Расчет циркуляционного насоса системы отопления

Функционирование современных систем отопления, в которых используется принудительное движение теплоносителя по контурам отопления было бы невозможно без циркуляционного насоса.

Подбор циркуляционного насоса

Именно это устройство обеспечивает движение теплоносителя по магистралям системы отопления, системы теплый пол, системы рециркуляции ГВС. В сложных многоконтурных системах домов большой площади и этажности таких насосов может быть несколько.

Эффективная теплоотдача системы отопления напрямую зависит от соответствия параметров циркуляционного насоса параметрам системы в целом. Чтобы ориентироваться в теме,

как подобрать циркуляционный насос для системы отопления, ознакомимся с его устройством и основными параметрами.

Устройство насоса

Циркуляционный насос в разрезе

Устройство насоса «сухого» типа
Посмотрим на разрез насоса. Он состоит из самого насоса и электромотора с блоком управления. Материал корпуса может быть: нержавеющая сталь, бронза, алюминий, чугун. Крыльчатка из нержавеющей стали или технополимера, закрепленная на валу двигателя, своим вращением создает принудительное движение жидкости через насос. Оси входного патрубка и ось выходного обычно расположены вдоль одной линии.Подшипники и вал циркуляционных современных насосов — из керамики, что благоприятно влияет на уровень шума и долговечность устройства.

Технические параметры циркуляционного насоса

С функциональными возможностями устройства можно ознакомиться из его технического паспорта. Выбрать циркуляционный насос для отопления Вам помогут знания о таких параметрах:

1. Расход насоса ( подача, производительность) — объемная величина (единица -м3/ч), численно равная максимальному объему воды, который может прокачать через себя насос за один час времени.
2. Напор циркуляционного насоса — это максимальное значение гидравлического сопротивления, которое оказывают все элементы отопительных контуров движению жидкости, и которое способен преодолеть насос (при его расходе = 0). Измеряется в м (метрах).
3. Характеристика насоса — производная величина, определяемая взаимосвязь напора насоса и его производительности. Так для однорежимного (односкоростного) насоса существует только одна характеристика, для двух и более — соответственно две и… Что говорить о насосах с плавно регулируемой производительностью?..

Формулы расчета

Без проведения нижеуказанных расчетов нет возможности подобрать правильный насос, поэтому этот пункт является просто неотъемлемым.

Производительности

Этот параметр в расчетах обычно обозначается буквой Q и показывает, какое количества тепла может быть перемещено насосом за единицу времени.

Формула выглядит так:

Где:

1. Q — объемный расход, м 3 /ч;
2. R — необходимая мощность для помещения, кВт;
3. TF — значение температуры жидкости на входе в систему, ᵒС;
4. TR — температура жидкости на выходе из системы, ᵒС.

Значение R в европейских странах принято брать:

1. 100 кВт/м 3 – для частного дома, в котором не более двух квартир.
2. 80 кВт/м 3 – для больших многоквартирных домов.

Напора

Значение напора (давления) зависит не от высоты здания, а от его гидравлического сопротивления, поэтому именно его и надо вычислять.

Формула:

Где:

1. Нн – значение напора, м.
2. I – общая длина трубопровода, м.
3. R – сопротивление трения прямой трубы, Па/м.
4. ZF – коэффициенты запаса, который равен:
5. 1,2 – для смесителя и устройство естественной циркуляции;
6. 1,3 – для фитингов и арматуры;
7. 1,7 – для ТВ;

Классификация циркуляционных насосов

Насосы циркуляционные от различных производителей друг от друга существенно не отличаются. Все они классифицируются по типу ротора. Различают:

• насосы с «мокрым» ротором
• насосы с «сухим» ротором.

Устройства первого типа отличаются тем, что ротор находится в жидкости, а его камера отделена от статора стальной нержавеющей гильзой. К преимуществам такого насоса относятся: его компактность и бесшумность, отсутствие необходимости в смазывании (теплоноситель играет роль смазки, а также и охлаждающей среды). Однако такие устройства характеризуются более низким КПД по отношению к «сухим» насосам.

У насосов «сухого типа отсутствует непосредственный контакт ротора с теплоносителем системы. Гидроизоляция обеспечивается уплотнительными кольцами из «нержавейки», угольного агломерата или керамики. Высокий класс «подгонки» колец друг к другу и их вращение приводит к тому, что между ними образуется тоненькая пленка воды, обеспечивающая герметизацию электрической части насоса. Прижимная пружина постоянно поджимает кольца по мере их износа, обеспечивая их «самоподгонку».

