Расчет и подбор циркуляционного насоса

Известно, что установка циркуляционного насоса в обратную магистраль отопления может существенно снизить затраты на ее эксплуатацию. Действительно, под действием создаваемого давления теплоноситель проходит рабочий контур значительно быстрее и поступает в котел менее остывшим. Поэтому на его нагрев до рабочей температуры затрачивается гораздо меньше энергии, чем для системы естественной циркуляцией.

Установленный в систему отопления циркуляционный насос

Для того чтобы получить максимум пользы от этого эффекта, очень важно правильно подобрать характеристики насоса, соответствующие потребностям всей инфраструктуры отопления.

Основные параметры насосов для систем отопления

В системах отопления используются насосы циркуляционного типа, которые осуществляют подачу жидкости за счет центробежной силы вращения лопастей, установленных внутри корпуса. Основными параметрами таких насосов являются:

• Производительность. Показывает, какой объем жидкости насос может пропустить через себя за час работы. Измеряется в м³/ч и зависит от гидравлического сопротивления магистрали;
• Напор. Это как раз и есть то самое гидравлическое сопротивление. Данная характеристика определяет максимальную высоту, на которую насос может поднять столб воды;

  

  Циркуляционный насос производства фирмы Wilo

• Присоединительные размеры. Подбор необходимо производить с учетом диаметра подключаемых труб отопления (чаще всего 25 или 32 мм) и длины корпуса (насос должен уместиться в отведенное для него место);
• Максимальная температура. Главная задача циркуляционного насоса – перекачивать нагретый теплоноситель. Поэтому лучше лишний раз проверить этот параметр и выбрать устройство, по которому может проходить жидкость с температурой до 110 °C;
• Производитель. Как и во многих других случаях, лучше покупать изделия проверенных поставщиков. На рынке насосного оборудования это такие компании, как Grundfos, Vortex, Джилекс, Wilo и другие.

Расчет насоса в основном производят по первым двум значениям. Обычно они указываются в инструкции на устройство в виде графика, который называется расходно-напорной характеристикой.

Подбор насоса в зависимости от напора и производительности

Если у насоса есть несколько рабочих скоростей, то такие характеристики должны приводиться для каждой из них.

Тепловая потребность помещения

Главной отправной точкой, с которой начинается подбор циркуляционного насоса, является потребность помещения в тепле. Ее необходимо рассчитать для максимально холодного времени года. Лучше всего, конечно, обратиться к профессиональным проектировщикам, которые проведут расчет с использованием специальных методик.

Если такой возможности нет, можно подобрать нужное значение приблизительно, исходя из размеров отапливаемого помещения.

Строительные нормы и правила определяют для Московского региона величину необходимой удельной тепловой мощности в 173 кВт/м² для домов в один и два этажа и 98 кВт/м² для трех- и четырехэтажных строений.

Общее потребление тепла можно рассчитать, умножив эти цифры на площадь помещения.

Производительность насоса

Значение производительности вычисляется по простой формуле: G = Q/(1,16 х ΔT), где ΔT – разница температур в подающей магистрали и обратке. Обычно она составляет 20 °С для стандартной двухтрубной системы и 5 °С для теплых полов. Q – значение тепловой потребности, полученное на предыдущем этапе.

Напор

Создаваемый напор должен обеспечить преодоление сопротивления трубопровода. В зависимости от этапа, на котором устанавливается насос, оценить этот параметр можно разными способами.

Устройство новой системы отопления обычно начинается с проектирования, в ходе которого требуемый напор вычисляется по известным формулам. Расчет производится с использованием значений, указанных в паспортах на комплектующие: трубы, фитинги, запорную арматуру и т. д.

Для уже существующей системы подбор точного значения гидравлического сопротивления сделать сложно, поэтому в таких случаях проводят приблизительный расчет:

• Потери на прямых участках трубы. Опытным путем установлено, что на преодоление 1 м магистрали отопления требуется 0,01 – 0,015 м напора;
• Потери в фитингах. Они оцениваются примерно в 30% от потерь на прямых участках;
• Часто для того чтобы выбрать температурный режим в комнате, на входе батареи устанавливают терморегулирующие клапаны. Они очень удобны в использовании, но увеличивают общее гидравлическое сопротивление системы примерно на 70%;
• Устройство, препятствующее естественной циркуляции (обратный клапан), как и трехходовой кран, добавляют к полученному значению еще 20%.

