Расчет циркуляционного насоса для отопления в примерах и формулах

Подбор и монтаж отопительных приборов

Тепло в помещения от котла передается посредством отопительных приборов. Их подразделяют на:

• инфракрасные излучатели;
• конвективно-радиационные (все типы радиаторов);
• конвективные (ребристые).

Инфракрасные излучатели менее распространены, но считаются более эффективными, поскольку нагревают не воздух, а предметы, находящиеся в зоне действия излучателя. Для домашнего использования известны переносные инфракрасные обогреватели, которые преобразуют электрический ток в инфракрасное излучение.

Наибольшее распространение получили приборы из двух последних пунктов благодаря оптимальным потребительским качествам.

Для расчета требуемого количества секций отопительного прибора, необходимо знать величину теплоотдачи каждой секции.

На 1 м² примерно нужно 100 Вт мощности. К примеру, если мощность одной секции радиатора 170 Вт, то радиатором в 10 секций (1.7 кВт) можно обогреть площадь помещения в 17 м². При этом, высота потолка по умолчанию принимается не более 2.7 м.

Размещая радиатор в глубокую нишу под подоконником, вы уменьшаете теплоотдачу в среднем на 10%. При размещении сверху декоративного короба, потери тепла достигают 15-20%.

Придерживаясь нехитрых правил, можно повысить эффективность теплоотдачи радиаторов отопления:

Важные расчёты

Для того чтобы сделать правильный подбор насосного агрегата для системы частного водоснабжения, необходимо провести верные расчёты производительной мощности и напора агрегата.

Производительная мощность (производительность) позволяет насосу качать воду с требуемым для расхода в доме объемом. Стоит знать, что согласно СНИП, средний расход воды в сутки на одного проживающего в доме составляет 200 литров. При этом всегда нужно этот показатель умножать на количество человек,

Но необходимо принять во внимание при расчетах производительной мощности помпы и момент, при котором все водозаборные точки будут включены одновременно. К полученным данным стоит прибавлять и возможное потребление воды для полива огорода. Согласно СНИП этот показатель равен 3-6 литров на 1м3 участка

Согласно СНИП этот показатель равен 3-6 литров на 1м3 участка.

Для справки: средний объем расхода воды на каждую водозаборную точку выглядит так:

• Душ или ванна — около 10 л/мин;
• Туалет — 5-6 л/мин;
• Кран в кухонной мойке — 6 л/мин.

При условии одновременного использования всех перечисленных сантехнических точек потребление воды составит в среднем 20-22 л/мин.

Другие параметры для выбора насоса

Кроме ключевых параметров, при выборе конкретной модели нужно обращать внимание еще на ряд ее важных характеристик

Рабочая температура

В документации к насосу указывается, с какой температурой теплоносителя он может работать. У большинства производителей, особенно моделей бюджетного сегмента, данный показатель завышен. Так, если заявлено 90% на недорогом устройстве, на практике оно сможет безаварийно работать с теплоносителем в 70-80 градусов Цельсия.

Здесь ключевое требование — соответствовать параметрам нагревателя и сети отопления в целом. В системе теплых полов температура воды достаточно низка. Равно как и в нескольких других схемах. А вот при использовании нагревательного котла потребуется или покупать достаточно дорогой насос, либо регулировать температуру воды на входе трубной сети.

Качественные и надежные циркуляционники имеют допустимые параметры рабочего тела в 110-130 градусов. Цена таких решений высока. Однако претензий к их надежности у пользователей — минимум.

Рабочее давление

В одно и двухэтажных домах давление в отопительной сети обычно не превышает 2 атм. Очень редко этот параметр составляет от 3 до 4 атм. Правильно рассчитанный по характеристике напора насос справится с возложенной на него задачей

Однако если нужно выбрать недорогой циркуляционник, на его показатель рабочего давления стоит обратить пристальное внимание

Системы защиты

Автоматика защиты — крайне полезная опция циркуляционного насоса. Она значительно продляет срок службы устройства или блокирует возникновения аварийных ситуаций. Сегодня распространены два типа защиты.

