Расчет характеристик циркуляционного насоса для отопления

При проектировании и создании системы отопления закрытого типа обязательно предусматривают монтаж насоса.

Это очень важный прибор. Правильный расчет мощности циркуляционного насоса – дело важное и ответственное.

Схема циркуляционного насоса.

Причины, обуславливающие необходимость его установки:

1. Благодаря наличию этого прибора котел можно устанавливать на одном уровне с радиаторами, а если его конструкция не требует устройства сложных дымоходов и вентиляции, даже в жилом помещении.
2. Применение насоса позволяет использовать в системе отопления трубы меньшего диаметра, что помогает спрятать их из виду. Так не портится интерьер отапливаемого помещения и более рационально используется жилое пространство.
3. Создание искусственной циркуляции улучшает теплообмен и повышает КПД котла.
4. Установка циркуляционного прибора в систему отопления совместно с электронным блоком позволяет автоматически регулировать температуру отапливаемого помещения.
5. Предусматривая в схеме отопления агрегат принудительной циркуляции теплоносителя, можно производить монтаж современных типов систем отопления. Это создание конструкций теплого пола или монтаж коллекторных водяных систем.
6. Для эффективного функционирования топливной системы в ней должно быть создано давление, которое обеспечит циркуляцию теплоносителя с определенной скоростью.
7. Неправильный расчет может привести к установке насоса, у которого мощность слишком маленькая или занижена, что повлечет его быстрый износ и выход из строя.

Для каких отопительных систем необходим циркуляционный насос?

Рисунок 1: схема бытового насоса.

Везде, где есть большая протяженность трубопроводов и имеется высокое сопротивление для движения теплоносителя, требуется мощность дополнительного агрегата. Причем совершенно не имеет значения, какого вида собрана система. Основное условие состоит в том, чтобы она была закрытого типа. Следует помнить, что сопротивление зависит:

1. От длины и диаметра труб.
2. Материала, из которого изготовлены теплопроводящие магистрали.
3. Числа радиаторов, способа их подключения.
4. Наличия и типа запорной арматуры.
5. Видов и количества фитинговых соединений.

Расчет характеристик насоса для конкретной топливной системы

Первый важный показатель, который необходимо рассчитать, – это его производительность. Измеряется в количестве теплоносителя, которое этот прибор способен прокачать за один час. От того, какой подачей обладает насос, будет зависеть объем воды, прошедшей по пути от котла до радиаторов за единицу времени. Расчет производится по формуле: V=(S×Q)/(с×(T1−T2), где:

Рисунок 2: график зависимости напора от скорости движения рабочей среды.

1. V – подача насоса (кг/ч).
2. S – площадь отапливаемого помещения (м²).
3. Q – удельное теплопотребление здания. (Вт/м²). В соответствии с принятыми стандартами считается, что для отопления индивидуального дома требуется 100 Вт энергии на 1 м² жилой площади. Если дом большой и имеет много квартир, то этот показатель снижается до 70 Вт на 1 м². Такой расчет можно вести только в том случае, если здание удовлетворяет современным нормам застройки по показателям теплоизоляции. Однако есть дома, где потребление тепла составляют всего 30-50 Вт на м². Это здания с улучшенной теплоизоляцией. Удельное теплопотребление здания зависит от вида материала, из которого построен дом, и от того, каким способом утеплены его стены. Важно правильно обустроить пол и потолок, а также поставить качественные окна.
4. С – удельная теплоемкость рабочей жидкости системы (Bт×ч/кг×С°). Эта величина вычисляется отдельно и зависит от количества полученной энергии, массы теплоносителя и температуры. Однако при расчете производительности насоса высокой точности от этого показателя не требуется, и если в систему вы залили воду, то усредненно данную величину считают за 1,16. В случае использования другого теплоносителя необходимо будет вычислить или узнать его плотность.
5. T1 и T2 – температура теплоносителя (°С) соответственно на выходе и входе в котел или другой прибор, осуществляющий его нагрев. Для стандартных двухтрубных систем отопления разность температур должна быть 20°, а при оборудовании системы обогрева пола этот показатель составляет только 5-10°.

Рисунок 3: Расположение изменяющейся рабочей точки.

Полученный результат измеряется в количестве массы теплоносителя, перекачиваемой за единицу времени. В данном случае – за час. Поэтому для перерасчета в более приемлемые единицы измерения (м³/ч), которые используются при указании характеристик насосов большинством производителей, итог вычислений необходимо умножить на плотность теплоносителя. Если в системе используется вода, то при температуре 80° этот показатель равен 971,8 кг/м³.

Другой показатель циркуляционного насоса, расчет которого надо сделать, – это напор. Данный параметр указывает на способность прибора преодолевать сопротивление, возникающее при движении теплоносителя. Если сила напора, создаваемого насосом, будет недостаточной, то требуемой скорости движения рабочей среды не получится. Поэтому система будет функционировать неэффективно. Чтобы рассчитать необходимый напор, надо знать силу гидравлического сопротивления всей системы. Для начала надо вычислить длину труб, учесть их диаметр, подсчитать количество и вид арматуры. Далее используется формула: H=(R×L+Z)/p×V, где:

График влияния изменений гидродинамического сопротивления на рабочие точки.

