|
• Важно знать
Циркуляционный насос призван обеспечивать работоспособность систем отопления, поэтому он не может быть хорош сам по себе, он должен соответствовать той системе, в которой установлен. А это значит, при его выборе придется либо полностью доверится опыту специалистов, либо освоить некоторые азы — основные параметры систем отопления, которые особенно важны при выборе циркуляционного насоса.
Выбор циркуляционного насоса Основная задача циркуляционного насоса состоит в том, чтобы «протолкнуть» определенное количество воды через трубу за определенное время, преодолевая гидродинамическое сопротивление труб. Поэтому циркуляционный насос характеризуется, во-первых, объемной подачей, то есть скоростью перекачки воды, измеряемой в кубометрах в час, во-вторых, напором, который указывает, на какую высоту он способен поднять воду — измеряется в метрах. Зависимость напора от подачи приводится в описании любого насоса в виде графика, из которого можно судить о применимости данного насоса в выбранной вами системе отопления.
Подача Если вы собрались организовать систему отопления в сельском доме или коттедже, то первое, что должны выбрать, — это котел с определенной тепловой мощностью. А уже к нему подобрать циркуляционный насос. Расчет подачи циркуляционного насоса необходим для оптимизации теплового режима системы отопления. Это важно, поскольку в зависимости от того, как быстро вода «бегает» по трубам котел успевает больше или меньше передать тепла помещениям (а значит, больше или меньше остыть). Такая характеристика, как перепад температур во входном и выходном контурах, и определяется остыванием воды. Как правило, перепад температур составляет около 20 градусов, как того требует наш стандарт, но может иметь значение от 15 (как это принято в США и Канаде) до 30 градусов. Здесь стоит дать небольшое пояснение: в теплотехнике принято измерять температуру не в градусах Цельсия, а в Кельвинах (К). Шкалы отличаются друг от друга, однако при измерении разности температур над этим не стоит задумываться: 15 градусов Цельсия и 15 Кельвинов — одно и то же. Задав тепловую мощность системы (то есть мощность котла) и перепад температур, можно определить необходимую объемную подачу по графику в техническом описании к насосу. Это не сложно — попробуйте сами: по вертикали отложена тепловая мощности, по горизонтали — искомая подача, а наклонные прямые — перепады температур. Выбрав на вертикальной оси значение тепловой мощности, проводите горизонтальную линию до пересечения с прямой перепада температур. Далее из точки пересечения проводите вертикальную прямую и получаете значение объемной подачи. Возможны случаи, когда тепловая мощность системы неизвестна. Это не беда, ее можно легко оценить, исходя из площади отапливаемого помещения и удельного теплопотребления (то есть количества тепловой мощности, приходящейся на единицу отапливаемой площади). Обычно оно составляет примерно 100-150 Вт на кв.м.
Напор Напор создается насосом для того, чтобы противодействовать гидродинамическим потерям в трубах и соединениях. Чтобы его правильно рассчитать, нужно определить потери, которые зависят от труб, по которым течет вода (чем больше диаметр труб, тем меньше трение), а также от ее скорости (чем больше скорость течения воды, тем меньше трение о стенки). Измеряются удельные потери в паскалях на метр (сто паскалей равны одному сантиметру водяного столба) и показывают, на сколько возрастет давление на отрезке трубопровода длиной в один метр. Итак, вы рассчитали потери в «прямой трубе». Теперь стоит учесть трение воды в различных узлах и деталях, обычно присутствующих в любом трубопроводе, — арматуре, фитингах и т.д. Чаще всего вклад дополнительных узлов можно считать примерно равным трети от потерь в трубах, поэтому просто увеличьте удельные потери на 30%. Далее необходимо умножить удельные потери на длину трубопровода. Чтобы не ошибиться в вычислениях надо учесть, что длина трубопровода берется равной длине его наибольшей ветви (если, конечно, трубопровод ветвится). Ориентировочно же можно выбирать максимальное расстояние в пределах здания: сложить длину, ширину и высоту здания, а полученное значение удвоить. Осталось учесть только отдельные элементы отопительной системы типа котла, смесителя, теплорегулирующего вентиля или тепломера. Точные значения потерь на каждом из элементов приведены в описании конкретного изделия, но приближенно падение давления имеет следующие значения: котел — от 0,1 до 0,2 м; смеситель — от 0,2 до 0,4 м; т теплорегулирующий вентиль — от 0,5 до 1,0 м; тепломер — от 1,0 до 1,5 м. Наконец, зная полные потери, по графику можно получить искомое значение напора. Теперь, взяв спецификацию любого насоса, по графику «напор-подача» определяется, подходит ли он для данной отопительной системы или нет.
