Мощность насоса: формулы для проведения расчетов, КПД насосов – от чего зависит

Содержание   

  1. Для чего необходимы расчеты
    1. Какую пользу способен принести насос в системе отопления?
    2. Особенности расчета характеристик насоса?
    3. Как определить производительность насоса?
  2. Что нужно знать, чтобы рассчитать мощность
    1. Расчет мощности источника тепла (АОГВ)
    2. Расчет производительности насоса
    3. КПД и потери мощности насоса
    4. Расчет необходимой мощности (высоты) напора
    5. Гидравлическое сопротивление
    6. Выбираем насос
    7. Как рассчитать насос, если известна мощность котла
    8. Исчисление и определение полезной мощности насоса
    9. Количество скоростей у насосов
  3. Как правильно рассчитать производительность насоса
    1. КПД для промышленных насосов
    2. Как вычислить КПД насоса
  4. Подбор циркуляционного насоса для системы отопления — критерии
    1. Подбор циркуляционного насоса для системы отопления по количеству скоростей
    2. Принцип действия циркуляционного насоса
    3. На что еще обратить внимание
    4. Расчет характеристик насоса
    5. Как рассчитать циркуляционный насос отопления от мощности котла
    6. Как выбрать циркуляционный насос по полученным данным
  5. Как выяснить показатель расхода насоса
    1. Три варианта расчета тепловой мощности
    2. Формула и таблицы расчета гидравлического сопротивления
    3. Усредненные данные по элементам системы
  6. Полезные рекомендации

1 Для чего необходимы расчеты

Большинство современных систем автономного обогрева, использующихся для поддержания определенной температуры в жилых помещениях, укомплектованы насосами центробежного типа, которые обеспечивают бесперебойную циркуляцию жидкости в отопительном контуре.

За счет увеличения давления в системе можно снизить температуру воды на выходе отопительного котла, сократив тем самым суточный расход потребляемого им газа.

Правильный выбор модели циркуляционного насоса, позволяет на порядок повысить уровень эффективности работы оборудования в отопительный сезон и обеспечить комфортную температуру в помещениях любой площади.

к меню ↑

1.1 Какую пользу способен принести насос в системе отопления?

Те жильцы многоквартирных домов, чьи квартиры находятся на верхних этажах, довольно часто сталкиваются с таким явлением, как холодные батареи. Подобное происходит из-за того, что уровень давления в системе оказывается недостаточным для обеспечения ее нормальной работы.

Из-за малой скорости циркуляции вода доходит до нижних этажей уже остывшей. Подобную картину можно наблюдать и в частных домах: если дотронуться до наиболее удаленных участков отопительной системы, то они тоже будут слишком холодными. Однако сегодня можно легко исправить этот недостаток, если установить циркуляционный насос.

Чаще всего при использовании естественной схемы циркуляции теплоносителя отопительные системы способны вырабатывать достаточное количество тепла для небольших частных домов. Однако и их владельцам не будет лишним перевести отопительную систему в режим принудительной циркуляции. Дело в том, что подобное решение принесет им выгоду в виде сокращения общих затрат на отопление.

Если описать насосную установку в упрощенном варианте, то она будет выглядеть как мотор с ротором, расположенным в воде.

По мере вращения ротора жидкость начинает двигаться по контуру с определенной скоростью, за счет чего в системе будет поддерживаться требуемый уровень давления. Причем для насоса можно выбрать необходимый режим работы.

Скажем, это позволит за минимально короткий срок прогреть все помещения в доме, в котором долго не было хозяев. После решения этой задачи можно вернуть начальные настройки, благодаря которым система будет вырабатывать максимальное количество тепловой энергии при минимальных затратах.

Все представленные сегодня на рынке модели циркуляционных насосов могут быть классифицированы на два типа:

  • с «сухим» ротором;
  • с «мокрым» ротором.

Особенностью моделей первого типа является то, что у них ротор не полностью погружён в теплоноситель. Что же касается насосов второго типа, то у них ротор все время находится в воде. Такое различие и обуславливает то, что при эксплуатации насосов с «мокрым» ротором возникает меньшее количество шума.

к меню ↑

1.2 Особенности расчета характеристик насоса?

Выбирая насосное оборудование для отопления, следует иметь в виду, что оно должно справляться со следующими функциями:

  • поддерживать в рабочем контуре напор, благодаря которому теплоноситель сможет справляться с гидравлическим сопротивлением, создаваемым отдельными его элементами;
  • создавать условия для нормальной циркуляции по системе количества тепловой энергии, необходимого для обогрева здания.

Учитывая эти параметры, необходимо на этапе выбора циркуляционного насосного оборудования в первую очередь определиться с тем, какое количество тепла требуется зданию.

Также очень важно рассчитать общее гидравлическое сопротивление для функционирующей системы отопления. Не имея представления об этих характеристиках, владелец не сможет выбрать модель насоса, которая будет эффективно выполнять свои задачи.

к меню ↑

1.3 Как определить производительность насоса?

В используемых для определения производительности насосной установки формулах чаще всего этот параметр обозначается как Q. Под ним следует понимать количество тепловой энергии, которая способна пройти по системе за единицу времени. Если говорить более подробно об используемой формуле, то она имеет следующий вид:

Q=0,86R/TF-TR, где:

  • Q — объемный расход, куб. м./ч;
  • R — тепловая мощность, которая должна быть обеспечена в конкретном помещении, кВт;
  • TF — температура на входе в систему, градусов Цельсия;
  • TR — температура на выходе из системы, градусов Цельсия.

