Регулирование подачи циркуляционного Насоса

Регулирование дросселированием — самый простой и самый неэффективный способ регулирования подачи насоса. Рабочая точка перемещается по насосной характеристике вверх, а при нулевом расходе совмещается с осью ординат, при этом насос работает с низким КПД.

В качестве дросселирующего устройства может быть ручной балансировочный клапан, регулирующий клапан с электроприводом, регулятор давления или дроссельная диафрагма.

Регулирование перепуском — реализуется установкой в перемычку между напорным и всасывающим патрубком насоса – перепускного клапана или регулятора перепада давления открывающегося при увеличении контролируемой величины. При этом насос выходит на такую рабочую точку напорно-расходной характеристики, которая соответствует заданному перепаду давления (напору насоса), а избыток расхода перепускается из всасывающего патрубка в напорный через байпасную линию.

Подобное регулирование часто применяют для защиты насосов недопускающих работу на малых расходах в системах отопления с радиаторными термостатическими клапанами. Закрытие радиаторных клапанов приводит к уменьшению расхода в системе отопления, при этом напор насоса возрастает и открывается клапан перепускающий теплоноситель из напорного патрубка во всасывающий, сохраняя тем самым постоянным расход через насос.

При регулировании изменением частоты вращения рабочего колеса — производительность насоса изменяется пропорционально изменению частоты вращения, напор — пропорционально квадрату изменения частоты вращения, а изменения потребляемой мощности пропорционально кубу изменения частоты вращения.

Программное регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса не только обеспечит его работу с максимальным КПД в широком диапазоне расходов, но и позволит снизить шумы возникающие при работе, реализовать функцию мягкого пуска, снижение пусковых токов и исключение гидравлических ударов в системах.

Два способа регулирования скорости однофазного насоса. Частотный преобразователь или регулятор напряжения для управления скоростью однофазного насоса?

Главная > Способы регулирования однофазного насоса

Ежедневно проектируются системы водоснабжения, в которых предполагается использование погружного или поверхностного однофазного электронасоса. Для большинства проектов управление скоростью насоса, поставленное в зависимость от текущей нагрузки в системе водоснабжения — желательный и предпочтительный вариант выбора. Автоматическое регулирование скорости насоса обеспечит стабильный напор, уменьшит потребление электроэнергии и снизит акустический шум.

Однофазные одноступенчатые и многоступенчатые насосы, как правило, оснащены конденсаторными асинхронными электродвигателями. Конденсаторный двигатель насоса содержит две статорные обмотки, в одной из которых размещен постоянно подключенный конденсатор. Современные способы регулирования однофазного насоса, оснащенного конденсаторным двигателем, основаны на реализации частотного метода (1) или метода регулирования напряжения (2). В первом варианте внешним регулирующим устройством выступает специальный однофазный преобразователя частоты, во втором — регулятор мощности.

Мы рассмотрим возможности двух электронных устройств управления скоростью однофазного насоса производства компании Italtecnica Srl (Италия), основанных на различных принципах регулирования – специализированного частотного преобразователя для однофазного насоса Sirio Entry 230 и регулятора напряжения MITO.

1. Частотный преобразователь для однофазного насоса Sirio Entry 230 с однофазным выходом 1х230В.

Преобразователь частоты для однофазного насоса Sirio Entry 230 разработан компанией Italtecnica для вольт-частотного регулирования скорости однофазного насоса. Sirio Entry 230 формирует выходное напряжение 1х230В, 30-50Гц. Физическая величина, подлежащая контролю – давление. Для осуществления задачи контроля давления Sirio Entry 230 оснащен интегрированным аналоговым датчиком давления и ПИД-регулятором. Алгоритмы работы Sirio Entry 230 позволяют обеспечить устойчивый пуск и регулирование однофазного электродвигателя мощностью до 1,5кВт в заданном диапазоне частот.

Модификация Sirio Entry XP позволяет управлять скоростью однофазного насоса мощностью до 1,8кВт в диапазоне частоты 35-50Гц. Узкие диапазоны регулирования обусловлены зависимостью емкостного сопротивления конденсатора от частоты напряжения.

Однофазный насос, регулируемый с помощью Sirio Entry 230, не требует никаких конструктивных изменений однофазного насоса (поверхностного или погружного). Преобразователь частоты Sirio Entry 230 монтируется непосредственно в магистральный трубопровод и обеспечивает простой ввод в эксплуатацию, установкой нескольких параметров. Sirio Entry 230 — специализированный преобразователь частоты, построенный с учетом особенностей эксплуатации и защиты монофазного насоса.

