Расчет насоса для циркуляции теплоносителя в системе отопления

Обычно в частных домах проводят монтаж тепловых контуров с принудительным движением горячей воды по трубам. Поэтому при проектировании коммуникации приходится выполнять расчет циркуляционного насоса для системы отопления калькулятором специального назначения или с помощью формул, чтобы безошибочно подобрать нагнетатель. Рассмотрим конструкцию и принцип работы такого устройства. Читайте до конца и узнаете его основные разновидности, особенности применения и расчета основных параметров. Расскажем также о других характеристиках и маркировке.

Конструктивные особенности и принцип функционирования электронасоса

Насос для циркуляции теплоносителя представляет собой центробежное устройство. Его конструкция состоит из следующих главных частей:

1. прочного корпуса;
2. ротора, необходимого для передачи вращающего момента от вала мотора на турбинный блок;
3. крыльчатки турбины, имеющей лопатки наклонной формы – это рабочее колесо циркуляционного электронасоса;
4. уплотнительных средств, представляющих собой изоляцию для исключения проникновения воды к электрическим и другим частям перекачивающего устройства;
5. основной электросхемы, посредством которой выполняется переключение скоростей электронасоса, и проводится контролирование работы его электродвигателя.

Исполнение определенной модели влияет на устройство циркуляционного насоса для отопления. Он может иметь корпус разной формы, от которой зависит, как располагается входной и отводящий патрубок. Эту особенность учитывают при выборе. Иначе трудно будет или вообще не удастся выполнить монтаж конкретного устройства, так как оно может не подойти по форме к монтажному месту.

Насос для циркуляции теплового носителя имеет небольшие размеры. Благодаря малым габаритам его нередко устанавливают внутри корпуса бытового отопительного котла на газе. Вместе с ним нередко размещают устройства безопасности.

Назначение циркуляционного отопительного электронасоса повлияло непосредственно на его размеры. Он имеет небольшие габариты, потому что ему не нужно нагнетать в системе рекордное давление. Из-за этого все такие устройства представляют собой маломощные насосы. Однако их производительности вполне хватает для использования во внутридомовых автономных тепловых системах. Тем более от такого насосного оборудования требуется перемещать носитель тепла фактически только по горизонтали.

Важно! Каждый циркуляционный насос для тепловой системы используется, чтобы преодолевать гидравлическое сопротивление трубопроводного контура. Такое устройство является нагнетательным оборудованием.

Если циркуляционный электронасос является частью коллекторной группы напольного отопления, тогда от него требуется создание небольшого потока. Ведь в напольном отоплении отсутствуют существенные гравитационные силы.

Принцип работы циркуляционного насоса следующий:

1. Входной патрубок нагнетателя принимает поток теплоносителя.
2. С ротора вращательный момент начинает передаваться на рабочее турбинное колесо после запуска мотора.
3. Вращающееся колесо турбины захватывает теплоноситель наклонными лопатками. Носитель тепла начинает двигаться к его краю благодаря действию центробежной силы.
4. Давление и скорость теплоносителя увеличивается, чем ближе он перемещается к краю турбинного колеса.
5. Через выходной патрубок происходит выброс жидкого носителя тепла.

На заметку! Во входном отверстии электронасоса возникает разрежение по мере продвижения теплового носителя к краю рабочего диска. Из-за этого происходит захват новой порции теплопереносящей среды, которая перемещается дальше по системе.

Во время подбора циркуляционного насоса необходимо обращать внимание на его параметры. Чтобы нагнетатель эффективно обслуживал сечь определенной протяженности, нужно учитывать в его характеристиках указанное количество теплового носителя, которое он сможет перекачивать. Когда необходимо увеличить напор вместе с производительностью, монтируют дополнительное насосное устройство. Оно обеспечит требуемый поток, а также будет способствовать подъему теплоносителя, например, на второй этаж. Дополнительный насос практически всегда используют в зонированном напольном отоплении.

В отопительных системах, включая автономные обогревающие сети, устанавливают разные типы циркуляционных электронасосов. Эти нагнетатели изготавливаются с роторами в двух вариантах исполнения.

Электронасосы с мокрой роторной системой

Чаще всего в автономных тепловых сетях монтируют насосы с ротором в мокром исполнении. Работа узлов этой разновидности нагнетателей осуществляется непосредственно в теплопереносящей среде. Именно из-за этого они стали так называться.

