Выбор циркуляционного насоса для системы отопления

Виды и характеристики

Циркуляционный насос — это устройство центробежного типа, рабочее колесо которого производит забор и выброс жидкости в заданном направлении. Как и все подобные устройства, он работает на всасывание и нагнетание с одинаковой эффективностью. Учитывая специфику использования, эти качества для него являются основными.

Существует две основные разновидности циркуляционных насосов:

С мокрым ротором

Рабочее колесо этих насосов устанавливается непосредственно на вал двигателя. Корпус насоса герметичен, а на валу ставят сальник, защищающий от протечек. Для бытовых систем такие конструкции считаются наиболее подходящими, так как не создают шума во время работы. Кроме того, насосы с мокрым ротором способны самостоятельно удалять воздушные пробки, а жидкость обеспечивает смазку и охлаждение электродвигателя;

С сухим ротором

Насос и двигатель представляют собой два отдельных узла, соединенных при помощи муфты или фланца. Такие конструкции предназначены для работы в крупных отопительных системах, так как могут перекачивать большие объемы жидкостей. Основным недостатком сухих насосов является высокий уровень шума во время работы, что недопустимо в домашних условиях.

Насосы: 1-С мокрым ротором 2-С сухим ротором

Основные технические характеристики циркуляционных насосов:

• Производительность. Это величина, показывающая количество теплоносителя, перекачиваемого насосом в единицу времени. Определяет способность установки обеспечить заданную скорость движения жидкости для имеющегося объема системы;
• Напор. Часто их путают, но это ошибочный подход. Напор показывает, на какую высоту способен данный насос поднять столб жидкости. Для отопительных систем домов в несколько этажей такой показатель очень важен, так как гидравлическое сопротивление в контурах высоко и его надо преодолеть;
• Мощность двигателя. Этот показатель важен потому, что недостаточная мощность не позволит насосу выполнять свои задачи, а избыточная заставит трубы сильно шуметь;
• Максимальная температура. Поскольку речь идет об отопительной системе, теплоноситель горячий. Если насос не способен работать в таких условиях, его заклинит, появятся протечки и другие проблемы. Необходимо учитывать, что при вращении детали устройства нагреваются, и дополнительный подъем температуры для них иногда становится чрезмерной нагрузкой.
• Присоединительные размеры. монтаж насоса несложен, но для него нужны соответствующие элементы. Их следует подбирать сразу после покупки насоса, чтобы не оказаться в сложном положении во время монтажа;
• Производитель. Этот фактор не настолько заметно влияет на работу системы, но продукция известных и надежных фирм значительно долговечнее и не создает таких проблем, как изделия малоизвестных компаний.

Рекомендуется при покупке внимательно изучить технические характеристики насоса и сравнить их с условиями работы в имеющемся контуре. Следует выбирать устройства, способные выдерживать температуру 110°.

Корректная работа насоса на отопление

Принудительная циркуляция в частном доме используется с целью прогрева всех труб отопительной системы. Все потребители системы должны получать достаточное количество тепла полноценного обогрева помещений. Это обеспечивается за счет достаточного напора. Под давлением в сопротивление гидравлической силе вода в трубах заполняет все точки системы. Расчеты оптимального давления лучше доверить профессиональным инженерам, которые могут просчитать все нюансы.

В случае с регулируемыми насосами в продаже вы найдете модели с вращениями ротора от 3 до 7 положений. Тогда в частном доме появляется возможность регулирования напора – уменьшение или увеличение, ориентируясь на температуру в помещении. Оптимальная скорость жидкости в системе рассчитывается и по упрощенной схеме:

• запустите систему отопления;
• зафиксируйте два температурных показателя – на входе в котел и на выходе;
• разница температур должна быть 10-20 градусов. Если этот показатель выше, рекомендовано увеличить скорость вращения. Если же температурная разница меньше 10 градусов, потребуется снижение напора;
• замерьте новые показатели через время.

В идеале средние показатели разницы должны быть в пределах 15 градусов в двух положениях. Скоростных режимов в устройстве может быть несколько. Чаще всего встречается 3 позиции, но может быть и больше. При настройках оптимального напора не рекомендовано переключать режимы при рабочем положении циркуляционного насоса. В этом случае отключите агрегат от системы, выберите другую позицию, после этого подключите снова.

