Отопительная система это важнейшая коммуникация в современном доме.
Климат в нашей стране таков, что минимум полгода она обеспечивает комфортную температуру в доме.
Поэтому необходимо внимательно подходить к её проектированию и работоспособности.
Целесообразность использования
При небольшом помещении работа отопительной системы может осуществляться самотеком. Плотность горячей воды ниже, поэтому циркуляция воды происходит под воздействием гравитации – вся холодная вода скапливается внизу, где она подогревается котлом.
Но в случае с большой квартирой или частным домом, такой способ плохо работает – скорость циркуляции снижается. Поэтому, при включении отопления, ближние радиаторы успевают полностью прогреться, в то время как дальние только начинают нагреваться.
При этом они не смогут работать в полную мощность, так как теплоноситель будет остывать раньше, чем успеет смениться.
Чтобы этого не допускать, скорость циркуляции увеличивают принудительно, устанавливая . Они позволяют существенно увеличить скорость течения воды в трубах и достигнуть своевременной смены теплоносителя.
Это позволяет увеличить теплоотдачу системы отопления, так как время движения от котла до радиатора существенно сократится, и скорость прогрева помещения увеличится. (Кстати, об установке циркуляционных насосов в системе отопления частного дома Вы можете прочитать ).
Технические критерии
Перед тем, как приступить к расчету мощности насоса, необходимо уточнить, какие критерии необходимо учесть:
- Площадь помещений. За рубежом при расчете системы отопления используют значение в 100 Вт на кв.м. То есть, чтобы обогреть помещение в 20 кв м. необходимо 2 кВт тепла в час. В нашей стране цифры несколько отличаются: 1-2 этажные здания рассчитываются 173-177 Вт на кВ. м.
- Разность температур. Нормальная разность температуры между входом в систему отопления и выходом считается 20 градусов. То есть на выходе из котла и на входе в систему, например, температура воды 80 градусов, а на входе в котел и на выходе из системы 60 градусов.
- Плотность воды. Расчет производится в килограммах, а параметр насоса обычно в куб.м/ч, поэтому необходимо знать плотность воды при 80 градусах – 971,8 кг/куб.м.
Мощность
Зная все исходные данные, можно спокойно посчитать необходимую мощность насоса при помощи двух формул:
- G=(Q/1,16)*DT
- G=(3,6*Q)/(c*DT)
Первая формула используется зарубежными проектировщиками, вторая отечественными. Буквы означают следующие параметры:
Q – количество необходимой теплоты. Оно рассчитывается, исходя из площади обогреваемого помещения.
c – удельная теплоемкость. Для воды это значение равно 4,2 кДж/кг*С
DT – разность температур на входе и выходе в градусах.
Таким образом, для обогрева одноэтажного здания с площадью 70 кв м. необходим насос со следующим показателем:
G=(3,6*70*173)/(4,2*20)=519
Переводим это в куб. м/час получаем:
519/971,8=0,53 куб. м./час.
Для стабильной и надежной работы насоса необходимо иметь небольшой запас по мощности. Обычно это 10-15%, которые позволят обеспечить циркуляцию воды в случае небольшого количества отложений солей на должном уровне.
Поэтому минимальный показатель насоса для дома из нашего примера должен быть равен 0,65 куб. м/ч.
Скорость воды
Второй показатель, который необходимо рассчитать – это напор воды или скорость, с которой она будет проходить.
Для этого необходимо разбить всю систему отопления на отдельные участки и рассчитать их сопротивление.
В зависимости от конфигурации они принимают следующие значения:
- Прямая труба. Сопротивление 1 м составляет 0,01 – 0, 015 Па. Соответственно, умножаем длину прямых участков без каких-либо элементов на это значение и получаем первое слагаемое.
- Фитинги и различная арматура. Эти элементы увеличивают необходимый напор на 30%. То есть значение сопротивление в пределах 0, 013 – 0,02 Па. Умножаем это значение на количество фитингов и получаем второе слагаемое.
- Каждый терморегулирующий вентиль увеличивает сопротивление на 70 процентов. Показатель соответственно составит 0,017 – 0,025 Па. Умножаем количество терморегулируемых кранов на сопротивление и получаем третье слагаемое.
Маркировка циркуляционного насоса. (Для увеличения нажмите)
После этого суммируем все участки и получаем конечную цифру. Для надежности, специалисты рекомендуют увеличить её на 20 – 30%, чтобы перекрыть неучтенные факторы. Именно это значение должен выдавать для нормального обмена воды на всех участках системы отопления.
