de pomp inschakelt. Verschillende fabrikanten leveren zo’n pomp waarbij de capaciteit ca 15 l/min bedraagt bij een opvoerdruk van ca 80 kPa. Een fabrikant heeft in de standaard set GEEN lagedruk beveiliging ingebouwd en de installatie voldoet dan ook niet aan de NEN 1006. Er is een losse voorbedrade plug-and play lagedruk beveiligingsset verkrijgbaar bestaande uit een minimaal drukschakelaar en een manometer. Als deze wordt gebruikt ontstaat er een veilige
situatie. Voordelen zijn zeer kleine afmetingen, geluidsarm, een minimum aan regelapparatuur en het ontbreken van een schakelvat. (legionella preventie) Als er iets meer druk of capaciteit noodzakelijk is kan een “echte” éénpomps drukverhogingsinstallatie worden gebruikt. De zuigzijde van de pomp kan worden beveiligd met een lage druk schakelaar of een druktransmitter. Ook aan de perszijde kan de installatie zijn voorzien van een druk schakelaar of een druktransmitter al naar gelang de fabrikant. Om schakelen bij zeer kleine verbruiken, zoals het lekken van een kraan, te voorkomen zijn deze installaties voorzien van een klein drukvat. PC
PC
PI PT
PI PT
PI PS
PI PS
Figuur 2 eenpompsdrukverhoginginstalaltie met druktransmitters en rechts met drukschakelaars
Voordelen zijn dat elke gewenste capaciteit en opvoerdruk te realiseren is. Nadelen zijn het ruimtebeslag en de aanwezigheid van een drukvat wat, zonder extra voorzieningen, een legionella risico kan zijn.
Drukverhogingsinstallaties voor meerdere woningen en utiliteitsgebouwen. Als er meer dan één woning op een drukverhogingsinstallatie wordt aangesloten of in utilitaire gebouwen is een reserve pomp, dus een meerpomps installatie, vereist. De meest eenvoudige drukverhoginginstallatie bestaat uit 2 of meer pompen, een regeling en een schakelvat. Oudere installaties worden geschakeld met drukschakelaars terwijl moderne installaties werken met druktransmitters.
PI PS
PC
PS PS PI
PI PS
PC
PT PI
JvdB 2011
Figuur 3 Links een conventionele installatie met drukschakelaars en een omloopleiding. Rechts een installatie met een druktransmitter i.p.v. drukschakelaars.
De installaties kunnen worden geleverd met een omloopleiding. Deze omloopleiding heeft weinig zin daar deze leiding standaard aan beide zijden afgesloten moet zijn i.v.m. legionella preventie.
Het drukvat kan een potentiële bron van legionella zijn. De drukverhogings installatie is veelal opgesteld in een relatief warme ruimte. Om voor voldoende verversing te zorgen moet het vat tenminste 20 x per dag worden bijgevuld en weer gedeeltelijk geleegd. Bij lekkage van het membraan of een andere storing waardoor de stikstof die boven het membraan aanwezig is wordt het volledige vat gevuld en stopt de verversing. Ook bij zeer kleine verbruiken wordt er onvoldoende ververst. Om dit te signaleren of te voorkomen zijn er verschillende oplossingen; -
Een doorstromend vat. Hierbij wordt er geen alarm gegenereerd maar wordt al het verbruikte water door het vat gevoerd zodat er optimale verversing ontstaat. Ook bij membraanlekkage blijft er voldoende doorstroming. Kleine vaten worden voorzien van doorstroomverdeler in een T stuk. Grote vaten, tot een inhoud van 3000l, zijn voorzien van 2 aansluitingen.
Detail aansluiting
Figuur 4 Links een doorstroomd schakelvat met 2 aansluitingen. Rechts een stromingsverdeler bij een klein schakelvat
-
-
Stromingsschakelaar in de leiding naar het vat. Deze stromingsschakelaar moet per etmaal een minimaal aantal schakelingen maken. Bij onvoldoende schakelen, ongeacht de oorzaak, wordt er een alarm gegenereerd. Membraanbreukmelder. In het vat worden aan de stikstofzijde opnemers gemonteerd. Bij membraanlekkage en weglekken van de stikstof wordt er een alarm gegeven. Vaak wordt dit gecombineerd met een doorstroomd vat. membraanbreukmelder
FS
Figuur 5 Links een drukvat met en stromingsschakelaar in de aansluitleiding. Rechts een vat met membraanbreukmelding.
