Расчет насоса для системы отопления: подбираем оптимальный насос по ключевым параметрам

Большинство автономных систем отопления, которые используются для обогрева загородных домов и дач, сегодня оснащаются циркуляционными насосами. Чтобы при установке такой гидравлической машины добиться требуемых результатов, необходимо выполнить предварительный расчет циркуляционного насоса для системы отопления и, основываясь на полученных значениях, выбрать насосное оборудование с соответствующими характеристиками.

Грамотный подбор циркуляционного насоса обеспечит эффективную работу отопительной системы и позволит избежать лишних затрат

Сферы использования циркуляционных насосов

Главная задача циркуляционного насоса состоит в том, чтобы улучшить циркуляцию теплоносителя по элементам отопительной системы. Проблема поступления в радиаторы отопления уже остывшей воды хорошо знакома жильцам верхних этажей многоквартирных домов. Связаны подобные ситуации с тем, что теплоноситель в таких системах перемещается очень медленно и успевает остыть, пока достигнет участков отопительного контура, находящихся на значительном отдалении.

При эксплуатации в загородных домах автономных систем отопления, циркуляция воды в которых осуществляется естественным путем, тоже можно столкнуться с проблемой, когда радиаторы, установленные в самых дальних точках контура, еле нагреваются. Это также является следствием недостаточного давления теплоносителя и его медленного движения по трубопроводу. Избежать подобных ситуаций как в многоквартирных, так и в частных домах позволяет установка циркуляционного насосного оборудования. Принудительно создавая в трубопроводе требуемое давление, такие насосы обеспечивают высокую скорость движения нагретой воды даже к самым отдаленным элементам системы отопления.

Насос повышает эффективность действующего отопления и позволяет совершенствовать систему, добавляя дополнительные радиаторы или элементы автоматики

Свою эффективность системы отопления с естественной циркуляцией жидкости, переносящей тепловую энергию, проявляют в тех случаях, когда их используют для обогрева домов небольшой площади. Однако, если оснастить такие системы циркуляционным насосом, можно не только повысить эффективность их использования, но и сэкономить на отоплении, снизив количество потребляемого котлом энергоносителя.

По своему конструктивному исполнению циркуляционный насос представляет собой мотор, вал которого передает вращение ротору. На роторе устанавливается колесо с лопатками – крыльчатка. Вращаясь внутри рабочей камеры насоса, крыльчатка выталкивает поступающую в нее нагретую жидкость в нагнетательную магистраль, формируя поток теплоносителя с требуемым давлением. Современные модели циркуляционных насосов могут работать в нескольких режимах, создавая в системах отопления различное давление перемещающегося по ним теплоносителя. Такая опция позволяет быстро прогреть дом при наступлении холодов, запустив насос на максимальную мощность, а затем, когда во всем здании сформируется комфортная температура воздуха, переключить устройство на экономичный режим работы.

Устройство циркуляционного насоса для отопления

Все циркуляционные насосы, используемые для оснащения систем отопления, делятся на две большие категории: устройства с «мокрым» и «сухим» ротором. В насосах первого типа все элементы ротора постоянно находятся в среде теплоносителя, а в устройствах с «сухим» ротором только часть таких элементов контактирует с перекачиваемой средой. Большей мощностью и более высоким КПД отличаются насосы с «сухим» ротором, но они сильно шумят в процессе работы, чего не скажешь об устройствах с «мокрым» ротором, которые издают минимальное количество шума.

Для чего необходимо выполнять расчет

Циркуляционный насос, установленный в системе отопления, должен эффективно решать две основные задачи:

1. создавать в трубопроводе такой напор жидкости, который будет в состоянии преодолеть гидравлическое сопротивление в элементах отопительной системы;
2. обеспечивать постоянное движение требуемого количества теплоносителя через все элементы отопительной системы.

