Как рассчитать насос для отопления

Особенности подбора циркуляционного насоса

Подбирается насос по двум критериям:

1. Количеству перекаченной жидкости, выраженной в метрах кубических за час (м³/ч).
2. Напору, выраженному в метрах (м).

С напором, все более или менее понятно,- это высота, на которую должна быть поднята жидкость и измеряется с самой низкой до самой высокой точки или до следующего насоса, в том случае, если в проекте, он предусмотрен не один.

Объем расширительного бака

Всем известно, что жидкость при нагревании имеет свойство увеличиваться в объеме. Чтобы отопительная система не была похожа на бомбу и не текла по всем швам, существует расширительный бак, в который собирается вытесненная вода из системы.

Какого объема следует приобрести или изготовить бак?

Все просто, зная физические характеристики воды.

Рассчитанный объем теплоносителя в системе умножаем на 0,08. Например, для теплоносителя на 100 л, расширительный бачок будет объемом 8 л.

О количестве перекаченной жидкости поговорим подробней

Расход воды в системе отопления считается по формуле:

G = Q / (c * (t2 — t1)), где:

• G – расход воды в системе отопления, кг/сек;
• Q – количество тепла, компенсирующее теплопотери, Вт;
• с – удельная теплоемкость воды, эта величина известна и равна 4200 Дж/кг*ᵒС (учтите, что любые другие теплоносители имеют худшие показатели по сравнению с водой);
• t2 – температура теплоносителя поступающего в систему, ᵒС;
• t1 – температура теплоносителя на выходе из системы, ᵒС;

Рекомендация! Для комфортного проживания дельта температуры носителя тепла на входе должна составлять 7-15 градусов. Температура пола в системе «теплый пол» не должна быть более 29ᵒ С. Поэтому придется для себя уяснить, какой вид отопления будет монтироваться в доме: будут ли стоять батареи, «теплый пол» или комбинация из нескольких видов.

Результат этой формулы даст расход теплоносителя за секунду времени для восполнения теплопотерь, далее этот показатель переводится в часы.

Совет! Скорее всего, температура в процессе эксплуатации в зависимости от обстоятельств и сезона будет разниться, поэтому лучше сразу к этому показателю добавить 30% запаса.

Рассмотрим показатель расчетное количество тепла, необходимое для компенсации тепловых потерь.

Пожалуй, это самый сложный и важный критерий, требующий инженерных знаний, к которому надо подойти ответственно.

Если это частный дом, то показатель может варьироваться от 10-15 Вт/м² (такие показатели характерны для «пассивных домов») до 200 Вт/м² и более (если это тонкая стена с отсутствующим или недостаточным утеплением).

На практике строительные и торговые организации за основу принимают показатель теплопотерь — 100 Вт/м².

Рекомендация: просчитайте этот показатель для конкретного дома, в котором будет устанавливаться или реконструироваться система отопления. Для этого используются калькуляторы теплопотерь, при этом отдельно считаются потери для стен, крыш, окон, пола. Эти данные дадут возможность узнать, сколько физически отдается тепла домом в окружающую среду в конкретном регионе со своими климатическими режимами.

Рассчитанную цифру потерь умножаем на площадь дома и затем подставляем в формулу расхода воды.

Теперь следует разобраться с таким вопросом, как расход воды в системе отопления многоквартирного дома.

Расчет насоса для системы отопления

Подбор циркуляционного насоса для отопления

Тип насоса должен быть обязательно циркуляционным, для отопления и выдерживать большие температуры (в пределах до 110 °С).

Основные параметры подбора циркуляционного насоса:

2. Максимальный напор, м.

Для более точного расчета, необходимо увидеть график напорно-расходной характеристики

Характеристика насоса – это напорно-расходная характеристика насоса. Показывает, как изменяется расход при воздействии определенного сопротивления потерь напора в системе отопления (целого контурного кольца). Чем быстрее движется теплоноситель в трубе, тем больше расход. Чем больше расход, тем больше сопротивления (потерь напора).