Таким образом, при необходимо знать всего два параметра: напор и мощность. Зная их можно легко и просто подобрать подходящую модель.
При этом, если выбор стоит между более мощной моделью, но дорогой и менее мощной, но дешевой, спокойно берите дешевую. Расчет производится для пиковых нагрузок, которые возникают считанные разы при запуске системы, остальное время такой потребности нет.
Как установить дополнительный насос в систему отопления:
В данной статье будет рассмотрена наиболее распространенная и достаточно простая инструкция того, как подобрать циркуляционный насос для системы отопления.
Характеристики насоса
Во-первых, насос, который будет использоваться в системе отопления должен выдерживать повышенные температуры рабочего тела (в нашем случае это вода – 110° С ).
- Рабочий напор (м).
- Рабочий расход (м 3 /час).
Мощность отопления для заданного помещения
Делая подбор циркуляционного насоса отопления, необходимо в первую очередь определить необходимое количество теплоты требуемое для отопления здания.
Данный параметр можно вычислить, зная площадь помещения, которое нужно отапливать. Отталкиваясь от европейских стандартов, необходимо подавать 100 Вт тепла на каждый квадратный метр дома, состоящего из 1-2 квартир, и 70 Вт для многоквартирных домов. При этом, если здание имеет улучшенную теплоизоляцию, то норму теплоты можно снизить до 30-50 Вт/м 2 .
В странах СНГ подобные нормативы для 1-2 квартирных домов не установлены, но согласно документу СНиП 2.04.07-86* необходимо придерживаться следующих показателей:
- Для жилых зданий меньше 3-х этажей подводить на каждый метр квадратный площади 173 Вт, при расчетной температуре окружающей среды до -25°С, и 177 Вт/м 2 при -30° С;
- Для зданий больше 3-х этажей – 97 и 101 Вт/м 2 соответственно.
Нормативный документ СНиП 2.04.05-91 также регламентирует расчетную температуру окружающей среды для Киева равную –26°С, что соответствует тепловой потребности 173,8 Вт/м 2 для 1-2 этажных домов и 97,8 Вт/м 2 для зданий имеющих больше двух этажей.
- П = Q/(1,16 х ΔT) (кг/ч) , где
ΔT – разница между температурой обратного и подающего трубопровода (для обычных двухтрубных систем принимается 20°С; для подогрева полов в районе 5°С);
1,16 – величина удельной теплоемкости для воды, размерность Вт*ч/кг*°С. Для других теплоносителей необходимо данную величину заменить;
- П = 3,6 х Q/(c х ΔT) (кг/ч) , где
с – величина, характеризирующая удельную теплоемкость вещества. Чаще всего это вода, её теплоемкость 4,2 кДж/кг*°С. Если величина задана в м 3 /ч, как это принято в технической документации к насосам, то необходимо ее разделить на плотность вещества при заданной температуре (при t=80°С теплоемкость равна 972 кг/м 3).
Первая формула используется европейскими проектировщиками, вторая используется в СНиП 2.04.05-91.
Читайте здесь.
Вычисление необходимого давления в системе отопления
Для полноценной циркуляции жидкости (теплоносителя) в отопительной системе необходимо обеспечить напор, который будет преодолевать гидравлическое сопротивление сети. Чтобы правильно посчитать этот параметр своими руками, нужно выбрать точку системы, которая находится на наибольшем расстоянии от «циркуляционника», т.е. это должен быть самый отдаленный радиатор.
При проектировании теплосетей используется следующая формула:
J = (F+R х L)/p х g (м) , где:
- L – длинна участка (м);
- R – гидросопротивление на прямом участке трубы (Па/м);
- p – плотность рабочего тела (кг/м 3);
- F – сопротивление канализационной арматуры (Па);
- g – ускорение при свободном падении (м/с 2).
Все необходимые величины можно найти в каталогах производителя либо в сопровождаемой товар технической литературе.
Для упрощенного расчета используют методику приблизительной оценки сопротивления.
Экспериментальным путем получены следующие данные:
- сопротивление на прямых участках трубопровода (R) находится в пределах 105-150 Па/м;
- в каждом фитинге и подобной арматуре теряется дополнительно 30% к потерям в прямой трубе;
- терморегулирующий вентиль прибавляет еще 70% к потерям;
- трехходовой смеситель, расположенный в узле управления, или подобное устройство, которое предотвращает естественную циркуляцию, прибавит еще 20%.