Чтобы циркуляционный насос был в состоянии справляться с решением вышеперечисленных задач, выбирать такое устройство следует только после того, как будет сделан расчет отопления.

При выполнении такого расчета учитывают два основных параметра:

• общую потребность здания в тепловой энергии;
• суммарное гидравлическое сопротивление всех элементов создаваемой отопительной системы.

Таблица 1. Тепловая мощность для различных помещений

После определения данных параметров уже можно выполнить расчет центробежного насоса и, основываясь на полученных значениях, выбрать циркуляционный насос с соответствующими техническими характеристиками. Подобранный таким образом насос будет не только обеспечивать требуемое давление теплоносителя и его постоянную циркуляцию, но и работать без чрезмерных нагрузок, которые могут стать причиной быстрого выхода устройства из строя.

Как правильно рассчитать производительность насоса

Такой важный параметр циркуляционного насоса, как его производительность, указывает на то, какое количество теплоносителя он может переместить за единицу времени. Расчет производительности циркуляционного насоса, которая обозначается буквой Q, выполняется по следующей формуле:

Параметры, которые используются в данной формуле, указаны в таблице.

Таблица 2. Параметры теплоносителя для расчета производительности насоса

Потребность помещений дома в количестве тепла для их обогрева, которая обозначается буквой R, определяется в зависимости от климатических условий местности, в которой такой дом расположен. Так, для домов, которые эксплуатируются в условиях европейского климата, выбирают следующие значения данного параметра:

• частные дома небольшой и средней площади – 100 кВт на 1 м 2 ;
• многоквартирные дома – 70 кВт на 1 м 2 площади их помещения.

В том случае, если расчет производительности насоса для отопления выполняется для зданий с низкими теплоизоляционными характеристиками, значение тепловой мощности, подставляемое в формулу, следует увеличить. Для производственных помещений, а также помещений, расположенных в зданиях с хорошей теплоизоляцией, значение параметра R принимают равным 30–50 кВт/м 2 .

Как рассчитать гидравлические потери отопительной системы

На выбор циркуляционного насоса по его мощности и создаваемому им напору, как уже говорилось выше, оказывает влияние и такой важный параметр отопительной системы, как гидравлическое сопротивление, которое создают все элементы ее оснащения. Зная гидравлическое сопротивление, создаваемое отдельными элементами отопительной системы, можно рассчитать высоту всасывания насоса и, руководствуясь таким параметром, подобрать модель оборудования по мощности и создаваемому напору. Для расчета высоты всасывания насоса, которая обозначается буквой H, нужна следующая формула:

Параметры, используемые в данной формуле, указаны в таблице.

Таблица 3. Параметры для расчета высоты всасывания

Значения R1 и R2, используемые в данной формуле, следует выбирать по специальной информационной таблице.

Значения гидравлического сопротивления, создаваемого различными устройствами, которые применяются для оснащения систем отопления, обычно указываются в технической документации на них. Если таких данных в паспорте на устройство нет, то можно воспользоваться приблизительными значениями гидравлического сопротивления:

• отопительный котел – 1000–2000 Па;
• сантехнический смеситель – 2000–4000 Па;
• термоклапан – 5000–10000 Па;
• прибор для определения количества тепла – 1000–1500 Па.

Существуют специальные информационные таблицы, по которым можно определить гидравлическое сопротивление практически для любого элемента оснащения отопительных систем.

Зная высоту всасывания, для расчета которой используется вышеуказанная формула, можно оптимально выбрать насосное оборудование по его мощности, а также определить, каким должен быть напор насоса.

Как выбрать циркуляционный насос по количеству скоростей

Обычно современные модели циркуляционных насосов оснащаются регулирующим механизмом, позволяющим изменять скорость их работы. Используя такой механизм, имеющий, как правило, три ступени регулировки, можно настраивать насос по расходу жидкости, подаваемой в систему отопления. Так, при резком похолодании на улице и, соответственно, в доме, насос можно включать на максимальную скорость работы, а при потеплении выбирать другой режим.

