Расчет циркуляционного насоса для системы отопления – примеры вычислений

Но польза от насоса будет и в открытых системах. Хотя они могут функционировать только за счёт гравитации, прибор заметно повысит КПД отопления.

Чтобы агрегат выполнял свои функции, нужно грамотно произвести расчёт циркуляционного насоса для системы отопления. Как это сделать, будет рассказано ниже.

Для чего необходимы расчеты насоса системы отопления

Большинство современных систем автономного обогрева, использующихся для поддержания определенной температуры в жилых помещениях, укомплектованы насосами центробежного типа, которые обеспечивают бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительном контуре.

За счет увеличения давления в системе можно снизить температуру воды на выходе отопительного котла, сократив тем самым суточный расход потребляемого им газа.

Правильный выбор модели циркуляционного насоса, позволяет на порядок повысить уровень эффективности работы оборудования в отопительный сезон и обеспечить комфортную температуру в помещениях любой площади.

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.

Подбор насоса по его основным характеристикам

Основными техническими характеристиками любого насоса для отопления являются:

Эти его параметры должны обеспечивать достаточную циркуляцию теплоносителя для эффективной передачи тепловой энергии от котла к радиаторам, поэтому они должны соответствовать как мощности самой системы, так и гидравлическому сопротивлению в ней во время циркуляции теплоносителя. Поэтому, чтобы сделать правильный подбор насоса для системы отопления, необходимо знать обе эти величины.

Точные их расчеты, которые используют специалисты, достаточно громоздки и сложны. Поэтому, при самостоятельном подборе можно использовать упрощенные расчеты, используя приведенные ниже, достаточно простые формулы и рекомендуемые средние показатели, которые позволят подобрать оптимальные характеристики циркуляционного насоса. Тем более, что такие расчеты сможет сделать практически каждый.

Три варианта расчета тепловой мощности

С определением показателя тепловой мощности (R) могут возникнуть трудности, поэтому лучше ориентироваться на общепринятые нормативы.

Вариант 1. В европейских странах принято учитывать такие показатели:

• 100 Вт/м.кв. – для частных домов небольшой площади;
• 70 Вт/м.кв. – для многоэтажек;
• 30-50 Вт/м.кв. – для производственных и хорошо утепленных жилых помещений.

Вариант 2. Европейские нормы хорошо подходят для регионов с мягким климатом. Однако в северных районах, где бывают сильные морозы, лучше ориентироваться на нормы СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в которых учтена наружная температура до -30 градусов Цельсия:

• 173-177 Вт/м.кв. – для небольших зданий, этажность которых не превышает двух;
• 97-101 Вт/м.кв. – для домов от 3-4 этажей.

Вариант 3. Ниже предложена таблица, по которой можно самостоятельно определить необходимую тепловую мощность с учетом назначения, степени износа и теплоизоляции здания.

Таблица: как определить нужную тепловую мощность

Как определить мощность системы отопления и требуемую подачу насоса

Необходимая тепловая мощность системы отопления зависит от количества тепла, которое требуется для комфортного обогрева дома и находится в прямой зависимости от его размеров и теплоизоляционных свойств материалов, из которых изготовлены его стены, крыша, потолок, пол, окна, двери. Размеры дома или отапливаемой его части, подсчитать не трудно. Здесь достаточно рулетки и калькулятора.

Подсчитать точно потери тепла через наружные конструкции труднее, так как здесь необходимо учитывать их материал, толщину и конструктивные особенности. Поэтому, для упрощенного расчета можно использовать рекомендуемые средние показатели 1-1,5 кВт тепловой мощности на 10 м2 обогреваемого помещения с высотой потолка до 3 м. Если помещение хорошо утеплено, то можно использовать меньшее значение, а если не утеплено или недостаточно, то лучше использовать большее значение.

Например, для хорошо утепленного дома площадью 120 м2 приблизительно необходимо будет 12 кВт тепловой мощности. Если подбор циркуляционного насоса выполняется для уже имеющейся системы отопления с естественной циркуляцией, то в расчет можно взять мощность установленного котла.

Расчет требуемой производительности насоса

Определившись с тепловой мощностью отопления, можно приступать к расчету подачи (производительности) циркуляционного насоса. Для этого можно использовать две простые формулы. Первая из них: П = Q/(1,16 х ΔT),(кг/ч или л/ч) Где:

• Q– подсчитанная ранее тепловая мощность отопления (Вт);
• ΔT – разница между температурой подающей трубы и «обратки», которая для обычных систем, как правило, в пределах 20 о С, а для теплых полов – около 5 о;
• 1,16 – коэффициент учитывающий удельную теплоемкость воды, Вт ×ч /кг × о С (для других теплоносителей (антифриз, масло) он будет несколько другим и, при необходимости, его можно найти в справочной литературе или в интернете).