Еще более простой способ того, как подобрать циркуляционный насос для отопления был предложен специалистами Э. Бушер и К. Вальтер из фирмы Wilo.
J = R х L х k , где
k – коэффициент отвечающий за повышенную нагрузку.
Принимается, что в отопительных системах без сложной водопроводной арматуры k = 1,3; с вентилем регулирующим температуру k= 2,2; с установленными обоими устройствами k = 2,6.
— читайте об этом здесь.
Выбираем модель насоса исходя из проведенных расчетов
По ранее вычисленной для заданной системы подаче и напору определяем рабочую точку системы. Для этого на диаграмме, с координатами П и J, отметим точку пересечения вычисленных величин.
Далее, по каталогам производителей, нужно подобрать циркуляционный насос, который, максимально удовлетворяет рабочие условия системы. Необходимо, чтобы напорно-расходный график насоса был максимально приближен к рабочей точке.
|
|
|
Насос, который будет иметь большой запас по определяющим критериям, ставить экономически нецелесообразно. Во-первых, цена самого насоса будет выше, во-вторых, насос будет работать в холостую, тем самым потребляя лишнюю электроэнергию.
Обратите внимание! При установке циркуляционных насосов с электрорегулятором частоты вращения, вы сможете значительно уменьшить потребляемую электроэнергию, если в гидравлической системе не стационарный режим, а динамический.
Также стоит учитывать виброшумовой фактор при выборе насоса, если его планируется устанавливать в помещении, которое будет часто посещаться людьми, то о в таком случае предпочтительней будет выбирать среди насосов с мокрым ротором, ведь они работают значительно тише.
Самопроверка на примере
Проверить результаты расчетов можно на примере точного вычисления определяющих параметров в реальном проекте, который выполнялся соответственно всем требованиям СНиП.
По условиям необходимо было произвести расчет для двухтрубной отопительной системы, укомплектованной циркуляционным насосом. В первую очередь было определено необходимое количество теплоты, которое требует здание – 45,6 кВт. Для проектируемой системы отопления расчетный расход теплоносителя составил 2,02 м 3 /ч. Самый отдаленный радиатор системы на своем пути имеет теплорегулирующий вентиль и четыре участка с трубами. Суммарные потери согласно СНиП необходимо дополнить коэффициентом неучтенных потерь в размере 10%.
H = (0,141 + 0,29+0,63 + 0,11)*1,1 = 1,295 м
Из расчета следует, что циркуляционный насос, удовлетворяющий заданную систему, должен создавать подачу 2,02 м 3 /ч и напор 1,295 м. Подходящими насосами являются HZ 401марки Deutsche Vortex и насос марки Grundfos модель UPS 25-40.
Обратите внимание! Если возникает вопрос выбора между насосом, обеспечивающим подачу на 1-5% выше необходимой и 1-5% ниже – следует остановиться на менее мощном, ведь в расчете уже заложен коэффициент запаса.
Также можете посмотреть видео с инструкцией по установке насосов такого типа
Приведенная методика поможет решить проблему с выбором насоса даже человеку, который далек от технических расчетов и от техники в целом. Надеемся, после ознакомления с данной статьей вы сможете самостоятельно ответить на вопрос «Как подобрать насос циркуляционный для отопления?».
Циркуляционный насос, которым могут оснащаться отопительные системы как закрытого, так и открытого типа, обеспечивает постоянное движение теплоносителя по элементам таких систем и, соответственно, повышает эффективность их использования. Основными конструктивными элементами любого циркуляционного насоса вне зависимости от его типа являются:
- корпус, изготавливаемый из металлов и сплавов, устойчивых к коррозии;
- приводной электродвигатель, который составляют обмотка статора и вращающийся в его внутренней части ротор;
- колесо с лопастями – крыльчатка, ось вращения которой жестко связана с валом ротора.
При подаче электропитания на обмотку статора циркуляционной помпы (так еще называют этот насос) ротор начинает вращаться, передавая крутящий момент крыльчатке. При вращении в рабочей камере крыльчатки с лопастями создается разрежение в подающей магистрали, что способствует всасыванию через нее жидкости из трубопровода. На жидкость, поступившую в рабочую камеру, воздействует центробежная сила, создаваемая при вращении крыльчатки, что приводит к повышению давления теплоносителя в камере и его выталкиванию под определенным напором через нагнетательный патрубок в контур отопительной системы. Благодаря напору потока нагретой рабочей среды, создаваемому посредством помпы, теплоноситель свободно циркулирует по контуру отопительной системы, преодолевая силу трения.