Для определения количества тепла®, в котором нуждается помещение, следует исходить из условий. Если обратиться к европейским методикам расчета, то у них этот показатель определяют на основании следующих нормативов:

  • если речь идет о небольшом частном доме, состоящем из не более, чем двух квартир, то оптимальным будет являться показатель в 100 ватт на квадратный метр;
  • для многоквартирного дома значение этого параметра должно составлять 70 ватт на квадратный метр.

В том случае, когда параметр рассчитывается в отношении объектов, предусматривающих низкую теплоизоляцию, для норматива необходимо взять немного большее значение. Если необходимо определить показатель для производственных помещений, а также объектов, которые отличаются очень высокой степенью теплоизоляции, то оптимальным показателем будет диапазон от 30 до 50 киловатт на квадратный метр.

к меню ↑

2 Что нужно знать, чтобы рассчитать мощность

Чтобы понять сам алгоритм расчета циркулярного насоса, необходимо оттолкнуться от какого-либо параметра, в точности которого сомневаться не приходится. Для этого нужно открыть технический паспорт помещения, в котором планируется установка автономной отопительной системы, и узнать его площадь. Например, возьмем отдельно стоящее здание (частный дом) площадью 300 м².

Следующим шагом будет определение величин, необходимых для расчета.

Нужно узнать три основных параметра:

  • Qn — мощность источника тепла (кВт);
  • Qpu — производительность циркуляционного насоса, показатель объемной подачи теплоносителя для выбранного нами типа помещения (м³/час);
  • Hpu — мощность напора, необходимого для преодоления гидравлического сопротивления системы (м).

к меню ↑

2.1 Расчет мощности источника тепла (АОГВ)

Для каждого помещения в зависимости от его площади или объема существуют определенные технические нормы мощности источника обогрева.

Для вычисления этого параметра воспользуемся следующей формулой:

Qn = Sn × Qуд ÷ 1000

Обозначение Параметр Единицы измерения

Qn

мощность источника тепла

кВт

Sn

отапливаемая площадь

м²

Qуд

удельная тепловая потребность помещения

Вт/м²

Площадь отапливаемого помещения нам известна (300 м²), а второй показатель зависит от типа сооружения: если это многоквартирный дом, то его значение равно 70 Вт/м², в нашем же случае (отдельно стоящее здание), он составит 100 Вт/м².

Подставим эти значения в формулу и посмотрим, что у нас получится:

300 × 100 ÷ 1000 = 30 кВт.

Итак, мощность отопительного агрегата для нашего помещения составила 30 кВт. Существует еще один метод определения этой величины.

Объем отапливаемого помещения и мощность отопительного агрегата можно найти в следующей таблице.

Тепловая мощность

Объем помещения новый дом (м³)

Объем помещения старый дом (м³)

5 кВт

70 – 150

60 – 110

10 кВт

150 – 300

130 – 220

20 кВт

320 – 600

240 – 440

30 кВт

650 – 1000

460 – 650

40 кВт

1050 – 1300

650 – 890

50 кВт

1350 – 1600

900 – 1100

60 кВт

1650 – 2000

1150 – 1350

Напомню, что объем помещения равен произведению его площади на высоту.

(V = S × h ), где:

  • V — объем помещения;
  • S — отапливаемая площадь;
  • h — высота комнат.

В нашем случае при высоте потолков 2,5 м, он будет составлять:

300 × 2,5 = 750 м³

Ищем этот показатель во второй графе таблицы и получаем те же 30 кВт.

Тепловой расчет мощности и подбор системы отопления.

к меню ↑

2.2 Расчет производительности насоса

Правильный расчет мощности насоса позволяет обеспечить систему отопления необходимым количеством теплоносителя в любой ее точке. Определив технические характеристики обогревательного котла, можно вычислить производительность циркуляционного оборудования, достаточную для нашего помещения.

Воспользуемся следующей формулой:

Qpu = Qn ÷ kτ × Δt

Обозначение Параметр Единицы измерения

Qpu

производительность насоса

м³/час

Qn

мощность источника тепла (АОГВ)

кВт

коэффициент теплоемкости жидкости

Δt

температурный перепад на входе и выходе системы

⁰С

Если в качестве теплоносителя используется вода, ее удельная теплоемкость составляет 1,164. Если применяется иная жидкость, то значение этого параметра нужно искать в соответствующих таблицах.

При функционирующей отопительной системе значение температурного перепада (Δt ) можно вычислить методом элементарного вычитания показателей, снятых с измерительных приборов, установленных на входе и выходе системы (Δt = t1 – t2 , где t1 – температура на входе отопительного контура, а t2 – температура на выходе с него).

В противном случае придется использовать стандартные показатели. Разница температур на входе и выходе системы (Δt ) колеблется в пределах 10—20 ⁰С.

Возьмем среднее значение — 15 ⁰С и подставим полученные результаты в формулу:

Qpu = 30 ÷ 1,163 × 15 = 1,72 м³/час

Теперь один из пунктов технической характеристики циркуляционного насоса известен.

Как подобрать насос для теплого пола: расчет пола

к меню ↑

2.3 КПД и потери мощности насоса

Вследствие потерь внутри машины только часть механической энергии, полученной им от двигателя, преобразуется в энергию потока жидкости. Степень использования энергии двигателя измеряется значением полного КПД насоса центробежного типа.

КПД насоса – коэффициент полезного действия – является одним из его основных качественных показателей и характеризует собой величину потерь энергии.