1. От перегрева. Термопара, контролирующая температуру электродвигателя, автоматически выключит насос при его перегреве.
2. От сухого хода. Особенно важна в моделях с мокрым ротором. Она не даст перегреться двигателю.

Количество скоростей

Насос циркуляционный Grundfos ALPHA2 32-40, 3 скорости

Более сложные насосы могут иметь большее число скоростей или регулироваться электроникой по внешнему сигналу, обеспечивая плавную отдачу мощности и полностью контролируемый расход.

Конструкционное исполнение

Говоря о конструкционном исполнении, имеются в виду размеры штуцеров, габариты и материал корпуса. Относительно последнего все просто. Чугунные корпуса прочны, долговечны, способствуют лучшему отводу тепла от двигателя. Недорогие пластиковые практичны и приемлемы для насосов, устанавливаемых в местах, где им не грозят перепады температуры или механические повреждения.

Штуцеры в идеале должны соответствовать параметрам сети. То есть для пластиковой трубы 25 мм выбирается насос с такой же характеристикой. Больший диаметр штуцера допускается. Насос можно подключить при помощи переходников разного рода. А вот меньший диаметр — не допускается.

Размеры насоса стандартизированы

Габариты стандартного насоса нормированы. Это 180 мм между точками подключения на штуцерах. Все байпасы и сгоны, которые предлагаются в магазинах, рассчитаны именно на такой размер. Есть более компактные решения, для размещения внутри оборудования или в условиях ограниченного пространства. Длина такого насоса 130 мм.

Как выбрать циркуляционный насос?

Главной функцией насоса является прокачка нужного количества воды через котел для ее нагрева, а также через радиаторы, чтобы они отапливали помещение. Если насос выбрать неправильно, то появятся проблемы в отоплении.

Большинство проблем системы отопления связаны с неправильным выбором диаметров труб, а не с насосом.

Если насос выбран слишком мощный, то появится шум из-за большой скорости теплоносителя. Если напор насоса недостаточен, то последние радиаторы не будут греться, а котел станет тактовать. Вода будет нагреваться, но не прокачиваться с нужной скоростью через радиаторы отопления.

Кавитация в отопительной системе и в системе водоснабжения

Кавитация – это такой процесс, во время которого в отопительной установке благодаря уменьшению давления образуются молекулы пара. Такой процесс имеет место в том случае, если в трубах снизится или повысится скорость потока жидкости.

Кавитация в системе отопления

Если отопительная система характеризуется слишком низкими или слишком высокими температурами, то такое явление может сказаться отрицательным образом. Пар, который образуется, собирается в пузырьки, и если они лопаются, то, тем самым, наносят повреждение материалу, из которого изготовлены трубы или другие компоненты системы отопления.

Если у вас не получается самостоятельным образом произвести такие операции, как как рассчитать насос для отопления, или вы сомневаетесь в их правильности, то лучше доверить это дело профессионалу в данной области. Специалист не только поможет с выбором помпы или произведением расчетов, но также займется непосредственно и установкой насоса.

Несколько важных моментов

Поскольку в продаже имеются циркуляционные насосы, укомплектованные «сухим» или «мокрым» ротором, с ручным или автоматическим способом управления скоростями, специалисты советуют приобретать устройство, ротор которого погружен в теплоноситель полностью. Выбирать его следует не только по причине пониженного шума, но и потому, что он справится с нагрузкой успешнее. Насос следует монтировать так, чтобы вал ротора находился в горизонтальном положении.

Предпочтительнее покупать изделие из нержавейки, бронзы или латуни. Когда при работе насоса в системе слышен шум, это не всегда говорит о наличии поломки. Часто причиной его появления является воздух, попавший в систему после ее запуска. Поэтому перед началом работы отопительной конструкции нужно спустить воздух при помощи специальных клапанов. Когда система поработает пару минут, данную процедуру необходимо повторить и отрегулировать насос.

Расчет производительности

Выбирая циркуляционный насос для отопления, прежде всего, необходимо рассчитать его производительность, под которой подразумевается объем, перекачиваемый аппаратом за определенную единицу времени. Обычно данная характеристика агрегата измеряется в л/мин, л/час или м3/час.