У каждого такого циркуляционного насоса для отопления принцип работы и устройство одинаково:

• ротор нагнетателя находится в отдельном стакане, который качественно уплотнен или имеет вихревую защиту для исключения утечек теплоносителя;
• после включения электронасоса подшипники скольжения и другие роторные детали работают в теплопереносящей среде;
• во время перекачивания теплоносителя все составные части устройства непрерывно смазываются.

Именно конструктивные особенности обеспечивают стабильную работу мокрых роторных систем. Они обладают существенными преимуществами, включая низкий уровень шума и отсутствие необходимости постоянно выполнять обслуживание.

Для исключения попадания воздуха в область ротора в конструкции электронасоса предусмотрены выпускные отводы. Один из них, который находится спереди нагнетателя, используется для спуска газа, когда осуществляется регулировка работы или пусконаладка перекачивающего устройства. Верхний же выпускной отвод обеспечивает бесперебойное функционирование автоматизированной отопительной сети.

На заметку! Если в трубопроводную систему отопления попадает воздух, тогда ускоряется износ вращающихся деталей электронасоса с мокрым ротором. Они начинают перегреваться и даже могут заклинить. Это приведет к полной поломке нагнетателя. Чтобы он максимально долго работал, необходимо обеспечить отсутствие воздуха и абразивных частичек в теплопереносящей среде. Для этого электрические насосы с мокрым ротором используют исключительно в закрытых отопительных контурах.

Электронасосы с ротором в сухом исполнении

Турбинный блок насоса с сухим ротором тщательно изолирован для исключения проникновения теплоносителя. Он работает только при таких условиях. Система сухого ротора отличается более эффективным охлаждающим процессом, так как отсутствует прямой контакт с нагретой теплопереносящей средой. Однако такая разновидность насосов издает больше шума. Сухие системы также отличаются более низким уровнем надежности, потому что их конструкция не обеспечивает постоянную смазку вращающихся деталей.

Насосы с сухим ротором популярны, так как их работа не ухудшается, если происходит завоздушивание отопительного контура. Такие нагнетатели даже могут перемещать теплоноситель с абразивными частичками. Данные взвеси в меньшей степени влияют на функционирование электронасосов с сухим ротором. Абразивные частицы негативно воздействуют только на их турбины. Однако эти детали у насосов с сухим ротором обладают большим ресурсом выработки на отказ по сравнению с узлами, работающих при непосредственном контакте с теплоносителем и в конструкции которых присутствуют подшипники скольжения.

Открытые отопительные контуры домов опасны тем, что в них выше вероятность попадания воздуха. Его наличие никак не способствует улучшению работы электронасосов с мокрой роторной системой. Из-за завоздушивания в воде появляется кислород. Его наличие становится причиной окисления металлических элементов отопительной внутридомовой сети. В частности, это стальные трубопроводы и батареи. Из-за окисления металлических узлов в теплопереносящей жидкости повышается количество ржавчины. Поэтому рекомендуется в открытых системах отопления устанавливать электронасосы, у которых ротор работает без контакта с теплоносителем. В таких отопительных контурах также более высокая вероятность появления абразивных взвесей. Кроме того, в них чаще возникают гидравлические удары. Это все тоже не способствует работе нагнетателей.

Электронасосы с регулируемой скоростью работы

Большое влияние на работу системы отопления оказывает скорость, с которой насос выполняет перекачивание теплоносителя. Если конструкция нагнетателя позволяет ее изменять, тогда удается:

• выбрать оптимальный режим функционирования насосного устройства;
• стабилизировать температуру батарей независимо от их удаленности от котельного оборудования;
• снизить температуру теплопереносящей среды при одновременном сохранении эффективной работы отопительной системы, потому что при высокой скорости движения теплоносителя во время каждого прохода жидкости по замкнутой сети теряется меньшее количество тепловой энергии.

  

Производители выпускают циркуляционные насосы в разном техническом исполнении. В частных внутридомовых отопительных контурах могут устанавливаться устройства, которые постоянно работают только на одной скорости. При выборе такой модели подбирают требуемую производительность с учетом технических характеристик используемого котла и общего количества теплопереносящей жидкости в системе. Производители также выпускают насосы, которые могут работать на двух, трех и даже четырех скоростях. Их функционирование происходит за счет изменения направления переключения полюсных пар электродвигателя.