Формула кпд насоса выглядит так:

η = Nп / N

η = ηо * ηг * ηм

ηо – объемный КПД насоса – характеризует объемные потери

ηг – гидравлический КПД – характеризует гидравлические потери

ηм – механический КПД – характеризует механические потери

Расчет КПД насоса показывает возможные потери:

Потери в насосе = 1 – КПД

Анализируя причины возникновения потерь в насосе, можно найти пути к повышению его КПД.

Все виды потерь делятся на три категории: гидравлические, объемные и механические.

Гидравлические потери – часть энергии, получаемой потоком от колеса насоса, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока внутри насосного агрегата, ведут к снижению высоты напора.

Объемные потери – паразитные протечки (утечки) внутри насосной части – в уплотнениях лопастного колеса и в системе уравновешивания осевого давления ведут к уменьшению подачи.

Механические потери – часть энергии, получаемой насосом от двигателя, расходуется на преодоление механического трения внутри агрегата. В машине имеют место: трение колеса и других деталей ротора о жидкость, трение в сальниках и трение в подшипниках. Механические потери ведут к падению мощности всего устройства.

Таким образом, полный КПД центробежного насоса определяется гидродинамическим совершенствованием проточной части, качеством системы внутренних уплотнений и величиной потерь на механическое трение.

Насос с магнитной муфтой

Насосы с магнитной муфтой имеют схожий КПД. Для данного типа насоса очень важно, чтобы герметичная задняя крышка насоса, располагающаяся между ведущим и ведомым магнитом, была изготовлено из токонепроводящих материалов. Иначе, будут возникать вихревые токи, которые вызывают потерю мощности и снижают общий КПД насоса.

Винтовой насос

Винтовые насосы имеют высокие механические потери. Они в первую очереди связаны с трениями, которые возникают в подшипниковом узле, а также между ротором и статором, но благодаря высоким рабочим характеристикам (расход, напор) данный тип насосов может иметь КПД колеблющийся от 40 до 80 %.

Импеллерный насос

Импеллерные насосы бережно перекачивают жидкость, создавая равномерный ламинарный поток и высокое давление на выходе, но высокие механические потери обусловленные трением гибких лопастей импеллера о внутреннюю поверхность корпуса не позволяет данному типу насосов быть лидером по эффективности.

Мембранно-пневматический насос

Мембранно-пневматические насосы не имеют двигателя и работают от поданного на него сжатого воздуха. Так как требуется дополнительное превращение электрической энергии в энергию сжатого воздуха, то КПД мембранно-пневматического насоса во многом зависит от КПД воздушного компрессора. Обычно КПД поршневых компрессоров составляет 80-92%, лопастных 90-96%. Кроме этого, в самом насосе, в той или иной мере, присутствуют все виды потерь. Гидравлические потери возникают, когда жидкость через небольшое всасывающее отверстие поступает в рабочую камеру насоса и выходит через отверстие подачи под определенным углом. Здесь поток жидкости сталкивается с внезапным расширением сечения при последующем резком повороте. Механические потери связаны с тем, что основная втулка насоса является парой трения скольжения. Кроме этого имеет место трение жидкости с деталями насоса: клапана, коллектора, мембрана, стенки боковой крышки. Объемные потери определяются отношением количества жидкости поступившего в насос и количеством жидкости вышедшего из него за два такта (всасывание – нагнетание).

к меню ↑

2.4 Расчет необходимой мощности (высоты) напора

Мощность отопительного котла и производительность насоса известны, следующим шагом будет определение напора теплоносителя, достаточного для преодоления внутреннего гидравлического сопротивления труб и элементов отопительной системы.

Для этого берутся в расчет тепловые потери на самом протяженном отрезке контура — от источника тепла до дальнего радиатора. Чтобы доставить тепло в любую его точку, мощность напора подаваемой жидкости должна быть выше суммарного гидравлического сопротивления всех отопительных приборов.

Расчет напора насоса отопления производится по следующей формуле:

Hpu = R × L × ZF ÷ 10000

Обозначение Параметр Единицы измерения

Hpu

Мощность (высота) напора

м

R

Потери в трубах подачи и «обратки»

Па/м

L

Протяженность отопительного контура

м

ZF

коэффициент гидравл. сопротивления фасонной и запорной арматуры системы

В зависимости от диаметра труб, значение параметра R находятся в диапазоне 50–150 Па/м (минимальный показатель применим для водопроводных систем с диаметром трубы от 2-х дюймов и выше, для современных пластиковых и металлических труб потери составляют 150 Па/м). Для нашего помещения необходимо использовать максимальное значение.

Если точную длину контура (L) определить сложно, этот параметр рассчитывают, исходя из габаритов отапливаемого помещения. Показатели длины, ширины и высоты дома складываются, а затем удваиваются. При общей площади 300 м² можно предположить, что длина дома составляет 30 м, ширина – 10 м, а высота 2,5 м. В этом случае L = (30 + 10 + 2,5) × 2, то есть 85 метров.

Самый простой вариант определения значения ZF выглядит следующим образом: при отсутствии термостатического вентиля в системе он равен 1,3, а при его наличии — 2,2.

Для расчета возьмем максимальную величину этого коэффициента и подставим все полученные значения в формулу:

150 × 85 × 2,2 ÷ 10000 = 2,8 м.

Предложенная методика расчета не является единственной. Для более точного определения напорных показателей насоса существуют формулы, в которых учитывается не коэффициент потерь, а реальные значения этих показателей.

Как подобрать циркуляционный насос для системы отопления - расчет ...

к меню ↑

2.5 Гидравлическое сопротивление

Этим термином выражаются суммарные потери давления в системе. Отопительный контур состоит из отдельных элементов, каждый из которых имеет свое значение этой характеристики.