Другая формула: П = 3,6 х Q/(c × ΔT), (л/ч) Где: с – теплоемкость теплоносителя (для воды 4,2 кДж/кг×°С) . Используя любую их этих формул можно определить, что, например, для двухтрубной системы тепловой мощностью 12 кВт потребуется насос с такой производительностью (подачей): П = 12000/(1,16×20) = 517 л/ч или 0,5 м3/ч

Расчет требуемого напора для преодоления гидравлического сопротивления

Для того, чтобы осуществить подбор циркуляционного насоса для системы отопления, кроме производительности необходимо определить его напор (давление), который он должен создавать, чтобы преодолеть существующее гидравлическое сопротивление. Но сначала необходимо узнать величину этого сопротивления. Для упрощенного ее расчета можно использовать формулу: J = (F+R× L)/p× g (м) Где:

• L – длина магистрали труб к самому отдаленному радиатору (м);
• R – удельное гидравлическое сопротивление участка прямой трубы (Па/м);
• p – плотность теплоносителя (для воды – 1000 кг/м3);
• F – увеличение сопротивления в соединительной и запорной арматуре (Па);
• g – 9,8 м/с 2 (ускорение свободного падения).

Точные значения R и F для разных труб, соединительной и запорной арматуры разных видов можно найти в справочной литературе. Для нашего упрощенного расчета можно использовать средние данные этих величин, полученные экспериментальным путем: R — 100-150 Па/м (чем больше диаметр труб и более гладкая их внутренняя поверхностью тем меньше сопротивление); F можно принять в зависимости от вида арматуры:

• дополнительно до 30% от потерь в прямой трубе – для каждого соединительного фитинга на этом участке;
• до 20% — для трехходового смесителя или подобных устройств;
• до 70% — для регулятора.

Можно также использовать для расчета формулу, предложенную специалистами известного производителя насосов Wilo: J = R ×L × k, м Где: k – коэффициент, который учитывает увеличение сопротивления в регулирующей и запорной арматуре:

• 1,3 – простые системы отопления с минимальным количеством арматуры;
• 2,2 – при наличии регулирующей арматуры;
• 2,6 – для сложных систем.

При этом необходимо учитывать, что если циркуляция в системе с двумя или несколькими контурами разводки (ветвями) будет обеспечиваться только одним насосом, то для подбора его напора следует учитывать общее их сопротивление. Если же каждый контур будет обеспечен отдельным насосом, то расчет тепловой мощности и сопротивления каждого из них необходимо выполнять отдельно. Этажность здания, при расчете напора, большой роли не играет. Потому что в замкнутой отопительной системе столб жидкости подающей магистрали уравновешивается столбом «обратки».

Количество скоростей циркуляционного насоса

Большинство современных моделей циркуляционных насосов снабжены возможностью регулировать скорость работы устройства. Чаще всего это трехскоростные модели, с помощью которых можно корректировать количества тепла, поступающего в помещение. Так, при резком похолодании скорость работы насоса увеличивают, а в случае потепления — уменьшают, чтобы температура воздуха в комнатах оставалась комфортной для проживания.

Для переключения скоростей существует специальный рычаг, размещенный на корпусе устройства. Большой популярностью пользуются модели циркуляционных насосов, снабженные системой автоматического регулирования скорости работы устройства в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Следует отметить, что это лишь один из вариантов такого рода расчетов. Некоторые производители используют при подборе насоса несколько иную методику вычислений. Можно попросить выполнить все расчеты квалифицированного специалиста, сообщив ему подробности устройства конкретной отопительной системы и описав условия ее работы. Обычно рассчитываются показатели максимальной нагрузки, при которой будет работать система. В реальных условиях нагрузка на оборудование будет ниже, поэтому можно смело приобретать циркуляционный насос, характеристики которого несколько ниже расчетных показателей. Приобретение более мощного насоса не целесообразно, поскольку это приведет к ненужным расходам, но работу системы не улучшит.

После того, как все необходимые данные получены, следует изучить напорно-расходные характеристики каждой модели с учетом разных скоростей работы. Эти характеристики могут быть представлены в виде графика. Ниже приведен пример такого графика, на котором отмечены и расчетные характеристики устройства.

С помощью этого графика можно подобрать подходящую модель циркуляционного насоса для отопления по показателям, рассчитанным для системы конкретного частного дома

Точка А соответствует необходимым показателям, а точкой В обозначены реальные данные конкретной модели насоса, максимально приближенные к теоретическим расчетам. Чем меньше расстояние между точками А и В, тем лучше подходит модель насоса для конкретных условий эксплуатации.

Как рассчитать циркуляционный насос отопления от мощности котла

Зачастую случается так, что котел приобретен заранее, а остальные элементы системы подбирают позже, ориентируясь на показатели мощности отопительного прибора, заявленные производителем. Нередко циркуляционный насос покупают для модернизации систем отопления с естественной циркуляцией, чтобы обеспечить возможность ускорения движения теплоносителя.