Производительность циркуляционного аппарата вычисляют по формуле: Q = P / (1,163 х (Tf — Tr)).

• Q – объем теплоносителя, который прокачивает насос в м3/час.
• P – тепловое потребление. Относится к отапливаемым помещениям и измеряется в ваттах (Вт). Согласно СНиП 2.04.07-86, для теплосети одноэтажного или двухэтажного дома с учетом наружной температуры в пределах от -20°С до -30°С, показатель потребления тепла должен быть в районе 173-177 Вт/м2. Для многоэтажного, многоквартирного дома данный показатель должен составлять 97-101 Вт/м2.
• Tf – Tr – разница температур между выходящей из котла трубой и обраткой, по которой вода поступает обратно в котел. Если предполагается использовать систему отопления с трубопроводами большой протяженности, да еще с водяными теплыми полами, то разность температур будет в районе 20°С. Для коротких контуров с малым количеством радиаторов можно брать значение около 10°С. Для теплого пола, имеющего небольшую площадь, перепад температур будет в районе 5°С.
• 1,163 – коэффициент, обозначающий удельную теплоемкость воды, являющейся, в большинстве случаев, теплоносителем. Если будет применяться антифриз, то его теплоемкость определяют по справочникам.

Например, требуется рассчитать производительность циркуляционного аппарата для помещения площадью 100 м2. Для вычислений будет применяться формула: Q = P/(1,163 х (Tf — Tr)).

Вычисляем тепловое потребление, выполняя подбор по площади:

• Р = 100 х 173 = 17300 Вт;
• далее, применяем формулу: Q = 17300 / (1,163 х 20) = 743,7 кг/час.

Получившееся значение можно перевести в м3/час. Поскольку плотность воды равняется 1000 кг/м3, то 743,7 / 1000 = 0,7437 м3/час.

Данные расчеты показывают, что для отопительной системы, которую предполагается установить в помещении площадью 100 м2, потребуется приобрести циркуляционную помпу с производительностью не менее 0,75 м3/час.

Совет! Как показывается практика, лучше купить аппарат с небольшим (10-15%) запасом производительности.

Расчет падения напора и гидравлического сопротивления

Полные потери напора жидкости включают в себя потери на преодоление потоком всех препятствий: наличие насосов, дюкеров, вентилей, колен, отводов, перепадов уровня при течении потока по трубопроводу, расположенному под углом и т.д. Учитываются потери на местные сопротивления, обусловленные свойствами используемых материалов.

Другим важным фактором, влияющим на потери напора, является трение движущегося потока о стенки трубопровода, которое характеризуется коэффициентом гидравлического сопротивления.

Значение коэффициента гидравлического сопротивления λзависит от режима движения потока и шероховатости материала стенок трубопровода. Под шероховатостью понимают дефекты и неровности внутренней поверхности трубы. Она может быть абсолютной и относительной. Шероховатость различна по форме и неравномерна по площади поверхности трубы. Поэтому в расчетах используется понятие усредненной шероховатости с поправочным коэффициентом (k1). Данная характеристика для конкретного трубопровода зависит от материала, продолжительности его эксплуатации, наличия различных коррозионных дефектов и других причин. Рассмотренные выше величины являются справочными.

Количественная связь между коэффициентом трения, числом Рейнольдса и шероховатостью определяется диаграммой Муди.

Для вычисления коэффициента трения турбулентного движения потока также используется уравнение Коулбрука-Уайта, с использованием которого возможно наглядное построение графических зависимостей, по которым определяется коэффициент трения:

В расчётах используются и другие уравнения приблизительного расчета потерь напора на трение. Одним из наиболее удобных и часто используемых в этом случае считается формула Дарси-Вейсбаха. Потери напора на трение рассматриваются как функция скорости жидкости от сопротивления трубы движению жидкости, выражаемой через значение шероховатости поверхности стенок трубы: 

Потери давления по причине трения для воды рассчитывают по формуле Хазена — Вильямса:

Проверка выбранного электродвигателя а. Проверка продолжительности перекладки руля

Для выбранного насоса смотрим графики зависимости механического и объемного КПД от давления, создаваемого насосом (см. рис. 3).