К ним можно отнести:

  • вентили;
  • клапаны;
  • фильтры;
  • измерительные и регулирующие приборы;
  • радиаторы;
  • конвекторы и т. д.

Для точного определения потерь в системе обычно пользуются значениями, указанными в технической документации на каждый компонент отопительного контура.

Если же такой возможности нет, найти эту информацию можно в следующей таблице:

Элемент системы Потери давления Единицы измерения

Котел

1000 – 5000

Па

Компактный котел

5000 – 15000

Па

Теплообменник

10000 – 20000

Па

Тепломер

15000 – 20000

Па

Водонагреватель

2000 – 10000

Па

Тепловой насос

10000 – 20000

Па

Радиатор

500

Па

Конвектор

2000 – 20000

Па

Радиаторный вентиль

10000

Па

Регулирующий клапан

10000 – 20000

Па

Обратный клапан

5000 – 10000

Па

Фильтр (чистый)

15000 – 20000

Па

Термостатический вентиль

5000 – 10000

Па

Смеситель

2000 — 4000

Па

В этом случае для расчета высоты напора удобно воспользоваться несколько иной формулой.

H = 1,3 × (R1L1 + R2L2 + Z1 + Z2 + …. + Zn) ÷ 10000, где:

  • R1, R2 – потери в трубах подачи и «обратки» (Па/м);
  • L1, L2 – длина линий трубопровода подачи и «обратки» (м);
  • Z1, Z2 … Zn – потери давления на отдельных элементах системы (Па).

Число, находящееся в знаменателе формулы (10000), – коэффициент пересчета Паскалей в метры.

Циркуляционный насос в системе отопления | Ликбезы

к меню ↑

2.6 Выбираем насос

После того, как все необходимые параметры для приобретения циркуляционного насоса определены, можно приступить к выбору конкретной модели. Технические характеристики устройств этого типа отражены в графиках соотношения производительности устройства и высоты напора, приложенных к их паспорту. Эти данные можно легко найти в Интернете.

В зависимости от количества скоростей в координатной системе выстроены один, два или три графика с указанием точки оптимального соотношения этих величин. Откладываем по оси Х значение производительности насоса, а по оси Y высоту его напора. Точка пересечения этих параметров должна находиться как можно ближе к точке, указанной на графике – полное их совмещение будет идеальным вариантом.

Самые распространенные модели имеют трехскоростной режим эксплуатации. Если вы остановитесь на одной из них, то выбор характеристик необходимо проводить по графику, соответствующему второй скорости, то есть среднему. В иных случаях совмещение параметров производится по любому из них.

Как подобрать циркуляционный насос. Быстро, просто, правильно.

к меню ↑

2.7 Как рассчитать насос, если известна мощность котла

Часто возникают ситуации, когда котел приобретается заблаговременно или же насос добавляется в уже функционирующую систему отопления. В этом случае мощность отопительного агрегата известна, и все остальные элементы контура выбираются в зависимости от значения этого показателя.

Для расчета производительности циркуляционного насоса при заданной мощности источника нагрева, пользуются следующей формулой.

Q = N ÷ (t2 — t1), где:

  • Q – производительность насоса (м³/час);
  • N – мощность отопительного устройства (Вт);
  • t2 – температура теплоносителя на входе системы (⁰С);
  • t1 – температура жидкости на выходе из контура (⁰С).

Если возможность точно определить указанные параметры подачи и «обратки» отсутствует, воспользуйтесь средним значением температурного перепада — 15 ⁰С.

Рачет отопления частного дома

к меню ↑

2.8 Исчисление и определение полезной мощности насоса

Механизм гидравлических агрегатов основывается на применении принципов гидравлики.

Полезная мощность насоса – работа, расходуемая помпой за определенный период времени.

Формулы расчетов мощностей центробежных оснащений
По данной формуле рассчитывается гидравлическая мощность насоса

к меню ↑

2.9 Количество скоростей у насосов

По своей конструкции насос циркуляционного типа представляет собой электродвигатель, механически связанный с валом крыльчатки, лопасти которой выталкивают из рабочей камеры нагретую жидкость в магистраль отопительного контура.

В зависимости от степени контакта с теплоносителем, насосы делятся на устройства с сухим и мокрым ротором. У первых в воду погружена только нижняя часть крыльчатки, вторые пропускают весь поток через себя.

Модели с сухим ротором отличаются более высоким коэффициентом полезного действия (КПД), но создают ряд неудобств из-за шума во время работы. Их аналоги с мокрым ротором более комфортны в эксплуатации, но обладают меньшей производительностью.

Современные циркуляционные насосы могут эксплуатироваться в двух или трех скоростных режимах, поддерживая различное давление в отопительной системе. Использование этой опции дает возможность на максимальной скорости быстро прогреть помещение, а затем выбрать оптимальный режим работы и сократить энергопотребление устройства до 50 %.

Переключение скоростей осуществляется с помощью специального рычага, установленного на корпусе насоса. Некоторые модели имеют автоматическую систему регулирования, изменяющую скорость вращения двигателя в соответствии с температурой воздуха в отапливаемом помещении.

Установка насоса в систему отопления: правильный подбор и монтаж прибора

к меню ↑

3 Как правильно рассчитать производительность насоса

Для расчета производительности учитываются показатели:

  • среднее потребление воды человеком за час;
  • расход воды для полива (при необходимости).

к меню ↑

3.1 КПД для промышленных насосов

Центробежный агрегат. КПД насоса зависит от порядка эксплуатации и особенностей конструкции. Чем больше мощность привода, чем выше коэффициент полезного действия.

