Циркуляційний насос – це агрегат для перекачування води замкненим контуром системи опалення. Його завдання переносити гарячий теплоносій від котла в радіатори опалення і повертати воду, що остигнула, в котел для повторення циклу нагрівання. Розберемося як робити вибір циркуляційного насоса, чи має значення місце установки на виході або на вході в котел. А також торкнемося вибору за конкретним брендом, щоб зрозуміти за що варто платити більше.
Навіщо потрібний циркуляційний насос і чи можна обійтися без нього
Нещодавно циркуляційні насоси були лише у системах центрального опалення міських чи промислових підприємств. Автономні системи опалення приватних будинків працювали самопливом на фізичних властивостях рідини, яка піднімається нагору при нагріванні і опускається назад при охолодженні. Це гранично прості та надійні системи, адже їм не страшні відключення електрики. Але є в них низка обмежень:
- Низький ККД та досить повільна робота.
- Складність при монтажі та обмеження щодо розташування агрегатів. Котел повинен стояти в нижній точці, труби і радіатори опалення повинні бути розташовані з ухилом щоб вода, що остигла, стікала назад в котел, ніде не збираючись в зони застою.
- Труби і внутрішні просвіти радіаторів повинні бути досить більшими діаметрами, а сама система мати мінімум поворотів і звужень діаметрів. Із сучасних радіаторів для термосифонних (самотечних) систем підходять лише старі чавунні або алюмінієві радіатори.
- Нерівномірність нагріву – ближні до котла радіатори опалення розігріваються так, що неможливо торкнуться, а далекі залишаються теплими
Циркуляційний насос позбавляє цих проблем і дозволяє:
- Робити системи опалення найскладніших конфігурацій. У тому числі з теплими підлогами та бойлерами непрямого нагріву. Можна поділити опалення на кілька незалежних контурів зі своїми циркуляційними насосами та зробити опалення максимально ефективним. Особливо якщо купити сталеві панельні радіатори Пурмо вони мають одне з кращих співвідношень між ціною радіатора і кількістю теплової енергії, яку він може віддати.
- Піднімати воду на другий і третій поверх навіть при великій складності та високому гідравлічному опорі системи.
Застосувати труби мінімальних діаметрів та радіатори з малим внутрішнім об’ємом води. - Швидко доставляти теплоносій до далеких радіаторів без суттєвої втрати температури. Тут правда є своє обмеження у типі трубної розводки.
- Однотрубна (ленінградка) все одно не дасть вирівняти температуру в радіаторах опалення і буде помітна різниця між першим та останнім у ланцюжку. Саме тому не рекомендується підключати більше 3-4 радіаторів послідовно.
А щоб зберегти живучість системи опалення у разі відключення електроенергії, рекомендуємо зберігати ухил особливо з боку звернення. І підключати циркуляційний насос за схемою байпас, див схему нижче.
Повинна бути пряма труба, якою теплоносій рухатиметься в обхід непрацюючого насоса для опалення. У нормальному режимі роботи кран на прямій трубі закритий, а крани на вході та виході насоса відкриті. Якщо пропаде електрика, потрібно відкрити кран на прямій трубі, і бажано закрити крани біля насоса, хоча якщо залишити їх відкритими нічого страшного не станеться. Навпаки, якщо з’явиться електрика і насос увімкнеться сам, то краще, щоб крани були відкриті. Якщо при цьому байпас все одно буде відкритий – це зменшить ефективність роботи насоса, але нічого страшного не станеться.
Як впливає тип радіатора опалення на вибір циркуляційного насосу
Взагалі майже ніяк. При виборі насоса для системи опалення необхідно враховувати загальний гідравлічний опір всіх елементів. Важливо, щоб насос міг подолати сумарний опір труб, котла, радіаторів тощо. При спрощених розрахунках напір циркуляційного насоса обчислюється так:
H = Z*R*L
Де Н – це напір насоса в метрах, Z – це поправний коефіцієнт, який враховує сумарний опір усіх кутів, вентилів, кранів, радіаторів, бойлера та самого котла. На загальному тлі тип радіатора особливої погоди не зробить вони порівнянними. Є звичайно невелика різниця, наприклад, в алюмінієвих радіаторах досить великі просвіти для руху теплоносія та гладка поверхня. Їх внутрішній опір менший, порівняно з біметалевими. Але різниця не більше 10% і загальну величину впливає.
