Выбор циркуляционного насоса для системы отопления. Часть 3

Определение напора насоса.

Следующим важным параметром, по которому подбирается циркуляционный насос, является напор.

Как мы уже отмечали в предыдущей статье, насос «заставляет» теплоноситель «бегать» по замкнутому контуру, разнося тепло по комнатам дома.

На своем пути вода встречает повороты, ответвления, сужения и расширения участков трубопровода. Кроме того, ей приходится проходить целый ряд важных элементов системы отопления: фильтр грубой очистки, запорную и регулировочную арматуры, теплообменник котла и т.д.

Все перечисленные участки пути, по которым бежит вода, оказывают сопротивление ее движению. Чтобы преодолеть это сопротивление и вовремя доставить тепло нуждающимся в этом помещениям, воде нужно передать определенную побуждающую силу.

Вот этой силой и является т акая важная характеристика, как напор, который измеряется в метрах водяного столба. Этот параметр, по сути, показывает: на какую высоту данный насос может поднять воду. Если он может поднять воду на эту высоту, то, соответственно, передаст воде такую же силу для преодоления гидравлического сопротивления трубопровода и элементов системы отопления на всем пути ее следования.

Спешим, однако, сказать, что в системе отопления сама геодезическая составляющая (количество этажей в здании, этаж, на котором стоит циркуляционный насос, а также этаж, на котором находится самый последний по высоте отопительный прибор и т.д.) не имеет никакого значения. В отличие от системы водоснабжения, где насосу приходится поднимать воду от одной точки до другой и создавать избыточное давление, система отопления является замкнутой. Теплоноситель в контуре течет за счет перепада давления, которое создает насос.

Как же все это посчитать и понять, какой напор нужен насосу?

Отталкиваться нужно от потерь давления в самой системе отопления.

Представьте, что вам нужно перевезти мебель из одного места в другое.

С чего вы начнете решение этой задачи?

Вы станете заказывать машину или сначала посмотрите объем мебели?

Конечно же, прежде чем заказывать машину, вам нужно увидеть объем перевозимого груза. Это поможет определиться с маркой машины, ее грузоподъемностью и вместимостью.

Также обстоит дело и при выборе напора насоса.

Чтобы понять, какой нужен напор, необходимо посчитать каким гидравлическим сопротивлением обладает сама система отопления, и какое препятствие она будет создавать движению воды.

Для этого расчета используют формулу:

ΔP = 1,3 * Σ [R * L] + ΣZ , где

ΔP — потеря давления в системе, Па (измеряется в Паскалях);

Как мы уже говорили, напор насоса измеряется в метрах, а систему считаем в Паскалях. Как соизмерить эти единицы, поговорим чуть дальше.

R — потери давления в трубах, Па/м;

L — длина труб в метрах всего контура отопления (подача и обратка), по которому циркулирует теплоноситель. Расчет ведется по самому длинному и нагруженному контуру (если контуров несколько). Также следует учитывать изменение диаметра трубопровода на разных участках. Поэтому длина конкретного участка считается отдельно.

Z — потери в других элементах системы, Па;

Σ — сумма (символ не несет конкретной цифры, а обозначает сумму тех чисел или параметров, который следуют за ним).

Применение формулы на практике.

По нанесенной на план схеме отопления, где уже проставлена тепловая нагрузка на каждый участок системы (нагрузку считаем, используя методику, приведенную в предыдущей статье), находим самое длинное циркуляционное кольцо. Если диаметр трубопровода на протяжении всего кольца не меняется, то просто записываем его длину. Если кольцо имеет трубы разного диаметра, то считаем общую длину труб каждого диаметра, включая подачу и обратку.

Дальше можно воспользоваться одним из двух способов определения сопротивления системы:

1. сопротивление, заложенное в проекте (от 100 до 150 Па/м);
2. сопротивление, создаваемое величиной расхода в зависимости от выбранной скорости движения теплоносителя — оптимальной считается скорость равная 0,3 — 0,7 м/c (по принципу: чем больше расход теплоносителя протекает через одно и то же сечение трубы, тем больше сопротивление движению теплоносителя оказывают внутренние стенки трубы и других элементов системы).

Первый способ — самый легкий для расчета. Сопротивление участков трубы закладывается на стадии проекта по показателям, выверенным на практике и прошедших апробацию в течение продолжительного времени.

Что это за показатели?

Это закладываемое сопротивление участка трубы вне зависимости от ее внутреннего диаметра, равное 100 — 150 Па/м.

Как это делается?

Практикой установлено, что гидравлическое сопротивление трубопровода, равное 100 — 150 Па/м, является наиболее приемлемым с точки зрения оптимизации по: стоимости материала, трудозатратам, выполнению требований СНиП, а также будущим энергозатратам, связанным с работой циркуляционного насоса и других устройств.

Поэтому, заложив, к примеру, сопротивление, равное 100 Па/м, проектировщик приступает к расчету расхода теплоносителя на магистралях, ветках, стояках и т.д., по которым тепло движется в отапливаемые помещения.

