Выбор циркуляционного насоса для системы отопления. Часть 2

Циркуляционный насос выбирается по двум основным характеристикам:

G* — расходу, выраженному в м 3 /час;

H — напору, выраженному в м.

*Для записи расхода теплоносителя производители насосного оборудования пользуются буквой Q. Производители запорной арматуры, например, Данфосс для расчета расхода пользуется буквой G. В отечественной практике также используется эта буква. Поэтому в рамках объяснений этой статьи мы также будем пользоваться буквой G, Но в других статьях, подойдя непосредственно к разбору графика работы насоса, для расхода мы все же будем использовать букву Q.

Определение расхода (G, м 3 /час) теплоносителя при выборе насоса

Отправной точкой для подбора насоса служит количество тепла, которое теряет дом. Как это узнать? Для этого нужно сделать расчет теплопотерь.

Это сложный инженерный расчет, предполагающий знание многих составляющих. Поэтому в рамках этой статьи мы опустим это объяснение, а за основу количества теплопотерь возьмем одну из распространенных (но далеко не точных) методик, которой пользуются многие монтажные фирмы.

Ее суть заключается в некоем среднем показателе потерь на 1 м 2 . Эта величина условна и составляет 100 Вт/м 2 (если дом или комната имеют неутепленные кирпичные стены, да еще недостаточной толщины, количество тепла, теряемого помещением, будет значительно больше. И наоборот, если ограждающие конструкции дома сделаны с применением современных материалов и имеют хорошую теплоизоляцию, потери тепла будут снижены и могут составлять 90 или 80 Вт/м 2 ).

Итак, предположим, что вы имеете дом площадью 120 или 200 м 2 . Тогда условленное нами количество теплопотерь для всего дома будет составлять:

120 * 100 = 12000 Вт или 12 кВт.

Какое это имеет отношение к насосу? Самое прямое.

Процесс теплопотерь в доме происходит постоянно, а значит и процесс нагревания помещений (компенсация теплопотерь) должен идти постоянно.

Представьте, что у вас нет насоса, нет трубопроводов. Как бы вы решили эту задачу?

Чтобы компенсировать теплопотери вам пришлось бы сжигать какой-то вид топлива в отапливаемом помещении, например, дрова, что в принципе тысячелетиями люди и делали.

Но вы решили отказаться от дров и использовать для обогревания дома воду. Что вам пришлось бы делать? Вам пришлось бы брать ведро( -а), наливать туда воду и греть ее на костре или газовой плите до температуры кипения. После этого брать ведра и нести их в комнату, где вода отдавала бы свое тепло помещению. Затем брать другие ведра с водой и снова ставить их на костер или газовую плиту для нагревания воды, а затем нести их в комнату взамен первых. И так до бесконечности.

Сегодня за вас эту работу выполняет насос. Он заставляет воду двигаться к устройству, где она нагревается (котел), а затем для передачи сохраненного в воде тепла по трубопроводам направляет ее к отопительным приборам для компенсации теплопотерь в помещении.

Возникает вопрос: сколько нужно воды в еденицу времени, нагретой до заданной температуры, чтобы компенсировать теплопотери дома?

Как это посчитать?

Для этого нужно знать несколько величин:

• количество тепла, которое необходимо для компенсации тепловых потерь (в этой статье за основу мы взяли дом площадью 120 м 2 с теплопотерями 12000 Вт)
• удельная теплоемкость воды равная 4200 Дж/кг * о С;
• разница между начальной температурой t 1 (температура обратки) и конечной температурой t 2 (температурой подачи), до которой нагревается теплоноситель (эта разница обозначается как ΔT и в теплотехнике для расчета систем радиаторного отопления определяется в 15 — 20 о С).

Эти значения нужно подставить в формулу:

G = Q / (c * (t 2 — t 1 )) , где

G — требуемый расход воды в системе отопления, кг/сек. (Этот параметр должен обеспечивать насос. Если купить насос с меньшим расходом, то он не сможет дать количество воды необходимое для компенсации тепловых потерь; если взять насос с завышенным расходом, это приведет к снижению его КПД, перерасходу электроэнергии и большим начальным затратам) ;

Q — количество тепла Вт, необходимое для компенсации теплопотерь;

t 2 — температура конечная, до которой нужно нагреть воду (обычно 75, 80 или 90 о С);

t 1 — температура начальная (температура теплоносителя, остывшего на 15 — 20 о С);

c — удельная теплоемкость воды, равная 4200 Дж/кг * о С .