И перед тем, как подобрать циркуляционный насос для системы отопления, следует запомнить, что «прописка» такого насоса желательна в отдельном помещении. Отличительной особенностью устройств «сухого типа» является достаточно громкий звук функционирования.

Как выбрать циркуляционный насос для отопления?

КАКУЮ ФУНКЦИЮ ВЫПОЛНЯЕТ НАСОС В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ

Естественная циркуляция теплоносителя в системе отопления работает благодаря разнице температуры и массы нагретой, а также охлажденной воды. Однако у такой самотечной системы циркуляции теплоносителя есть множество недостатков. Главный недостаток самотечной системы отопления заключается в том, что она не способна в полном объеме справиться с обогревом домов с большим количеством комнат.
Для того чтобы обеспечить равномерный обогрев дома с большой отапливаемой площадью, рекомендуется использовать циркуляционные насосы. Их главная задача заключается в создании в трубах, заполненных теплоносителем (водой), избыточного давления. Благодаря этому насос обеспечивает бесперебойную и равномерную доставку тепла во все комнаты, даже если дом большой площади.

Какие бывают типы насосов

Существует несколько типов нагнетателей (циркуляционных насосов), которые отличаются между собой по принципу работы в системе отопления. Они бывают таких типов:

• с мокрым ротором;
• с сухим ротором.

Нагнетатели, оснащенные сухим ротором, представляют собой самые обыкновенные электродвигатели, на валу которых дополнительно устанавливается специальная крыльчатка. Крыльчатка размещается в герметичном и хорошо защищенном корпусе. Благодаря этому привод и перекачивающий узел размещаются отдельно друг от друга, благодаря чему ротор, который размещен в электродвигателе, не контактирует с теплоносителем.

Насосы данного типа, благодаря своим техническим характеристикам и повышенным показателям мощности, как правило, применяются в работе систем отопления на промышленных предприятиях, разнообразных учреждениях, организациях или на котельных установках централизованного теплоснабжения. Для отопления в частных домах, в основном, используются нагнетатели с мокрым ротором. Это обусловлено тем, что они обладают небольшими размерами, а также практически не создают абсолютно никакого шума во время своей работы.

Критерии выбора насоса

Большинство людей, размышляя о том, как подобрать циркуляционный насос для системы отопления частного дома, ошибочно считают, что чем мощнее нагнетатель поставить, тем эффективнее будет работать система отопления, и тем лучше будет прогреваться дом. Однако такой подход к выбору подобного оборудования не является правильным.

Это обусловлено тем, что агрегат большой мощности обладает большими габаритами, стоит намного дороже, чем менее мощный циркуляционных насосов. К тому же уровень энергопотребления слишком мощного нагнетателя выше, а в системе отопления частного дома небольших размеров, он и вовсе будет работать только на половину своей оптимальной мощности. Поэтому, для того чтобы максимально корректно подобрать циркуляционный насос, следует в первую очередь обращать пристальное внимание на такие нюансы как:

• показатели производительности нагнетателя;
• функциональность;
• наличие дополнительных функций (наличие защиты от перегрева, переключение режимов работы и так далее).

Также, при выборе нагнетателя, нужно корректно рассчитать необходимую норму напора теплоносителя в системе отопления, для равномерного и корректного обогрева всех помещений в частном доме. Во время осуществления расчетов производительности подбираемого насоса, минимальные показатели его необходимой мощности для корректной работы отопления, необходимо увеличивать на 10%.

Расчет мощности

При выборе циркуляционного насоса, нужно правильно определиться с оптимальными параметрами мощности данного агрегата. К основным техническим характеристикам нагнетателя, от которых зависят показатели его мощности, являются:

• Параметры производительности насоса, которые измеряются в метрах кубических прокачиваемого теплоносителя (воды), за 1 час работы.
• Уровень создаваемого напора, который измеряется в метрах.

Показатели производительности нагнетателя выражаются в максимальном объеме воды, которую он способен перекачивать за 1 час работы. Расчет производительности агрегата производится с учетом соотношения тепловых мощностей отапливаемого помещения к разнице температуры воды на выходе, а также входе системы отопления.

