Как подобрать циркуляционный насос

Циркуляционный насос – крайне необходимый элемент в системах с жидким теплоносителем. Он нужен в контурах не только отопления и горячего водоснабжения, но и кондиционирования. Высокая надёжность в работе, нетребовательность к обслуживанию, компактные размеры, экономичность, лёгкость монтажа делают его незаменимым устройством при обеспечении принудительной циркуляции рабочей среды.

Номенклатура этих электроаппаратов чрезвычайно широка. Как выбрать нужный циркуляционный насос, чтобы не ошибиться в расчётах в сторону дефицита, но и не потратиться зря на излишнюю мощность?

Как подобрать циркуляционный насос

Главными характеристиками этого устройства являются подача и напор. Подача, или производительность, – это объём жидкости, прокачиваемой за единицу времени. Параметр этот измеряется в кубометрах в час или же в литрах в минуту. Напор – высота, на которую данное устройство может поднять жидкость, даётся в метрах. Для циркуляционного насоса этот параметр означает величину создаваемого им избыточного давления на выходе.

Чтобы определить, какой циркуляционный насос нужен, требуется исходить из своей потребности в тепловой энергии. Расчёт необходимых параметров и его выбор осуществляются в четыре шага.

1. Тепловая потребность

Расчёт количества тепла, необходимого для отопления объекта, нужно вести для самого холодного сезона. Инженерные службы и проектировщики делают его с помощью специальных компьютерных программ. Но в частном случае можно нужную величину прикинуть и более простым способом. Базовой величиной является обогреваемая площадь.

Европейские стандарты. В Европе действуют следующие нормативы:

• Дом с одной-двумя квартирами – 100 Вт/м²;
• Дом многоквартирный – 70 Вт/м²;
• Здание с повышенными теплопотерями – исходя из вышеприведённых данных с учётом коэффициента потерь;
• Жилые дома и производственные помещения с улучшенной теплоизоляцией – 30–50 Вт/ м².

Российские стандарты

В Российской Федерации расчётные величины максимального удельного теплового потока, потребного для отопления, определяются СНиП 2.04.07-86* по тепловым сетям. Они даются для температур наружного воздуха -25°С и -30°С (ниже – 1-е и 2-е значения, соответственно):

• для зданий в 1 и 2 этажа – 173 и 177 Вт/м²;
• для зданий в 3 и 4 этажа – 97 и 101 Вт/м².

Указанные величины действительны для жилых домов, которые строятся с 1985 г. согласно новым типовым проектам.

Расчётная температура в Москве -26°С (СНиП 2.04.05-91*). Из данных, приведённых выше, видно, что поправка на 1°С в промежутке от -25°С до -30°С составляет 0,8 Вт/м². Следовательно, в Москве для отопления 1 кв. м необходимо для жилых домов с этажностью:

• 1 и 2 – 173,8 Вт;
• 3 и 4 – 97,8 Вт.

2. Расчёт подачи

Мы определили необходимую величину теплопотребления Q в ваттах. Производительность циркуляционного насоса G вычисляется по формуле, предложенной зарубежными проектировщиками:

G = Q/1,16 × DT (кг/ч).

В этой формуле:

• DT – перепад температур в трубопроводах, подающей и обратной. Нормативная его величина составляет (в °С): для стандартных двухтрубных систем – 20, для низкотемпературных – 10, для теплых полов – 5.
• 1,16 Вт×ч/кг×°С – удельная теплоемкость воды. Для другого теплоносителя требуется соответствующий пересчёт во внесистемных единицах.

В СНиП 2.04.05-91 приводится другая формула:

G = 3,6 × Q/(c × DT) (кг/ч).

Здесь производится перевод единиц измерения, взятых в системе СИ, в единицу технической системы кг/ч. Удельная теплоемкость воды (с) равна 4,2 кДж/кг×К.

Производительность насосов указывается в кубометрах в час. Полученная из формул величина G переводится в эту единицу измерения путём её деления на 971,8 кг/м³ – плотность воды при +80°C (расчётная для отопительных систем температура).

3. Расчёт напора

Прокачиваемая через трубопроводную систему вода испытывает её сопротивление. Циркуляционный насос должен обеспечивать величину давления, достаточную для его преодоления. Это давление называется напором.