1. R – сопротивление ровного участка трубы (Па/м.). В процессе эксплуатации установлено, что данный показатель колеблется от 100 до 150.
2. L – длина труб системы (м). Учитываются и подающие, и обратные магистрали.
3. Z – сопротивление (Па), создаваемое фитингами и арматурой. Эти данные можно более точно узнать в сопроводительной документации к каждому элементу или соответствующих таблицах. Если такой возможности нет, то воспользуйтесь результатами, полученными опытным путем. В фитингах создается около 30% потерь, считая от общего сопротивления в прямой трубе. На терморегулирующем вентиле теряется 70%, а на трехходовом смесителе системы управления – 20%.
4. P – плотность теплоносителя (кг/м³). Понятно, что чем она выше, тем сложнее привести в движение рабочую жидкость системы.
5. V – скорость, с которой перемещается теплоноситель (м/с). Если вы используете металлические трубы, то вода в системе должна протекать со скоростью 0,3-0,5 м/с. При монтаже магистралей из полимера расчетная скорость будет выше и составит 0,5-0,7 м/с. Помните, что от этого показателя зависит результативность работы системы. Слишком медленное движение теплоносителя приведет к плохому теплообмену и низкой температуре в помещении. Большая скорость будет причиной повышенного расхода энергии на отопление и возникновения шума в трубах.

Важно знать, что напор, создаваемый насосом, и объем теплоносителя, который приводит в движение этот прибор, взаимосвязаны. Данную зависимость можно изобразить графически. Если ось ординат будет отражать величину напора (Н), измеряемую в метрах, а на оси абсцисс расположить шкалу подачи насоса, то получится характеристика прибора, изображенная на рис. 1. Напор можно определить и в других единицах. Расчет будет такой: 1 м в.ст. = 1бар = 100000Па.

В насосе происходит преобразование энергии электропривода в гидравлические энергии давления и скорости движения теплоносителя. Если клапан насоса закрыт, то величина давления максимальная, а подача нулевая. После открытия хода для движения рабочей среды часть энергии электропривода преобразуется в кинетическую энергию. Поддержание первоначального давления не представляется возможным, и характеристика приобретает вид кривой.

У отопительной системы также есть свой график. Определяется он вязкостью и температурой рабочей жидкости, длиной трубопроводов, скоростью движения теплоносителя по ним, а также количеством и видом фитинговых соединений и запорной арматуры. Эта характеристика отображает зависимость напора от скорости движения рабочей среды (рис. 2). Видно, что сопротивление системы уменьшается с момента начала циркуляции. Теперь необходимо объединить эти два графика. Там, где пересекаются две кривые линии характеристик, находится рабочая точка насоса (рис. 3). Это место, где уравновешиваются полезная мощность агрегата и сила сопротивления системы. Произведя расчет, можно увидеть, что подача зависит от напора, который может создать насос, и определяется силой сопротивления системы.

Какой циркуляционный насос выбрать?

Кроме основных характеристик необходимо обратить внимание и на другие показатели этого прибора:

Схема подбора насоса для системы отопления.

1. Экономичность. Очень важный фактор, и зависеть он будет от типа насоса, конструкционных особенностей, наличия блока электронного управления. Он позволит сэкономить до 40% электрической энергии и продлить срок службы насоса. Это устройство контролирует скорость вращения ротора в зависимости от потребности в интенсивности отопления. Так как прибор будет работать на полную мощность не всегда, то и уровень шума, создаваемый им, значительно снизится.
2. Запас прочности. После расчета напора и производительности насоса, необходимого для вашей топливной системы, прибавьте к этим цифрам еще 10-20%. Таким образом, прибор, установленный вами, не будет работать на износ, а станет использовать свой ресурс оптимально.
3. Срок службы современных насосов зависит от качества их исполнения. При условии правильной установки и эксплуатации они служат около 10 лет. Чтобы достичь этого, монтаж приборов производите перед входом в отопительный котел. В этом месте системы температура теплоносителя самая низкая, и износ деталей насосов, соприкасающихся с водой, не такой сильный. Для удобства демонтажа агрегата и последующего его обслуживания до места установки насоса и после него монтируют запорные краны. Если в системе предусмотрен расширительный бак мембранного типа, то насос устанавливают за ним, по ходу движения теплоносителя. Такая точка подключения позволяет наиболее эффективно удалять воздух. Помните, что образование воздушных пробок недопустимо. При монтаже циркуляционного агрегата необходимо расположить его так, чтобы ось вращения вала находилась в горизонтальной плоскости. Следует обратить внимание на степень загрязненности рабочей жидкости. Большое количество абразивных веществ, которые могут находиться в воде, срока службы насосу не добавят.

Как видно, знать требуемую мощность насоса очень важно. Для этого надо произвести расчет его рабочей точки, знать характеристику вашей системы отопления по созданию сопротивления теплоносителю. Найти значения плотности и удельной теплоемкости применяемого в системе теплоносителя. Вычислить удельное потребление тепла самого дома.