4.1. Находим моменты, возникающие на валу электродвигателя при различных углах перекладки руля:

,

где: M

α – момент на валу электродвигателя (Н·м);

Q

уст – установленная производительность насоса;

P

α – давление масла, создаваемое насосом (Па);

P

тр – потери давления на трение масла в трубопроводе (3,4÷4,0)·105 Па;

n

н – число оборотов насоса (об/мин);

η

r – гидравлический КПД, связанный с трением жидкости в рабочих полостях насоса (для ротационных насосов ≈ 1);

η

мех – механический КПД, учитывающий потери на трение (в сальниках, подшипниках и других трущихся частях насосов (см. график на рис. 3).

Данные расчетов заносим в таблицу 4.

4.2. Находим скорости вращения электродвигателя для полученных значений моментов (по построенной механической характеристике выбранного электродвигателя – см. п. 3.6). Данные расчета заносим в таблицу 5.

Таблица 5

α°	n, об/мин	ηr	Qα, м3/с
5
10
15
20
25
30
35

4.3. Находим действительную производительность насоса при полученных скоростях электродвигателя

,

где: Q

α – действительная производительность насоса (м3/сек);

Q

уст – установленная производительность насоса (м3/сек);

n

– действительная скорость вращения ротора насоса (об/мин);

n

н – номинальная скорость вращения ротора насоса;

η

v – объемный КПД, учитывающий обратный перепуск перекачиваемой жидкости (см. график 4.)

Данные расчета заносим в таблицу 5. Строим график Q

α=f(α) – см. рис. 4. Рис. 4. График Q

α=f(α) 4.4. Полученный график разбиваем на 4 зоны и определяем время работы электропривода в каждой из них. Расчет сводим в таблицу 6.

Таблица 6

Зона	Граничные углы зон α°	Hi (м)	Vi (м3)	Qср.з (м3/сек)	ti (сек)
I
II
III
IV

4.4.1. Находим расстояние, проходимое скалками в пределах зоны

,

где: Hi

– расстояние, проходимое скалками в пределах зоны (м);

Ro

– расстояние между осями баллера и скалок (м).

4.4.2. Находим объем масла, перекачиваемого в пределах зоны

,

где: Vi

– объем перекачиваемого масла в пределах зоны (м3);

m

цил – число пар цилиндров;

D

– диаметр плунжера (скалки), м.

4.4.3. Находим продолжительность перекладки руля в пределах зоны

,

где: ti

– средняя продолжительность перекладки руля в пределах зоны (сек);

Q

срi – средняя производительность в пределах зоны (м3/сек) – берем из графика п. 4.4. или рассчитываем из таблицы 5).

4.4.4. Определяем время работы электропривода при перекладке руля с борта на борт

t

пер= t1+ t2+ t3+ t4+ to ,

где: t

пер – время перекладки руля с борта на борт (сек);

t1÷t4

– продолжительность перекладки в каждой зоне (сек);

to

– время изготовки системы к действию(сек).

4.5. Сравниваем t перекладки с Т (время перекладки руля с борта на борт по требованию РРР), сек.

t

пер≤Т (30 сек)

Требования к монтажу

При установке радиаторов необходимо придерживаться определенных правил, которые позволят увеличить теплоотдачу:

• чтобы теплый воздух нейтрализовал потоки холодного, радиаторы необходимо устанавливать строго под окнами, сохраняя расстояние между ними не меньше 5 см. Центр окна и радиатора должны совпадать или отклоняться, не более чем на 2 см;
• батареи в каждой отдельной комнате необходимо располагать на одном уровне (по горизонтали);
• от пола до низа радиатора расстояние должно быть не меньше 6 см;
• от задней поверхности нагревательного прибора до стены должно быть не меньше 2-5 см;

https://youtube.com/watch?v=205s

Знания, которые нужны для расчета

Чтобы верно понимать и производить полный алгоритм расчета циркуляционного насоса системы отопления, следует уметь правильно отталкиваться от определенного значения, правильность которого, не будет вызывать сомнений. Чтобы это сделать, нужно в первую очередь открыть паспорт помещения, в котором будет проходить установка оборудования и узнать его общую площадь. Для примера расчета будем брать частный дом, с общей площадью 300 квадратных метров.