Элементом управления, при помощи которого изменяют скорость работы циркуляционного насоса, выступает рычаг на корпусе устройства. Отдельные модели циркуляционных насосов оснащаются системой авторегулирования скорости их работы, которая изменяется в зависимости от температурного режима в помещении.

Насос Wilo-Stratos с автоматической регулировкой мощности

Приведенная выше методика – это только один пример выполнения расчетов, которые необходимы для того, чтобы выбрать циркуляционный насос для теплого пола или системы отопления. Специалисты, занимающиеся системами отопления, используют различные методики расчета напора насоса (а также производительности и других параметров таких устройств), позволяющие подбирать такое оборудование по его мощности и создаваемому давлению. Во многих случаях собственнику дома, в котором необходимо смонтировать отопительную систему, можно даже не задаваться вопросами о том, как рассчитать мощность насоса и как подобрать насосное оборудование. Многие производители предоставляют услуги квалифицированных специалистов или предлагают воспользоваться онлайн-сервисами по расчету параметров циркуляционного насоса и его выбору для систем отопления или теплого пола.

Выбирая мощность циркуляционного насоса, следует принимать во внимание, что все предварительные расчеты выполняют, исходя из значений максимальных нагрузок, которые такое оборудование может испытывать в процессе эксплуатации.

В реальных условиях эксплуатации такие нагрузки будут ниже, что даст вам возможность сделать выбор насоса, технические характеристики которого несколько ниже рассчитанных. Выбор менее мощного насоса при таком подходе не отразится на эффективности его использования в системе отопления. В том случае, если мощность насоса, который вы выбрали, значительно выше значений, полученных при расчете, это не улучшит работу отопительной системы, но при этом увеличит ваши расходы на оплату электроэнергии.

Помочь сделать выбор циркуляционного насоса из нескольких моделей по их напорно-расходным характеристикам и скорости работы помогает специальный график. При построении такого графика используются реальные значения напора и расхода, необходимые для нормального функционирования системы отопления, а также значения, которые соответствуют конкретным моделям насосного оборудования, работающего на различных скоростях. Чем ближе точки, расположенные на двух графиках, тем больше подходит насос для его использования в системе отопления.

Как подобрать циркуляционный насос для системы отопления – расчет производительности

Агрегаты в системах обогрева зданий дают дополнительные возможности регулировки режима. Несмотря на дополнительные затраты, связанные с приобретением и установкой циркулярного насоса, суммарные расходы быстро окупаются, позволяя оптимизировать режим отопления.

Перед тем как подобрать циркуляционный насос, расчет основных параметров весьма желателен по следующим соображениям:

• недостаточная мощность агрегата сделает отопительную систему малоэффективной, а проживание в доме – некомфортным;
• избыточная мощность приведет к перерасходу затрат на обогрев жилища.

Таким образом, подбор этого специализированного устройства во многом предопределяет успешность работы отопления жилого дома.

Какие бывают виды

Насос для отопления является в современных системах одним из решающих факторов, обеспечивающих равномерное перемещение теплоносителя и, следовательно, нагреваются все тепловыделяющие элементы одинаково .

Такие агрегаты наделены комплектом достоинств, определяемых как:

1. Способствуют сохранению постоянной температуры теплоносителя.
2. Невысокий уровень потребления электроэнергии.
3. Высокая надежность при работе.
4. Простота применения.

Их основной функциональной задачей – нивелирование сопротивления трубной разводки протоку греющего вещества.

Существуют два основных конструктивных исполнения циркулярных насосов:

• с сухим ротором;
• с мокрым ротором.

Рабочая камера устройства с сухим ротором отделена от электродвигателя герметичной перегородкой. Такие агрегаты обычно имеют более высокую мощность и производительность, но издают шум при работе, поэтому их применение огранивается установкой в изолированных помещениях или зданиях.