Если у вас нет пирометра, определить температурные показатели можно только по установленным на магистрали термометрам. Ориентируйтесь на температурный диапазон с разницей 10-20 градусов. Если у вас не получается достигнуть показателя в этих показателях, циркуляционный насос на отопление подобран неправильно. Неэффективность системы оборачивается большим потреблением теплового источника и плохим прогревом помещения.

При неэффективной работе циркуляционного насоса вы сталкиваетесь с увеличенным расходом топлива. Также прослеживается большая нагрузка на отопительный котел. Вода должна быть оптимальной температуры – не слишком холодной или горячей.

Типы насосов циркуляции

Промышленность выпускает очень много разновидностей насосов для системы топления. Все их не перечислить, да и не нужно этого делать. Остановимся на двух основных типах — насосах с мокрым ротором и сухим.

Параметры системы отопления

Но сначала нужно разобраться в некоторых характеристиках, которые определяют выбор того или иного насоса:

1. Площадь помещений, которые необходимо отапливать.
2. Уровень температуры в здании — он может отличаться в зависимости от его назначения. Например, в жилом доме, в учреждениях медицинского, школьного  и дошкольного профиля температура всегда должна быть выше, нежели  в производственных помещениях.
3. Температура теплоносителя на входе и выходе отопительной системы.
4. Тип отопительного котла, его оснащенность различными функциональными устройствами и автоматическими системами контроля и блокировки.
5. Напор теплоносителя — его давление в трубах и радиаторах.
6. Этажность здания.
7. Тип теплоносителя.

https://youtube.com/watch?v=HwMBi-VCoM8

Есть отопительные котлы старого образца, в которых нет насоса, и циркуляция теплоносителя происходит под действием силы тяжести. Она определяется небольшим уклоном труб и разностью в плотности холодной и горячей воды. Поскольку горячая вода легче холодной, она по законам физики поднимается вверх, переходя самотеком в трубы и радиаторы. Отдав тепло через поверхность данных приборов, остывшая вода возвращается в котел отопления для последующего нагрева. При этом на выходе котла температура жидкости всегда выше, чем на входе — разность температур также способствует движению воды.

При желании хозяина сделать систему отопления более эффективной, ему придется вваривать циркуляционный насос в трубопровод перед отопительным устройством. Это дорого, да и качество такого монтажа не дает 100% гарантии, что система будет работать успешно.

В современных устройствах отопления насосы уже входят в их состав, и в этом явное преимущество отопительных котлов с принудительной циркуляцией. Однако старых изделий эксплуатируется еще достаточное количество. Поэтому подбор циркуляционного насоса для системы отопления является насущной задачей многих владельцев частных домов.

Насос с мокрым ротором

Насос Grundfos

Название говорит само за себя — ротор двигателя с крыльчаткой расположены в воде или другом виде теплоносителя, который смазывает и охлаждает от перегрева конструкцию устройства. Ротор находится в отдельном корпусе, который изготовлен из металлов, не подверженных коррозии — нержавеющей стали, бронзы или латуни.

Преимущества данного изделия:

• Небольшой шум при работе.
• Не требуется частое обслуживание и ремонт.
• Низкая цена.

Недостаток — низкий уровень КПД. Поэтому подобные устройства предназначены для систем отопления в домах с небольшой площадью. Здесь не требуется значительная мощность насоса, и применяется небольшой объем теплоносителя.

Сухой насос циркуляции

В этом изделии ротор отделен от жидкости небольшими уплотнительными частями, а крыльчатка участвует непосредственно в движении теплоносителя.

Достоинства:

• возможность создания мощных насосов, способных продвигать большое количество воды
• высокий коэффициент полезного действия

Недостатки:

• частое обслуживание, так как быстро изнашиваются уплотнительные соединения, поэтому требуется их смазка
• громкий шум в период эксплуатации требует отдельного помещения для такого насоса

Сухие насосы чаще всего применяют в многоэтажных зданиях с площадью более 300 квадратных метров.

Основные параметры, которые интересуют покупателя

Производительность

Для удобства расчета, она линейно привязана к мощности котла. Каждый киловатт должен быть обеспечен прокачкой 1 л в минуту. То есть, если мощность вашего котла 50 кВт, производительность насоса выбираете не менее 50 л/мин.