Далее, нужно определить все значения, которые понадобятся для расчета, это 3 главных параметра:

Для расчета тепла понадобятся все эти величины. Для каждого дома, есть специальные нормы, которыми должен обладать источник обогрева. Иначе говоря, некоторая норма формул, которая используется в дальнейшем.

Известна общая площадь предполагаемого помещения, это триста квадратных метров. Второй же показатель, зависит только от вида постройки: в многоквартирном доме показатель равен семидясети Вт на метр в квадрате, в случае, использованном на примере (отдельно стоящее здание) это сто Вт на метр в квадрате. Переведя все значения в формулу, получится: 300*100/1000=30КВТ. В итоге получается, что мощность отапливающего прибора помещения будет равна тридцать киловатт.

Есть и другой метод, с помощью которого можно произвести расчет. Величина помещения, которое отапливается, а также нужную мощность отопительного агрегата можно найти ниже:

• 5 КВТ — V помещения устаревшего здания 70-150 кв.м, V помещения нового здания 60-110 кв.м;
• 10 КВТ — V помещения устаревшего здания 150-300 кв.м, V помещения нового здания 130-220 кв.м;
• 20 КВТ — V помещения устаревшего здания 320-600 кв.м, V помещения нового здания 240-400 кв.м;
• 30 КВТ — V помещения устаревшего здания 650-1000 кв.м, V помещения нового здания 460-650 кв.м;
• 40 КВТ — V помещения устаревшего здания 1050-1300 кв.м, V помещения нового здания 650-890 кв.м;
• 50 КВТ — V помещения устаревшего здания 1350-1600 кв.м, V помещения нового здания 900-1100 кв.м;
• 60 КВТ — V помещения устаревшего здания 1650-2000 кв.м, V помещения нового здания 1150-1350;

Формула V здания или квартиры, V вычисляется произведением его H на S. (V=S*H):

• V — объем всего помещения;
• S — суммарная площадь, которая отапливается;
• H — высота помещения;

В выбранном для примера варианте, высота равна 2.5 метра. Полная суммарная площадь в таком случае будет равна по формуле. 300*2.5=750 метров в кубе. Исходя из данных выше, это как раз 30 киловатт.

Правила и нюансы эксплуатации оборудования

Циркуляционный насос покупается не на год и даже не на два. Поэтому каждый владелец загородного дома должен позаботиться, чтобы оборудование было исправно в течение долгих лет. Добиться надежности и корректности работы устройства можно только в случае правильного и своевременного обслуживания.

В список основных правил эксплуатации насоса отопления необходимо включить следующие аспекты:

• запрещено включать прибор с нулевой подачей;
• убедиться, что оборудование заземлено;
• проконтролировать, чтобы электрический мотор не нагревался выше допустимой нормы;
• проверить соединение в клеммном коробе на наличие/отсутствие повреждений, а все кабели должны быть полностью сухими;
• удостовериться, что во время старта устройства не возникает никакого постороннего шума или вибрации;
• оборудование должно работать с рекомендованным производителем уровнем расхода теплоносителя;
• запрещено запускать циркуляционный насос без воды.

Если оборудование простаивает на протяжении длительного времени, то рекомендуется каждый месяц включать его на 10-30 минут. Такое простое правило поможет избежать окисления и, как результат, блокировки вала.

В случае появления каких-либо сбоев или проблем в работе насоса следует в кратчайшее время вызвать мастера. Это поможет избавиться от множества проблем и незапланированных финансовых трат

Особое внимание необходимо уделить температуре теплоносителя. Она не должна превышать 60-65 градусов Цельсия

Если пренебречь этим правилом, то в трубах и внутри насоса будет появляться осадок, который негативно скажется на работе всей системы отопления.