Насосы с мокрым ротором работают в среде теплоносителя, что увеличивает срок их службы. По этой же причине они являются малошумными, что позволяет их применение внутри обслуживаемых зданий.

Существенным недостатком таких агрегатов является их невысокий коэффициент полезного действия, что ограничивает их применение в больших отопительных системах, однако в небольших частных домах они применяются очень широко из-за упомянутой выше малошумности и долговечности.

Нужно отметить, что критерии выбора не ограничиваются учетом их положительных и отрицательных качеств. Выбор циркуляционного насоса для отопления обязательно включает в себя его расчет по нескольким критериям.

Расчеты насосного оборудования

Перед началом расчета уточним функциональное назначение циркулярных агрегатов, применяемых для систем отопления:

• перекачка теплоносителя по трубопроводящей сети, суммарный объем котрой зависит от размеров помещении, подлежащих обогреву;
• преодоление сопротивления протоку теплоносителя внутри системы, оказываемое трубами и элементами арматуры.

Расчет производительности

Одним из контрольных параметров является производительность насосного оборудования, которая рассчитывается из соотношения:

– количество тепловой энергии, потребляемой в конкретным помещении;

– величина производительности насосного устройства;

– удельная теплоемкость, если как теплоноситель применяется вода, для других видов (трансформаторное масло, антифриз и др.) применяются соответствующие данные;

– разность температуры между прямыми и обратными ветвями отопительной системы, которая может составлять:

• 20 о С – при нормальной системе отопления жилых площадей;
• 10 о С – уровень температуры на нежилых площадях с низкотемпературным отоплением;
• 5 о С – температура теплового носителя в системе теплого пола.

Показатель производительности – паспортная характеристика, в технической документации отражается как кубометров за час. Чтобы результат расчета соответствовал привычной для нас форме, его нужно разделить на величину удельного веса воды.

Приведем пример расчета: площадь отапливаемого помещения составляет 200 квадратных метров, следовательно, чтобы его обогреть понадобятся затраты энергии в 20000 Вт. Помещение оснащено нормальной системой отопления с разностью температур 20 о С. Используя эти числовые значения в приведенной формуле, получаем:

20000/(1,16 х 20) = 862 кг/час,

перерасчет в привычные величины дает результат

862 / 971,8 = 0,887 м 3 /час.

Для отопления указанного помещения понадобится насос с производительностью не менее 0,9 м 3 /час. Этот показатель нужно искать в паспорте.

Для расчета этой характеристики можно применить и такую формулу:

G = 3,6Q/(c x dT) кг/час, где

с – удельная теплоемкость носителя, применяемого в отоплении.

Проше всего выбрать насос, если уже известна мощность котла. В этом случае можно применить соотношение:

Q – производительность агрегата;

N – мощность котла;

dT – разность температур на выходе из котла и на обратке.

На представленном выше фото показано правильное подключение агрегата для системы отопления с использованием байпаса. Такое размещение позволяет пустить поток жидкости обходным путем при необходимости производства ремонтных работ или замены насоса без остановки функционирования отопительной системы. Смотрите как сделать отопление в честном доме самостоятельно.

Важно! Расположение ротора только горизонтальное! Направление потока указано стрелкой на корпусе.

Расчет рабочего давления в контуре

Производя выбор циркуляционного насоса для системы отопления расчет необходимо произвести и по такому показателю как давление внутри трубопровода. Для этого можно воспользоваться соотношением:

P = (R x L + Z) / p x q, где:

1. P – величина давления;
2. R – сопротивление потоку для прямых участков трубопровода;
3. L – общая длина
4. Z – величина сопротивления потоку, обусловленная применяемыми в системе фитингами, кранами и прочей арматурой;
5. р – величина плотности теплоносителя при рабочей температуре;
6. q – значение ускорения свободного падения.