Показатель создаваемого напора нагнетателем представляет собой максимально создаваемое насосом давление внутри системы отопления. Во время выбора циркуляционного насоса, его показатель напора должен быть таким же, как показатели гидравлического сопротивления системы отопления дома.

Рассчитать необходимую оптимальную мощность насоса, который планируется использовать в системе отопления, можно также самостоятельно. Для этого следует обращать внимание на параметры производительности используемого котла и правильно рассчитать наиболее оптимальный показатель необходимого напора воды, который должен создавать нагнетатель.

При выборе циркуляционного насоса, нужно принимать во внимание, что его пропускная способность на 1кВт мощности котла, который используется для обогрева дома, должна составлять не менее 1 литра за один час работы. Поэтому для котла, мощность которого составляет, например 25кВт, пропускная способность нагнетателя должна быть не менее 1500 литров воды за один час работы.

Выбор производителя

При выборе циркуляционных насосов, необходимо обращать пристальное внимание не только на технические характеристики данного оборудования, но и на компании которые занимаются их производством. Именно от выбора компании производителя в первую очередь зависит надежность и продолжительность работы нагнетателя.

Сегодня на отечественном рынке работает множество как отечественных, так и зарубежных компаний, которые занимаются выпуском циркуляционных насосов. Одними из самых популярных брендов, которые представлены на отечественном рынке, являются насосы немецкого производства фирмы WILO. Также большим спросом среди потребителей пользуются нагнетатели, которые производятся фирмой GRUNDFOS.

Кроме того, на отечественном рынке можно встретить насосы российского производства. Наиболее популярной компанией, которая занимается выпуском подобного оборудования, является UNIPUMP. Кроме того, эта компания занимается выпуском насосов погружного и поверхностного типа. Главное достоинство, которым обладают циркуляционные насосы компании UNIPUMP, это относительно небольшая стоимость, хорошие показатели мощности, надежность.

Функционал устройства

Во время подбора для системы отопления циркуляционного насоса, следует также обратить особое внимание на его функционал и наличие разно рода дополнительных возможностей. Самые простые насосы не оснащены специальной регулировкой скорости перекачивания теплоносителя.

Главное преимущество такого нагнетателя выражается в его небольшой стоимости и надежности. Однако на фоне глобального изменения климата, когда в зимнее время года показатель температуры воздуха в окружающей среде, может резко изменяться как в сторону уменьшения, так и наоборот увеличиваться, рекомендуется приобретать нагнетатели, оборудованные регулировкой скорости работы.

Кроме того, во время выбора циркуляционного насоса, нужно обращать внимание на режим его работы. Самыми удобными и экономными являются нагнетатели, оснащенные автоматическими режимами включения, выключения, а также автоматической регулировкой скорости работы, которая регулирует мощность работы и количество перекачиваемого теплоносителя устройством, в зависимости от показателей температуры окружающей среды.

Также на некоторых моделях есть функция удаления воздуха и сброса лишнего давления. Благодаря наличию этой функции двигатель не запускается на холостом ходу, поэтому существенно увеличивается срок его эксплуатации и сводится к минимуму возможность возникновения поломки нагнетателя и выхода его из рабочего состояния.

Основные требования к установке

Устанавливать циркуляционный насос можно как в месте подающего, так и обратного трубопровода системы отопления. Главное условие, которое необходимо выполнять во время его установки – это обеспечение беспрепятственно доступа к оборудованию, для проведения его чистки, ремонта, а также планового технического обслуживания. Во время установки нагнетателя нужно придерживаться нескольких правил:

• Во время монтажа, перед насосом нужно предварительно установить фильтр грубой очистки.
• Диаметр труб отопления должен соответствовать оптимальному диаметру, который указан в технической документации устройства. Если показатель сечения труб меньше оптимального сечения, указанного в технических характеристиках нагнетателя, то это может привести к уменьшению уровня его производительности.
• Во время монтажа, насос необходимо разместить таким образом, чтобы стрелка на нем указывала на направление тока теплоносителя.
• На местах входа и выхода байпаса необходимо установить шаровые краны. Благодаря их установке нагнетатель можно будет извлекать для ремонта и технического обслуживания без предварительного сброса теплоносителя.
• Байпас должен дополнительно оснащаться специальным воздушным клапаном. Этот клапан необходим для устранения скопившегося воздуха из системы.
• Монтаж нагнетателя, который оснащен мокрым ротором, необходимо осуществлять исключительно в горизонтальном положении.
• Во время монтажа, клеммы должны быть направлены вверх, а на резьбовых соединениях должны быть прокладки. После процесса установки, на места резьбовых соединений дополнительно обрабатываются специальным герметиком.

