Циркуляционные насосы для систем отопления

Выбор насоса

Как выбрать интересующий нас прибор?

Чтоб ответить на этот вопрос, вначале нужно понять, как работает циркуляционный насос в системе водоснабжения.

Ему предстоит выполнять две функции:

1. Заставить воду двигаться, преодолевая гидравлическое сопротивление замкнутого контура. Это сопротивление линейно зависит от длины контура и обратно — от его диаметра (чем меньше сечение трубы, тем больше она тормозит воду). Кроме того, на гидравлическое сопротивление сильно влияет коэффициент шероховатости труб: чем более гладкие стенки у розлива или подводки, тем меньшее сопротивление она оказывает движению воды;

Гладкие внутренние стенки труб означают минимальную потерю напора

Зарастание стенок — одна из проблем стальных водопроводов

1. Кроме того, насос циркуляционный горячего водоснабжения должен обеспечить определенную скорость движения воды и, соответственно, минимальный перепад температур между началом и концом контура ГВС.

В общем-то, при монтаже ГВС в частном доме своими руками можно обойтись без сложных расчетов в силу двух причин:

1. Напор, приводящий в движение горячую воду в циркуляционной системе ГВС или теплоноситель в системе отопления многоквартирного дома, равен всего 1-2 метрам. Самые маломощные насосы циркуляционные для водоснабжения имеют напор 1,2 метра — при заведомо меньшем гидравлическом сопротивлении контура;

Перепад между нитками отопления равен всего 0,2 кгс/см2, или 2 метрам напора

1. Объем водопровода невелик, а, стало быть, невелика и необходимая производительность. Например, труба с типичным для водоснабжения коттеджа внутренним диаметром 15 мм при длине 100 метров будет иметь внутренний объем всего 3,14 (число «пи») * 0,00752 (радиус внутреннего сечения трубы в метрах в квадрате) *100 (длина трубы в метрах) = 0,0176625 м3, или 17 литров.

Формула расчета объема цилиндра, с известными высотой и радиусом

Минимальная производительность циркуляционных насосов для ГВС исчисляется кубометрами в час и будет заведомо избыточной.

На фото — насос циркуляционный для водоснабжения Grundfos UP 20-15 N 150. Напор — 1,2 метра, производительность — 2,1 м3/час

Предпочтительный материал корпуса — латунь

Схема расчета

Как выполнить расчет циркуляционного насоса для горячего водоснабжения в том случае, если вы хотите удостовериться в соответствии его параметров вашим потребностям?

Вот сравнительно простая схема расчета производительности насоса, подходящая для трубопроводов диаметром до 20 мм (3/4 дюйма):

Типичный диаметр пластиковых и металлопластиковых подводок водоснабжения — 20 мм

1. Рассчитываем теплопотери на трубопроводе. В отапливаемых помещениях при указанном диаметре их можно принять равными 7 ваттам на метр, в неотапливаемых (при условии теплоизоляции трубы) — 11 Вт/м. Для нашего примера со 100-метровым водопроводом ГВС, проложенным по неотапливаемому подвалу, общие потери составят 1100 ватт;
2. Нормой разности температур для начала и конца контура длиной до 200 метров считаются 2 градуса, свыше 200 метров — 5-7  градусов;

Температура в начале и в конце контура ГВС не должна сильно различаться

1. Расход при известных теплопотерях и допустимой разности температур, рассчитывается по формуле V=Q/(p*c*Dt).

Где:

• Q — теплопотери,
• p — плотность воды (1 кг/л);
• с — удельная теплоемкость воды (1,2 Вт*ч/(кг*К);
• Dt — допустимый перепад температур.

Для нашего случая, расчетный расход в литрах в час равен 1100/(1*1,2*2)=458.