2. Однофазный тиристорный регулятор напряжения MITO с однофазным выходом 1х230В.

На сегодняшний день частотное регулирование остается наиболее эффективным и доступным решением регулирования асинхронного электродвигателя, в том числе и регулирования однофазного насоса. До относительно недавнего времени доступные по цене преобразователи частоты для однофазного насоса попросту отсутствовали на рынке. Это заставляло инженера осуществлять поиск других решений и способов регулирования.

Компания Italtecnica разработала тиристорное устройство регулирования характеристик однофазного насоса с помощью изменения напряжения статора. Это устройство получило название электронного регулятора мощности MITO.

В конструкции регулятора частоты для однофазного насоса MITO – два включенных встречно-параллельных тиристора, которые формируют на выходе регулируемое среднеквадратическое значение однофазного напряжения.

Регулятор мощности MITO регулирует однофазный насос номинальной мощностью электродвигателя до 0,75кВт в диапазоне изменения выходного напряжения 170-230В, обеспечивая поддержание заданного давления по сигналу интегрированного датчика давления. Алгоритмы управления MITO позволяют осуществлять контроль потребляемого тока и продолжительности работы в режиме регулирования напряжения, что направлено на предотвращение условий перегрева двигателя. Преимущество тиристорного регулятора напряжения MITO в сравнении с частотным способом регулирования однофазного насоса только одно – более низкая цена. Применимость метода ограничивает мощность двигателя однофазного насоса ( для регулятора MITO мощность насоса P2 ≤ 0,75кВт) и невозможность обеспечивать регулирование насоса в продолжительном режиме.

Разгонять дальше или уже тормозить: на какой скорости должен работать насос отопления?

Все современные системы отопления оснащены циркуляционным насосом. С помощью которого, в трубах происходит беспрерывный оборот горячей воды, в результате чего и нагревается помещение.

Они выпускаются в разных комплектациях и могут иметь 3 скорости: минимальную, среднюю и высокую.

Какую ставить скорость на насосе отопления при малой мощности котла

Регулировка мощности циркуляционного насоса, как правило, проводится с целью повысить или, наоборот, снизить его производительность. Чем выше его скорость, тем быстрее горячая вода проходит по трубам и тем больше тепла она отдаёт. В свою очередь, чем она ниже, тем медленнее жидкость проходит по системе, быстрее остывает и соответственно теплоотдача будет меньше.

Минимальную мощность отопительного оборудования устанавливают преимущественно весной. В это время на улице уже довольно тепло, но сам дом прогревается недостаточно и есть необходимость в небольшом подогреве помещения.

Скоростные режимы насосов могут отличаться в зависимости от модели и комплектации. В среднем минимальный показатель составляет 30—35 л/мин, максимальный — 80—90 л/мин.

Для чего нужно проверять настройки

Чтобы удостовериться в максимальной производительности прибора перед началом эксплуатации рекомендуется проверить его настройки. Делается это, как правило, по двум параметрам.

Шумоизоляция. Существует несколько причин, по которым отопительный прибор может издавать сильный шум:

• неправильный монтаж;
• воздух в трубах;
• перепады напряжения;
• неисправность устройства.

Чтобы избежать этих проблем установку лучше доверить мастеру, который проведёт комплексную диагностику, убедится в правильности монтажа и функциональности аппарата.

Равномерный обогрев. Главной причиной неравномерного обогрева радиаторов является недостаточная мощность. Невысокая скорость способствует быстрому остыванию воды, в результате чего тепло просто не доходит в конец системы.

К аналогичной проблеме приводит также завоздушенность или неправильно подобранный режим терморегулятора. Может повлиять на производительность прибора и неправильный монтаж. Особенно это касается алюминиевых и биметаллических батарей, которые должны быть установлены максимально ровно.

Как должны работать циркуляционные насосы с электронным управлением

Модели с электронным типом отопления имеют два вида регулировки скорости: ручной и автоматический. Ручное регулирование подразумевает установку мощности прибора на нужном уровне. Корректировка перепадов давления при этом не осуществляется.

Фото 1. Схема управления циркуляционным насосом DAB EVOSTA с электронным регулированием. Выбор режима работы делается одной кнопкой.

В случае с автоматической регулировкой снижение или увеличение скорости осуществляется самой системой и напрямую зависит от температуры в трубопроводе. Автопилот сам определяет оптимальный уровень работоспособности и при необходимости снижает энергопотребление, не уменьшая при этом производительности.