Поэтому, в паспорте указывают максимально возможный расход при минимально возможном сопротивлении системы отопления (одного контурного кольца). Любая система отопления оказывает сопротивление движению теплоносителя. И чем она больше, тем меньше окажется расход в целом на систему отопления.

Точка пересечения показывает реальный расход и потерю напора (в метрах).

Характеристика системы – это напорно-расходная характеристика системы отопления в целом для одного контурного кольца. Чем больше расход, тем больше сопротивление движению. Поэтому, если установлено для системы отопления качать: 2 м 3 /час, то насос нужно подобрать таким образом, чтобы удовлетворить данный расход. Грубо говоря, насос должен справиться с необходимым расходом. Если сопротивление отопления высокое, то насос должен обладать большим напором.

Для того, чтобы определить максимальный расход насоса, необходимо знать расход вашей системы отопления.

Для того чтобы определить максимальный напор насоса необходимо знать, какое сопротивление будет испытывать система отопления при заданном расходе.

Расход системы отопления.

Расход строго зависит от необходимого переноса тепла по трубам. Чтобы найти расход необходимо знать следующее:

2. Разница температур (Т₁ и Т₂) подающего и обратного трубопровода в системе отопления.

3. Средняя температура теплоносителя в системе отопления. (Чем ниже температура, тем меньше теряется тепло в системе отопления)

Предположим, что отапливаемое помещение потребляет 9 кВт тепла. И система отопления рассчитана, так чтобы отдать 9 кВт тепла.

Это означает, что теплоноситель, проходя через всю систему отопления (три радиатора) теряет свою температуру (Смотри изображение). То есть температура в точке Т₁ (на подаче) всегда больше Т₂ (на обратке).

Чем больше расход теплоносителя через систему отопления, тем ниже разница температур между подающей и обратной трубой.

Чем выше разница температур при неизменном расходе, тем больше тепла теряется в системе отопления.

С – теплоемкость теплоносителя воды, С=1163 Вт/(м 3 •°С) или С=1,163 Вт/(литр•°С)

Q – расход, (м 3 /час) или (литр/час)

t₁ – Температура подающего теплоносителя

t₂ – Температура остывшего теплоносителя

Поскольку потери помещения маленькие, я предлагаю посчитать через литры. Для больших потерь используйте м 3

Необходимо определиться какая разница температур будет между подающим и остывшим теплоносителем. Вы можете выбрать абсолютно любую температуру, от 5 до 20 °С. От выбора температур будет зависеть расход, а расход создаст некоторые скорости теплоносителя. А, как известно движение теплоносителя создает сопротивление. Чем больше расход, тем больше сопротивление.

Для дальнейшего расчета я выбираю 10 °С. То есть на подаче 60 °С на обратке 50 °С.

t₁ – Температура подающего теплоносителя: 60 °С

t₂ – Температура остывшего теплоносителя: 50 °С.

W=9 кВт = 9000 Вт

Из вышеуказанной формулы получаю:

Ответ: Мы получили необходимый минимальный расход 774 л/ч

Сопротивление системы отопления.

Сопротивление системы отопления будем измерять в метрах, потому, что это очень удобно.

Предположим, что мы уже рассчитали это сопротивление и оно равно 1,4 метров при расходе в 774 л/ч

Очень, важно понять, что чем выше расход, тем больше сопротивление. Чем ниже расход, тем меньше сопротивление

Поэтому при данном расходе в 774 л/ч мы получаем сопротивление 1,4 метров.

И так мы получили данные, это:

Расход = 774 л/ч = 0,774 м 3 /ч

Сопротивление = 1,4 метров

Далее по этим данным подбирается насос.

Рассмотрим циркуляционный насос с расходом до 3 м 3 /час (25/6) 25 мм-диаметр резьбы, 6 м – напор.

