Насос в отоплении с естественной циркуляцией

Как выяснить показатель расхода насоса

Формула расчета выглядит так: Q=0,86R/TF-TR

Q – расход насоса в м.куб./ч;

R – тепловая мощность в кВт;

TF – температура теплоносителя в градусах Цельсия на входе в систему,

Схема расположения циркуляционного насоса отопления в системе

Три варианта расчета тепловой мощности

С определением показателя тепловой мощности (R) могут возникнуть трудности, поэтому лучше ориентироваться на общепринятые нормативы.

Вариант 1. В европейских странах принято учитывать такие показатели:

100 Вт/м.кв. – для частных домов небольшой площади;
70 Вт/м.кв. – для многоэтажек;
30-50 Вт/м.кв. – для производственных и хорошо утепленных жилых помещений.

Вариант 2. Европейские нормы хорошо подходят для регионов с мягким климатом. Однако в северных районах, где бывают сильные морозы, лучше ориентироваться на нормы СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети», в которых учтена наружная температура до -30 градусов Цельсия:

173-177 Вт/м.кв. – для небольших зданий, этажность которых не превышает двух;
97-101 Вт/м.кв. – для домов от 3-4 этажей.

Вариант 3. Ниже предложена таблица, по которой можно самостоятельно определить необходимую тепловую мощность с учетом назначения, степени износа и теплоизоляции здания.

Таблица: как определить нужную тепловую мощность

Формула и таблицы расчета гидравлического сопротивления

В трубах, запорной арматуре и любых других узлах системы отопления возникает вязкое трение, которое приводит к потерям удельной энергии. Это свойство систем называют гидравлическим сопротивлением. Различают трение по длине (в трубах) и местные гидравлические потери, связанные с наличием клапанов, поворотов, участков, где изменяется диаметр труб и т.п. Показатель гидравлического сопротивления обозначают латинской буквой «H» и измеряют в Па (паскалях).

Формула расчета: H=1,3*(R1L1+R2L2+Z1+Z2+….+ZN)/10000

R1, R2 обозначают потери давления (1 – на подаче, 2 – на обратке) в Па/м;

L1, L2 – длина трубопровода (1 – подающего, 2 – обратного) в м;

Z1, Z2, ZN – гидравлическое сопротивление узлов системы в Па.

Чтобы облегчить расчеты потерь давления (R), можно воспользоваться специальной таблицей, где учтены возможные диаметры труб и приведены дополнительные сведения.

Таблица для определения потерь давления

Усредненные данные по элементам системы

Гидравлическое сопротивление каждого элемента системы отопления приведено в технической документации. В идеале следует воспользоваться характеристиками, указанными производителями. При отсутствии паспортов изделий можно ориентироваться на примерные данные:

котлы – 1-5 кПа;
радиаторы – 0.5 кПа;
вентили – 5-10 кПа;
смесители – 2-4 кПа;
тепломеры – 15-20 кПа;
обратные клапаны– 5-10 кПа;
регулирующие клапаны – 10-20 кПа.

Сведения о гидравлическом сопротивлении труб из различных материалов можно вычислить по таблице ниже.

Таблица потерь давления в трубах

Особенности сборки принудительной схемы

Чтоб принудительная система оправдала себя и функционировала исправно, необходимо правильно подобрать насос и грамотно «врезать» его в магистраль теплоснабжения.

Выбор циркуляционного насоса

Основные параметры выбора насосного оборудования: мощность прибора и напор. Эти характеристики определяются исходя из площади отапливаемого помещения.

для домов в 250 кв.м подойдет насос мощность которого 3,5 куб.м/ч, а напор – 0,4 атм.;
в помещениях размером 250-350 кв.м устанавливают прибор на 4,5 куб.м/ч с напором 0,6 атм.;
если площадь дома составляет 350-800 кв.м, то целесообразно приобрести насос мощностью 11 куб.м/ч, напор которого не менее 0,8 атм.