Подставляем известные значения в формулу и получаем:

G = 12000 / 4200 * (80 — 60) = 0,143 кг/с

Такой расход теплоносителя в течение секунды необходим для компенсации тепловых потерь вашего дома площадью 120 м 2 .

На практике пользуются расходом воды, перемещенным в течение 1 часа. В этом случае формула, пройдя некоторые преобразования принимает следующий вид:

G = 0,86 * Q / t 2 — t 1 ;

G = 0,86 * Q / ΔT , где

ΔT — разность температур между подачей и обраткой (как мы уже увидели выше, ΔT — величина известная, закладываемая изначально в расчет).

Итак, какими бы сложными, на первый взгляд, не показались объяснения по подбору насоса, учитывая такую важную величину, как расход, сам расчет и, следовательно, подбор по этому параметру довольно прост.

Все сводится к подстановке известных значений в простую формулу. Эту формулу можно «вбить» в программе Excel и пользоваться этим файлом, как быстрым калькулятором.

Потренируемся!

Задача: нужно подсчитать расход теплоносителя для дома площадью 490 м 2 .

Решение:

Q (количество теплопотерь) = 490 * 100 = 49000 Вт = 49 кВт.

Проектный температурный режим между подачей и обраткой закладываем следующий: температура подачи — 80 о С, температура обратки — 60 о С (по-другому запись делается как 80/60 о С).

Следовательно, ΔT = 80 — 60 = 20 о С .

Теперь все значения подставляем в формулу:

G = 0,86 * Q / ΔT = 0,86 * 49 / 20 = 2,11 м 3 /час.

Как всем этим пользоваться непосредственно при выборе насоса, вы узнаете в заключительной части этой серии статей. А сейчас поговорим о второй важной характеристике — напоре. Читать далее

Удельные расходы теплоносителя системы отопления

Расчетный расход сетевой воды на систему отопления (т/ч), присоединенную по зависимой схеме, можно определить по формуле:

Формула 1. Расчетный расход сетевой воды на СО

где Qо.р.- расчетная нагрузка на систему отопления, Гкал/ч;

τ1.р.- температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, ° С;

τ2.р.- температура воды в обратном трубопроводе системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, °С;

Расчетный расход воды в системе отопления определяется из выражения:

Формула 2. Расчетный расход воды в системе отопления

τ3.р.- температура воды в подающем трубопроводе системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, ° С;

Относительный расход сетевой воды Gотн. на систему отопления:

Формула 3. Относительный расход сетевой воды на СО

где Gc.- текущее значение сетевого расхода на систему отопления, т/ч.

Относительный расход тепла Qотн. на систему отопления:

Формула 4. Относительный расход тепла на СО

где Qо.- текущее значение расхода теплоты на систему отопления, Гкал/ч

где Qо.р.- расчетное значение расхода теплоты на систему отопления, Гкал/ч

Расчетный расход теплоносителя в системе отопления присоединенной по независимой схеме:

Формула 5. Расчетный расход на СО по независимой схеме

где: t1.р, t2.р.- расчетная температура нагреваемого теплоносителя (второй контур) соответственно на выходе и входе в теплообменный аппарат, ºС;

Расчетный расход теплоносителя в системе вентиляции определяется по формуле:

Формула 6. Расчетный расход на СВ

где: Qв.р.- расчетная нагрузка на систему вентиляции Гкал/ч;

τ2.в.р.- расчетная температура сетевой воды после калорифера системы вентиляции, ºС.

Расчетный расход теплоносителя на систему горячего водоснабжения (ГВС) для открытых систем теплоснабжения определяется по формуле:

Формула 7. Расчетный расход на открытые системы ГВС

В наладочном расчете для закрытых схем ГВС, нагрузка определяется как значение поля Средняя нагрузка ГВС, умноженная на значение поля Балансовый коэффициент закр. гвс.

Балансовый коэффициент позволяет пользователю регулировать величину нагрузки (и расхода) на которую производится наладка. Если значение поля не задано, то в расчете используется значение коэффициента по умолчанию:

Таблица 17. Балансовый коэфф. ГВС (значения по умолчанию)

Как сделать расчет расхода теплоносителя для системы отопления – теория и практика

На этапе проектирования отопительной системы, в контуре которой циркулирует вода, возникают ситуации, когда нужно выполнить расчет расхода теплоносителя. Этот показатель требуется для того, чтобы подобрать правильный объём расширительного бачка, который напрямую зависит от мощности системы.