Energiegebruik Drukverhogingspompen hebben hun hoogste rendement als ze op 50 -60% van hun capaciteit werken. De pompen worden berekend op het maximale verbruik, wat echter zelden nodig is. De pompen zullen het meest op een capaciteit van enkele % werken met een zeer laag rendement.
Daarom is het uit energetisch oogpunt gunstig om meerder kleine pompen te gebruiken in plaats ven 2 grote. Een andere manier is om een groot drukvat te gebruiken, bijvoorbeeld met een inhoud van 500 of 1000l Een groot deel van het etmaal wordt water geleverd vanuit het drukvat. Als de pomp draait vult deze het drukvat en werkt met een behoorlijk rendement. Ook hier heeft een doorstroomd schakelvat, eventueel met elektronische membraanbreuk signalering sterke voorkeur boven andere schakelingen. De oplossing met een groot , doorstroomd, drukvat en schakelende pompen is gunstig voor de beperking van de energiekosten. Ook wordt de levensduur verlengd daar de pompen relatief weinig bedrijfsuren maken. Deze installaties worden steeds meer vervangen door toerengeregelde installaties die dezelfde voordelen hebben. Maximumdruk In veel situaties is de voordruk van het waterleidingbedrijf sterk variërend. Bij wat hogere gebouwen (> 20 m) wordt al snel de toegestane maximumdruk overschreden. Dit komt door de pompcurve, de lage leidingweerstand bij kleine verbruiken en de hogere voordruk van het waterleidingbedrijf in de nacht. Figuur 6 De druk kan s'nachts aanzienlijk hoger zijn dan de gewenste of berekende druk.
Dit kan worden voorkomen door een reduceertoestel te plaatsen. Een reduceertoestel moet worden aangesloten met een omloopleiding zodat het ingebouwde filter kan worden gereinigd. Deze omloopleiding moet, vanuit legionellapreventie oogpunt, worden voorzien van 2 afsluiters om deze volledig buiten gebruik te kunnen stellen. Beter is het om een zelfreinigend filter te gebruiken. De omloopleiding is dan niet nodig. Energetisch is een reduceertoestel een slechte oplossing daar er in het reduceertoestel energie wordt vernietigd.
PI PS
PC
PT PI PI
Figuur 7 Drukverhogingsisntallatie met reduceertoestel. Boven is een reduceertoestel met een omloopleiding aangeven. Daaronder een opstelling zonder omloop maar met een zelfreinigend filter.
Toerengeregelde pompen. Met behulp van een frequentieomvormer kan het toerental van een pomp, en daarmee de capaciteit, worden gevarieerd. Het signaal dat de druktransmitter naar de regelaar stuurt, gebruikt de regelaar om het toerental van de pomp zo aan te passen dat de druk binnen een beperkte bandbreedte gelijk blijft. De druk aan de perszijde van de pomp blijft ongeveer gelijk ongeacht variaties in de voordruk van het waterleidingbedrijf of de hoeveelheid doorstromend water.
PI PS
PC
PT PI
PI PS
PC
PT PI
JvdB 2011
Figuur 8 toerengeregelde drukverhogingsinstallatie met en zonder doorstroomd drukvat
De installaties worden meestal uitgevoerd met een klein drukvat zodat de pomp uit kan schakelen als er geen verbruik is en niet gaat draaien alleen omdat er ergens een kraan drupt. Incidenteel, met name in prioritaire installaties, worden installaties met toerengeregelde pompen wel uitgevoerd zonder drukvat. Het legionella beheer wordt daardoor vereenvoudigd. De pomp draait dan altijd, meestal op het minimale toerental. Als er gedurende lange tijd niet wordt getapt is er enig risico op opwarmen van het water in de pomp. Voordelen van toerengeregelde pompen zijn onder andere dat een reduceerventiel achter de pomp niet nodig is. Er wordt niet meer energie gebruikt dan strikt noodzakelijk en de gebruikers ervaren een groot comfort omdat er geen drukschommelingen zijn door in- en uitschakelen van pompen. Daarnaast zullen in woongebouwen de pompen s’nachts vrijwel altijd op een laag toerental draaien en daardoor weinig geluid produceren. Door het lage toerental zal de levensduur van de pompen worden verlengd. Het is mogelijk om op bestaande pompen een frequentieregelaar te plaatsen met ingebouwde druktransmitter en regelaar. Bestaande Installaties kunnen zo op een eenvoudige manier worden omgebouwd naar toerengeregeld.