Несколько дополнительных советов

На долголетие во многом влияет то, из каких материалов сделаны основные детали
Предпочтение стоит отдать помпам из нержавейки, бронзы и латуни.
Обратите внимание, на какое давление в системе рассчитан прибор

Хотя, как правило, с этим не возникает трудностей (10 атм
– хороший показатель).
Устанавливать насос лучше там, где температура минимальная – перед входом в котёл.
На входе важно установить фильтр.
Помпу желательно располагать, чтобы она «высасывала» воду из расширителя. Значит, порядок по ходу движения воды будет таким: расширительный бак, насос, котёл.

Заключение

Итак, для того, чтобы циркуляционный насос работал долго и добросовестно, нужно посчитать два основных его параметра (напор и производительность).

Не стоит стремиться постичь сложную инженерную математику.

В домашних условиях достаточно будет приблизительного расчёта. Все получившиеся дробные числа округляются в большую сторону.

Количество скоростей

Как правило, самые новые модели насосного оборудования для систем отопления оснащаются возможностью регулировки их мощности. Имея такой вид агрегата, можно настраивать обычно в 3 режимах скорость и количество подаваемого теплоносителя. То есть при резком понижении температуры его можно включить на полную мощность, а при потеплении — на среднюю или минимальную.

Для управления (переключения скоростей) используется специальный рычаг на корпусе агрегата. Существуют модели, которые оснащаются датчиком температуры, что позволяет полностью автоматизировать процесс. Для этого не нужно вручную переключать скорости, насос это будет делать в зависимости от температуры в помещении.

Такая методика является одной из нескольких, которые возможно применять для расчёта мощности насоса для определённой системы отопления. Специалисты в этой области применяют и другие способы расчётов, которые позволяют подбирать оборудование по мощности и создаваемому давлению.

Многие хозяева частных домов могут не пытаться рассчитать мощность циркуляционного насоса для отопления, поскольку при покупке оборудования, как правило, предлагается помощь специалистов напрямую от компании-производителя или фирмы, заключившей договор с магазином.

При выборе насосного оборудования следует принять во внимание, что необходимые данные для проведения расчётов нужно брать максимальные, которые в принципе может испытывать система отопления. В реальности нагрузка на насос будет меньшей, поэтому оборудование никогда не будет испытывать перегрузок, что позволит ему работать долгое время

Но есть и минусы — более высокие счёта за электроэнергию.

Но с другой стороны, если выбрать насос с меньшей мощностью от требуемой, то на работу системы это никак не повлияет, то есть она будет работать в штатном режиме, но агрегат быстрее выйдет из строя. Хотя счёт за электричество также будет меньше.

Существует ещё один параметр, по которому стоит выбирать циркуляционные насосы. Можно заметить, что в ассортименте магазинов зачастую встречаются устройства с одинаковой мощностью, но с разными габаритами.

Рассчитать насос для отопления можно правильно, учитывая следующие факторы:

1. 1. Для установки оборудования на обычные трубопроводы, смесители и байпасы нужно выбирать агрегаты длиной 180 мм. Небольшие устройства длиной 130 мм устанавливают в труднодоступных местах или внутри теплогенераторов.
2. 2. Диаметр патрубков нагнетателя следует выбирать в зависимости от сечения труб основного контура. При этом увеличивать этот показатель можно, а уменьшать категорически запрещено. Поэтому если диаметр труб основного контура 22 мм, то и патрубки насоса должны быть от 22 мм и выше.
3. 3. Оборудование с диаметром патрубков 32 мм может быть использовано, к примеру, в системах отопления с естественной циркуляцией для её модернизации.

Заключение по теме

Правильный расчет напора и мощности циркуляционного насоса позволяет грамотно выбрать прибор. А это станет гарантией того, что система отопления будет работать эффективно за счет равномерного распределения тепла по радиаторам и экономии электроэнергии. Не хотелось бы портить все ложкой дегтя, но необходимо заметить, что, используя насос в отоплении, мы делаем систему энергозависимой. Вот почему рекомендуется устанавливать агрегат в байпас. Хотя для дома в несколько этажей это не станет спасением.

Читайте далее:

Правильный подбор циркуляционного насоса для системы отопления

Что дает ИБП для циркуляционного насоса отопления

Делаем правильный выбор насоса для систем отопления

Как правильно сделать расчет газового котла отопления

Расчет мощности отопления коттеджа — как все сделать правильно