Важно! Автоматическое снижение скорости насоса возможно только после гидравлической балансировки системы.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором рассказывается про разные виды циркуляционных насосов и их характеристики.

Перепад температуры на улице — повод включить другую скорость

Наличие нескольких режимов в насосе отопления позволит корректировать уровень обогрева в том или ином помещении. Эта функция важна при резком перепаде температуры на улице. В таком случае прибор можно вручную перевести на необходимую мощность или же включить автопилот, и система сама подстроится под нужную температуру.

Как выбрать подходящий режим управления скоростью насоса в системах отопления

В настоящее время на смену одно- и трёхскоростным насосам пришли высокоэффективные агрегаты. Помимо более высокого КПД двигателя, все современные насосы оснащены контроллерами для управления скоростью, что ещё более снижает их энергопотребление. Но какой режим управления будет лучшим и для какой системы? Ниже дан краткий обзор режимов работы с постоянной скоростью, с постоянным давлением и пропорциональным регулированием давления, их области применения, показано, какие параметры необходимо соблюдать и что происходит при неправильной настройке. Приведена теоретическая информация в сочетании с практическими советами для техперсонала по радиаторным системам, напольному отоплению и другим распространённым системам отопления.

Зачем у высокоэффективных насосов регулировать скорость вращения?

Насосы старого поколения приводились в действие асинхронными двигателями. Магнитное поле статора этих двигателей вращается с частотой электросети, в то время как ротор вращается медленнее из-за скольжения. Высокоэффективные насосы приводятся в действие синхронными двигателями с изменяемой частотой. Кроме того, высокая эффективность этих двигателей позволяет определять фактическую рабочую точку насоса с достаточной точностью. Сочетание этого преимущества вместе со встроенным 32-разрядным микропроцессором позволяет реализовать любые варианты регулирования скорости в насосах.

Режим работы с постоянной скоростью вращения

В системах с постоянной скоростью вращения можно установить насос только на одну гидравлическую кривую. Рассмотрим цикл заполнения резервуара с горячей водой для бытового потребления. Сопротивление теплообменника постоянно, сигнал поступает от термостата, который сообщает, что горячая вода в резервуаре остыла. По сигналу включается котёл и насос. Также нужно учитывать две важные вещи. Первая заключается в том, что время работы насоса не превышает одного-двух часов в течение дня. А во-вторых, мы всегда должны учитывать эффективность системы в целом, нельзя рассматривать насос отдельно.

По этой причине производительность насоса должна быть на достаточно высоком уровне, так как недостаточная производительность приведёт к частым остановкам котла из-за перегрева. Потери энергии при частых выключениях котла снижают эффективность всей системы значительно сильнее, чем работа насоса при повышенной мощности (рис. 1).

Ещё одним примером является система отопления на солнечной энергии. Здесь скрывается потенциальная проблема: если вы замените старый циркуляционный насос на высокоэффективный, нужно помнить, что многие старые солнечные контроллеры управляют регулированием скорости путём включения и выключения питания несколько раз в секунду. Это не подходит для высокоэффективного насоса, он достаточно быстро выйдет из строя. В данном случае необходимо изменить настройки контроллера на «постоянную скорость», а затем установить скорость насоса таким образом, чтобы избежать перегрева солнечных батарей, пока не будет установлен более современный контроллер.

Радиаторное отопление

Это наиболее распространённая жидкостная система отопления. Котёл обеспечивает теплоснабжение, подающий трубопровод проходит по всему дому, радиаторы получают воду из подающего трубопровода и возвращают охлаждённую воду в обратный трубопровод. В целях повышения эффективности системы радиаторы оснащены термостатическими клапанами. Эти клапаны — причина вариативности гидравлического сопротивления в системе (рис. 2).

Проще говоря, приятным мартовским днём, когда в воздухе витает весна, только в некоторых комнатах на северной стороне дома прохладно и открыты термостатические клапаны, в то время как в подавляющем большинстве помещений дома достаточно тепло. Сопротивление системы будет очень высоким, а требуемый расход воды — низким. Однако холодным декабрьским утром всё наоборот: все помещения требуют тепла, клапаны открыты, а сопротивление системы крайне низкое, при этом расход требуется большой.

Для наилучшей эксплуатации таких систем разработана схема управления, называемая пропорциональным контролем давления. Изначально оценили, что примерно половина потерь давления в системе приходится на распределительный трубопровод, а другая половина — на радиаторы. Следовательно, насос изменяет производительность таким образом, что расход уменьшается при уменьшении напора, а при нулевом расходе, когда все клапаны закрыты, он будет обеспечивать половину максимального давления в напоре, которое он имеет при максимальном расходе (рис. 3).