Помпы с магнитной муфтой имеют примерно такой же КПД, как и у вышесказанных аппаратов. Имеет значение материал изготовления задней герметичной крышки, которая устанавливается между двумя магнитами – ведущим и ведомым. Если материал проводит ток – КПД существенно снижается.

Насос с магнитной муфтой
Винтовое устройство несет большие механические потери в связи с трениями между ротором и стартером. КПД данные приборы имеют примерно 60 %.

Импеллерный насос способен очень аккуратно перекачивать воду. Несет высокие механические потери.

Импеллерная помпа
Мембранно – пневматический насос лишен двигателя. Его работа происходит за счет сжатого воздуха. КПД данного прибора полностью зависит от коэффициента полезного действия воздушного компрессора.

Мембранно – пневматическая помпа

к меню ↑

3.2 Как вычислить КПД насоса

Коэффициент полезного действия помпы – характеризует эффективность прибора. Это соотношение полезной энергии к затраченной.

Для определения КПД используется формула:

КПД = P2 / P1 * 100%

Р1 – гидравлическая мощность;

Р2 – затраченная.

Что нужно, чтоб вычислить коэффициент полезного действия:

  • Специальные устройства, имеющие токовые щипцы. Они определяют электрическую силу, которую потребляет мотор из сети.
  • Если между мотором и помпой есть механическая связь, то рассчитывается мощность, расходуемая насосом, как и мощность на валу насоса.
  • Вымеряем расход и вычисляем гидравлическую мощность.

В случае, если КПД оказывается ниже, насос подлежит ремонту или замене.

к меню ↑

4 Подбор циркуляционного насоса для системы отопления — критерии

Делая выбор циркуляционного насоса для системы отопления частного дома, практически всегда отдают предпочтение моделям с мокрым ротором, специально предназначенным для работы в любых бытовых магистралях различной протяженности и объемов подачи.

Данные устройства по сравнению с другими видами обладают следующими преимуществами:

  • низким уровнем шума,
  • небольшими габаритными размерами,
  • ручной и автоматической регулировкой числа оборотов вала в минуту,
  • напорными и объемными показателями,
  • подходящими для всех отопительных систем индивидуальных домов.

к меню ↑

4.1 Подбор циркуляционного насоса для системы отопления по количеству скоростей

Для повышения эффективности работы и экономии энергоресурсов лучше брать модели со ступенчатой (от 2-х до 4-х скоростей) или автоматической регулировкой частоты вращения электродвигателя.

Если используется автоматика для управления частотой, то экономия электроэнергии по сравнению со стандартными моделями достигает 50%, что составляет около 8% от электропотребления всего дома.
Отличие подделки (справа) от оригинала (слева)

к меню ↑

4.2 Принцип действия циркуляционного насоса

Работа циркуляционных насосов увеличивает энергоэффективность системы отопления на 40-50%. Принцип действия устройств, независимо от типа и конструкции, заключается в следующем:

  • Жидкость поступает в полость, выполненную в виде ракушки.
  • Внутри корпуса расположено рабочее колесо, маховик, создающий давление.
  • Увеличивается скорость теплоносителя и посредством центробежной силы, жидкость отводится в спиральный канал, подключенный к водяному контуру.
  • Теплоноситель поступает в водяной отопительный контур с заданной скоростью. Благодаря закручиванию водяных потоков, снижается гидравлическое сопротивление при циркуляции жидкости.

Принцип работы системы отопления с циркуляционным насосом отличается от контуров с естественной циркуляцией, тем, что движение жидкости осуществляется принудительно. На эффективность обогрева не влияет соблюдение уклонов, количество установленных радиаторов, а также диаметр труб.

Работа циркуляционных насосов может несколько отличаться, в зависимости от типа конструкции, но принцип действия остается неизменным. Производители предлагают более сотни моделей оборудования, с различными параметрами производительности и управления. По характеристикам насосов можно разделить станции на несколько групп:

  • По типу ротора – для усиления циркуляции теплоносителя, можно применять модели с сухим и мокрым ротором. Конструкции отличаются по расположению рабочего колеса и движущихся механизмов в корпусе.
    Так, в моделях с сухим ротором, с жидкостью теплоносителя соприкасается исключительно маховик, создающий давление. «Сухие» модели имеют высокую производительность, но имеют несколько недостатков: создается высокий уровень шумов от работы насоса, требуется регулярное обслуживание.
    Для бытового применения лучше использовать модули с мокрым ротором. Все движущиеся части, включая подшипники, полностью помещены в среду теплоносителя, служащего смазкой для деталей, на которые приходится наибольшая нагрузка. Срок службы водяного насоса «мокрого» типа в системе отопления, составляет не менее 7 лет. Необходимость в обслуживании отсутствует.
  • По типу управления – традиционная модель насосного оборудования, чаще всего устанавливаемая в бытовых помещениях небольшой площади, имеет механический регулятор с тремя фиксированными скоростями. Регулировать температуру в доме с помощью циркуляционного насоса механического типа, достаточно неудобно. Модули отличает большой расход электроэнергии.
    Оптимальный насос имеет электронный блок управления. В корпус встроен комнатный термостат. Автоматика самостоятельно анализирует температурные показатели в помещении, автоматически изменяя выбранный режим. Расход электроэнергии при этом сокращается в 2-3 раза.

Существуют и другие параметры, отличающие циркуляционное оборудование. Но для выбора подходящей модели, достаточно будет знать о перечисленных выше нюансах.

