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.

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.