На заметку! Более совершенной моделью является насос с частотным управлением. Однако такое устройство стоит значительно дороже. В нем переключение скоростей происходит не ступенчато, а с помощью плавного регулирования. Такое устройство циркуляционного насоса позволяет выполнять тонкую настройку работы внутридомовой системы отопления.

Применение электронасосов во внутридомовых системах отопления

Циркуляционные отопительные электронасосы монтируются на обратке внутридомовой системы. Если тепловой контур обеспечивает обогрев двухэтажного дома, тогда обычно на втором уровне устанавливают еще одно нагнетательное устройство. Для лучшего понимания особенностей применения циркуляционных насосов рассмотрим более подробно их использование в конкретных отопительных системах

Контур отопления закрытого типа

Эта разновидность отопительной системы представляет собой полностью герметичную инженерную коммуникацию. В таком тепловом контуре:

1. Давление больше аналогичного атмосферного параметра.
2. Теплоноситель не контактирует с воздушной средой помещений.
3. Устанавливается расширительный бачок-гидрокомпенсатор, в конструкции которого присутствует эластичная мембрана, воздушная и жидкостная полость. Задачей этого оборудования является создание обратного давления, чтобы компенсировать расширение нагретой теплопереносящей среды.

Закрытые внутридомовые тепловые контуры обладают целым рядом достоинств. Одним из их преимуществ является возможность обессоливания используемой воды. Это позволяет исключить появление осадка и предотвратить образование накипи в теплообменном узле котла. Кроме того, в закрытой системе можно использовать антифриз в качестве теплоносителя. Его применение позволяет исключить перемерзание отопительного контура.

На заметку! В закрытой инженерной коммуникации используют разные составы в качестве теплоносителя. Это может быть раствор из воды и спирта или даже машинное масло.

В частных домах создают однотрубные и двухтрубные отопительные системы закрытого типа. Почти всегда в их конструкции присутствуют краны Маевского, которые устанавливаются на батареях. Они позволяют выполнять более точную настройку коммуникаций. Благодаря наличию кранов Маевского также не приходится проводить монтаж отдельной системы, посредством которой будет удаляться воздух из теплового внутридомового контура. Их наличие еще позволяет не монтировать предохранители перед электронасосом, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя.

На заметку! Если трубы закрытой отопительной сети прокладываются не под наклоном, тогда система не будет работать при отсутствии циркуляционного насоса. Такой контур также перестает функционировать, когда отключается электричество.

Отопительный контур открытого типа

Открытая внутридомовая тепловая сеть состоит практически из тех же элементов, что и закрытый контур. Это трубы, батареи и даже расширительный бак, но немного другой конструкции. Однако механика у открытого теплового контура кардинально другая:

1. Теплоноситель движется по системе в основном за счет гравитационной силы.
2. В контуре имеется разгонный трубопровод. Именно по нему нагретая тепло переносящая жидкость поднимается вверх. Когда возникает необходимость увеличения циркуляции, этот участок контура делают максимально длинным.
3. Монтаж обратного и подающего трубопровода выполняется с уклоном.
4. Расширительный бачок имеет открытую конструкцию, что подразумевает прямой контакт носителя тепла с воздушной средой.
5. В открытом тепловом контуре давление такое же, как и на улице.

Электронасос монтируется на обратном трубопроводе для усиления циркуляции теплоносителя. Это оборудование также компенсирует минусы уже смонтированной отопительной системы открытого типа. К ее возможным недостаткам относится слишком маленький наклон трубопроводов и очень большое гидравлическое сопротивление, причиной которого становятся многочисленные повороты и стыки.

Во время эксплуатации открытой системы обязательно приходится выполнять ее обслуживание. Например, регулярно добавляется вода. Ведь она постоянно испаряется, потому что расширительный бачок не является полностью герметичной емкостью. Кроме того, в батареях и трубах постоянно протекает коррозионный процесс. Он является причиной появления абразивных частиц в теплоносителе.

Эффективность работы правильно смонтированной системы отопления открытого типа не уменьшается, когда происходит отключение электричества. Другими словами, контур из труб, которые проложены под нужным наклоном, продолжает функционировать даже после остановки циркуляционного насоса. Чтобы гарантированно обеспечить его работу в такой ситуации, систему оснащают байпасом. Кран на нем открывают, когда отключается электричество и перестает работать насос. После этого теплоноситель начинает циркулировать по контуру за счет действия гравитационной силы.