Желательно когда подбираете насос, посмотреть реальный график напорно-расходной характеристики. Если его не имеется, то рекомендую просто провести прямую линию на графике с указанными параметрами

Тут расстояние между точками A и B – минимальны, и поэтому данный насос подходит.

Его параметры будут равны:

Максимальный расход 2 м 3 /час

Максимальный напор 2 метра

Маркировка насоса

Все нужные пользователю данные содержит маркировка на передней панели. Цифры на циркуляционном насосе означают:

• тип устройства (чаще всего это UP — циркуляционный);
• тип регулировки скорости (не указан — односкоростной, S — ступенчатое переключение, E — плавное частотное регулирование);
• диаметр патрубков (указывается в миллиметрах, означает внутренний габарит трубы);
• напор в дециметрах или метрах (может отличаться у разных производителей);
• монтажный габарит.

Маркировка насоса содержит сведения и о типах соединений подводящих и выходных труб. Полная схема кодирования и порядка следования слов выглядит так:

Ответственные производители всегда следуют стандартным правилам маркировки. Однако отдельные компании могут не указывать часть данных, например, монтажный габарит. Его нужно узнавать непосредственно из документации к устройству.

Стоит выбирать насос только от проверенных брендов. Надежные устройства представлены и в средней ценовой категории

А если нужно высочайшее качество и есть возможность заплатить в полтора-два раза больше — следует обратить внимание на изделия марок GRUNDOFS, WILO

Тепловая потребность помещения

Приступая к выбору циркуляционного насоса, в первую очередь, нужно исходить из потребностей помещения в тепловой энергии. Во время расчетов нужно опираться на тот объем тепла, который необходим в наиболее холодные месяцы. Рекомендуется поручить эту работу профессиональным проектировщикам, которые смогут предоставить с высокой точностью рассчитанные показатели.

Самостоятельный расчет

Когда потребитель не может воспользоваться услугами специалистов, то необходимо, опираясь на размеры помещения, нуждающегося в обогреве, рассчитать приблизительное значение мощности насоса. Если рассматривать Московский регион, то, согласно СНиП, для жилых зданий, имеющих один и два этажа, рекомендуемым показателем удельной тепловой мощности является 173 кВт/м2 , а для домов в три и четыре этажа — 98 кВт/м2. Для определения общего количества необходимого тепла необходимо перемножить эти цифры с площадью помещения.

Основные виды насосов для отопления

Все предлагаемое производителями оборудование делится на две большие группы: насосы «мокрого» или «сухого» типа. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, что обязательно нужно учитывать при выборе.

Оборудование «мокрого» типа

Насосы отопления, называемые «мокрыми», отличаются от своих аналогов тем, что их рабочее колесо и ротор помещен в тепловой носитель. При этом электрический мотор находится в герметичном боксе, куда влага попасть не может.

Этот вариант — это идеальное решение для небольших загородных домов. Такие устройства отличаются своей бесшумностью и не нуждаются в тщательном и частом техническом обслуживании. К тому же они легко ремонтируются, настраиваются и могут применяться при стабильном или слабо изменяющемся уровне расхода воды.

Отличительной чертой современных моделей «мокрых» насосов является простота их эксплуатации. Благодаря наличию «умной» автоматики можно без каких-либо проблем увеличить производительность или переключить уровень обмоток

Что касается недостатков, то указанная выше категория отличается низкой производительностью. Обуславливается этот минус невозможностью обеспечения высокой герметичности гильзы, разделяющей тепловой носитель и статор.

«Сухая» разновидность приборов

Для этой категории устройств характерно отсутствие прямого контакта ротора с, перекачиваемой им нагретой, водой. Вся рабочая часть оборудования отделена от электрического двигателя резиновыми защитными кольцами.

Главная особенность такого отопительного оборудования — большая эффективность. Но из этого преимущества вытекает существенный недостаток в виде высокой шумности. Решается проблема путем установки агрегата в отдельной комнате с хорошей звукоизоляцией.