Если известна мощность котла, используют формулу: Q=N/(t2-t1)

Q – расход насоса в м.куб./ч;

N – мощность котла в Вт;

t2 – температура воды в градусах Цельсия на выходе из котла (входе в систему);

Как выбрать циркуляционный насос по полученным данным

Выполнив расчеты и определив основные параметры (подачу и напор), приступим к подбору подходящего циркуляционного насоса. Для этого используем графики их технических характеристик (В), которые можно найти в паспорте или инструкции по эксплуатации. Такой график должен иметь две оси со значениями напора (обычно в м) и подачи (производительности) в м3/ч, л/ч или л/с. На этот график наносим полученные при расчете данные, в соответствующей размерности и на их пересечении находим точку (А). Если она находится выше графика характеристики насоса (А3), то эта модель нам не подходит. Если же точка попадет на график (А2) или будет ниже его (А1), то это подходящий вариант. Но необходимо учитывать, что если точка будет находиться значительно ниже графика (А1), то это значит что насос будет иметь излишний запас мощности, что тоже нецелесообразно, так как он будет потреблять больше электроэнергии и стоимость его будет также выше, чем модели, график характеристики которой, будет максимально близким к нашей точке.

Есть модели насосов имеющие не одну, а 2-3 скорости. Графики их характеристик будут иметь не одну, а, соответственно, 2 или 3 линии. В этом случае подбор насоса необходимо делать по графику той скорости, которая будет использоваться или с учетом всех линий, если будут использоваться все скорости.

Количество скоростей циркуляционного насоса

Скорости насоса – это способность прибора менять производительность. Узнать о наличии режимов просто – в описании будет указана не одна мощность, а несколько (обычно три).

Точно также в трёх вариантах указывают и скорость вращения и производительность. Например: 70/50/35 Вт (мощность), 2200/1900/1450 об/мин (скорость вращения), напор 4/3/2 м.

Существуют модели, которые автоматически меняют скорость работы (а значит, и производительность), в зависимости от температуры окружающей среды.

Для смены режима на корпусе насоса имеется специальный переключатель. Ручные модели советуется выставлять на максимальный режим мощности и убавлять его в случае необходимости. В автоматических приборах нужно просто снять регулятор с блокировки.

Наличие скоростных режимов – не только для повышения комфорта. Это оправдано и экономически. До 40% энергии способен сберечь режимный прибор против обычного.

Таблица для эмпирического подбора насоса

Отапливаемая площадь (м2)	Производительность (м3/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.

Кавитация в отопительной системе и в системе водоснабжения

Кавитация – это такой процесс, во время которого в отопительной установке благодаря уменьшению давления образуются молекулы пара. Такой процесс имеет место в том случае, если в трубах снизится или повысится скорость потока жидкости.

Кавитация в системе отопления

Если отопительная система характеризуется слишком низкими или слишком высокими температурами, то такое явление может сказаться отрицательным образом. Пар, который образуется, собирается в пузырьки, и если они лопаются, то, тем самым, наносят повреждение материалу, из которого изготовлены трубы или другие компоненты системы отопления.

Правильно выбранное устройство и верно осуществленный расчет мощности циркуляционного насоса отопления станут гарантией того, что работа системы отопления и системы водоснабжения будет наиболее эффективной.

Если у вас не получается самостоятельным образом произвести такие операции, как как рассчитать насос для отопления, или вы сомневаетесь в их правильности, то лучше доверить это дело профессионалу в данной области. Специалист не только поможет с выбором помпы или произведением расчетов, но также займется непосредственно и установкой насоса.

Другие факторы, влияющие на выбор

На подбор циркуляционного насоса для системы отопления, кроме рассмотренных выше, основных его параметров характеристики влияют и другие факторы, такие как: надежность, качество изготовления, температурный режим эксплуатации, стоимость, способ соединения и др.

Качество изготовления, надежность и долговечность, как правило, напрямую связаны со стоимостью. Производители, которые предлагают надежные и качественные модели, например: «Grundfos» (Дания), «Wilo» (Германия), «DAB», «Lowara», «Ebara» и «Pedrollo» (Италия), соответственно и оценивают свою продукцию.

Циркуляционный насос wilo в системе отопления

Отечественные или китайские модели стоят дешевле, но и гарантия их качества, соответственно, ниже. Здесь уже выбор каждый должен сделать сам, выбрать качественное изделие за более высокую цену или купить более дешевый циркуляционный насос, с сознанием того, что возможно его в скором времени придется менять.

Если есть желание сэкономить, то можно также приобрести б/у «Grundfos» или «Wilo», часто они могут нормально работать дольше новых китайских, но приобретать их лучше у знакомых проверенных специалистов, которые дают определенную гарантию.

Кроме этого, при выборе необходимо обратить внимание на тип и диаметр соединения насоса с трубами системы. Некоторые модели комплектуются соединительными элементами типа «американок», а к некоторым придется подбирать самостоятельно. Еще один параметр, на который необходимо обратить внимание – температурный режим эксплуатации циркуляционного насоса, который должен быть в паспорте. Особенно это важно, если он будет устанавливаться на подающей трубе в системе с твердотопливным котлом. В этом случае, максимально допустимая температура должна быть не менее 110°С. Если же, насос будет устанавливаться на «обратке», то это не столь важно, так как температура на входе котла редко превышает 80°С.