Чтобы пересчитать этот результат в кубометры в час, в которых указывается производительность насоса, умножьте его на 1000

Принцип работы циркуляционных насосов

Задача, которую призваны выполнять циркуляционные насосы для отопления частных домов, относительно проста. Создавая в трубах с теплоносителем избыточное давление, агрегат принудительно заставляет его циркулировать, тем самым обеспечивая доставку необходимого количества тепловой энергии во все помещения дома. Наличие такого нагнетателя позволяет не только уменьшить диаметры труб отопительных контуров, но и проложить их наиболее удобным способом и даже с учетом особенностей интерьера.

В настоящий момент существуют такие виды циркуляционных насосов:

• с сухим ротором;
• с мокрым ротором.

Насос с сухим ротором представляет собой обычный электродвигатель, на валу которого установлена крыльчатка, размещенная в герметичном корпусе. То есть, в этом агрегате перекачивающий узел и привод размещены отдельно и, конечно же, ротор электродвигателя никак не соприкасается с теплоносителем. В силу своих характеристик данные нагнетатели используются там, где нужна значительная мощность циркуляционного насоса – в тепловых сетях промышленных предприятий или централизованных котельных различных учреждений и организаций.

Мощные циркуляционные насосы для систем отопления с отдельным приводом отличаются внушительными габаритами и высоким уровнем шума, что делает невозможным их применение в частном домостроительстве. В индивидуальных системах устанавливаются агрегаты с мокрым ротором, имеющие совсем малые размеры и практически не издающие шума при работе. В этих перекачивающих устройствах для отопления дома привод и крыльчатка совмещены в одном корпусе. Для герметизации ротор помещен в оболочку из нержавеющей стали и помещен внутрь гильзы из того же материала. Гильза защищает от влаги статор агрегата, вся конструкция показана на рисунке:

Немного о производителях. Один из самых популярных брендов – немецкие циркуляционные насосы WILO. За годы эксплуатации они зарекомендовали себя с наилучшей стороны. Производитель предлагает несколько линеек агрегатов различной мощности и набором функций

Так что при выборе марки насосов стоит в первую очередь обратить внимание на этот бренд. Также широко распространены насосы фирмы GRUNDFOS, но их качество немножко похуже

Виды насосов для отопительных систем

Современные циркуляционные насосы разделяют на два принципиальных вида: «сухие» и «мокрые». Они несколько отличаются внутренним устройством и схемой работы, но движение жидкости в них все равно обеспечивается за счет циркуляционных процессов в системе. Некоторые модели оснащаются устройствами для автоматического регулирования их работы.

Вариант #1 — приборы «сухого» типа

Конструкция сухого циркуляционного насоса не подразумевает контакт теплоносителя с ротором. Его рабочая область отделена от деталей электродвигателя специальными кольцами.

Их производят из следующих типов материала:

• графита;
• керамики;
• карбида вольфрама;
• нержавеющей стали;
• оксида алюминия.

Принцип работы «сухого» насоса заключается во вращении колеса в среде теплоносителя. Подающее воду отверстие находится по центру основной камеры, а отводящая система каналов – по периферии.

Рабочая зона «сухих» циркуляционных насосов связана с двигателем только посредством вала, поэтому при необходимости возможна замена электропривода

Вращение крыльчатки функционального колеса приводит к возникновению центробежных сил, перемещающих теплоноситель от центра корпуса к его краям. Такой принцип работы циркуляционного насоса обеспечивает постоянное движение воды через его внутреннюю камеру.

Положительными особенностями отопительного оборудования сухого типа являются:

• высокий уровень КПД – 70-80%;
• минимальный гидроудар при запуске;
• возможность горизонтального и вертикального расположение двигателя;
• перекачивание больших объемов теплоносителя за счет высокой мощности.

Из-за комбинации экономичности и шумности «сухие» насосы используются преимущественно в системах отопления промышленных, административных зданий и крупных жилых объектов.