Если погода в вашем регионе нестабильная, то есть зимой резко может наступить потепление, или нагрянут апрельские заморозки – рециркуляционный насос должен иметь регулятор скорости. Чем быстрее теплоноситель перемещается по трубам – тем выше теплообмен. Производительность котла при этом можно не менять.

Давление подпора воды

Расчет циркуляционного насоса зависит от этажности дома. Для прогона воды по одному уровню, вне зависимости от протяженности системы отопления – достаточно 1,5-2 атмосферы. Каждый следующий этаж увеличивает значение вдвое. То есть для типового двухэтажного коттеджа с теплой мансардой, подпорное давление должно быть не ниже 4 атмосфер.

Температурный режим

Технические характеристики насоса для отопления подразумевают работу с горячим теплоносителем (как минимум, с точки зрения здравого смысла). Однако температура воды бывает разной, и производители насосов экономят на материалах.

Поэтому надо смотреть на максимальную температуру, при которой гарантирована бесперебойная работа. Купив насос, придерживайтесь режима нагрева. Температура на выходе из котла должна быть на 10% ниже максимальной для насоса.

Методика расчёта параметров циркуляционного насоса

Система отопления с циркуляционным насосом будет работать эффективно, если батареи или трубы в полах получают достаточно тепла за короткое время. Это достигается за счёт правильного подбора механизма по напору и производительности.

Расчёт производительности циркуляционного насоса

Производительность прибора обозначает, какое количество теплоносителя он может перенести за единицу времени. Параметр измеряется в куб. м/час и рассчитывают по формуле:

Здесь Р_n — мощность АОГВ (см. выше), t₁ — температура теплоносителя на подаче, t₂ — температура на обратке.

Расчёт мощности котла уже известен. Теплоёмкость воды равна 0,86. Если в системе отопления используется антифриз, рассчитывают параметры с учётом состава вещества. Как правило, у антифриза теплоёмкость на 15-20 % меньше.

Из неизвестных остаётся только узнать температуру на подающей трубе и на обратке. Эти значения вычисляют простым методом. Сначала фиксируют показания с помощью измерительных приборов, затем вычитают из большего меньшее.

Пример расчёта

Вводные данные:

• Мощность котла (АОГВ) для дома площадью 150 кв. м = 15 кВт.
• В систему отопления заливается водопроводная вода с коэффициентом теплоёмкости 0,86.
• Температура в подающей трубе 70 ℃.
• Температура теплоносителя в обратной трубе 65 ℃.

Рассчитываем производительность циркуляционного насоса:

Q = 0,86 * 15 / (70-65) = 2,58 куб. м/ч.

Расчёт высоты водяного столба (напора) Н_pu

После расчёта производительности насосного оборудования нужно вычислить напор, который нужен для преодоления гидравлического сопротивления элементов отопительной системы. Для этого надо замерить участок от котла до самой дальней батареи, а затем рассчитать теплопотери этой самой протяжённой трубы контура.

Расчёт напора насоса делают по формуле:

Здесь: H_pu — напор; R — теплопотери в трубах; L — протяжённость отопительного контура; ZF — коэффициент сопротивления фасонной и запорной арматуры.

Тепловые потери измеряются в Па/м и зависят от диаметра труб. Для пластиковых и металлопластиковых трубопроводов, как правило, показатель находится на уровне 150 Па/м.

Если точную протяжённость отопительного контура вычислить невозможно, этот параметр рассчитывают с учётом размеров отапливаемых помещений. Длину, ширину и высоту дома нужно сложить, а затем полученный результат увеличить вдвое.

Пример: у дома площадью 150 кв. м ширина — 10 м, высота — 2,5 м, длина — 15 м. Протяжённость отопительного контура: L = (10+2,5+15) * 2 = 55 метров.

Точно определить коэффициент гидравлического сопротивления арматуры ZF сложнее. Для простого расчёта берут значение 1,3 — если отсутствует термостатический вентиль, или 2,2 — при его наличии.

Все полученные данные нужно подставить в формулу. Рассчитаем напор при наличии термостатического вентиля: H_pu = 150 * 55 * 2,2 / 10000 = 1,815 м. Округляем до одной десятой — 1,8 метра должна быть мощность напора для преодоления гидравлического сопротивления системы отопления.