к меню ↑

4.3 На что еще обратить внимание

При покупке популярных моделей Grundfos и Wilo велика вероятность подделки, поэтому следует знать некоторые отличия оригиналов от китайских аналогов. Например, немецкие Wilo можно отличить от китайской подделки по следующим признакам:

  • Оригинальный образец чуть больше по габаритным размерам, на его верхней крышке выбит серийный номер.
  • Рельефная стрелка направления движения жидкости в оригинале помещена на входном патрубке.
  • Клапан развоздушивания у подделки желтого цвета под латунь (такой же цвет и в аналогах под Grundfos)
  • Китайский аналог имеет с обратной стороны яркую блестящую наклейку с указанием классов по энергосбережению.

При покупке электронасосов Grundfos в комплектации оригинала обязательно присутствуют две накидные гайки с прокладками, сам паспорт исполнен в черно-белой цветовой гамме — у китайской подделки паспорт цветной и крепежная фурнитура отсутствует.
Как подобрать циркуляционный насос для отопления

к меню ↑

4.4 Расчет характеристик насоса

Отопление работает эффективно, когда все батареи или греющие напольные контуры получают необходимое количество тепла. То есть, насосная установка должна обеспечивать требуемый расход теплоносителя на каждом участке системы, преодолевая гидравлическое сопротивление труб, фитингов и арматуры.

Перед тем как выбрать насос, нужно рассчитать его производительность по формуле:

  • G – массовый расход теплоносителя, кг/ч;
  • Q – общая нагрузка на отопление, Вт;
  • Δt – разность между температурой воды в подающей и обратной линии, при расчетах обычно принимается равной 20 °С.

Справка. Поскольку плотность воды мало изменяется при нагреве в пределах 100 градусов, в упрощенных вычислениях массовый расход принимается равным объемному. Пример: G = 300 кг/ч = 300 литров в час.

Тепловую нагрузку можно высчитать скрупулезно, пользуясь методикой СНиП. Здесь мы не станем усложнять задачу и просто возьмем количество теплоты по площади.

Например, на обогрев двухэтажного дома квадратурой 200 м², расположенного в средней полосе, понадобится 22 кВт теплоты. Отсюда несложно посчитать расход теплоносителя и требуемую производительность насоса: G = 0.86 х 22000 / 20 = 946 кг/ч = 0.95 т/ч = 0.95 м³/ч.

Сразу предлагается выяснить сечение и диаметр основной магистрали, идущей от котла, куда планируется установить насос:

Как рассчитать диаметр трубы отопления

  • F – площадь поперечника трубы, м²;
  • ʋ — скорость движения воды, принимается 0.5…1 м/с.

Чем ниже скорость течения воды, тем меньше сопротивление трению о стенки труб, арматуры и фитингов.

Берем значение 0.6 м/с и определяем сечение магистрали: F = 0.95 / 3600 х 0.6 = 0.00044 м². Дальше через формулу площади круга рассчитываем диаметр прохода – 0.024 м или 24 мм. Соответственно, внутренний размер трубы и присоединительных штуцеров насоса равен 25 мм.

Проходной диаметр насосного агрегата

Выяснив необходимую производительность перекачивающего устройства, переходим к вычислению располагаемого давления. Расчеты проведем отдельно для радиаторной сети, напольного обогрева и котлового контура обвязки.

Отопительная схема с батареями

Задача насоса – продавить нужный объем теплоносителя по трубам от первого до последнего радиатора. Ему препятствует сила трения жидкости о стенки, сопротивление от сужения протока в регулировочных вентилях и поворотов на фитингах.

Чтобы узнать величину сопротивления, которое должен преодолеть циркуляционный агрегат, предлагаем воспользоваться упрощенной формулой:

Как рассчитать гидравлический уклон трубопровода

  • H – искомый перепад давлений в метрах водного столба;
  • R – удельное сопротивление трению, считается в м. вод. ст. на 1 метр погонный трубопровода;
  • L – протяженность наиболее длинной ветви отопления, измеряется от источника тепла до последнего радиатора;
  • Z – коэффициент местных сопротивлений.

Замечание. Формула сильно упрощена, инженерный расчет гидравлики гораздо сложнее. Зато она позволяет правильно подобрать отопительный насос для бытовых условий. Мы проверили альтернативный вариант — онлайн-калькуляторы, размещенные на различных интернет-ресурсах. Получив разницу между результатами 30%, делаем вывод: лучше посчитать напор вручную.

Эскиз плечевой системы водяного отопления
Длина ветви измеряется от выхода из котла до последней батареи, установленной на 2-м этаже. При двухтрубной схеме результат удваивается

Как производятся вычисления:

  1. Поскольку насос создает одинаковое давление на входе в каждую ветвь отопления, выбираем самую протяженную линию и определяем ее длину в метрах. Это показатель L в формуле. При двухтрубной системе учитываются обе линии – обратная и подающая.
  2. Удельное сопротивление R принимаем равным 150 Па/м или 0.015 м водного столба на 1 м. п. магистрали (для пластиковых труб).
  3. Если проток через батареи регулируется термостатическими клапанами, берем коэффициент Z = 2.2. Вариант второй: радиаторы оборудованы шаровыми кранами и балансировочными вентилями, тогда Z = 1.5.

    Клапан радиаторный с термоголовкой
    Наибольшее сопротивление течению воды оказывают трехходовые клапаны и вентили с термоголовками

  4. Рассчитываем потребное давление и выбираем подходящую модель нагнетателя.

Совет. Длина линии тупиковых и кольцевых схем считается одинаково – плюсуем протяженность подачи и обратки. Для однотрубной «ленинградки» берем общую длину кольца. Если на момент расчета схема отсутствует, протяженность определяется по внутренним габаритам дома: размер I этажа + высота потолка + ширина II этажа.