Поэтому у приборов такого рода можно выделить следующие негативные стороны:

1. Высокий уровень шума, не позволяющий использовать их в квартирах.
2. Необходимость замены уплотнительных дисков каждые 2-3 года.
3. Высокая вероятность протекания теплоносителя наружу при нарушении герметичности рабочей камеры.
4. Необходимость внешнего охлаждения двигателя.

Из-за большого веса такое оборудование устанавливают на пол или подвешивают на кронштейны.

Элементы консольного насоса закреплены на одной станине, а электрический двигатель с рабочим колесом в корпусе связаны через редуктор

Существует два варианта конструкционного исполнения «сухих» насосов:

1. Моноблочный. Двигатель и металлический корпус прибора объединены в одну конструкцию со специфическими креплениями.
2. Консольный. К корпусу оборудования с помощью универсальных креплений может присоединяться двигатель любой мощности.

«Сухие» циркуляционные устройства для отопительных систем при соответствующем обслуживании являются более долговечными, поэтому они постепенно вытесняют с рынка модели с мокрым ротором.

Вариант #2 — насосы с ротором мокрого типа

Принцип действия циркуляционного прибора с ротором, относящимся к мокрому типу, аналогичен своему собрату в «сухом» исполнении: при вращении крыльчатки подаваемый в центр теплоноситель перемещается к периферии рабочей камеры, откуда собирается в отводящие каналы.

Все внутренние уплотнители в «мокром» насосе являются статичными и не подвержены динамическому износу, поэтому такие модели более надежны и долговечны

Ротор «мокрого» насоса контактирует с теплоносителем, который обеспечивает и охлаждение двигателя. Такие приборы не должны работать в сухом режиме, потому что они быстро перегреваются и сгорают.

Составные части оборудования обычно расположены в одном корпусе и составляют единую конструкцию, поэтому при поломке отдельных элементов их не заменяют, а покупают новый насос.

Теплоноситель внутри рабочей камеры проходит довольно извилистый путь, поэтому от гладкости материала внутренней поверхности корпуса зависит шумность насоса

Преимущества агрегата с “мокрой” разновидностью ротора:

• бесшумность работы;
• компактные размеры;
• незначительное потребление электроэнергии (30-50 Вт);
• длительность работы без обслуживания;
• относительно небольшая стоимость;
• простота установки.

Устройства часто встраивают непосредственно в конструкцию бытовых котлов, облегчая потребителю выбор оборудования при монтаже системы отопления.

У отопительных приборов такого типа есть и минусы:

• конструкционные ограничения по максимальной мощности;
• низкая ремонтопригодность;
• маленький КПД (40-60%);
• необходимость строго горизонтального расположения оси двигателя.

Из-за низкой мощности “мокрая” разновидность насосных машин используют преимущественно в отопительных системах квартир и одноэтажных домов.

Регулировка 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).

Читать далее: Как выбрать инсталляцию для унитаза: подвесная система, какая инсталляция лучше, выбор, какую выбрать

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.

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

У большинства моделей циркуляционного насоса имеется функция регулировки скорости работы прибора. Как правило, это трехскоростные устройства, позволяющие управлять количеством теплоты, которое направляется на обогрев помещения. В случае резкого похолодания увеличивают скорость работы прибора, а при потеплении ее уменьшают, притом, что температурный режим в комнатах остается комфортным для пребывания в доме.

Чтобы переключать скорость, имеется специальный рычаг, расположенный на корпусе насоса. Очень востребованы модели циркуляционных устройств с автоматической системой регулирования данного параметра в зависимости от температуры снаружи здания.

У большинства моделей циркуляционного насоса имеется функция регулировки скорости работы прибора. Как правило, это трехскоростные устройства, позволяющие управлять количеством теплоты, которое направляется на обогрев помещения. В случае резкого похолодания увеличивают скорость работы прибора, а при потеплении ее уменьшают, притом, что температурный режим в комнатах остается комфортным для пребывания в доме.

Как подобрать насос для отопления частного дома?