Применяя насос для отопления в частном доме, можно прогреть все помещения строения за очень короткий промежуток времени и поддерживать в них комфортную температуру, просто регулируя скорость функционирования такого устройства.
Система отопления с насосом на «обратке»
Более того, насосы позволяют экономить энергоресурсы, которые применяются для нагрева теплоносителя до определенной температуры. Практика показывает, что экономия газа при использовании циркуляционного насоса для отопления составляет приблизительно 25–30%. Такая ощутимая экономия достигается благодаря тому, что теплоноситель, запускаемый в отопительный контур при помощи циркуляционного насоса, достаточно быстро проходит через трубы и возвращается в котел еще достаточно теплым.
Понятно, что для нагревания до требуемой температуры еще не остывшего теплоносителя требуется меньше энергии, чем при выполнении такой процедуры с холодной жидкостью. Соответственно, для работы котла, нагревающего еще теплую жидкость-теплоноситель, требуется меньше топлива или электроэнергии, что и позволяет экономить на их расходе.
Основные разновидности
Все циркуляционные насосы для систем отопления делятся на два конструктивных типа: устройства с «сухим» ротором и насосы циркуляционные с «мокрым» ротором.
В циркуляционных насосах первого типа, что понятно уже из их названия, ротор не контактирует с жидкой рабочей средой – теплоносителем. Крыльчатка таких помп отделена от ротора и статора уплотнительными стальными кольцами, прижимающимися друг к другу при помощи специальной пружины, компенсирующей износ этих элементов. Герметичность данного уплотнительного узла в процессе работы насоса обеспечивает тонкая прослойка воды между стальными кольцами, формирующаяся за счет разницы между давлениями в системе отопления и во внешней среде.
Циркуляционные насосы для отопления с «сухим» ротором отличаются достаточно высокими КПД (89%) и производительностью, но есть у гидромашин данного типа и недостатки, в том числе сильный шум при работе и сложность в эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте. Как правило, насосами данного типа оснащают отопительные системы промышленного назначения, в бытовых системах обогрева они используются достаточно редко.
Одноступенчатый циркуляционный насос с «сухим» ротором
Циркуляционный насос для систем отопления, оснащенный ротором «мокрого» типа, – это устройство, крыльчатка и ротор которого находятся в постоянном контакте с теплоносителем. Рабочая среда, в которой происходит вращение ротора и крыльчатки, выполняет роль смазки и охлаждающей жидкости. Статор и ротор насосов данного типа изолируются друг от друга при помощи специального стакана, изготовленного из нержавейки. Такой стакан, внутри которого располагаются вращающиеся в среде теплоносителя ротор и крыльчатка, защищает обмотку статора, находящуюся под напряжением, от попадания на нее рабочей жидкости.
КПД насосов данного типа довольно невысокий и составляет всего 55%, но технических возможностей такого устройства вполне достаточно для того, чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя в системах обогрева домов не слишком большой площади. Если говорить о достоинствах циркуляционных насосов с «мокрым» ротором, то к ним следует отнести минимальное количество шума, издаваемого при работе таких устройств, высокую надежность, простоту в эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте.
Циркуляционный насос «мокрого» типа
Циркуляционный насос для отопления будет обеспечивать ваш комфорт только в том случае, если вы правильно ответите на вопрос о том, как выбрать такое оборудование. Правильный подбор циркуляционного насоса для системы отопления предполагает предварительную оценку следующих параметров как самого устройства, так и элементов системы обогрева, на которую его планируется установить:
- производительность насоса, которая характеризует, какой объем жидкости он в состоянии перекачать в единицу времени;
- значение создаваемого напора теплоносителя (данный параметр характеризует, на какую высоту может быть поднята жидкость при помощи циркуляционной помпы);
- диаметр трубопровода, на котором будет устанавливаться насос;
- температура жидкости, циркулирующей по системе обогрева;
- пропускная способность и производительность отопительного котла.
Кроме того, выбор циркуляционного насоса предполагает учет таких факторов, как объем обогреваемых помещений, температура воздуха в них, а также тип теплоносителя.