Сопротивление току воды оказывают сами трубы, и, в значительной мере, установленная на трубопроводе арматура, фитинги и приборы. Электрические котлы, как и любые другие нагревательные устройства, способствуют циркуляции воды и уменьшению гидравлического сопротивления всего контура. Расчёт необходимого напора надо вести по самому длинному участку в общей схеме водопроводной линии.

Если проектируется новая сеть, то её расчёт можно провести с достаточно высокой точностью. Нужную информацию по гидравлическому сопротивлению получают для этого из паспортных данных оборудования. Напор вычисляется по формуле:

H = (R × l + Z)/p × g (м).

Для этого надо знать:

• сопротивление прямой трубы R в Па/м;
• длину трубопровода l в м;
• суммарное сопротивление дополнительных устройств Z в Па;
• плотность перекачиваемой жидкости p в кг/м³.

g = 9,8 м/с² – известная величина: ускорение свободного падения.

Если же рассчитать нужно уже действующую сеть, то эта формула уже не поможет. Все паспортные данные элементов теплопровода изменились в худшую сторону. Величину напора можно оценить только приближённо.

Имеются опытные данные, которыми и следует пользоваться:

• В 1 м прямой трубы сопротивление R находится в диапазоне от 100 до 150 Па/м. Для его преодоления нужно 0,010–0,015 м напора.
• Потери в арматуре и фитингах составляют 30% от таковых в прямой трубе.
• На терморегулирующем вентиле теряется ещё 70%.
• Находящийся в главном узле управления отопительной системой трехходовой смеситель, а также устройство для предотвращения естественной циркуляции повышают сопротивление на 20%.

Предложенная специалистами фирмы Wilo эмпирическая формула выглядит следующим образом:

H = R × l × ZF (м).

ZF – это коэффициент запаса со следующими значениями:

• 1,3 – для системы без терморегулирующего вентиля и смесителя;
• 1,3 × 1,7 = 2,2 – если есть терморегулирующий вентиль;
• 1,3 × 1,7 × 1,2 = 2,6 – если есть и вентиль, и смеситель.

4. Выбор насоса

Пара вычисленных параметров (подачи и напора) представляют собой рабочую точку на характеристике циркуляционного насоса. Кривая этой зависимости определяет технические возможности каждого конкретного изделия и приводится в его паспорте. Сопоставив свою точку с характеристиками (точка должна располагаться максимально близко к ней), нужную модель можно выбрать в каталоге агрегатов. Наилучшими будут те циркуляционные насосы, на характеристике которых рабочая точка будет находиться в средней трети значений подач.

Следует учесть, что расчёт проводился для предельного режима работы отопительной системы. Такой режим будет необходим лишь в крайних случаях. Следовательно, можно остановиться на менее мощной модели. Это сэкономит затраты и на сам насос, и на энергопотребление.

Контрольный пример

Проверить, насколько будут соответствовать реальности вычисления по описанному выше методу, можно, сравнив с результатами точных расчётов по СНиП.

Дано:

• Тепловая потребность здания – 45,6 кВт;
• Потребный расход горячей воды – 2,02 м³/ч;
• Самый длинный контур состоит из 4 участков (3,2; 4,4; 8,9 и 21,7 м) и имеет теплорегулирующий вентиль.

Расчёт стандартный

• На участках теряется давление 0,63; 0,111; 0,142 и 0,289 м, соответственно.
• Общая потеря давления DP = 1,178 м. По СНиП 2.04.05-91* поправка на потери неучтенные составляет 10%. Тогда суммарно:

DP = 1,178 × 1,1 = 1,296 м.

Т. е. для отопительной системы потребуется циркуляционный насос с подачей 2,02 м³/ч и с напором 1,3 м.

Расчёт по формуле эмпирической

• Общая длина труб:

l = 3,2 + 4,4 + 8,9 + 21,7 = 38,2 м.

• Если принять R = 0,015, то

H = 0,015 × 38,2 × 1,3 × 1,7 = 1,266 м.

Ошибка составляет 0,03 м, или 2,5%. Весьма неплохо для приближённого метода.