Узнав о принципах работы и выбора различных видов насосов для отопительной системы, у многих возникает вопрос о том, какому же типу агрегатов отдать предпочтение. Теплосеть вполне может оснащаться сразу двумя видами насосного оборудования — все зависит от ее сложности. Циркуляционная модель обеспечит движение воды по системе, повысив коэффициент ее полезного действия. Нагнетательный насос увеличит давление на некоторых участках. Чаще всего он устанавливается непосредственно у отопительного котла.

Однако обычная система обогрева частного дома может вполне обойтись без повысительного агрегата. Этот вид насосов считается узкопрофильным и в простых теплосетях не используется. Заменить циркуляционный насос нагнетательной моделью не получится — у них совершенно разные задачи и принцип действия. Первый приводит теплоноситель в движение путем всасывания и выброса, действуя за счет центробежной силы. Второй оказывает воздействие непосредственно на давление, повышая его.

Поэтому в данном случае вариант «или то, или другое» не работает. Специалисты смогут быстро определить, нужен ли повысительный насос в системе отопления, или и без него эффективность обогрева будет достаточной.

Теперь вы знаете, как правильно подобрать насос для системы отопления, однако мы все же рекомендуем обратиться к профессионалам. Поскольку только опытные мастера смогут учесть все особенности имеющейся системы и принять наиболее верное решение!

1. Отправной точкой при выборе циркуляционного насоса для системы отопления является потребность здания в тепле, рассчитанная для наиболее холодного времени года.

При профессиональном проектировании этот показатель определяют на компьютере. Ориентировочно его можно высчитать по площади обогреваемого помещения.

Для жилых домов с улучшенной теплоизоляцией и производственных помещений требуется 30–50 Вт/кв.м.

— для 1–2-этажных зданий – 173 Вт/кв.м при расчетной температуре наружного воздуха –25 град C и 177 Вт/кв.м при –30 град C;

— для 3–4-этажных зданий – соответственно 97 и 101 Вт/кв.м.

Методом интерполяции получим, что в Хабаровске удельная тепловая потребность 1–2-этажных жилых домов равняется 177,8 Вт/кв.м, а 3–4-этажных – 101,8 Вт/кв.м.

2. Определив потребление тепла (G, Вт), следует перейти к расчету требуемой производительности насоса (подаче) по формуле:

Q = G/1,16 х DT (кг/ч), где:

DT – разница температур в подающем и обратном трубопроводе схемы отопления (в стандартных двухтрубных системах она составляет 20 град C; в низкотемпературных 10 град C; для теплых полов 5 град C);

1,16 – удельная теплоемкость воды (Вт*ч/кг*град C). Если используется другой теплоноситель, в формулу необходимо внести соответствующие коррективы.

Такую методику расчета предлагают заграничные проектировщики. В обязательном приложении к СНиП 2.04.05-91* приведена следующая формула:

Q = 3,6 х G/(c х DT) (кг/ч), где:

c – удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/ кг*град C.

3. Кроме необходимой подачи, насос должен обеспечивать давление (напор), достаточное для преодоления сопротивления трубопроводной сети. Для правильного выбора нужно определить потери в наиболее протяженной линии схемы (до самого дальнего радиатора).

Здесь можно использовать формулу:

H = (R х l + *Z)/p х g (м), где:

R – сопротивление в прямой трубе (Па/м);l – длина трубопровода (м);*Z – сопротивление фитингов и т. д. (Па);p – плотность перекачиваемой среды (кг/куб.м);g – ускорение свободного падения (м/кв.с).

Полученные опытным путем данные свидетельствуют, что сопротивление прямых участков трубы (R) составляет порядка 100–150 Па/м. Это соответствует необходимому напору насоса в 0,01–0,015 м на 1 м трубопровода. В расчетах нужно учитывать длину и подающей, и обратной линии.