При выборе стоит учитывать тот факт, что насос «сухого» типа создает завихрения воздуха, поэтому мелкие частицы пыли могут подниматься, что негативно скажется на уплотнительных элементах и, соответственно, герметичности устройства.

Производители решили эту проблему так: при работе оборудования между резиновыми кольцами создается тонкий водяной слой. Он выполняет функцию смазки и предотвращает разрушение уплотнительных деталей.

Приборы, в свою очередь, делятся на три подгруппы:

• вертикальные;
• блочные;
• консольные.

Особенность первой категории заключается в вертикальном расположении электродвигателя. Такое оборудование стоит покупать только в том случае, если планируется перекачка большого объема теплового носителя. Что касается блочных насосов, то они устанавливаются на ровной бетонной поверхности.

Предназначены блочные насосы для использования в промышленных целях, когда требуются большие расходные и напорные характеристики

Консольные устройства характеризуются расположением всасывающего патрубка с наружной стороны улитки, в то время как нагнетательный находится на корпусе с противоположной.

Применение циркуляционных насосов в отоплении дома

Поскольку выше уже были упомянуты некоторые особенности эксплуатации циркуляционных насосов для воды в различных схемах отопления, следует подробнее коснуться главных черт их организации. Стоит отметить, что в любом случае нагнетатель ставится на трубе обратной подачи, если домашнее отопление подразумевает подъем жидкости на второй этаж — там устанавливается еще один экземпляр нагнетателя.

Закрытая система

Самая главная черта закрытой системы отопления — герметизация. Здесь:

• теплоноситель никак не соприкасается с воздухом в помещении;
• внутри герметичной системы трубопроводов давление выше атмосферного;
• расширительный бак построен по схеме гидрокомпенсатора, с мембраной и областью воздуха, создающего обратное давление и компенсирующая расширение теплоносителя при нагревании.

Достоинств у закрытой системы отопления множество. Это и возможность провести обессоливание теплоносителя для нулевого осадка и накипи на теплообменнике котла, и заливка антифриза для предотвращения замерзания, и возможность использовать для передачи тепла широкий ряд составов и веществ, начиная от водно-спиртового раствора, заканчивая машинным маслом.

Схема закрытой системы отопления с насосом однотрубного и двухтрубного типа выглядит следующим образом:

При установке гаек Маевского на радиаторах отопления улучшается настройка контура, не нужна отдельная система выпуска воздуха и предохранители перед циркуляционным насосом.

Открытая система отопления

Внешние характеристики открытой системы похожи на закрытую: те же трубопроводы, радиаторы отопления, расширительный бак. Но есть кардинальные отличия в механике работы.

1. Основная движущая сила теплоносителя — гравитационная. Нагретая вода поднимается вверх по разгонной трубе, для увеличения циркуляции ее рекомендуют делать как можно длиннее.
2. Трубы подачи и обратки располагают под наклоном.
3. Расширительный бак — открытого типа. В нем теплоноситель соприкасается с воздухом.
4. Давление внутри открытой системы отопления равно атмосферному.
5. Циркуляционный насос, установленный на обратке подачи, выполняет роль усилителя циркуляции. Его задача состоит также в компенсации недостатков системы трубопроводов: излишнего гидравлического сопротивления из-за избыточных стыков и поворотом, нарушение углов наклона и прочего.

Открытая система отопления требует обслуживания, в частности, постоянном доливе теплоносителя для компенсации испарения из открытого бака. Также в сети трубопроводов и радиаторов постоянно идут процессы коррозии, из-за чего вода насыщается абразивными частицами, и рекомендуется устанавливать циркуляционный насос с сухим ротором.

Схема открытой системы отопления выглядит следующим образом:

Открытую систему отопления при правильных углах наклона и достаточной высоте разгонной трубы можно эксплуатировать и при отключении электропитания (прекращении работы циркуляционного насоса). Для этого в структуре трубопроводов делают байпас. Схема отопления выглядит так:

При прекращении подачи электричества достаточно открыть кран на обводной петле байпаса, чтобы система продолжила работу на гравитационной схеме циркуляции. Данный блок также делает более простым начальный запуск отопления.