Величина Z для простих систем без термоголовок для одноповерхових будинків – 1,3. Якщо є термоголовки, то коефіцієнт множимо на 1,7.
Розмір Z = 1,3 * 1,7 = до 2,2.
Інші параметри:
R – питомий опір прямих ділянок трубопроводу при правильних діаметрах 150Па/м, якщо перерахувати в метри водяного стовпа вийде 0,015 м/м.
L – загальна довжина труб системи опалення за метри.
Ми повернемося до цієї формули, але зараз можемо зробити висновок, що тип радіатора на вибір насоса для опалення не впливає.
Що таке робоча точка і навіщо в насосах кілька швидкостей чи частотний регулятор
Робоча точка насоса – це співвідношення кількості рідини, яке переміщує насос за одиницю часу, з тиском (напором), з яким рухається ця рідина. Кількість рідини змінюється в м3/година або в літр/хвилину, а тиск у барах, але частіше в метрах водяного стовпа.
Кожен насос має його напірно-витратну характеристику, яка представлена у вигляді кривої на графіку. Такий графік є в паспорті кожного насоса, див. приклад нижче.
Робоча точка виходить на перетині кривої насоса та кривої гідравлічного опору системи, в якій він працює. Завдання правильного підбору будь-якого насоса, щоб робоча точка збігалася або була якомога ближче до необхідних параметрів.
Тобто при розрахунку ми виходимо, що нам потрібно перемістити певну кількість води скажемо 2,5 м3, на висоту 2 метри. У нас є трубопровід певної довжини з кількома поворотами та вентилями на шляху прямування потоку. При русі вода відчуває опір стінок труб нерівностей на поворотах і складної конфігурації в просвітах кранів і вентилів.
Сумарний гідравлічний опір є характеристикою системи, яка представлена у вигляді кривої на графіці вище. Незважаючи на те, що фізичні параметри труб не змінюються гідравлічний опір системи зростає при збільшенні обсягу рідини, що перекачується. Що більше води ми намагаємося проштовхнути в трубу фіксованого діаметра, то більше зусиль (напору) для цього знадобиться.
Повернемося, наприклад. Там у нас три криві характеристики насоса, адже це більшість циркуляційних насосів тришвидкісні і в кожному режимі мають свою характеристику.
Наклавши графік гідравлічного опору на криві, ми отримаємо три точки перетину по одній для кожної швидкості. І бачимо, що найближче до потрібного значення точка перетину другої швидкості з характеристикою системи. Це і є робоча точка, в ній насос може перекачувати 2,3 м3, створюючи при цьому напір 1,85 м. Це менше ніж нам потрібно, але різниця прийнятна і такий насос підходить.
Але крім тришвидкісних можна придбати циркуляційний насос із частотним регулятором. У таких кривих показників не ступінчаста, а плаваюча. У нашому випадку вона зайняла б пляму між нижньою і верхньою дугою. І наша розрахункова точка попадала б у діапазон роботи насоса. А завдяки автоматичній роботі частотного перетворювача робоча та розрахункова точки збігалися б не приблизно, а на 100% точно. Циркуляційні насоси з частотними перетворювачами економлять теплову енергію адже система опалення працює ідеально. Та й на власну роботу споживають менше електроенергії порівняно із тришвидкісними.
Як вибрати циркуляційний насос для опалення – приклад розрахунку
Характеристики насоса трохи розібралися. Залишилося визначити який обсяг води за одиницю часу нам потрібен (називається ще витрата насоса), і який тиск повинен розвивати насос.