Drukvariaties door het waterleverend bedrijf. In een aantal heuvelachtige gebieden in Nederland kunnen er in het distributienet drukschommelingen optreden tot wel 3 bar. Indien dit incidentele drukdalingen zijn (de druk is meestal erg hoog) dan zal de drukverhogingsinstallatie niet werken zolang de druk hoog is. Deze langdurige stilstand kan vervuiling in de pomp opleveren. Er wordt dan soms een reduceertoestel
voor de pompinstallatie geplaatst zodat de drukverhogingsinstallatie altijd werkt. Dit is echter wel een vorm van energievernietiging. . PI PS
PC
PT PI
PI PS
PC
PT PI
Figuur 9 2 voorbeelden van legionellaveilige maatregelen bij sterk wisselende of te hoge vooordrukken. Links een zelfreinigend reduceertoestel en rechts een doorstroomd drukvat
Indien er kortdurende drukstoten plaats vinden, maar de druk is zo laag dat druk verhoging noodzakelijk is, wordt er, in plaats van een reduceertoestel, wel een drukvat voor de pompinstallatie geplaatst. Deze nivelleert de drukschommelingen. Als drukvat wordt dan een doorstroomd drukvat gebruikt om legionella bezwaren te voorkomen. Met name bij toerengeregelde drukverhoginginstallaties , kan door de traagheid van de regeling, de regeling door drukschommelingen instabiel worden. Kortdurende drukschommelingen groter dan 100 kPa kunnen al bezwaar opleveren.
Geluid. Tot ca 40 jaar terug werden alle drukverhoginginstallaties uitgevoerd met laagtoerige (1400 omw/min) pompen. Door verbetering van de materialen zijn deze laagtoerige pompen vrijwel geheel verdrongen door hoogtoerige (2800omw/min) pompen. Deze pompen worden in het algemeen op isolerende rubber voeten of matten geplaatst en de leidingen worden flexibel aangesloten. Contact geluid wordt hierdoor beperkt. Ook kunnen er aanvullende maatregelen worden genomen tegen de voortplanting van luchtgeluid zoals akoestisch dempende ventilatieroosters en absorberend materiaal in de ruimte. Eén fabrikant plaatst de unit in een geluiddempende omkasting. Doordat de eisen die aan geluidwering worden gesteld steeds hoger worden is de laatste jaren meer aandacht voor beperking van geluidoverlast door drukverhoging ontstaan. Enkele fabrikanten brengen dan ook weer speciaal geconstrueerde laagtoeren pompen op de markt, eventueel met speciaal gelagerde motoren. Deze zijn zeer geluidsarm. Een alternatief zijn toerengeregelde pompen. Het maximale toerental kan worden begrenst en daardoor zijn de pompen stiller. Zowel het stromingsgeluid in de pomp als het geluid van de motorventilatie neemt sterk af bij een kleine verlaging van het toerental. Een alternatief is een pomp met een “natte” motor. De motor is afgeleid van de motor zoals die in een inbouwcirculatiepomp wordt gebruikt. Deze motor is geheel gesloten, wordt gekoeld door het langsstromende water en is erg stil.
Energie gebruik Doordat drukverhoginginstallaties altijd worden ontworpen op het maximale moment verbruik (een kortdurende piek) is een 2 pomp installatie energetisch het meest ongunstigst. De pompen zullen vrijwel altijd in deellast draaien met een ongunstig rendement. Meerdere kleine pompen zijn uit energetisch oogpunt gezien beter. Een verdergaande verbetering waarbij het energetisch rendement sterk omhoog gaat is het toepassen van een groot drukvat. De draaitijd van de pompen wordt drastisch beperkt. Nadeel zijn de legionella preventie maatregen en de benodigde ruimte. Een toerengeregelde pomp heeft in het gehele werkgebied een relatief hoog rendement. In deellast wordt er niet meer energie aan de pomp toegevoerd dan strikt noodzakelijk is. Een drukvat is niet altijd noodzakelijk zodat het legionella preventiebeheer wordt vereenvoudigd. De nieuwste ontwikkeling is het gebruik van hoogrendementmotoren. Deze motoren zijn afgeleid van de motoren die in hoog efficiëntie droge circulatiepompen worden gebruikt en vallen tenminste in energieklasse A+. Doordat deze worden gecombineerd met een toeren regeling is hier het laagst mogelijke energiegebruik mee te realiseren.
Samenvatting. Bij het gebruik van drukvaten heeft een doorstroomd drukvat veel voordelen, met name op het gebied van legionella preventie. Omloopleidingen hebben meer nadelen dan voordelen en moeten worden voorkomen. Bij toepassing van reduceerventielen is een zelfreinigend filter aan te raden. Op het gebied van comfort door het beperken van drukschommelingen, beperking van geluid en energie besparing hebben toerengeregelde pompen de voorkeur.