Система напольного отопления

Контуры напольного отопления будут гарантированно эффективно и стабильно работать, если расчет циркуляционного насоса выполнен профессионально и без ошибок. Ведь только в этом случае удастся правильно подобрать необходимую модель, без которой ни один теплый пол не может функционировать.

Принцип монтажа нагнетателя для циркуляции теплоносителя следующий:

• к входному патрубку насоса подключается трубопровод со средой, которая представляет собой смесь горячей воды из котла и обратки системы «Теплый пол»;
• коллектор подачи напольного отопления соединяется с выходным патрубком электронасоса.

Сама же система функционирует следующим образом:

1. Терморегулятор, который монтируется возле входного патрубка нагнетателя, выполняет управление смесительным узлом. Его работа осуществляется на основе данных, которые поступают от внешнего источника. Это могут быть датчики, размещенные в помещениях частного дома.
2. В коллектор подачи напольного отопления поступает теплоноситель заданной температуры и распределяется по контурам системы.
3. В обратный коллектор приходит остывшая вода.
4. Терморегулятор посредством смесительного узла изменяет количество горячего теплоносителя из котла, который соединяется с обраткой напольного отопления.
5. В коллектор подачи теплого пола с помощью электронасоса поступает теплоноситель заданной температуры.

На заметку! На работу системы напольного отопления не влияют гравитационные силы. Из-за этого ее контуры перестают обогревать, если происходит отключение электрической энергии и прекращает работу циркуляционный насос.

Расчет насоса для циркуляции теплоносителя в системе отопления

Перед тем как подобрать циркуляционный насос для системы отопления, расчет обязательно проводится независимо от вида теплового контура в доме. Если он будет правильно выполнен, удастся установить нагнетатель, который обеспечит прокачку теплоносителя в нужном объеме, достаточного для отдачи требуемого количества тепловой энергии. Поэтому в помещениях будет комфортный микроклимат.

Во время расчета электронасоса используют нормативные показатели для самого холодного периода. Когда вычисления выполняются для нагнетателя, который будет размещен в доме с одним или двумя этажами, тогда отдача тепла должна составлять от 173 до 177 Вт/м² при уличной температуре от -25 до -35 °C. Если же в здании больше уровней, нормативную теплоотдачу принимают равной 100 Вт/м²

Эти нормы нужны, прежде всего, для вычисления мощности котла на газе, электричестве, жидком или твердом топливе. Если же необходимо узнать требуемую производительность или расход нагнетателя теплоносителя, тогда расчет насоса для отопления можно выполнить с помощью онлайн-калькулятора. Он позволит провести необходимые вычисления достаточно быстро и удобно. Специалисты же чаще для расчета используют проверенные формулы. В любом случае вычисления осуществляются на основе характеристик отопителя.

Если используется формула, тогда для расчета производительности нужно мощность котельного агрегата в Ваттах разделить на разницу температур в подающем и обратном трубопроводе. Данная дельта в реальности обычно составляет от 20 до 25 °C, потому что из котла выходит теплоноситель, нагретый до 80-95 °C. Когда же он возвращается, то его температура равна 60-70 °C

Для подбора насоса недостаточно знать только его производительность. Необходимо еще вычислить напор нагнетателя, который нужен для преодоления гидравлического сопротивления трубопроводной внутридомовой отопительной системы. Он измеряется в метрах. Если гидравлическое сопротивление труб составляет 100 Па/м, тогда напор насоса должен быть равен 0,01 м. Это соотношение проще всего использовать для расчета характеристики.

При вычислении гидравлического сопротивления трубопроводной системы отопления не учитывают этажность дома. Это делается по простой причине – протяженность подающих труб обычно равна длине обратки. Гидравлическое же сопротивление вычисляется по специальным формулам. Они учитывают все особенности отопительного внутридомового контура.

Существует также упрощенный способ вычисления гидравлического сопротивления:

1. В 1 м прямого трубопровода образуется сопротивление 100-150 Па/м. Точное значение зависит от материала труб.
2. Величину сопротивления увеличивают на 30%, если при создании отопительной сети использовались фитинги.
3. Значение гидравлического сопротивления теплового внутридомового контура возрастает на 20% при использовании в системе трехходового смесителя.