При более скрупулезном подборе специалисты учитывают протяженность отопительной системы, вид и количество радиаторов, материал изготовления и диаметр труб, а также тип котла.

Установка насоса в магистраль

Размещение насоса производится на обратке, чтобы через прибор проходил не слишком горячий теплоноситель. На подающую магистраль возможна установка современных моделей из устойчивых к высоким температурам материалов.

При «врезке» насоса не должна нарушиться циркуляция воды

Важно, чтоб в любой точке магистрали при работе насосного агрегата гидростатическое давление оставалось избыточным

Четыре допустимые схемы отопительных систем с насосной циркуляцией и расширительным баком открытого типа. Гидростатическое давление сохраняется на нужном уровне

Вариант 1. Подъем расширительного резервуара. Простой способ переоборудования системы естественной циркуляции на принудительную. Для реализации проекта понадобиться высокое чердачное помещение.

Вариант 2. Перемещение бака на дальний стояк. Трудоемкий процесс реконструкции старой системы, а для устройства новой – не оправдан. Возможны более простые и удачные способы.

Вариант 3. Труба расширительного бачка около патрубка насоса. Для изменения типа циркуляции необходимо отрезать резервуар от подающей магистрали, а затем подключить его к обратке – за циркуляционным насосом.

Вариант 4. Насос включен в подающую магистраль. Наиболее простой способ реконструкции системы. Минус метода – неблагоприятные условия эксплуатации насоса. Не каждый прибор выдержит высокие температуры.

Дополнительные функции циркуляционных насосов

Если вы не можете между несколькими моделями циркуляционных насосов, помимо ключевых параметров поиска можно еще ориентироваться на дополнительные функции. В современных моделях предусмотрено изобилие возможностей, которые помогут вам выделить наиболее удобное и выгодное оборудование.

К дополнительным возможностям, которые влияют на особенности эксплуатации, относятся:

автоматика. Работа циркуляционного насоса в автоматическом режиме – это возможность запуска устройства по заданным параметрам. Вы можете зафиксировать скорость потока жидкости, запуск агрегата в определенное время. Удобно включать агрегат до прихода с работы. При желании вы можете активировать автоматическое выключение при выходе из дома и любые другие временные установки.

При выборе автоматического насоса важно учитывать характеристики всей системы отопления – предусмотрена ли она к работе с автоматикой. Такой режим работы сводит к минимуму контакт владельца с насосом

Хорошей автоматикой ценятся модели насосов от производителя Grundfod. Бренд выпускает качественную автоматику для выполнения ряда поставленных задач;

отображение параметров на дисплее. На насосах, оборудованных специальным дисплеем, можно получить всю информацию о работе насосного оборудования. Там отображаются ошибки, напор, производительность, мощность. Такие модели стоят на порядок дороже простых аналогов, но также востребованы на российском рынке

Если вам важно контролировать состояние и работу насоса в силу условий эксплуатации, обязательно остановите свой выбор именно на такой современной модели;
циркуляционные насосы со спаренной конструкцией. Этот вариант актуален для отопительной системы с примесями в перекачиваемых жидкостях

Такой вариант отличается грамотной системой конфигурации – предусмотрено наличие двух параллельно подключенных рабочих колес. Даже если в жидкости есть примеси или попадают сторонние частицы, одно из колес может выйти из строя. Однако второй рабочий механизм продолжает работать. Такой вариант для частных домов подходит в тех случаях, если отопительная система проходит через придомовые постройки. Например, вы намерены обогревать сараи с животными. Циркуляционные насосы со спаренной конструкцией относительно дорогие, поэтому их покупают только по аргументированному требованию.

Какие показатели учитывать при выборе насоса

Правильный выбор насоса основан на показателе гидравлического сопротивления, преодолеваемого самим прибором, в процессе создания требуемого напора и силы водяного потока. Для оптимально подобранного насоса рекомендуемая мощность должна иметь уровень ниже, чем расчетная, на 10-15% от показателя расчетной мощности. В случае превышения уровня необходимой мощности прибор может иметь более короткий срок эксплуатации, что приведет к его скорой изнашиваемости. Возможно повышение уровня шумов в системе отопления. Если мощность агрегата будет меньше, то в данных условиях не будет обеспечено необходимое количество теплоносителя.