После установки нагнетателя не рекомендуется осуществлять его запуск на холостом ходу, в системе отопления, которая не заполнена теплоносителем. В случае правильного монтажа нагнетателя, после его включения, поверхность труб, а также радиаторов, начнет нагреваться постепенно и равномерно.

Заключение

У отопления, которое оборудовано циркуляционными насосами, масса достоинств и преимуществ. Однако для того чтобы максимально корректно смонтировать систему отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя, необходимо правильно подобрать нагнетатель. Отвечая на вопрос – как выбрать циркуляционный насос для системы отопления частных домов, нужно отметить, что во время подбора подобного оборудования, нужно, в первую очередь, обращать внимание на его технические характеристики, принцип работы, а также производителя. Кроме того, мощность подбираемого нагнетателя должна полностью обеспечивать принудительную циркуляцию теплоносителя, которым заполнена система отопления дома.

КУПИТЬ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС НЕДОРОГО СО СКИДКОЙ

Маркировка циркуляционных насосов

После названия марки насоса на его корпусе указаны цифры. Например, Grundfos UPS 25-50.

Первые две цифры — это диаметр присоединительных патрубков. В нашем случае 25 мм (1 дюйм) — диаметр резьбы гаек, поставляемых в комплекте с циркуляционным насосом.

Второе число обозначает максимальную высоту подъема теплоносителя в системе. В нашем примере высота подъема 5 м, то есть он может создавать избыточное давление до 0,5 атм.

Согласно этих величин выполняют подбор циркуляционного насоса для отопления после того, как теоретически выполнили расчет напора циркуляционного насоса и расчет мощности циркуляционного насоса отопления.

Кстати, потребляемая мощность насоса регулируется ступенчато (3 положения) или плавно (электронное управление электродвигателем насоса). О силе потребляемого тока при определенной отдаваемой мощности можно узнать из таблички, закрепленной на корпусе насоса.

Насосы, оборудованные электронным блоком управления, отличаются повышенной экономичностью и способны самостоятельно регулировать свои рабочие характеристики, анализируя расход и давление воды в системе.

Расчет циркуляционного насоса выполняют, исходя из потребности строительной конструкции в тепле – эта величина является базовой точкой при расчете циркуляционного насоса для отопления. Значение величины принимается соответствующим наиболее холодному времени года. Согласно, СНиП 2.04.07-86 “Тепловые сети” для одно-двухэтажных зданий на 1 м2 общей площади 173-177 Вт/м2 при температуре «за бортом» -25 — 30 °C. Дома в три-четыре этажа имеют показатели от 97 до 101 Вт/м2 соответственно.

Умножив это «нормы» на число «квадратов» отапливаемого помещения, получим величину потребности строения в тепле.

Также расчет параметров циркуляционного насоса можно выполнить, исходя уже из мощности котла.

Необходимое значение рассчитывается по формуле:

$$Q=\frac{N} {t_2 — t_1}$$

где:

\(Q\) — рассчетная величина, соответствующая расходу насоса, (литров/ч);

\(N\) — мощность основного нагревателя (котла), (Вт);

\(t_2\)— температура теплоносителя на входе в подающую трубу (на выходе из котла), (°C);

\(t_1\) — температура теплоносителя в «обратке» (на входе в котел), (°C).

Подставив необходимые параметры в формулу, мы получим требуемый расход насоса.

Температура теплоносителя, «выходящего» из котла обычно находится в промежутке от + 85 до 95 °C, температура «обратки» в диапазоне 60-70 °C.

Величину необходимого для преодоления гидравлического сопротивления напора определяют по специальным формулам. Для упрощенного подбора можно воспользоваться такой информацией:

• прямолинейные участки труб оказывают сопротивление 100-150 Па/м, что эквивалентно требуемому напору насоса — 0,01-0,015 м на каждый метр трубопровода магистрали.
  

  Внимание! В расчетах учитывается полная длина контура (подающей трубы и обратной).