При недостатке данных для расчета по приведенной формуле, можно воспользоваться упрощенным соотношением:

P = R x L x ZF, где

R – величина сопротивления потоку в прямом участке трубы, составляющая приблизительно 100 – 150 паскалей на 1 метр, выраженное в удобной для расчета форме оно составит 0,01 – 0,015 метра на метровый участок трубы;

L – общая протяженность трубопровода, на двухтрубной схеме отопления учитываются как прямой, так и обратный контур;

ZF – коэффициент увеличения, зависящий от следующих показателей:

• для системы с шаровыми кранами, для которых несвойственно уменьшение просвета трубопровода, и с правильно подобранными фитингами он принимается равным 1,3;
• при использовании дроссельных или терморегулирующих устройств его значение составит 1,7.

Производя выбор циркулярного насоса для системы отопления, расчет его характеристик представляется как необходимая процедура.

Важно! Расчетную величину для любого показателя необходимо увеличить на 15 – 20 %, чтобы не эксплуатировать аппарат на максимальных режимах. Это защитит его от перегрузок и преждевременного выхода из строя.

Практика применения циркуляционных насосов дает возможность их подбора без вычислений необходимых параметров. Рекомендуемые параметры приведены в таблице.

Таблица для эмпирического подбора насоса

Отапливаемая площадь (м 2 )	Производительность (м 3 /час)	Марки
80 – 240	От 0,5 до 2,5	25 – 40
100 – 265	Та же	32 – 40
140 – 270	От 0,5 до 2,7	25 – 60
165 – 310	Та же	32 – 60

Примечание: в третьей колонке первая цифра – диаметр патрубков, вторая – высота подъема.

Воспользовавшись приведенными данными, можно без особых хлопот подобрать нужное устройство для устойчивой и длительной работы.

Основные производители

Циркулярные насосы для систем отопления выпускаются множеством европейских производителей с достаточно высоким качеством и в широком ассортименте.

Компания Wilo. Производимые в Германии насосы этого концерна занимают довольно большое место на профильном рынке. Отличаются высоким качеством и устойчивой работой. Практически все модели этого производителя оборудованы автоматическим и ручным управлением. Настраиваются не только обороты ротора, но и деблокирующие функции, включая величину давления в системе.

Компания DAB. Этот итальянский производитель успешно конкурирует с другими поставщиками на российский рынок, более 40 лет представляя центробежные насосы. Особенностью продукции DAB являются применяемые на панели управления дисплеи, очень удобные для взаимодействия с установкой и контролем процесса работы.

Производитель Grundfos. Датская компания под этим названием существует уже более 70 лет, поставляя на рынок насосное оборудования различного назначения. Следует отметить, что этот производитель является явным и давно признанным профильного рынка. Впечатляет плодотворность и творческий подход компании, выпускающей на рынок до сотни новых моделей своей продукции ежегодно.

Оборудование этого производителя для систем отопления выходит под маркировкой UPS и линейка продукции предназначается как для бытового применения, так и для промышленного. Главной особенностью циркулярных насосов для отопления является их пригодность к работе в очень широком диапазоне температур: от -25 о до +110 о С.

Линейка продукции UPS может работать с применением 3-х режимов производительности.

Компания Джилекс. Отечественный производитель циркулярных насосов, успешно конкурирующий на рынке с европейскими компаниями.

Агрегаты отличаются неприхотливостью в работе, могут обеспечить активную циркуляцию в отопительных сетях теплоносителей различной плотности, что определяет широкий выбор жидкостей, вплоть до трансформаторного масла. Работают в 3-х режимах мощности, регулировка бесступенчатая. Выгодно отличается от конкурентов уровнем цен.

Заключение

Выбор циркулярного насоса для системы отопления и его расчет позволят потребителю сделать оптимальную покупку для реальных условий конкретного помещения.

Предложенные здесь варианты предварительной оценки необходимого оборудования позволяют уверенно сделать такой выбор. Успехов вам!