Схема устройства циркуляционного насоса.

Расчет показателя мощности насоса основан на диаметре и длине трубопровода, уровне температуры воды и напора теплоносителя. Десять метров системы отопления должны обеспечиваться с полуметра напора за счет насоса. Расход теплоносителя в ходе расчетов сравнивается с уровнем расхода воды, используемой в котле, мощность которого известна. Следует иметь данные для расчетов о том, какое количество воды необходимо для нормальной работы каждого из колец отопительной системы. Расчет тепловых потерь здания можно производить на основе таблиц теплопроводности материалов. Учитывается и протяженность теплопровода, число радиаторов отопления. Мощность батареи определяется необходимым количеством воды в минуту для обеспечения оптимального обогрева комнаты.

Циркуляционный насос может быть оснащен либо электронным, либо ручным регулятором скорости. Если скорость оборотов вала насоса установлена на наибольшей отметке, то должен получиться максимальный коэффициент работы прибора.

Куда ставить

Устанавливать циркуляционный насос рекомендуют после котла, до первого ответвления, а вот на подающем или обратном трубопроводе — все равно. Современные агрегаты делают из материалов, которые нормально переносят температуры до 100-115°C. Мало найдется систем отопления, которые работают с более горячим теплоносителем, потому соображения более «комфортной» температуры несостоятельны, но если вам так спокойнее, ставьте в обратке.

Можно ставить в обратном или прямом трубопроводе после/перед котлом до первого ответвления

Нет разницы и по гидравлике — котлу, да и остальной системе, абсолютно все равно, в подающей или обратной ветке стоит насос. Что имеет значение — это правильность установки, в смысле обвязки, и правильная ориентация ротора в пространстве

Остальное неважно

По месту установки есть один важный момент. Если в системе отопления две отдельные ветки — на правое и левое крыло дома или на первый и второй этаж — имеет смысл на каждой поставить отдельный агрегат, а не один общий — непосредственно после котла. Причем на этих ветках сохраняется то же правило: сразу после котла, до первого разветвления в этом отопительном контуре. Это даст возможность задавать требуемый тепловой режим в каждой из частей дома независимо от другого а также в двухэтажных домах экономить на отоплении. Как? За счет того, что на втором этаже обычно значительно теплее, чем на первом и там требуется намного меньше тепла. При наличии двух насосов в ветке, которая идет наверх, скорость движения теплоносителя задается намного меньше, а это позволяет сжигать меньше топлива, причем без ущерба для комфортности проживания.

Есть два типа систем отопления — с принудительной и естественной циркуляцией. Системы с принудительной циркуляцией работать без насоса не могут, с естественной — работают, но в таком режиме имеют более низкую теплоотдачу. Тем не менее, меньшее количество тепла, это все-таки намного лучше, чем его полное отсутствие, потому в местностях, где электричество отключают часто, проектируют систему как гидравлическую (с естественной циркуляцией), а затем в нее врезают насос. Это дает высокую эффективность и надежность отопления. Понятное дело, что установка циркуляционного насоса в этих системах имеет отличия.

Все системы отопления с теплым полом принудительные — без насоса через такие большие контура теплоноситель не пройдет

Принудительная циркуляция

Так как система отопления с принудительной циркуляцией без насоса неработоспособна, его устанавливают прямо в разрыв подающей или обратной трубы (по вашему выбору).

Большинство проблем с циркуляционным насосом возникают из-за наличия в теплоносителе механических примесей (песка, других абразивных частиц). Они способны заклинить крыльчатку и остановить мотор. Потому перед агрегатом обязательно ставят сетчатый фильтр-грязевик.

Установка циркуляционного насоса в систему с принудительной циркуляцией

Также желательно с двух сторон установка шаровых кранов. Они дадут возможность заменить или отремонтировать устройство без слива теплоносителя из системы. Перекрываете краны, снимаете агрегат. Сливается только та часть воды, которая была непосредственно в этом куске системы.