Cпециалисты из фирмы Wilo Э. Бушер и К. Вальтер рекомендуют следующую формулу примерного расчета напора (в метрах):

H = R х l х ZF, где

ZF – коэффициент запаса.

Если установка не оснащена ни терморегулирующим вентилем, ни смесителем, ZF = 1,3; для контура с терморегулирующим вентилем ZF = 1,3 х 1,7 = 2,2; когда система включает оба прибора ZF = 1,3 х 1,7 х 1,2 = 2,6. По упрощенной методике можно считать 2,2 для систем отопления, 2,6 для горячего водоснабжения.

Типы схем открытого теплоснабжения

В открытой схеме системы отопления движение теплоносителя осуществляется двумя различными способами. Первый вариант – естественная или гравитационная циркуляция, второй – принудительное или искусственное побуждение от насоса. Выбор схемы зависит от этажности и площади постройки, а также от предполагаемого теплового режима.

Естественная циркуляция в отоплении

В гравитационной системе отсутствует какой-либо механизм для обеспечения движения теплоносителя. Процесс осуществляется исключительно за счет расширения горячей воды. Для работоспособности схемы предусматривается разгонный стояк, высота которого – не менее 3,5 м.

Если пренебречь установкой вертикального транзитного стояка, то высока вероятность, что теплоноситель, поступающий от котла, не будет развивать достаточную скорость

Система теплоснабжения естественного циркуляционного типа оптимально подходит для построек площадью до 60 кв. м. Максимальной протяженностью контура, способного обеспечить теплом, считается магистраль 30 м. Немаловажный фактор – высота строения и этажность дома, позволяющая монтировать разгонный стояк. Схема естественной циркуляции не подойдет для низкотемпературного режима применения. Недостаточное расширение теплоносителя не создаст должного давления в системе.

Возможности самотечной схемы:

1. Подключение к теплым полам. На водяной контур, ведущий к полу, монтируется циркуляционный насос. Остальная система функционирует в обычном режиме. При отключении электричества дом продолжит отапливаться.
2. Работа с бойлером. Нагревательный прибор монтируется вверху системы – немного ниже расширительного бака.

Для обеспечения бесперебойной работы на бойлер можно установить насос. Тогда схема теплоснабжения и производства ГВС автоматически переходит в разряд принудительных вариантов. Дополнительно монтируется обратный клапан, предотвращающий рециркуляцию теплоносителя.

Принудительная система с насосом

С целью повышения скорости теплоносителя и сокращения времени на обогрев помещения, встраивается насос. Движение потока воды увеличивается до 0,3-0,7 м/с. Интенсивность теплоотдачи возрастает, и ветви магистрали прогреваются равномерно.

Насосные схемы сооружают как открытого, так и закрытого типа. В открытых контурах расширительный бачок устанавливается в наивысшей точке системы. Присутствие насоса позволяет увеличить трубопровод между отопительным котлом и батареями, как по высоте, так и по протяженности (+)

1. Схема со встроенным насосом энергозависима. Чтобы обогрев помещения не прекращался при отключении электричества, насосное оборудование размещается на байпасе.
2. Насос устанавливается перед входом в котел на обратной трубе. Расстояние до котла – 1,5 м.
3. При установке насоса учитывается направление движения воды.

На обратке монтируются два отсекающих крана и обводное колено с циркуляционным насосом. При наличии тока в сети краны закрываются – движение теплоносителя осуществляется через насос. Если напряжение отсутствует, то вентили надо открыть – система перестроится на естественную циркуляцию.

На подающем трубопроводе надо установить обратный клапан. Элемент размещается сразу после котла и предотвращает рециркуляцию теплоносителя при работе насоса

Расчет гидравлического сопротивления

Чтобы рассчитать гидравлическое сопротивление, необходимо знать производительность и напор циркуляционного насоса

Методика расчета первого параметра уже рассматривалась выше, поэтому основное внимание следует уделить напору. Вначале нужно определить гидравлическое сопротивление, поскольку напор агрегата постоянно сталкивается с необходимостью преодоления сопротивления, возникающего в процессе циркуляции воды

Чем большим сопротивлением обладает система, тем больше потребуется напор используемого насоса. Его значение определяется в паскалях (Па) или в метрах водяного столба. Например, столб воды, высотой 10 м создает напор в 100000 Па, что соответствует также 1-й атмосфере.