Условные обозначения:
- UP — односкоростной циркуляционный насос
- UPS — трехскоростной циркуляционный насос
- UPE — циркуляционный насос с электронным регулированием
- ALPHA — ц. насосы для систем отопления с регулированием температуры в подающей линии (экономичный ночной режим)
- UPA — насос для домашнего водоснабжения
- UPSD — сдвоенные насосы
- CR, CRE, CRN, CHI, F, CHIU, DNM PN — многоступенчатые насосы высокого давления
- LP — насосы низкого давления
- JP — эжекторный самовсасывающий струйный насос
- MQ — компактная насосная станция для автоматического водоснабжения
- KP — грязевые погружные насосы из нержавеющей стали с поплявковым выключателем
- SQ — скважинные погружные насосы из нержавеющей стали лиаметром 3''
- SP — скважинные погружные насосы из нержавеющей стали диаметром 4''
Исполнения:
• Как подобрать насос?
Во-первых
Отправной точкой при подборе циркуляционного насоса системы отопления является
потребность здания в тепле, рассчитанная для наиболее холодного времени года.
При профессиональном проектировании этот показатель определяют на компьютере.
Ориентировочно его можно высчитать по площади обогреваемого помещения.
Согласно европейским стандартам на отопление 1 кв.м в доме с 1–2 квартирами
необходимо 100 Вт, а для многоквартирных домов 70 Вт. Если состояние здания не
отвечает нормативам, проектировщик берет в расчет более высокое удельное
потребление тепла. Для жилых домов с улучшенной теплоизоляцией и
производственных помещений требуется 30–50 Вт/кв.м.
В России подобные стандарты для домов с 1–2 квартирами пока не определены. СНиП
2.04.07-86* “Тепловые сети” рекомендует рассчитывать максимальный тепловой поток
на отопление 1 кв.м общей площади жилых домов, строящихся с 1985 г. по новым
типовым проектам, по следующим укрупненным показателям:
- для 1–2-этажных зданий – 173 Вт/кв.м при расчетной температуре наружного
воздуха –25 град C и 177 Вт/кв.м при –30 град C;
- для 3–4-этажных зданий – соответственно 97 и 101 Вт/кв.м.
По СНиП 2.04.05-91* “Отопление, вентиляция и кондиционирование” расчетная
температура наружного воздуха в Москве составляет –26 град C. Методом
интерполяции получим, что в столице удельная тепловая потребность 1–2-этажных
жилых домов равняется 173,8 Вт/кв.м, а 3–4-этажных – 97,8 Вт/кв.м.
Во-вторых
Определив потребление тепла (Q, Вт), следует перейти к расчету требуемой
производительности насоса (подаче) по формуле:
G = Q/1,16 х DT (кг/ч), где:
DT – разница температур в подающем и обратном трубопроводе схемы отопления (в
стандартных двухтрубных системах она составляет 20 град C; в низкотемпературных
10 град C; для теплых полов 5 град C);
1,16 – удельная теплоемкость воды (Вт*ч/кг*град C). Если используется другой
теплоноситель, в формулу необходимо внести соответствующие коррективы.
Такую методику расчета предлагают заграничные проектировщики. В обязательном
приложении к СНиП 2.04.05-91* приведена следующая формула:
G = 3,6 х *Q/(c х DT) (кг/ч), где:
c – удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/ кг*град C . Для пересчета
полученной величины в куб.м/ч (как правило, именно эта единица измерения
производительности насосов используется в технической документации) необходимо
разделить ее на плотность воды при расчетной температуре; при 80 град C она
составляет 971,8 кг/куб.м.
В третьих
Кроме необходимой подачи, насос должен обеспечивать давление (напор),
достаточное для преодоления сопротивления трубопроводной сети. Для правильного
выбора нужно определить потери в наиболее протяженной линии схемы (до самого
дальнего радиатора).