Так как же настроить насос в такой ситуации? Насос должен быть достаточно мощным, чтобы обеспечить тепло для всего дома, поэтому необходимо настроить его на максимальный напор, когда все клапаны открыты.

Если вы знаете максимальный расчётный расход, вы можете выбрать эту точку на рабочей диаграмме насоса. Если нет, то нужно открыть все термостаты в доме (при условии, что была выполнена гидравлическая балансировка), а затем медленно увеличивать мощность, пока давление не перестанет изменяться.

Что произойдёт, если настройки отключены? При низком расходе котёл может работать с частыми выключениями или недостаточно нагревать. При слишком большом расходе повышается шум в трубопроводах и клапанах системы отопления. Шум, конечно, доставляет неудобства, но равномерная работа котла значительно повышает эффективность системы, поэтому ошибка в сторону большего расхода менее опасна.

Ограничения в режиме пропорционального регулирования давления

Поскольку ? p-v насоса реагирует только на изменение гидравлических параметров, в некоторых случаях этот режим имеет свои ограничения. Самое очевидное — ночное время суток. Для экономии на отоплении в ночное время котёл снижает температуру в соответствии с настройкой таймера. Все термостатические клапаны реагируют немедленно и полностью открываются, так как чувствуют, что в комнатах слишком холодно. И насос работает на максимальных оборотах, несмотря на то, что на самом деле нет необходимости в большом расходе.

Некоторые производители добавили функцию «ночного режима», которая позволяет контролировать температуру воды, проходящей через насос. Это даёт возможность насосу работать на минимальной скорости всякий раз, когда температура нагреваемой воды быстро падает и насос возвращается в нормальное состояние при быстром повышении температуры воды. Проблема в том, что насос «не знает» температуру наружного воздуха, и, хотя минимальная производительность насоса может быть достаточной бОльшую часть времени, могут быть очень холодные ночи, когда самый дальний от котла радиатор может не получить достаточного потока и замёрзнет. Поэтому функцию «ночного режима» можно отключить.

Режим поддержания постоянного давления

Режим поддержания постоянного давления идеально подходит для систем, в которых распределительный трубопровод отсутствует или очень короткий. Ярким примером является пол с подогревом.

Разводка отопительной сети состоит в большинстве случаев из очень короткого трубопровода и коллектора. В таких случаях сопротивление системы незначительно (рис. 4).

Следовательно, насос должен снабжать отдельные контуры системы тёплых полов одинаковым напором независимо от количества отапливаемых помещений. Настройка такого насоса не представляет особой сложности. Производитель напольного отопления должен указать перепад давления для отдельных контуров, и насос просто необходимо установить на это значение (рис. 5).

При необходимости можно выполнить регулировку для устранения шума или недостаточного нагрева.

Эффективность системы в сравнении с эффективностью насоса

Высокоэффективный насос в частном доме на одну семью потребляет порядка 50–100 кВт·ч в год. Для отопления дома, как правило, требуется в 100 раз больше энергии. Даже если учесть тот факт, что электрическая энергия дороже, чем тепловая, главная задача заключается в увеличении эффективности всей системы в целом. Поэтому, если вы можете снизить максимальную температуру питания, уменьшив перепад температур в контуре за счёт более высокой производительности насоса, сэкономленная тепловая энергия в большинстве случаев будет значительно превышать дополнительное энергопотребление насоса.

Заключение

В заключение необходимо отметить, что вы должны учитывать ограничения автономных режимов управления насосами. Несмотря на то, что современные насосы имеют встроенный «интеллект», они получают неполную информацию о состоянии системы отопления в доме и могут определять сопротивление системы, а также температуру системы, если есть встроенный датчик температуры.

С другой стороны, любой источник теплоснабжения обладает большим количеством входных сигналов, начиная от температуры наружного воздуха и заканчивая маленькой кнопкой на регуляторе отопления вашего дома, которая информирует о том, что вы не хотите, чтобы дом остывал в десять вечера. Дополнительная информация значительно облегчает управление котлом и насосом и оптимизирует работу системы для повышения эффективности.

Сейчас, когда даже холодильники подключаются к сети Интернет, можно предположить, что скоро и насосы будут также подключаться к котлам по беспроводной системе связи и выполнять более сложные задачи.