Просчитаем давление по нашему примеру. Длина L по габаритам здания равна (10 + 3 + 10) х 2 = 52 м, Z = 2.2. Потребный напор составит 0.015 х 52 х 2.2 = 1.716 ≈ 1.7 м. Прибавим запас 1 м на неучтенные сопротивления самого котла и дополнительного оборудования, получаем 2.7 м водяного столба.

Напорные характеристики циркуляционных нагнетателей

На графике, прилагаемом к паспорту насоса, отмечаем линию производительности и напора, затем выбираем подходящую модель, в данном случае — марка Wilo Star-RS 25/4.

Как видите, результаты расчетов не противоречат советам экспертов: насоса давлением 0.4 Бар вполне достаточно, чтобы заставить циркулировать воду по сети отопления двухэтажного дома площадью 200 квадратов. Для лучшего понимания предлагаем посмотреть ход расчетов на видео:

Важный момент. В современных нагнетательных устройствах зачастую предусмотрено 3—7 режимов работы, а в инструкции нарисовано столько же графиков. Для расчета выбирайте характеристику, соответствующую средней скорости (вторая – третья).

Петли теплых полов

Обычно теплоноситель подается в напольные контуры отдельным насосом, работающим в паре с подмешивающим клапаном. При этом максимальная протяженность петли не превышает 100 метров, фасонные детали отсутствуют. Местные сопротивления – термостатический вентиль коллектора и смесительный трехходовой (или 2-ходовой) клапан.

Смешивание воды трехходовым клапаном

Для расчета вполне подходит предыдущий алгоритм:

  1. Выясняем количество контуров, максимальную длину трубы и общий расход теплоносителя через гребенку. Все вычисления по теплым полам мы подробно расписали в отдельной публикации.
  2. Берем самую длинную петлю и считаем по ней требуемое давление насосного агрегата, пользуясь приведенной выше формулой. Подставляем аналогичные значения R, L и Z.
  3. Подбираем насос для петель напольного обогрева по графику, представленному в паспорте изделия.

Пример. Возьмем тот же двухэтажный дом с тепловой нагрузкой 22 кВт и расходом воды 0.95 м³/ч, максимальная длина петли – 80 м. Значение R принимаем 0.015, Z – 2.2, тогда напор H = 0.015 х 80 х 2.2 = 2.64 м. Сопротивление магистрали не учитываем, поскольку котел оснащен собственным насосом. Значит, окончательное давление коллекторного агрегата – минимум 2.64 м.

Определение рабочей точки насосного агрегата

Заметьте: увеличивая протяженность петель до 100 м, вы поднимаете планку давления насоса, что приведет к повышению расхода электроэнергии. Проверяем: H = 0.015 х 100 х 2.2 = 3.3 м. Рисуем на диаграмме соответствующую горизонтальную линию и выбираем любую модель, чей график размещен выше. Ближайший агрегат — Wilo Star-RS 25/6.

Котловой контур

Как известно, в схемах обвязки твердотопливных котлов предусматривается установка отдельного насоса, гоняющего воду по малому кольцу через трехходовой клапан либо буферную емкость. Идентичный принцип применяется в системе первичных/вторичных колец, где к основному контуру подключены линии радиаторного отопления, теплых полов и бойлера ГВС.

Схема с главным и вторичными кольцами циркуляции

Насос, качающий воду по основному кольцу, практически не испытывает сопротивления – магистраль короткая, минимум фитингов и арматуры. Поэтому напор основного агрегата зачастую меньше, чем давление вторичных нагнетателей, отправляющих теплоноситель к приборам отопления.

Важный нюанс. Главное — обеспечить нужный расход воды в основном контуре, соответствующий мощности теплогенератора. Для выбора модели насоса двигайтесь тем же путем – узнайте требуемый объем теплоносителя по производительности котла и посчитайте располагаемый напор. Подробная инструкция представлена на видео:

к меню ↑

4.5 Как рассчитать циркуляционный насос отопления от мощности котла

Зачастую случается так, что котел приобретен заранее, а остальные элементы системы подбирают позже, ориентируясь на показатели мощности отопительного прибора, заявленные производителем. Нередко циркуляционный насос покупают для модернизации систем отопления с естественной циркуляцией, чтобы обеспечить возможность ускорения движения теплоносителя.

Если известна мощность котла, используют формулу: Q=N/(t2-t1)

Q – расход насоса в м.куб./ч;

N – мощность котла в Вт;

t2 – температура воды в градусах Цельсия на выходе из котла (входе в систему);

t1 – на обратке.

к меню ↑

4.6 Как выбрать циркуляционный насос по полученным данным

Выполнив расчеты и определив основные параметры (подачу и напор), приступим к подбору подходящего циркуляционного насоса. Для этого используем графики их технических характеристик (В), которые можно найти в паспорте или инструкции по эксплуатации. Такой график должен иметь две оси со значениями напора (обычно в м) и подачи (производительности) в м3/ч, л/ч или л/с. На этот график наносим полученные при расчете данные, в соответствующей размерности и на их пересечении находим точку (А). Если она находится выше графика характеристики насоса (А3), то эта модель нам не подходит. Если же точка попадет на график (А2) или будет ниже его (А1), то это подходящий вариант. Но необходимо учитывать, что если точка будет находиться значительно ниже графика (А1), то это значит что насос будет иметь излишний запас мощности, что тоже нецелесообразно, так как он будет потреблять больше электроэнергии и стоимость его будет также выше, чем модели, график характеристики которой, будет максимально близким к нашей точке.