При проектировании новой системы возможны точные расчеты с учетом сопротивления
всех элементов нитки (труб, фитингов, арматуры и приборов); обычно необходимые
сведения приводятся в паспортах на оборудование. Здесь можно использовать
формулу:
H = (R х l + *Z)/p х g (м), где:
R – сопротивление в прямой трубе (Па/м);
l – длина трубопровода (м);
*Z – сопротивление фитингов и т. д. (Па);
p – плотность перекачиваемой среды (кг/куб.м);
g – ускорение свободного падения (м/кв.с).
В случаях с действующими теплопроводами подобные вычисления, как правило,
невозможны. В таких ситуациях чаще всего пользуются приблизительными оценками.
Полученные опытным путем данные свидетельствуют, что сопротивление прямых
участков трубы (R) составляет порядка 100–150 Па/м. Это соответствует
необходимому напору насоса в 0,01–0,015 м на 1 м трубопровода. В расчетах нужно
учитывать длину и подающей, и обратной линии.
Также на опыте было определено, что в фитингах и арматуре теряется около 30% от
потерь в прямой трубе. Если в системе есть терморегулирующий вентиль,
добавляется еще около 70%. На трехходовой смеситель в узле управления всей
системой отопления или устройство, предотвращающее естественную циркуляцию,
приходится 20%.
Cпециалисты из фирмы Wilo Э. Бушер и К. Вальтер рекомендуют следующую формулу
примерного расчета напора (в метрах):
H = R х l х ZF, где
ZF – коэффициент запаса.
Если установка не оснащена ни терморегулирующим вентилем, ни смесителем, ZF =
1,3; для контура с терморегулирующим вентилем ZF = 1,3 х 1,7 = 2,2; когда
система включает оба прибора ZF = 1,3 х 1,7 х 1,2 = 2,6.
В заключение
Определив так называемую рабочую точку “циркуляционника” (напор и подачу),
остается подобрать в каталогах насос с близкой характеристикой. По
производительности (Q) рабочая точка должна попадать в среднюю треть диаграммы
(рис. 1).
Нельзя забывать, что рассчитанные параметры необходимы для действия системы при
максимальной нагрузке. Такие условия встречаются крайне редко, наибольшую часть
отопительного сезона потребность в тепле не так велика. Поэтому, если есть
сомнения, всегда нужно выбирать меньший насос. Это позволяет не только
сэкономить при его покупке, но и снизить в дальнейшем расходы на электроэнегию.
Пример в качестве проверки
Правильность расчетов по представленной методике можно проверить, сравнив их
результаты с итогами точных вычислений в реальном проекте, выполненном в
соответствии со СНиП.
По заданию требовалось расчитать циркуляционный насос для двухтрубной системы
отопления с поэтажной разводкой трубопроводов от коллектора. Предварительно было
определено, что потребность здания в тепле составляет 45,6 кВт, необходимый для
отопления расход теплоносителя 2,02 куб.м/ч. Схема трубопроводов до самого
отдаленного радиатора включает четыре участка и теплорегулирующий вентиль.
Суммарные потери давления в них равняются:
DP = 0,63 + 0,111 + 0,142 + 0,289 = 1,178 м
Согласно СНиП 2.04.05-91*, на неучтенные потери давления к этой величине следует
добавить 10%:
DP = 1,178 х 1,1 = 1,296 м
Таким образом, “циркуляционник” для данной системы должен обеспечивать подачу
2,02 куб.м/ч теплоносителя и напор в 1,3 м. Этим условиям отвечает насос HZ 401
(Deutsche Vortex) или UPS 25-40 (Grundfos).
При расчетах по методике, изложенной в статье, получаем:
H = 0,015 х (3,2 + 4,4 + 8,9 + 21,7) х 1,3 х 1,7 = 1,266 м,
что не слишком отличается от величины, полученной ранее.
В дополнение
Опираясь на данную методику, некоторые производители насосов разрабатывают и
более удобные и точные способы подбора оборудования. В частности, можно
порекомендовать читателям диаграммы, представленные в каталоге “Бессальниковые
циркуляционные насосы” фирмы Grundfos.
|