Для расчета по упрощенному варианту сначала замеряют длину всех труб. Потом полученное значение умножают на нормативную величину гидравлического сопротивления на прямых участках системы. После этого прибавляют потери на фитингах и смесительном устройстве к базовому результату. Если отопительная система представляет собой однотрубную сеть, а на батареях установлены терморегуляторы, тогда гидравлическое сопротивление увеличивают еще на 70%.

Важно! Расчет циркуляционного насоса для системы отопления по упрощенной схеме не позволяет получить точный результат, так как во время вычислений не учитывается большое количество факторов. Причем люфт итогового значения достаточно большой. В такой ситуации рекомендуется устанавливать электронасос с возможностью регулировки скорости. Это устройство позволит выполнить подбор оптимальных параметров, но только если оно будет работать в постоянном режиме.

Другие параметры для подбора циркуляционного электронасоса

Для точного выбора насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя в отопительной системе, недостаточно только рассчитать требуемую его производительность и напор. При подборе еще нужно учитывать другие важные параметры нагнетателя.

Рабочее давление

Давление в системе отопления частных домов составляет чаще не более 2 атм. Чтобы подобрать необходимый насос с учетом этого параметра, нужно предварительно выполнить расчет требуемого напора. Если вычисления будут проведены правильно, тогда нагнетатель обеспечит нужное давление в сети.

Рабочая температура

Когда выбирается насос, всегда изучается его документация. Она позволяет узнать температуру теплопереносящей среды, с которой сможет работать устройство. В документации к бюджетным моделям часто указывается завышенный параметр. Например, если обозначено 90 °C, тогда реальное значение может составлять 70 или 80 °C.

Для обеспечения безаварийной работы системы отопления профессионалы рекомендуют домовладельцам устанавливать качественное и надежное оборудование для циркуляции теплоносителя. Такие нагнетатели способны перемещать жидкость с температурой от 110 до 130 °C. Их цена выше, чем у бюджетных моделей, но у них срок службы значительно больше.

Количество скоростей

Если предварительный расчет выполнен правильно, тогда неважно, какое количество скоростей у циркуляционного насоса. Несмотря на это, специалисты советуют выбирать трехрежимные устройства. С их помощью можно уменьшить потребление энергии и даже снизить уровень шума.

Защитные системы

Дольше всего работают циркуляционные насосы, которые оснащены автоматической защитой. Такие системы исключают перегрев нагнетателей, так как выключают их, если у электрических двигателей существенно повышается температура.

Автоматика также предотвращает сухой ход устройств с мокрым ротором. Благодаря прекращению работы насоса не выходит из строя его электродвигатель, не ломается крыльчатка и остаются целыми уплотнители.

Конструкционное исполнение

Под этим понятием подразумевается материал изготовления, размеры патрубков и корпуса в целом. При производстве циркуляционных насосов сегодня применяют чугун и пластик. Оба материала используют для изготовления корпусов. Чугунные модели отличаются продолжительным сроком службы, высокой прочностью и хорошим отводом тепла от электродвигателя. Устройства в пластиковом корпусе обычно устанавливают в местах, в которых низкая вероятность механического повреждения.

На заметку! Циркуляционные насосы выбирают со штуцерами, диаметр которых соответствует аналогичному размеру подключаемых труб.

Маркировка циркуляционного электронасоса

Видео описание

В видео рассказывается об основных ошибках во время подбора циркуляционного электронасоса:

Из маркировки насоса можно узнать все параметры, которые необходимы для его подбора:

• вид нагнетателя (UP – циркуляционная модель);
• способ регулирования скорости (E – частотное переключение, S – ступенчатая регулировка, без обозначения – односкоростная модель);
• диаметр штуцеров (мм);
• напор (м);
• установочный размер.

Такие насосы применяются в закрытых и открытых отопительных контурах, а также в напольном обогреве. Расчеты нагнетателей выполняются для определения их производительности и напора. Вычисляют эти параметры с помощью онлайн-калькулятора и специальных формул. При подборе оборудования еще учитывают рабочую температуру и давление, а также количество скоростей, наличие защитных систем и конструктивное исполнение. Основные параметры всегда можно узнать из маркировки устройств.