Естественная циркуляция

Обвязка циркуляционного насоса в гравитационных системах имеет одно существенное отличие — необходим байпас. Это перемычка, которая делает систему работоспособной при неработающем насосе. На байпасе ставят один шаровый отсечной кран, который закрыт, все время, пока работает перекачка. В таком режиме система работает как принудительная.

Схема установки циркуляционного насоса в системе с естественной циркуляцией

Когда пропадает электричество или агрегат выходит из строя, кран на перемычке открывают, кран, ведущий на насос, перекрывают, система работает как гравитационная.

Особенности монтажа

Есть один важный момент, без которого установка циркуляционного насоса будет требовать переделки: требуется разворачивать ротор так, чтобы он был направлен горизонтально. Второй момент — направление потока. На корпусе есть стрелка, указывающая в какую сторону должен течь теплоноситель. Вот так и разворачивайте агрегат, чтобы направление движения теплоносителя было «по стрелке».

Сам насос может быть установлен как горизонтально, так и вертикально, только при подборе модели смотрите, чтобы он мог работать в обоих положениях. И еще один момент: при вертикальном расположении мощность (создаваемый напор) падает примерно на 30%. Это надо учитывать при выборе модели.

Монтаж водяного отопительного насоса своими руками

При установке насоса следует учитывать рекомендации специалистов:

Лучше заниматься монтажом насоса на этапе обустройства всей системы отопления. Если решено встроить агрегат в старую схему обогрева, необходимо слить оттуда весь теплоноситель.
Агрегат надо устанавливать в точке, где носитель тепла имеет минимальную температуру – перед котлом на обратной магистрали. Это правило применимо для теплосистем, рассчитанных на обогрев зданий с большой квадратурой. Если дом имеет квадратуру до 200 м2, то насос можно устанавливать везде.
Рабочее колесо имеет ось, которая после монтажа должна находиться в идеально горизонтальном положении. При несоблюдении этого условия техника может работать с избыточным шумом или перестать функционировать вообще.
Перед насосом устанавливают грязевик, фильтрующий частички ржавчины и мусора, которые могут попасть в агрегат.
Следует проследить за правильностью установки патрубков и не спутать их.
Сопрягающиеся детали стыкуют с помощью прокладки, а соединения с резьбой герметизируют лентой или паклей.
После того как оборудование установлено, а система заполнена, следует открыть находящийся вверху винт для удаления воздуха.

Устройство готово к запуску!

Такие агрегаты работают от стандартной электросети и при корректной эксплуатации эффективно служат много лет.

Общие параметры насосов для систем отопления в частном доме

Каждое устройство обладает характерными значениями:

Расход — количество воды, которое пропускается в обвязке за час. Единица измерения имеет вид 1/(м3*с).
Напор — максимальный показатель сопротивления жидкости, оказываемое на все элементы контура. Наравне с напором важны его потери из-за гидравлического сопротивления, а также давление.
Скорость — параметр, определяющий взаимоотношение расхода с напором, в зависимости от режима работы насоса.

Размеры: отличия по габаритам

Приборы также могут иметь одинаковые рабочие характеристики, но различаться по габаритам:

Длина определяет место установки. Устройства длиной 130 мм размещают в ограниченных пространствах, а 180 — в остальных.
Диаметр подбирают под размер труб, используемых в системе. Допускается незначительное увеличение сечения, но категорические запрещено уменьшение.

Обзор производителей

Поломка циркуляционного насоса, особенно в зимний период, может привести к выходу всей системы отопления из строя, что повлечет за собой немалые финансовые вложения для ее восстановления. Даже если поломка помпы замечена вовремя, то не всегда получится быстро купить новый аппарат, например, если дом находится вдали от города. Поэтому рекомендуется сразу покупать качественное циркуляционное оборудование от известных производителей.