Более того, высчитывают и необходимую мощность. Ведь важно знать заранее, сможет ли отопительное оборудование справиться с обогревом помещения. И здесь так же понадобится формула расхода теплоносителя.

Как выбрать циркуляционный насос

Уютным жильё не назовёшь, если в нём будет холодно. И не важно, какая в доме мебель, отделка или внешний вид в целом. Всё начинается с тепла, а оно невозможно без создания системы отопления.

Недостаточно купить «навороченный» нагревательный агрегат и современные дорогие радиаторы — для начала нужно продумать и распланировать по деталям систему, которая будет поддерживать в помещении оптимальный температурный режим. И не важно, относится ли это к дому, где постоянно живут люди, или это большой загородный дом, маленькая дача. Без тепла жилым помещение не будет и находиться в нём будет не комфортно.

Для достижения хорошего результата нужно понимать, что и как делать, какие имеются нюансы в отопительной системе, и как они повлияют на качество обогрева.

Когда делают монтаж индивидуальной системы отопления, нужно предусматривать все возможные детали её работы. Она должна выглядеть как единый сбалансированный организм, требующий минимума вмешательства со стороны человека. Мелких деталей тут нет – важным является параметр каждого устройства. Это может быть мощность котла или диаметр и тип трубопровода, вид и схема подключений отопительных приборов.

Без циркуляционного насоса сегодня не обходится ни одна современная отопительная система.

Два параметра, по которым выбирают этот прибор:

• Q — показатель расхода теплоносителя за 60 минут, выраженный в кубометрах.
• Н — показатель напора, который выражен в метрах.

Многие технические статьи и нормативные документы, а так же производители прибора пользуются обозначением Q.

Заводы-изготовители, которые производят запорную арматуру, обозначают расход воды в системе отопления буквой G. Это создаёт небольшие сложности при расчётах, если не учитывать такие расхождения в технических документах. В данной статье будет применяться буква Q.

Как сделать расчёт

При выборе насоса нужно знать, какое количество тепла дом отдаёт в окружающую среду. Какая тут связь? Дело в том, что теплоноситель, нагретый до определённого температурного режима, циркулируя по системе, постоянно отдаёт часть тепла в наружные стены. Это и есть теплопотери домовладения.

Насос помогает в нужном режиме циркулировать жидкости по трубам и радиаторам. Следует выяснить тот минимум теплоносителя, который будет перекачивать насос. Всё взаимосвязано: количество теплоносителя — тепловая энергия — работа циркуляционного насоса. Если тепловой энергии не хватит для компенсации теплопотерь, то система будет не эффективной.

Получается, что для того, чтобы решить задачу, нужно выяснить пропускную способность, которую может «потянуть» насос. Другими словами, необходимо рассчитать расход теплоносителя.

Но у этого параметра другое название, так как он, кроме насоса, зависит ещё от двух факторов: степени нагрева теплоносителя и пропускной способности водяного контура.

Таким образом, чтобы рассчитать расход теплоносителя в системе отопления, выясняют тепловые потери домовладения.

• находят тепловые потери дома;
• выясняют среднюю температуру теплоносителя;
• делают расчет расхода теплоносителя по тепловой нагрузке, где учитываются теплопотери.

На заметку. Электрической энергии циркуляционный насос потребляет немного. Излишних финансовых расходов бояться не надо. Даже не самый мощный ИБП поможет переждать несколько часов без электричества в экстренной ситуации. А если в паре с насосом стоит современный котёл с электроникой, то можно не волноваться за перебои с электричеством.

Как выяснить теплопотери

Чтобы выяснить теплопотери дома в количественном выражении, существует специальная формула. С её помощью вычисляется мощность теплового излучения во внешнюю среду каждого квадратного метра площади стен, поверхностей пола и потолка.

Средние значения следующие:

• 100 Ватт на 1 кв. метр площади для обычных кирпичных стен со стандартной внутренней отделкой;
• более 100 Ватт для плохо утеплённых стен;
• 80 Ватт для перекрытий с наружной и внутренней теплоизоляцией и современными стеклопакетами.