• Фитинги забирают до 30% от рассчитанного «прямого» сопротивления;
• Трехходоовой смеситель — 20%;
• Терморегулирующие вентили — 70%.

Это интересно!

При расчетах гидравлического сопротивления всей отопительной магистрали не принимается во внимание высота (этажность) здания. То есть, величина высоты, на которую насос должен будет поднимать воду, тут роли не играет!

Это объясняется тем, что система замкнутая. Поэтому высота подающей линии равняется высоте обратной — столбы жидкости в них уравновешены между собой.

Суммарное гидравлическое сопротивление определяется только суммой сопротивлений всех поворотов, тройников, вентилей…

Как подобрать циркуляционный насос для отопления

Используя рассчитанные данные напора и расхода, определяют необходимую характеристику насоса, который затем подбирают по каталогу.

Так как подбирая циркуляционный насос для системы отопления мы оперировали максимальными данными нагрузки на насос, то для его повседневной работы будет достаточно выбрать менее мощный вариант. Он и «потише» будет при меньшей свой стоимости, и электроэнергии «кушать» будет меньше.

Расчеты производительности насоса

Производительность (расход) – это показатель объёма, который перекачивает агрегат за определённое время. Например, литры в минуту, литры в час или метры кубические за те же отрезки времени.

Для подсчётов нужны три величины:

1. Разница температуры воды на подаче и обратке (Δt).
2. Мощность котла (N);
3. Теплоёмкость воды – это стандартный показатель = 1,16.

Снятия температур теплоносителя производят на выходе из котла и на входе обратной трубы в котёл. Если нет возможности сделать замеры, берут примерный усреднённый показатель – это:

• 20 °C для системы с радиаторами;
• 15°C если установлены скрытые конвекторы;
• 10 °С для муниципального жилья, в котором радиаторы не перегревают;
• 5° C для системы тёплый пол.

Формула для подсчёта требуемой производительности (Q) в л/час:

Q = N : (1,16 * Δt)

Приведём пример для котла мощностью 8 кВт и разницей температур 15 °С.

Q = 8000 (Вт) : (1,16 * 15) = 8000 : 17,4 = 460 л/час.

Превратить л/час в кубометры, можно, просто разделив итог на 1000. То есть 460 л/ч = 0,46 м3/ч. Получается, что для такой системы будет достаточно слабенького циркуляционного насоса.

Не стоит брать прибор ни с запасом, ни с дефицитом мощности. Как работа с надрывом, так и «в пол силы» негативно скажется на механизме.

Особенности монтажа

При установке насосов необходимо учитывать такое правило: «Вал насоса должен располагаться горизонтально!»

Такие устройств «качают» теплоноситель только в одном направлении. Поэтому при монтаже насоса необходимо соблюдать правильное направление его установки.

Можно подобрать циркуляционный насос для отопления с естественной циркуляцией. В таком случае, проводится модернизация существующей отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя установкой циркуляционного насоса. «Врезанный» в такую систему насос позволяет улучшить равномерность прогрева всех радиаторов. Кроме этого практически замечена экономия газа на 20-30% при интеграции такого насоса в контуры отопления.

Насос устанавливается на обводной байпас, врезанный в «обратку» системы, а в магистральную трубу необходимо установить обратный клапан, который позволит системе функционировать и при внезапном отключении электроэнергии.

Описание насоса Wilo

Циркуляционные насосы Wilo производства Германии используются для перекачки жидкости в водных магистралях, отопительных системах, в технических процессах.

Модели насосов для отопительных систем собраны в серии и обеспечивают любую потребность, изготавливаются в сухом и мокром исполнении. Перечислим серии, предлагаемые производителем:

• Star, модификации RS, RSD, Z;
• TOP – Z, D, S;
• Yonos – Pico, Maxo;
• Stratos – Pico, Eco-St.

Оборудование не уступает по качеству датскому, но может работать в диапазоне температур от 120 до -10 0 С. Одна установка может обеспечить циркуляцию контура отопления 750 м 2 . Насосы создают напор 2,2 – 12 метров. В зависимости от мощности аппарат весит 2,2 — 8 кг. Работает устройство бесшумно.

Насосы Wilo подходят для отопительных систем с радиаторами, для горячего водоснабжения. Срок эксплуатации оборудования без ремонта заявлен 8 лет для мокрого исполнения.

Качественные насосы для отопления — видео