Grundfos является известным на весь мир датским производителем, производящим насосное оборудование более 70 лет. Данный производитель впечатляет своей плодотворностью, поскольку ежегодно выпускает около сотни новых моделей агрегатов, которые с успехом используются, как в бытовой сфере, так и в промышленности. Модели циркуляционных помп, которые поставляет на рынок компания Grundfos, имеют следующие особенности:

Wilo – производитель из Германии, поставляющий на рынок широкий ассортимент циркуляционных помп различных модификаций, которые отличаются устойчивой работой и превосходным качеством. Продукции компании Wilo присущи следующие особенности:

аппараты соответствуют директиве по энергосбережению EnEV, которая подразумевает автоматическую регулировку работы циркуляционного оборудования;
насосы работают на переменном токе с напряжением 230/400 В (±10%);
основным материалом, применяемым для изготовления корпусов, является чугун;
аппараты могут иметь мощность от 40 до 200 Вт;
цена на агрегаты Wilo колеблется в диапазоне от 50 до 100 у.е.

DAB – известный производитель циркуляционных насосов из Италии. Данная компания работает уже более 40 лет и вместе с другими поставщиками насосного оборудования конкурирует на отечественном рынке, поставляя аппараты серии А и AV, имеющие следующие характеристики:

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.

Система отопления с естественной циркуляцией

Системы водяного отопления по характеру движения теплоносителя делятся на 2 типа:

Система с принудительной циркуляцией;
Система с естественной циркуляцией.

Принудительную циркуляцию воды в системе отопления обеспечивает насосный агрегат, устанавливаемый отдельно или встроенный в отопительный котел. Естественная циркуляция реализуется за счет теплофизических свойств воды.

Принцип естественной циркуляции основан на возникновении движения воды разной плотности. Вода нагревается в котле и поднимается вверх по трубопроводу подачи. Так как вода – жидкость несжимаемая – порция горячей воды при подъеме сдвигает массив воды всей системы. При этом в котел поступает порция холодной воды, нагревается и вновь поднимается вверх. В результате образуется постоянный режим движения жидкости в сети за счет нагрева теплоносителя в котле. Циркуляция поддерживается уклоном трубопроводов.

Достоинство этого типа отопления – полная независимость от наличия электричества. Естественное отопление частного дома обладает и рядом недостатков:

Низкая скорость движения теплоносителя;
Сложность регулирования температуры системы;
Ограничения в выборе материалов для монтажа;
Исключительно открытый метод прокладки труб.

Схема обвязки приборов при естественной циркуляции – однотрубная, последовательная. Поэтому каждый радиатор в цепи холоднее предыдущего. Сооружение перемычки в этом случае невозможно. Низкая скорость воды снижает равномерность нагрева отопительных приборов – возле котла радиаторы горячие, последние в ряду – еле теплые.

Регулировка температуры отопления возможна лишь укрупненная – регулирование размера потока на отдельный контур (группу радиаторов).

Ограничение в выборе материала вызвано необходимостью использования труб диаметром не менее 40 мм. Трубы меньшего диаметра могут практически прекратить циркуляцию. Применение полимерных труб не рекомендуется – они служат теплоизолятором, стальные же выступают в качестве поверхностей нагрева. В качестве отопительных приборов применяют чугунные радиаторы или регистры из стальных труб диаметром 70 – 100 мм.

Выводы о подборе насоса

Для бытового назначения лучше всего выбрать циркуляционные насосы с рабочим колесом из чугуна или пластика. Этого будет достаточно с учетом затребованных параметров мощности и производительности. Более прочные материалы, латунь или нержавейка используются в промышленных насосах.

Наиболее практичными будут насосы с мокрым ротором. Для подключения к домашней сети отопления этот вариант будет практичным и энергоэффективным. Если вы готовы заплатить выше средней стоимости, купите насос с дисплеем и набором автоматических функций.

Если в частном доме требуется обогрев пристроек, тогда лучше ориентироваться на модели со спаренным типом. Они способны работать даже при попадании твердых частиц в систему.