Более точная методика расчёта необходимого напора

Эта методика расчёта гидравлического сопротивления, где для определения более точных параметров мощности насоса можно учесть не общий коэффициент тепловых потерь, а точные данные — суммарные потери давления в системе.

Система отопления состоит из различных элементов и у каждого есть свой показатель теплопотерь. К таким частям относятся:

• вентили;
• клапаны;
• фильтры;
• батареи;
• термометры;
• регулирующие механизмы.

Чтобы рассчитать общие потери давления в системе, нужно знать показания каждого из этих элементов. Такая информация есть в технической документации каждого прибора. Диапазон потерь для различных элементов указан в таблице ниже.

Элемент системы отопления	Потери давления, Па
Котёл	1000-5000
Теплообменник	10000-20000
Радиатор	500
Радиаторный вентиль	10000
Регулирующий клапан	10000-20000
Обратный клапан	5000-10000
Устройство грубой очистки теплоносителя	15000-20000
Термостатический вентиль	5000-10000
Смеситель	2000-4000

Зная показатели каждого элемента, можно рассчитать мощность напора циркуляционного насоса по другой формуле:

Здесь:

H_pu — высота водяного столба (м);

R₁, R₂ — теплопотери в трубопроводах входа и выхода (Па/м);

L₁, L₂ — протяжённость подающих труб и обратки (м);

Z₁, Z₂, Z_n — потери давления на отдельных элементах системы отопления (Па);

10000 — коэффициент для перевода паскали в метры.

Эти же способы определения мощности напора циркуляционного насоса можно использовать для тёплых полов. Тогда при расчётах учитывают, что протяжённость петли такой отопительной системы не более 100 м. Фасонные детали отсутствуют, что упрощает вычисления. Гидравлическое сопротивление есть на термостатическом вентиле и трёхходовом клапане.

Где ставится насос: советы и правила

Специалисты советуют монтировать систему возле самого котла. Ориентируйтесь на расстояние от котла до первого ответвления. Для монтажа подходят подающие и обратные трубопроводы. Оптимальная температура для установки насоса – до 115 градусов. Конкретное значение указывают в инструкции и технических описаниях конкретной модели.

Гидравлика котла также не влияет на установку любого насоса

Обратить внимание нужно только на правильность монтажа. Это касается ориентации ротора и обвязки

В многоэтажных частных домах принцип установки циркуляционного насоса в системе может отличаться. Если в доме сложная система теплоснабжения, лучше всего рассчитать по одному насосу на каждый этаж.

Если вы поставите один даже самый мощный агрегат, этого может быть недостаточно. По монтажу двух и более циркуляционных насосов стоит придерживаться такого же принципа. Удачным будет расстояние между котлом до первого ответвления. Такой принцип обеспечит поддержание оптимального теплового режима и экономию при оплате за отопление дома. Также не забывайте, что при обеспечении тепла на втором этаже потребуется меньше сырья. Это объясняется более холодным первым этажом. При отоплении верхнего этажа сжигается меньше топлива. При этом температура в помещении будет комфортной.

Все тепловые насосы распределены на системы с принудительной и естественной циркуляцией. Для первого типа установка мощного циркуляционного насоса будет обязательной, для второго – по желанию. Однако в механизмах с естественной циркуляцией прослеживается низкая теплоотдача.

Способы установки газовых котлов

Второе важное условие при выборе котла на газу – это способ его установки. Таковых два: настенный и напольный

1. Настенные газовые котлы.

Основные преимущества подобного варианта размещения отопительного оборудования – это:

• простые монтажные работы;
• небольшие размеры позволяют значительно экономить площадь помещения.

Главные недостатки такой системы

• мощность оборудования не слишком большая и, как следствие, невысокая производительность;
• рекомендовано использовать в домах небольшой площадью;
• не отличается длительным сроком эксплуатации, так как изготовлен, как правило, из облегченных материалов;
• нуждается в регулярном профилактическом осмотре.

2. Напольные газовые котлы

Именно такой способ установки устройства для газового отопления является более надежным и износостойким. Главное отличие данного котла – это высокая мощность, которая дает возможность использовать его даже в домах большой площадью. Однако существует и ряд недостатков, которые стоит учитывать. К ним относятся следующие:

• в основном данное оборудование изготавливается из стали или чугуна, вследствие чего имеет большой вес;
• для размещения котла требуется отдельное помещение, так как сама по себе данная система отличается большими габаритами и предусматривает подключение дополнительного оснащения в виде бойлера, насоса и другое.