В первую очередь гидравлическое сопротивление определяется в наиболее неблагоприятной части системы. Только после этого подбирается насос, напор которого не должен быть меньше полученного результата. Общее значение гидравлического сопротивления включает в себя сопротивления на прямых участках и все имеющиеся местные сопротивления. К местным относятся сопротивления, охватывающие изгибы, тройники, редукционные переходы и другие сложные места. При расчетах в обязательном порядке учитывается предельно допустимая скорость движения воды в трубопроводах. Это позволит предотвратить излишний шум во время работы системы.

Таблица с параметрами, имеющими постоянное значение:

Расположение участков трубопроводов

Как выбрать рециркуляционный насос для горячей воды?

Покупая оборудование для рециркуляции ГВС, необходимо определиться с его основными параметрами. К ним относится:

• Производительность – эта характеристика зависит от площади жилья. В среднем, для двухэтажного частного дома или трехкомнатной квартиры хватит агрегата, который перекачивает 70–100 л теплоносителя я минуту;
• Напор – еще одна важная характеристика, которая обозначает максимальную высоту подачи теплоносителя. В случае с двухэтажным частным домом следует выбирать прибор, создаваемый напор на 3–4 м;
• Потребление энергии – этот фактор позволяет определить, во сколько обойдется эксплуатация рециркуляционного насоса. При этом нужно помнить, что чем мощнее и производительнее агрегат, тем дороже обойдется его использование;
• Наличие встроенной защиты – лучше всего покупать насос, оборудованный реле протока воды. Этот элемент защитит насос от работы на «сухом ходу» и, как следствие, перегрева мотора агрегата.

Среди других важных факторов также следует отметить систему охлаждения насоса. Если агрегат не оборудован вентиляцией, то его мотор будет постоянно нагреваться и выходить из строя.

Варианты и особенности установки насоса

Ранние модели устанавливались исключительно на обратку, на входе в котел, поскольку температура теплоносителя в этой точке — минимальная. Современный циркуляционный насос для отопления имеет достаточно высокий температурный предел и его можно устанавливать в любой подходящей точке отопительного контура.

Благодаря большому разнообразию моделей, можно применять комбинированные системы, при которых на общую циркуляцию ставится мощный насос, а для отопления контура теплого пола, подогрева бассейна или хозяйственных помещений выделяется дополнительное устройство. Как выбрать циркуляционные насосы для систем отопления в каждом случае решается индивидуально.

Точка установки должна соответствовать следующим правилам:

• место монтажа следует располагать ниже максимальной высоты системы;
• в насос не должен попадать воздух;
• аварийная остановка насоса не должна вызывать критичное нарастание давления воды в системе.

Для удаления воздуха и пара из воды по ходу потока в самой высокой точке устанавливается расширительный бачок с ручным или автоматическим развоздушивателем. А в наиболее высоких точках каждой отдельной ветки общего контура желательно устанавливать дополнительные воздухоотводчики.

Для защиты от гидроудара во время внезапной остановки мотора можно использовать обратный клапан, включенный параллельно в систему труб отопления. Когда насос циркуляционный для систем отопления включен — клапан будет закрыт под действием избыточного давления. А при выключении вода начнет свободно проходить через клапан в обход крыльчатки. Для данной цели идеально подходят специальные шаровые клапаны для отопительных систем.

Важно!

Поскольку запорный шарик перекрывает воду под собственным весом — клапан устанавливается в систему отопления только вертикально. В положении, когда стрелка, на корпусе указывает вверх.