Для того, чтобы вывести эти показатели, пользуются формулой или данными таблицы.

На заметку. Стены, чердачные перекрытия и подвалы иногда утепляют не правильно, при этом расходуют большое количество теплоизолирующих материалов впустую. По правилам, утепляют не изнутри, а снаружи, чтобы избежать скопления конденсата, ухудшающего тепловые характеристики здания.

Точный расчёт теплопотерь

С помощью специальной величины, которая характеризует тепловой поток и измеряется в кКал/час, выясняют тепловые потери дома.

Эта величина показывает, сколько тепла уходит через стены здания при определённом температурном режиме внутри дома.

Данный показатель рассматривают в прямой зависимости от архитектурных особенностей здания, строительных материалов, из которых оно построено, толщины и степени теплоизоляции стен, потолка и пола. Оказывает влияние площадь остекления, качество теплоизоляторов и соблюдение технологии при их монтаже.

То есть теплопотери складываются из многих элементов.

Формула следующая: G = Sх1/Pох(Тв- Тн)к, где:

• G — величина, которую выражают в кКал/ч;
• Po — показатель сопротивления при теплопередаче;
• Тв иТн — разница температурного режима внутри и снаружи;
• к — коэффициент, который показывает, насколько теряется тепло, он у каждого заграждения свой.

Так как температура на улице и в помещении меняется в течение отопительного сезона, величины берут средние. Учитывается и тот факт, что у каждого региона с разными климатическими условиями показатель свой.

В данной формуле используются конкретные величины, все они известны. По ней можно узнать тепловые потери любого здания.

Понижающий коэффициент и значение сопротивления Pо относятся к категории нормативно-справочной информации.

Так, например, могут понадобиться следующие коэффициенты:

• 1 — если под чистовыми полами грунт или деревянные лаги;
• 0,9 — для чердачных перекрытий, где кровельным материалом являются сталь, черепица на обрешётке, асбоцемент (либо крыша без чердака с вентиляцией);
• 0,8 — материалы кровли те же, но настил сплошной;
• 0,75 — чердачные перекрытия, где кровля из любого рулонного материала;
• 0,7 — для внутренних стен, которые выходят в соседнее неотапливаемое помещение без наружных стен;
• 0,4 — для внутренних стен, которые соединяют с соседним неотапливаемым помещением, у которого есть наружные стены, и для полов над погребом, углублённом в грунт;
• 0,75 — полы над погребом, устроенном выше грунта;
• 0,6 — поверхности над подвалами, расположенными либо ниже грунта, либо не выше одного метра над ним.
• Аналогично можно подобрать коэффициенты для других ситуаций.

На заметку. Когда выбирают проект дома, хорошо заранее продумать варианты, как сделать так, чтобы периметр внешних холодных стен был минимальным. Существует прямая зависимость: чем больше площадь наружных стен, тем выше потери тепла. У домов с большим количеством выступающих элементов теряется много тепла.

Могут понадобиться следующие значения сопротивления:

• 0,38 — при сплошной кирпичной кладке с толщиной стен в 13,5 см, 0,57 — с толщиной кладки 26,5 см, 0,76 — 39,5 см, 0,94 — 52,5 см, 1,13 — 65,5 см.
• 0,9 — при сплошной кладке с воздушной прослойкой при толщине 43,5 см, 1,09 — 56,5 см, 1,28 — 65,5 см;
• 0,89 — при сплошной кладке из декоративного кирпича с толщиной в 39,5 см, 1,2 — 52,5 см, 1,4 — 65,5 см.
• 1,03 — для сплошной кладки, где термоизоляционный слой с толщиной в 39,5см, 1,49 — 52,5 см;
• 1,33 — для деревянных стен из дерева (не бруса) с толщиной в 200 мм, 1,45 — 220 мм, 1,56 — 240 мм;
• 1,18 — для стен из бруса с толщиной 150 мм, 1,28 — 180 мм, 1,32 — 200 мм;
• 0,69 — для чердачных перекрытий из железобетонных плит с утеплителем с толщиной в 100 мм, 0,89 — 150 мм.

Эти показатели берут для формулы расхода воды на отопление.

Конкретные расчёты

Допустим, нужно сделать расчёт для домовладения площадью 150 кв. м. Если принять, что на 1 квадратный метр теряется 100 Ватт тепла, получаем: 150х100=15 кВатт тепловых потерь.