Распространенные неисправности циркуляционных насосов и методы их устранения

Ниже приводятся наиболее часто встречающиеся неполадки агрегата, причины их возникновения и способы устранения.

1. Неисправность	2. Возможная причина	3. Способ устранения
При включении агрегат издает рабочие звуки, но турбина не вращается	Окисление вала вследствие длительного простоя агрегата. Крыльчатку заблокировал посторонний предмет. Отсутствует электропитание	Отсоединить двигатель и принудительно провернуть вал. Удалить посторонний предмет и провернуть турбину вручную. Установить сетчатый фильтр перед входным патрубком.
Включенный насос не работает и не шумит	Перебои с электропитанием. Срабатывание плавкого предохранителя. Неправильная коммутация клемм электродвигателя	Обеспечить бесперебойное питание. Замена плавкой вставки. Проверить и , в случае необходимости, правильно подключить электродвигатель к сети.
Самопроизвольное отключение в процессе работы	Наличие накипи и других отложений на рабочих элементах	Разобрать устройство и произвести очистку от накипи.
Повышенный уровень шума	Завоздушивание системы	Выпустить воздух из трубопроводов.
Сильная вибрация помпы в процессе работы	Износ подшипников	Разобрать агрегат, промыть, заменить или отрегулировать подшипники
Устройство не обеспечивает необходимый напор	Неправильное направление вращения турбины. Неправильная коммутация клемм электродвигателя. Повышенная вязкость рабочей среды. Загрязнение фильтра всасывающей магистрали	Устраняется в зависимости от причины.

Используя приведенные выше рекомендации можно произвести несложный ремонт циркуляционного насоса своими руками.

Использование насоса обеспечивает повышение эффективности и стабильности работы отопительной системы. Кроме этого, наличие нагнетателя позволяет в некоторой степени нивелировать неточности, допущенные при монтаже отопительного контура.

Циркуляционные насосы для систем отопления: технические характеристики

Подавляющее большинство существующих схем включает в себя ту или иную модификацию циркуляционного нагнетателя. Основными техническими характеристиками, по которым выбирается необходимое устройство являются:

Производительность агрегата. От производительности насоса зависит количество теплоносителя, перекачиваемого в единицу времени. Значение этого параметра зависит от длины трубопроводов, количества поворотов, наличия вертикальных участков и т.д;

Напорные характеристики показывают, на какую максимальную высоту данное устройство может поднять весь столб теплоносителя;

Рабочее напряжение электросети. Различные модели могут подключаться как к однофазной, так и к трехфазной сети;

Номинальная мощность насоса. При возможности работы в нескольких режимах, в паспорте изделия указывают показатели мощности и силы тока для каждого скоростного режима. Большинство существующих устройств рассчитано на 55 – 75 Вт.

Допускаемая температура среды. При выборе оборудования, целесообразно остановиться на модели, способной выдерживать температуру теплоносителя 110 С;

Монтажные размеры устройства включают в себя диаметр резьбы входного и выпускного патрубка (для домашнего использования это, чаще всего, 1 или 1,25 дюйма) и установочные габариты (у наиболее распространенных моделей она может быть 130 или 180 мм);

Уровень защиты электрооборудования (двигателя). Бытовые системы оснащаются циркуляционными насосами с классом защиты IP44. Обозначение свидетельствует, что полностью исключено попадание в полость корпуса абразивных частиц размером более 1 мм, а электрооборудование надежно защищено от брызг и конденсата;

Предельное давление жидкости в выпускном патрубке, у бытовых модификаций это значение редко превышает 10 бар.

Почему нужен насос для отопления в частном доме?

Традиционная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя – малоэффективна, потому как жидкости приходится постоянно преодолевать сопротивление, что замедляет ее оборачиваемость. Поэтому в котел теплоноситель возвращается уже охлажденным, что требует дополнительных затрат энергоносителей для ее подогрева до нужной температуры.