Система теплый пол

В системе теплого пола правильный расчет циркуляционного насоса и выбор надежной модели — гарантия стабильной работы системы. Без принудительного нагнетания воды такая структура просто не может работать. Принцип установки насоса следующий:

• на входной патрубок подается горячая вода из котла, которая через блок смесителя перемешивается с обраткой теплого пола;
• подающий коллектор для теплого пола присоединяется к выходному патрубку насоса.

Распределительно-регулирующий узел теплого пола выглядит следующим образом:

Система работает по следующему принципу.

1. На входе насоса устанавливается основной терморегулятор, управляющий смесительным узлом. Он может получать данные из внешнего источника, например, выносных датчиков в комнате.
2. В подающий коллектор приходит горячая вода установленной температуры и расходится по сети теплого пола.
3. Пришедшая обратка имеет более низкую температуру, чем подача из котла.
4. Терморегулятор с помощью узла смесителя меняет пропорции горячего потока котла и остывшей обратки.
5. Через насос подается вода установленной температуры на входной распределительный коллектор теплого пола.

Как на практике считают гидравлическое сопротивление системы отопления.

Часто инженерам приходится рассчитывать системы отопления на больших объектах. В них большое количество приборов отопления и много сотен метров труб, но считать все равно нужно. Ведь без ГР не получится правильно подобрать циркуляционный насос. К тому же ГР позволяет установить еще до монтажа будет ли работать все это.

Для упрощения жизни проектировщикам разработаны различные численные и программные методы определения гидравлического сопротивления. Начнем от ручного к автоматическому.

Приближенные формулы расчета гидравлического сопротивления.

Для определения удельных потерь на трение в трубопроводе используется следующая приближенная формула:

R = 5104 v1.9 /d1,32   Па/м;

Здесь сохраняется практически квадратичная зависимость от скорости движения жидкости в трубопроводе. Данная формула справедлива для скоростей 0,1-1,25 м/с.

Если у вас известен расход теплоносителя, то есть приближенная формула для определения внутреннего диаметра труб:

d = 0.75√G  мм;

Получив результат необходимо воспользоваться следующей таблицей для получения диаметра условного прохода:

Наиболее трудоемким будет расчет местных сопротивлений в фитингах, запорной арматуре и приборах отопления. Ранее я упоминал коэффициенты местного сопротивления ξ, их выбор делается по справочным таблицам. Если с углами и запорной арматурой все ясно, то вот выбор КМС для тройников превращается в целое приключение. Чтобы стало понятно о чем я говорю, посмотрим на следующую картинку:

По картинке видно, что у нас имеется целых 4 вида тройников, для каждого из которых будут свои КМС местного сопротивления. Трудность тут будет состоять в правильном выборе направления тока теплоносителя. Для тех кому очень нужно, приведу здесь таблицу с формулами из книги О.Д. Самарина «Гидравлические расчеты инженерных систем»:

Эти формулы можно перенести в MathCAD или любую другую программу и рассчитать КМС с погрешностью до 10 %. Формулы применимы для скоростей движения теплоносителя от 0,1 до 1,25 м/с и для труб с диаметром условного прохода до 50 мм. Такие формулы вполне подойдут для отопления коттеджей и частных домов. Теперь рассмотрим некоторые программные решения.

Программы для расчета гидравлического сопротивления в системах отопления.