Определить основные монтажные и технические характеристики насосного оборудования позволяет маркировка циркуляционных насосов. Как выбрать циркуляционный насос для отопления по маркировке? Это несложно. Например, цифры 25–60 означают, что диаметр патрубков насоса составляет 25 мм, а величина создаваемого напора – 6 м вод. ст. (или 0,6 атм). Эти характеристики необходимо сопоставить с расчетными параметрами отопительной системы и решить, выбираем или не выбираем мы такой насос.
При выборе насоса для системы отопления надо обращать особое внимание на такой важный параметр данных устройств, как напор жидкости, который они способны создавать. При этом следует учитывать общую длину отопительного контура, по которому будет циркулировать теплоноситель. Любой специалист, рассчитав общую длину отопительного контура, подбирает для его оснащения циркуляционную помпу таким образом, чтобы на каждые 10 метров трубопровода приходилось примерно 0,6 м вод. ст. напора, создаваемого насосным оборудованием. Для отопительных систем, общая длина контуров которых не превышает восьмидесяти метров, достаточно одного циркулярного насоса. Если же длина отопительного контура больше, можно использовать сразу несколько циркуляционных насосов.
Прежде чем выбрать циркуляционный насос для системы отопления, следует учесть и диаметр труб, из которых такая система смонтирована. Обращать внимание на данный параметр необходимо потому, что трубы меньшего диаметра характеризуются более высоким гидравлическим сопротивлением, соответственно, чтобы циркуляция теплоносителя по таким трубам протекала нормально, необходим насос с более высокими напорными характеристиками.
Как подобрать циркуляционный насос для отопления, ориентируясь на производительность такого устройства? Расход теплоносителя, который должен обеспечить конкретный циркуляционный насос, рассчитывают достаточно просто: его приравнивают к мощности отопительного котла. Например, для оснащения систем отопления, обслуживаемых котлом мощностью 25 кВт, следует выбирать циркуляционный насос с производительностью 25 л/мин. Это простое правило делает вопрос о том, как подобрать циркуляционный насос для системы отопления по производительности такого устройства, легким даже для непрофессионалов.
Как выбрать насос для отопления, чтобы не только повысить эффективность использования системы обогрева дома, но и расходовать энергоносители (топливо для котла или электроэнергию) более экономно? Для этого обращайте внимание на модели устройств, режим работы которых можно регулировать. Используя регулируемые циркуляционные насосы, можно быстро прогревать дом при похолодании на улице, просто запустив их на максимальной скорости работы. Когда в помещениях установится комфортная температура воздуха, работу насосного оборудования переключают на экономичный режим.
Правила монтажа
Вопрос о том, как подобрать насос для оснащения автономных систем отопления, важен. Однако не менее важна правильность установки такого оборудования. В первую очередь необходимо правильно выбрать участок отопительной системы, на котором будет устанавливаться циркуляционный насос. При этом следует помнить, что насосу необходимо регулярное техническое обслуживание, поэтому доступ к оборудованию должен быть свободным.
Наиболее удачным местом для циркуляционных насосов в системах отопления частных домов является участок трубопровода, расположенный непосредственно перед входом в котел (обратка). Если установить помпу в верхней части нагревательного оборудования (на подающей магистрали трубопровода), то вместе с теплоносителем она будет высасывать из котла и воздух, что приведет к образованию вакуума в камере нагревательного устройства и закипанию жидкости в его завоздушенном пространстве. В том случае, если циркуляционный насос установлен на трубопроводе перед входом в котел, он будет не только минимизировать риск появления воздушных пробок в трубах, но и работать при более низкой температуре теплоносителя, что увеличит срок службы такой гидромашины.
Насосы для отопления частных домов должны устанавливаться в трубопроводе таким образом, чтобы ось вала их ротора находилась в горизонтальной плоскости. Если пренебречь этим требованием, можно столкнуться не только с потерей значительной части мощности насосного оборудования (до 30%), но и с выходом циркуляционного насоса из строя из-за недостаточно эффективного охлаждения его движущихся частей.
Для того чтобы иметь возможность использовать отопительную систему даже в том случае, если в ней не будет запущен циркуляционный насос, надо оснастить ее обводной линией – байпасом. Если в работе отопительной системы задействован байпас, циркуляция теплоносителя происходит естественным образом. На байпасе (отрезке трубы, соединенном с отопительным контуром в обход циркуляционного насоса) монтируется шаровой кран, при открытии которого и начинает действовать обводная магистраль. Какой диаметр должна иметь труба, из которой изготавливается байпас? Следует иметь в виду, что ее поперечное сечение должно быть меньше, чем диаметр отопительных труб.