Есть модели насосов имеющие не одну, а 2-3 скорости. Графики их характеристик будут иметь не одну, а, соответственно, 2 или 3 линии. В этом случае подбор насоса необходимо делать по графику той скорости, которая будет использоваться или с учетом всех линий, если будут использоваться все скорости.

к меню ↑

5 Как выяснить показатель расхода насоса

Формула расчета выглядит так: Q=0,86R/TF-TR

Q – расход насоса в м.куб./ч;

R – тепловая мощность в кВт;

TF – температура теплоносителя в градусах Цельсия на входе в систему

к меню ↑

5.1 Три варианта расчета тепловой мощности

С определением показателя тепловой мощности ® могут возникнуть трудности, поэтому лучше ориентироваться на общепринятые нормативы.

Вариант 1. В европейских странах принято учитывать такие показатели:

  • 100 Вт/м.кв. – для частных домов небольшой площади;
  • 70 Вт/м.кв. – для многоэтажек;
  • 30-50 Вт/м.кв. – для производственных и хорошо утепленных жилых помещений.

Вариант 2. Европейские нормы хорошо подходят для регионов с мягким климатом. Однако в северных районах, где бывают сильные морозы, лучше ориентироваться на нормы СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в которых учтена наружная температура до -30 градусов Цельсия:

  • 173-177 Вт/м.кв. – для небольших зданий, этажность которых не превышает двух;
  • 97-101 Вт/м.кв. – для домов от 3-4 этажей.

Вариант 3. Ниже предложена таблица, по которой можно самостоятельно определить необходимую тепловую мощность с учетом назначения, степени износа и теплоизоляции здания.

к меню ↑

5.2 Формула и таблицы расчета гидравлического сопротивления

В трубах, запорной арматуре и любых других узлах системы отопления возникает вязкое трение, которое приводит к потерям удельной энергии. Это свойство систем называют гидравлическим сопротивлением. Различают трение по длине (в трубах) и местные гидравлические потери, связанные с наличием клапанов, поворотов, участков, где изменяется диаметр труб и т.п. Показатель гидравлического сопротивления обозначают латинской буквой «H» и измеряют в Па (паскалях).

Формула расчета: H=1,3*(R1L1+R2L2+Z1+Z2+….+ZN)/10000

R1, R2 обозначают потери давления (1 – на подаче, 2 – на обратке) в Па/м;

L1, L2 – длина трубопровода (1 – подающего, 2 – обратного) в м;

Z1, Z2, ZN – гидравлическое сопротивление узлов системы в Па.

Чтобы облегчить расчеты потерь давления ®, можно воспользоваться специальной таблицей, где учтены возможные диаметры труб и приведены дополнительные сведения.

к меню ↑

5.3 Усредненные данные по элементам системы

Гидравлическое сопротивление каждого элемента системы отопления приведено в технической документации. В идеале следует воспользоваться характеристиками, указанными производителями. При отсутствии паспортов изделий можно ориентироваться на примерные данные:

  • котлы – 1-5 кПа;
  • радиаторы – 0.5 кПа;
  • вентили – 5-10 кПа;
  • смесители – 2-4 кПа;
  • тепломеры – 15-20 кПа;
  • обратные клапаны– 5-10 кПа;
  • регулирующие клапаны – 10-20 кПа.

к меню ↑

6 Полезные рекомендации

При выборе насоса для системы отопления преимущество стоит отдавать конструкциям с «мокрым» ротором, поскольку они очень тихо работают и выдерживают более высокие нагрузки, чем гидравлические приспособления иных модификаций.

Корме того, обратите внимание на материал корпуса – остановите свой выбор на изделиях из нержавеющей стали, бронзы или латуни. Так же предпочтение стоит отдавать моделям с подшипниками и валом, изготовленными из керамики. Срок эксплуатации такого оборудования превышает 20 лет.

При установке устройства в систему необходимо проследить, чтобы вал крыльчатки располагался горизонтально, то есть параллельно трубе. Если в процессе работы насоса появляется подозрительный шум, это еще не говорит о его неисправности или фабричном дефекте. Попробуйте спустить воздух, оставшийся в системе после запуска.

Источники


  • https://otoplenie-expert.com/elementy-otopleniya/raschet-nasosa.html
  • https://gscomplect.com/kakuyu-skorost-vybrat-dlya-tsirkulyatsionnogo-nasosa-otopleniya/
  • https://otopleniedo.ru/raschet-moshhnosti-nasosa.html
  • https://ProUteplenie.com/otoplenie/moschnost-nasosa-podbor-po-naporu-i-rashodu-proizvoditelnost-i-formula-rascheta
  • https://makipa.ru/stati/nasosy-obshhaya/moshhnost-nasosa-kak-vychislit-i-po-kakim-formulam-rasschitat/
  • https://montagtrub.ru/podbor-tsirkulyatsionnogo-nasosa-dlya-sistemyi-otopleniya-metodom-rascheta/
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/armatura/36-cirkulyacionnye-nasosy-dlya-sistem-otopleniya-v-domah.html
  • https://otivent.com/cirkulyacionnyj-nasos-dlya-sistemy-otopleniya
  • https://101studio.ru/radiatory/kak-rasschitat-moshchnost-nasosa-dlya-otopleniya.html
  • http://teplosten24.ru/kak-rasschitat-moshhnost-nasosa-dlya-otopleniya.html
[свернуть]

Рассчитайте утепление своего дома

Перейти к расчёту
Adblock
detector