Как соотносится это значение с циркуляционным насосом? При тепловых потерях происходит постоянный расход тепловой энергии. Для поддержания температурного режима в помещении необходимо большее количество энергии, чем для его компенсации.

Для расчёта циркуляционного насоса для системы отопления, следует понимать, какие у него функции. Это устройство выполняет следующие задачи:

• создать напор воды, достаточный для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление узлов системы;
• перекачать по трубам и радиаторам такой объем горячей воды, который требуется для эффективного прогрева домовладения.

То есть, для того, чтобы система заработала, нужно подогнать тепловую энергию к радиатору. И эту функцию выполняет циркуляционный насос. Именно он стимулирует подачу теплоносителя к приборам отопления.

Следующая задача: какое количество воды, согретой до нужной температуры, надо доставить к радиаторам за определённый период времени, при этом компенсируя все теплопотери? Ответ выражается в количестве перекачанного теплоносителя в единицу времени. Это и будет называться мощностью, которой обладает циркуляционный насос. И наоборот: можно определить примерный расход теплоносителя по мощности насоса.

Данные, которые для этого нужны:

• Количество тепловой энергии, необходимой для того, чтобы компенсировать теплопотери. Для данного домовладения площадью 150 кв. метров эта цифра 15 кВт.
• Удельная теплоёмкость воды, которая выступает в роли теплоносителя — 4200 Дж на 1 килограмм воды, на каждый градус температуры.
• Дельта температур между водой на подаче из котла и на последнем отрезке трубопровода в обратке.

Считается, что в нормальных условиях это последнее значение не бывает больше 20 градусов. В среднем берут 15 градусов.

Формула для того, чтобы рассчитать насос, следующая: G/(cх(Т1-Т2))= Q

• Q — это расходование теплоносителя в отопительной системе. Столько жидкости при определённой температуре нужно доставить циркуляционному насосу к отопительным приборам в единицу времени, чтобы теплопотери были компенсированы. Нецелесообразно приобретать устройство, у которого мощность больше. Это приведёт только к повышенному расходу электричества.
• G — теплопотери дома;
• Т2 — температура теплоносителя, вытекающая из теплообменника котла. Это именно тот уровень температуры, который нужен для обогрева помещения (примерно 80 градусов);
• Т1 — температура теплоносителя на обратном трубопроводе при входе в котёл (чаще всего 60 градусов);
• с — это удельная теплоёмкость воды (4200 Джоулей на кг).

При вычислении с помощью указанной формулы получается цифра 2,4 кг/с.

Теперь нужно перевести этот показатель на язык производителей циркуляционных насосов.

1 килограмм воды соответствует 1 кубическому дециметру. Один кубический метр равен 1000 кубических дециметров.

Получается, что в секунду насос перекачивает воду следующим объёмом:

Далее нужно перевести секунды в часы:

Итоги

Таким образом, выполнив расчет расхода воды на отопление, можно узнать, какой мощности насос следует приобретать в конкретном случае. Переплачивать не имеет смысла, это не экономно и не повлияет на тепловые характеристики системы обогрева. Если циркуляционный насос рассчитать не правильно, то он не потянет нужный объём теплоносителя, более того — быстро выйдет из строя.

В среднем мощность, которой обладают циркуляционные насосы, составляет 10 куб. м/ч. В этом значении заложен запас мощности, поэтому температуру в помещении можно увеличивать без опасения, что насос выйдет из строя. На необходимость изменения температуры жилища могут влиять непредвиденные ситуации, например, аномальные морозы.

Правильно сбалансированная отопительная система, которая работает по принципу принудительной циркуляции, покажет высокий КПД. Это окупит монтаж насоса и затраченное электричество.

Вот и ответ на вопрос, зачем нужно делать расчет расхода теплоносителя в системе отопления.

В идеале, всеми расчетами должны заниматься специалисты с инженерным образованием. Но не всегда есть возможность найти специалиста. Используя формулы и таблицы, можно сделать расчёт и самостоятельно. После того, как будет определена мощность циркуляционного насоса нужной производительности, его можно подобрать в каталоге.

Если появятся сомнения в расчётах, то нужно обратить внимание на приборы, у которых производительность регулируется. В таком случае небольшие неточности в расчётах уже не будут иметь столь принципиального значения.

	Внимание