При изучении типовой схемы установки циркуляционного насоса появляется естественный вопрос о том, зачем в такой схеме используется фильтр, устанавливаемый на всасывающей магистрали насосного оборудования. Применение такого фильтра позволяет защитить насос от попадания в его внутреннюю часть твердых частиц, присутствующих в составе теплоносителя. Такие частицы, если их не отфильтровать, способствуют интенсивному износу движущихся деталей циркуляционного насоса и, соответственно, поломкам.
На участках трубопровода перед входом в насос и на его выходе следует установить шаровые краны, которые при демонтаже насоса позволят перекрывать подачу воды только на том участке трубопровода, где установлена гидромашина. Вместо одного из таких шаровых кранов можно использовать обратный клапан, что является более правильным решением.
Применение обратного клапана, размещаемого на выходе из циркуляционного насоса, защищает последний от такого негативного явления, как обратный противоток теплоносителя.
У большинства собственников частных домов и дач, которые собираются оснастить свои строения автономными системами отопления, не возникает вопросов о том, для чего нужен циркуляционный насос, поскольку он позволяет более эффективно и экономно обогревать помещения.
Отправной точкой при подборе циркуляционного насоса системы отопления является потребность здания в тепле, рассчитанная для наиболее холодного времени года. При профессиональном проектировании этот показатель определяют на компьютере. Ориентировочно его можно высчитать по площади обогреваемого помещения.
Согласно европейским стандартам на отопление 1 кв.м в доме с 1-2 квартирами необходимо 100 Вт, а для многоквартирных домов 70 Вт. Если состояние здания не отвечает нормативам, проектировщик берет в расчет более высокое удельное потребление тепла. Для жилых домов с улучшенной теплоизоляцией и производственных помещений требуется 30-50 Вт/кв.м.
В России подобные стандарты для домов с 1-2 квартирами пока не определены. СНиП 2.04.07-86* "Тепловые сети" рекомендует рассчитывать максимальный тепловой поток на отопление 1 кв.м общей площади жилых домов, строящихся с 1985 г. по новым типовым проектам, по следующим укрупненным показателям:
- для 1-2-этажных зданий: -173 Вт/кв.м при расчетной температуре наружного воздуха -25C и 177 Вт/кв.м при -30C;
- для 3-4-этажных зданий: соответственно 97 и 101 Вт/кв.м.
По СНиП 2.04.05-91* "Отопление, вентиляция и кондиционирование" расчетная температура наружного воздуха в Москве составляет -26 град C. Методом интерполяции получим, что в столице удельная тепловая потребность 1-2 этажных жилых домов равняется 173,8 Вт/кв.м, а 3-4 этажных - 97,8 Вт/кв.м.
Во-вторых
Определив потребление тепла (Q, Вт), следует перейти к расчету требуемой производительности насоса (подаче) по формуле:
G = Q/1,16 х DT (кг/ч), где:
DT - разница температур в подающем и обратном трубопроводе схемы отопления (в стандартных двухтрубных системах она составляет 20 град C; в низкотемпературных 10 град C; для теплых полов 5 град C);
1,16 - удельная теплоемкость воды (Вт*ч/кг*град C). Если используется другой теплоноситель, в формулу необходимо внести соответствующие коррективы.
Такую методику расчета предлагают заграничные проектировщики. В обязательном приложении к СНиП 2.04.05-91* приведена следующая формула:
G = 3,6 х *Q/(c х DT) (кг/ч), где:
c - удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/ кг*град C . Для пересчета полученной величины в куб.м/ч (как правило, именно эта единица измерения производительности насосов используется в технической документации) необходимо разделить ее на плотность воды при расчетной температуре; при 80 град C она составляет 971,8 кг/куб.м.
В третьих
Кроме необходимой подачи, насос должен обеспечивать в системе отопления давление (напор), достаточное для преодоления сопротивления трубопроводной сети. Для правильного выбора нужно определить потери в наиболее протяженной линии схемы (до самого дальнего радиатора).