Рассчитав тепловые нагрузки и пользуясь заложенными в проект сопротивлением (100 Па/м), проектировщик увеличивает или уменьшает внутренний диаметр трубопровода.

А чем пользуется проектировщик, чтобы понять: когда сопротивление трубопровода при расчетной величине лежит в пределах заложенного сопротивления, а когда выходит за этот предел?

Хотя для этого есть специальные формулы, в большинстве случаев пользуются готовым таблицами, взятыми у производителя трубопровода или из приложений справочников. Пример такой таблицы вы можете посмотреть ниже (для увеличения картинки кликните левой кнопкой мышки по изображению).

Итак, чем же прост этот способ расчета сопротивления отопительной системы дома?

Тем, что измерив длину труб самого протяженного циркуляционного кольца (включая подачу и обратку), вы умножаете ее на 100 Па/м и получаете гидравлическое сопротивление основного циркуляционного кольца.

Затем полученную цифру увеличиваете на 30% (в большинстве случаев этого достаточно, чтобы учесть потери давления на угольниках, тройниках, не считая их количество и их КМС — коэффициент местного сопротивления).

Далее к полученной цифре вы прибавляете потери давления на фильтре грубой очистки в чистом состоянии (данные берутся в каталоге конкретного производителя), потери давления в котле и потери давления на запорной и регулировочной арматуре. Все перечисленные данные берутся из паспортов или каталогов конкретного производителя.

Выполнив все действия, вы рассчитали потери давления в основном циркуляционном кольце системы отопления.

«Очень долго и сложно», — скажете вы.

Нет! На самом деле, на практике все происходит гораздо быстрее. И пример, рассмотренный ниже, доказательство этому.

Давайте посчитаем потери давления в системе отопления жилого дома, для которого мы рассчитывали расход теплоносителя.

Напомним, площадь дома равна 490 м 2 .

Предположим, что дом четырехуровневый с цокольным этажом, где находится котел и насос. В результате замера, учитывая выбранную схему системы отопления, длина всех труб самого длинного циркуляционного кольца (включая подачу и обратку) у вас получилась 90 м.

В проекте вы решили заложить потери давления в трубопроводе, равные 150 Па/м. В системе у вас заложен фильтр грубой очистки с потерями давления 5000 Па (из каталога производителя). Также установлен котел, потери давления в котором составляют 1770 Па. И не забудем добавить 30% потерь давления от потерь трубопровода на повороты, сужения и ответвления.

Подставляем полученные значения в формулу и получаем:

1,3 * (90 * 150) + 1770 + 5000 = 24320 Па.

Таковы потери давления в нашей системе.

Чтобы подобрать насос, переведем Паскали в метры.

1 м = 9807 Па (или приблизительно в 1 м — 10000 Па).

В нашем случае мы получили потерю давления в системе отопления, равную

24320 / 9807 = 2,48 м.

А теперь будем подбирать насос, но сначала поговорим о таких понятиях как:

• кривая работы насоса;
• рабочая точка насоса;
• КПД.

Как рассчитать параметры циркуляционного насоса

В данной статье рассказывается о том, как рассчитать параметры циркуляционного насоса в отопительной системе, руководствуясь при этом малым объемом технической информации об особенностях и характеристиках данной системы. Этот метод расчета применяется в основном для частных малоэтажных зданий.

Мы подготовили пример расчета, чтобы наглядно вам показать, что на самом деле произвести расчет важных параметров для определения оптимальных характеристик циркуляционного насоса намного легче, чем может показаться на первый взгляд.

Циркуляционный насос выбирается по двум основным характеристикам: H — напору, выраженному в метрах; Q — расходу, выраженному в м 3 /час.

Определение напора циркуляционного насоса

Насос должен создавать необходимое давление, чтобы жидкость могла преодолевать все препятствия в системе отопления и заполнять радиаторы теплоносителем. 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. Если такой информации нет, можно использовать формулу:

Символ формулы	Описание
R	Потери давления в системе. Полученные опытным путем данные свидетельствуют, что сопротивление прямых участков трубы (R) составляет порядка от 50 до 150 Па/м. Там где используются, например, двухдюймовые трубы, что часто бывает в старых домах, потери давления меньше. Можно принимать в расчет значение 50 Па/м. 150 Па/м обычно в трубах меньшего диаметра.
L	Длина труб в метрах всего контура отопления (подача и обратка), по которому циркулирует теплоноситель. Чтобы упростить вычисления можно взять размеры дома, они рассчитываются таким образом: (длина + широта + высота) * 2 .
ZF	Дополнительные коэффициенты сопротивления в виде арматуры и фасонной части, которые имеют следующие значения: 1,2 — смесителя/устройства, предотвращающего естественную циркуляцию; 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.
10 000	коэффициент для преобразования метров водного столба в Па

Расчет производительности циркуляционного насоса

Для того, чтобы вычислить производительность циркуляционного насоса Q pu , необходимо знать тепловую мощность Q, удельную теплоемкость теплоносителя C_w, его плотность p и разность температур конструкции Δt .