Сейчас в интернете можно найти много различных программ для расчета отопления платных и бесплатных. Понятное дело, что платные программы обладают более мощным функционалом, чем бесплатные и позволяют решать более широкий круг задач. Такие программы имеет смыл приобретать профессиональным инженерам-проектировщикам. Обывателю, который хочет самостоятельно посчитать систему отопления в своем доме будет вполне достаточно бесплатных программ. Ниже приведу список наиболее распространенных программных продуктов:

• Valtec.PRG — бесплатная программа для расчета отопления и водоснабжения. Есть возможности расчета теплых полов и даже теплых стен
• HERZ — целое семейство программ. С их помощью можно рассчитывать как однотрубные так и двухтрубные системы отопления. Программа имеет удобное графическое представление и возможность разбивки на поэтажные схемы. Имеется возможность расчета тепловых потерь
• Поток — отечественная разработка, представляющая из себя комплексную САПР, которая может проектировать инженерные сети любой сложности. В отличии от предыдущих, Поток — платная программа. Поэтому простой обыватель вряд ли станет ей пользоваться. Она предназначена для профессионалов.

Есть еще несколько других решений. В основном от производителей труб и фитингов. Производители затачивают программы для расчета под свои материалы и тем самым в какой-то степени вынуждают покупать их материалы. Это такой маркетинговый ход и в нем нет ничего плохого.

Напор насосного оборудования циркуляционного типа

Напор создается од действием насосного устройства для того чтобы противостоять гидродинамическим потерям, возникающим в трубах, радиаторах, вентилях, соединениях. Другими словами, напор – величина гидравлического сопротивления, которое агрегат должен преодолеть. Для обеспечения оптимальных условий для перекачки теплоносителя по системе показатель гидравлического сопротивления должен быть меньше показателя напора. Слабый водяной столб не сможет справиться с поставленной задачей, а слишком сильный — может стать причиной возникновения шума в системе.

Расчет показателя напора циркуляционного насоса требует предварительного определения гидравлического сопротивления. Последнее зависит от диаметра трубопровода, а также скорости перемещения по нему теплоносителя. Чтобы рассчитать гидравлические потери, нужно знать скорость движения теплоносителя: для полимерных трубопроводов – 0,5-0,7м/с, для труб, выполненных из металла, – 0,3-0,5м/м. На прямых участках трубопровода показатель гидравлического сопротивления будет находиться в пределах 100-150Па/м. Чем больше диаметр труб, тем меньше потери.

При этом ζ обозначает коэффициент местных потерь, ρ – показатель плотности теплоносителя, V – скорость перемещения теплоносителя (м/с).
Далее необходимо суммировать показатели местных сопротивлений и величины сопротивлений, которые были рассчитаны для прямолинейных участков. Полученное значение будет отвечать минимально допустимому напору насоса. Если в доме сильноразветвленная система отопления, расчет напора следует произвести по каждой ветки отдельно.

    — котел – 0,1-0,2;
    — теплорегулятор – 0,5-1;
    — смеситель – 0,2-0,4.

При этом Hpu – напор насоса, R – потери, которые были вызваны трением в трубах (измеряется Па/м, за основу можно принять значение 100-150 Па/м), L – протяженность обратного и прямого трубопроводов самой длинной ветки или сумма ширины, длины и высоты дома умножена на 2 (измеряется в метрах), ZF – коэффициент для термостатического вентиля (1,7), арматуры/фасонных деталей( 1,3), 10000 — коэффициент пересчета единиц (м и Па).

Выводы и полезное видео по теме

Правила выбора циркуляционного оборудования в видео:

Тонкости расчета напора и производительности в видео ролике:

Видео об устройстве, принципе работы и установке циркуляционного насоса:

Современная система теплоснабжения со встроенной помпой для принудительной циркуляции позволяет в считанные минуты после запуска теплогенератора обогреть жилые помещения.

Рациональный подбор циркуляционного насоса и качественный монтаж значительно повышают эффективность использования котельного оборудования за счёт экономии энергетических ресурсов примерно на 30-35%.

Подыскиваете циркуляционный насос для системы теплоснабжения? Или есть опыт эксплуатации таких установок? Пожалуйста, делитесь с читателями вашим опытом, задавайте вопросы и участвуйте в обсуждениях. Форма для комментариев расположена ниже.

Как вам статья?