При проектировании новой системы возможны точные расчеты с учетом сопротивления всех элементов нитки (труб, фитингов, арматуры и приборов); обычно необходимые сведения приводятся в паспортах на оборудование. Здесь можно использовать формулу:
H = (R х l + *Z)/p х g (м), где:
R - сопротивление в прямой трубе (Па/м);
l - длина трубопровода (м);
*Z - сопротивление фитингов и т. д. (Па);
p - плотность перекачиваемой среды (кг/куб.м);
g - ускорение свободного падения (м/кв.с).
В случаях с действующими теплопроводами подобные вычисления, как правило, невозможны. В таких ситуациях чаще всего пользуются приблизительными оценками.
Полученные опытным путем данные свидетельствуют, что сопротивление прямых участков трубы (R) составляет порядка 100-150 Па/м. Это соответствует необходимому напору насоса в 0,01-0,015 м на 1 м трубопровода. В расчетах нужно учитывать длину и подающей, и обратной линии.
Также на опыте было определено, что в фитингах и арматуре теряется около 30% от потерь в прямой трубе. Если в системе есть терморегулирующий вентиль, добавляется еще около 70%. На трехходовой смеситель в узле управления всей системой отопления или устройство, предотвращающее естественную циркуляцию, приходится 20%.
Cпециалисты из фирмы Wilo Э. Бушер и К. Вальтер рекомендуют следующую формулу примерного расчета напора (в метрах):
H = R х l х ZF, где
ZF - коэффициент запаса.
Если установка не оснащена ни терморегулирующим вентилем, ни смесителем, ZF = 1,3; для контура с терморегулирующим вентилем ZF = 1,3 х 1,7 = 2,2; когда система включает оба прибора ZF = 1,3 х 1,7 х 1,2 = 2,6.
В заключение
Определив так называемую рабочую точку циркуляционника (напор и подачу), остается подобрать в каталогах насос с близкой характеристикой. По производительности (Q) рабочая точка должна попадать в среднюю треть диаграммы (рис. 1).
Нельзя забывать, что рассчитанные параметры необходимы для действия системы при максимальной нагрузке. Такие условия встречаются крайне редко, наибольшую часть отопительного сезона потребность в тепле не так велика. Поэтому, если есть сомнения, всегда нужно выбирать меньший насос. Это позволяет не только сэкономить при его покупке, но и снизить в дальнейшем расходы на электроэнегию.
Пример в качестве проверки
Правильность расчетов по представленной методике можно проверить, сравнив их результаты с итогами точных вычислений в реальном проекте, выполненном в соответствии со СНиП.
По заданию требовалось расчитать циркуляционный насос для двухтрубной системы отопления с поэтажной разводкой трубопроводов от коллектора. Предварительно было определено, что потребность здания в тепле составляет 45,6 кВт, необходимый для отопления расход теплоносителя 2,02 куб.м/ч. Схема трубопроводов до самого отдаленного радиатора включает четыре участка и теплорегулирующий вентиль.
Суммарные потери давления в них равняются:
DP = 0,63 + 0,111 + 0,142 + 0,289 = 1,178 м
Согласно СНиП 2.04.05-91*, на неучтенные потери давления к этой величине следует добавить 10%:
DP = 1,178 х 1,1 = 1,296 м
Таким образом, циркуляционник для данной системы должен обеспечивать подачу 2,02 куб.м/ч теплоносителя и напор в 1,3 м. Этим условиям отвечает насос HZ 401 (Deutsche Vortex) или UPS 25-40 (Grundfos).
При расчетах по методике, изложенной в статье, получаем:
H = 0,015 х (3,2 + 4,4 + 8,9 + 21,7) х 1,3 х 1,7 = 1,266 м,
В дополнение
Опираясь на данную методику, некоторые производители насосов разрабатывают и более удобные и точные способы подбора оборудования для систем отопления. В частности, можно порекомендовать читателям диаграммы, представленные в каталоге "Бессальниковые циркуляционные насосы" фирмы Grundfos.
Функционирование современных систем отопления, в которых используется принудительное движение теплоносителя по контурам отопления было бы невозможно без 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
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:
- Расход насоса (подача, производительность) - объемная величина (единица -м 3 /ч), численно равная максимальному объему воды, который может прокачать через себя насос за один час времени.
- 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).
- 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?..
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.
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 м 2 общей площади 173-177 Вт/м 2 при температуре «за бортом» -25 — 30 °C. Дома в три-четыре этажа имеют показатели от 97 до 101 Вт/м 2 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:
$$Q=\frac{N} {t_2 — t_1}$$
\(Q\) - 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…
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.
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.