Подача насоса в расчетной точке вычисляется при помощи следующей формулы:

Символ формулы	Описание
Q	Тепловой поток или тепловая мощность. В этом случае речь идет о необходимой тепловой нагрузке или имеющейся мощности котла, которые должны соответствовать поставленной задаче.
p	Плотность теплоносителя. В данном случае можно принять ≈ 1 кг/л. (вода).
Cw	Удельная теплоемкость. Считается как 1,16 Вт*ч/кг*К (вода).
Δt	Разница температур Δt зависит от вида отопительной системы: Δt=20 °С для стандартных двухтрубных систем; Δt=10 °С для низкотемпературных отопительных систем и теплых полов.

Пример расчета

Руководствуясь данным примером, вы сможете достоверно разобраться с тем, как совершать расчеты, чтобы определить параметры циркуляционного насоса. Помимо этого, представленный ниже эскиз имеет все необходимые данные для расчета производительности и высоты подъема.

Эскиз для примера расчета

Посмотрев на эскиз можно определить следующие значения:

• ширина – 15 м;
• длина – 20 м;
• высота – 12 м;
• год постройки – 1990;
• ZF = 2,2 (фитинги + клапан термостата);
• потери давления – 120Па/м;
• потери тепла – 80 кВт;
• температуры в системе отопления – 75/55.

Расчет напора Н

1. R = 120 Па/м;
2. L = (15+20+12)*2=94 м
3. ZF = 2.2

Расчет потока Q_pu

1. Q = 80 кВт
2. p = 1 кг/л
3. C_{w = 1,16 (Вт*ч)/(кг*К)}
4. Δt = 75C-55C = 20К

Наиболее важные данные для определения оптимальных параметров циркуляционного насоса успешно рассчитаны. На следующем этапе пользуясь каталогом, или проконсультировавшись с продавцами в магазине, необходимо определить группу насосов, в параметры которых попадает необходимая рабочая точка.

Для примера воспользуемся онлайн-программой компании Grundfos. Данное приложения является бесплатным. Более детально интерфейс и функционал программы будет рассмотрен далее.

Определение насоса через сайт Grundfos

Для того, чтобы иметь возможность выбрать насос на базе программной платформы, Grundfos запустила онлайн приложение WebCAPS. Как можно это сделать, Вы узнаете далее, а пока Вам необходимо перейти на сайт компании Grundfos WebCAPS и перейти в раздел «Подбор» насоса.

Далее задайте расчеты высоты подъема и потока, а в поле «Выбор варианта подбора по:» выберите пункт «Отопление». Есть еще много настроек, этих трех значений вполне достаточно, чтобы приложение смогло произвести расчеты и предложить оптимальный вариант насоса, который эффективно будет функционировать в данной системе. Затем нажмите кнопку «Начать подбор».

Готово. Grundfos предлагает варианты насосов на основании введенных данных. Для получения дополнительной информации о продукте, а также подробного описания всего функционала данного насоса, необходимо кликнуть на любой из насосов.

Определение рабочей точки

Теперь очень важно найти насос, который будет иметь функциональные параметры соответствующие допустимому диапазону рабочих значений. Называется набор таких параметров «рабочей точкой насоса». Она должна располагаться в середине красной области приведенного ниже графика.

На графике: оптимальная рабочая точка насоса

Области кривой характеристик насоса и что они значат:

1. Область минимальной потребности системы в теплоносителе. Если рабочая точка находится в этой области, нужно выбрать меньший насос.
2. Если рабочая точка находится в этом диапазоне, насос будет работать в оптимальном режиме до 98 % от общего рабочего времени.
3. Максимальная нагрузка на систему отопления, рассчитанная на холодную пятидневку. Если рабочая точка находится в этом диапазоне, насос будет работать в оптимальном режиме только в течении нескольких самых холодных дней в году.

Трехскоростные насосы следует выбирать по графику второй скорости.

Для того, чтобы выяснить, какой насос будет более подходящим сравните характерные кривые друг с другом.

На фото: характеристическая кривая насоса MAGNA3 25-40

Для примера выбран MAGNA3 25-40. Здесь рабочая точка находится во второй трети характеристической кривой насоса. Так, можно предположить, что в основном насос будет работать в оптимальном режиме.

Как видите, с помощью этих нескольких шагов, можно выбрать насос, который будет идеально подходить для функционирования вашей отопительной системы.

Вывод

Используя данные советы можно с легкостью рассчитать напор и производительность насоса, а потом посредством приложения подобрать оптимальные модели. Однако, если вы не уверены в правильности своих расчетов, следует обратиться за консультацией к специалисту.

В нашем рейтинге лучших циркуляционных насосов, мы определили самые лучшие насосы по отзывам пользователей. А если вас интересуют насосы Grundfos, то мы подготовили обзор, как определить подделку от оригинала.