Правильный выбор

Получив требуемые значения параметров (их сочетание называется рабочей точкой), можно приступать к выбору конкретной модели. Теоретически подойдет любой насос, технические характеристики которого не хуже рассчитанных. Однако стоит учесть некоторые рекомендации:

• Желательно постараться оценить положение найденной рабочей точки на расходно-напорной характеристике каждого циркуляционного насоса. А выбрать лучше тот насос, у которого рабочая точка расположена ближе всего к графику;
• Принцип «больше – не меньше» здесь не очень актуален: насос с заведомо более высокими характеристиками, конечно, заработает, но будет потреблять лишнюю электроэнергию и, возможно, создавать излишний шум;
• Необходимо учитывать, что расчет производительности обычно производится исходя из максимальной нагрузки при самой низкой температуре на улице. Такой режим системы отопления будет использоваться всего несколько дней в году. Если вам кажется, что насос немного избыточен, лучше подобрать чуть меньший по мощности;
• Не забывайте, что у всех современных насосов есть три скорости. Переключая их, можно оптимизировать работу вашего оборудования отопления. В простых моделях это делается вручную, а в более дорогих подбор режима функционирования полностью автоматизирован.

Насосы с электронным управлением

Отопительный сезон в нашем регионе в среднем длится 8 месяцев. Это 5500 – 6000 часов, в течение которых система отопления работает постоянно, и потребляет сотни киловатт электроэнергии. Учитывая, что подбор циркуляционного насоса производится с запасом и на самую холодную пятидневку в году, несложно предположить, какой перерасход электричества происходит в относительно теплые периоды осени и зимы.

Хорошо сэкономить на оплате счетов за электроэнергию поможет насос с функцией Autoadapt.

Анализ статистики положения термостатов, установленных в системе отопления (открыты или закрыты), который постоянно проводит электронное устройство управления, позволяет осуществить подбор оптимальной скорости вращения крыльчатки насоса.

Наиболее популярные модели насосов с электронным управлением (кликабельно)

Предположим, анализ показал, что в какой-то период термостаты системы большую часть времени были закрыты. Это значит, что в помещении всегда тепло. Прибор автоматически установит минимальную скорость работы насоса, что, конечно, отразится и на потребляемой мощности.

Практика показывает, что установка циркуляционного насоса с электронным управлением позволяет снизить потребление энергии примерно в три раза.

Практический пример расчета

Допустим, нам надо произвести расчет и подобрать насос для системы отопления двухэтажного частного дома площадью 200 квадратных метров. Общая длина трубопровода, включая обратную магистраль – 40 метров, в системе установлен теплорегулирующий вентиль.

1. Расчет тепловой потребности. Умножаем нормативную удельную потребность на площадь: 173 кВт/м² * 200 м² = 34,6 кВт.
2. Производительность циркуляционного насоса. Двухтрубная система отопления без теплых полов предполагает перепад температур на входе и выходе котла в 20 °С. Применяя соответствующую формулу, можем рассчитать требуемую производительность. Получаем: G = 34,6 /(1,16*20) = 1,49 м³/ч.
3. Расчет гидравлического сопротивления трубопровода. Будем использовать приблизительную оценку. Исходя из приведенной методики, получаем: H=40*0,015*1,3*1,7 = 1,33 м.

Теперь необходимо проанализировать технические характеристики насосов, обеспечивающих такие параметры, после чего выбрать из них наиболее подходящий и экономичный. Рассмотрим этот процесс на примере модельного ряда Grundfos.

Циркуляционный насос Grundfos

Принимая во внимание приведенные выше рекомендации, делаем вывод – для решения поставленной задачи лучше всего подойдут следующие модификации:

• Grundfos UPS 25/40 – рекомендуемый расход 1,55 м³/ч, напор до 4 м;
• Grundfos UP 20-30 N – рекомендуемый расход 2,5 м³/ч, напор до 2,75 м;
• Grundfos Alpha 2 L 25 40 – рекомендуемый расход 1,55 м³/ч, напор до 5,5 м.

Первая и третья модели имеют параметры, наиболее близкие к расчетным, а также одинаковую потребляемую мощность (60 Вт на максимальной скорости). Насос серии Alpha чуть дороже за счет более качественных подшипников и наличия встроенного теплового реле. Этот аппарат более надежен и, возможно, проработает дольше своего аналога. Поэтому для нашего тестового случая выбираем Grundfos Alpha 2 L 25 40.