Почнемо з витрати, є така формула:
Q = W /(C* Δt), где:
Q – кількість води за одиницю часу достатня, щоби перенести тепло для компенсації втрат будівлі;
W – потужність, яку віддає котел у систему, для розрахунків береться максимальна потужність;
С – коефіцієнт теплоємності води = 1163 Вт/(м3х°С) чи 1,163Вт/(літр х°С);
Δt – різниця температур на виході (подача в систему опалення) та на вході (обратка), найчастіше це 20°С, наприклад, на подачі 60° а на звороті 40°С.
Допустимо у нас казан потужністю 20 кВт, значить витрата циркуляційного насоса:
Q = 20/(1,163*20) = 0,86 м3
Тепер нам потрібно обчислити тиск (тиск). І ми повернемося до формули:
H = Z*R*L , где:
Н – натиск – у цьому випадку напір дорівнює гідравлічному опору системи, адже опалення – це замкнута і гідравлічно врівноважена система. Якщо насос вимкнений, то тиск на його вході та на виході однаковий і дорівнює тиску води в трубах під дією сили тяжіння Землі. І щоб зрушити воду і почати циркуляцію, потрібно докласти зусилля рівного (трохи більше) силі гідравлічного опору системи.
Z – коефіцієнт сумарного опору запірної арматури кутів т-подібних відгалужувачів, радіаторів опалення, бойлерів та самого котла. Приймаємо що у нас встановлені автоматичні регулятори значить Z у нас дорівнюватиме 2,2
R – питомий опір прямих ділянок труб 1,5 см на метр погонних або 0,015 м
L – загальна довжина трубопроводу системи опалення. Можна скласти розглянувши, як укладено трубопровід по будинку. Якщо зовсім примітивно, то вичистити максимальну довжину траси від місця встановлення котла до найдальшого радіатора і помножити отриману відстань на два. Нехай у нашому прикладі це буде 46 метрів.
Значить потрібне значення напору:
H = 2.2*0.015*46 = 1.58 метра
Значить наша розрахункова робоча точка – це Q = 0.86 м3 і Н = 1,58 м. Отже нам потрібно підібрати насос з такою кривою, на яку ляже або виявиться близько від нього наша розрахункова точка. Наприклад візьмемо груповий графік циркуляційних насосів GRUNDFOS UPS.
Відзначаємо на графіку нашу розрахункову точку і бачимо, що для нас найкраще підійде насос UPS 25-30, а ще краща його версія з електронним регулюванням UPE-25-30.
УВАГА! Намагайтеся вибирати насоси, щоб робоча точка була поблизу другої або третьої швидкості. Адже розрахунок робився на максимальну потужність котла, а так він працює тільки коли дуже холодно. У міжсезоння котел працюватиме на 50-60% від номінальної потужності, а зі зниженням потужності з’їде робоча точка. І можна буде перейти на найнижчу швидкість. А якщо вибрати насос, у якого робоча точка виявиться на найменшій швидкості, то знижуватися йому нікуди і з ймовірністю з’явиться шум при роботі. Правда це не завжди можливе для маленьких систем потужністю 6-10 кВт, адже більшість насосів розраховуються для роботи з казанами 18-25 кВт.
Як читати маркування циркуляційних насосів
Почнемо із загальних для всіх брендів значень. Наприклад, візьмемо назву насоса від бренду Грудфос: UPS 25-40 180 ми бачимо цифри, такі ж будуть і в позначенні циркуляційних насосів інших брендів і позначають:
- 25 – діаметр приєднання до трубопроводу мм;
- 40 максимальний напір у дециметрах, у разі 40 чи 4 метра;
- 180 – монтажна довжина, розмах насоса в мм.
Розберемо повніше маркування, див. малюнок нижче:
За типом приєднання циркуляційні насоси бувають різьбовими, як на малюнку вище, або фланцевими. В автономних системах опалення приватних будинків використовуються переважно лише різьбові приєднання.
Що стосується конкретних брендів, то найкращими з найкращих вважаються циркуляційні насоси:
- Wilo – Німеччина;
- Grundfos – Данія;
- DAB – Німеччина.
Це не означає, що насоси інших марок не варто розглядати, просто потрібно уважно вивчити характеристики, відгуки не тільки власників, а й фахівців з монтажу систем опалення, і тільки тоді приймати рішення, який насос для системи опалення купити.