Реконструкция с использованием труб меньшего диаметра способна лишь частично решить проблему, к тому же расходы в этом случае несравнимо выше, чем стоимость циркулярного насоса, который применяется для принудительного нагнетания в трубопровод системы теплоносителя, обеспечивая ему одинаковую скорость движения на всех участках.

Принцип действия помпы в системе достаточно прост и основан на законах термодинамики: на входе теплоноситель принудительно всасывается в систему, а на выходе, за счет создаваемой крыльчатками циркулярного насоса центробежной силы, выталкивается.

Автономные системы отопления частных домов, как правило, изначально проектируются с учетом эксплуатации насоса, но если модернизировать старую, то ее эффективность возрастет на 25-35%, при этом существенно сократится потребление энергоносителей.

Достигается это за счет ускоренной оборачиваемости теплоносителя в системе, который совершив полный цикл, возвращается в котел, не растратив всю свою тепловую энергию. Поэтому и усилий для его подогрева требуется меньше, а значит – происходит экономия энергоносителя.

Организация системы с принудительной циркуляцией теплоносителя обязательно предполагает, что будет установлен байпас для циркуляционного насоса, которому отводится выполнение таких функций:

• возможность переключения системы в режим естественной циркуляции, например, при отключении электроэнергии или необходимости проведения ремонтных работ на определенном участке;

• в качестве устройства для регулирования температуры в помещении.

Как правило, система с принудительным циркулированием теплоносителя предполагает в каждом помещении установку байпаса, монтаж которого производится в комплекте с фильтром и запорными клапанами, а в некоторых случаях и с автоматическим клапаном для отвода воздуха (альтернативой крана Маевского).

Так как в частных домах средней площади чаще всего устанавливаются циркулярные насосы так называемого «мокрого» типа, установка байпаса должна выполняться горизонтально, при этом его диаметр должен совпадать с размером трубы, к которой он подключается, а также и с диаметром запорного клапана.

Назначение и виды

Как уже говорили, основная задача циркуляционного насоса обеспечить требуемую скорость движения теплоносителя по трубам. Для систем с принудительной циркуляцией только при таких условиях будет достигнута проектная мощность. Во время работы циркуляционника в системе немного возрастает давление, но это не его задача. Это,скорее, побочный эффект. Для повышения давления в системе есть специальные повысительные насосы .

Более популярны циркуляционные водяные насосы с мокрым ротором

Есть два типа циркуляционных насосов: с сухим и мокрым ротором. Они отличаются по конструкции, но выполняют одни задачи. Чтобы выбрать циркуляционный насос какого типа вы хотите установить, надо знать их достоинства и недостатки.

С сухим ротором

Получил свое название в связи с особенностями конструкции. В теплоноситель погружена только крыльчатка, ротор находится в герметичном корпусе, его от жидкости отделяет несколько уплотнительных колец.

Устройство циркуляционного насоса с сухим ротором — во воде только крыльчатка

Данные аппараты имеют следующие свойства:

• Имеют высокий КПД — порядка 80%. И это основной их плюс.
• Требуют регулярного обслуживания. В процессе эксплуатации твердые частицы, содержащиеся в теплоносителе попадают на уплотнительные кольца, нарушая герметичность. Чтобы предотвратить разгерметизацию и необходимо обслуживание.
• Срок эксплуатации порядка 3 лет.
• При работе издают высокий уровень шумов.

Такой набор характеристик не очень подходит для установки в системах отопления частных домов. Основной их плюс — высокий КПД, а значит, меньший расход электроэнергии. Потому в больших сетях циркуляционные насосы с сухим ротором более экономичны, и там в основном и используются.

С мокрым ротором

Как понятно из названия, в оборудовании данного типа в жидкости находится и крыльчатка и ротор. Электрическая часть, включая стартер, заключена в металлический герметичный стакан.

Устройство насоса с мокрым ротором — сухая только электрическая часть

Этот тип оборудования имеет следующие свойства:

• КПД порядка 50%. Не самый лучший показатель, но для небольших частных систем отопления это некритично.
• Обслуживания не требуют.
• Срок эксплуатации — 5-10 лет в зависимости от марки, режима работы и состояния теплоносителя.
• Во время работы почти не слышны.

Исходя из приведенных выше свойств, выбрать циркуляционный насос по типу несложно: большинство останавливается на устройствах с мокрым ротором, так как они больше подходят для работы в условиях квартиры или частного дома.