Расчёт циркуляционного насоса для системы отопления

• Методы подбора насоса
• Значение маркировки при выборе насоса
• Почему важно рассчитать параметры перед покупкой?
• Какие параметры надо знать для вычисления?
• Методика расчёта параметров циркуляционного насоса
  • Расчёт производительности циркуляционного насоса
  • Пример расчёта
  • Расчёт высоты водяного столба (напора) Н_pu
  • Более точная методика расчёта необходимого напора
• Пример расчёта для двухэтажного дома площадью 200 кв. м

Принудительная циркуляция воды в автономных системах отопления обеспечивается с помощью циркуляционного насоса. Подбор оборудования, как правило, выполняют на этапе проектирования дома.

Но иногда прибор приобретается позже, когда естественной циркуляции не хватает для равномерного нагрева всех батарей. При выборе циркуляционного насоса важно правильно рассчитать необходимую мощность и развиваемый напор, чтобы система отопления работала эффективно.

Методы подбора насоса

Точный гидравлический расчёт — наиболее правильный вариант, которым пользуются при проектировании центральной системы отопления в многоквартирных домах и промышленных предприятиях.

Однако необходимыми знаниями для расчёта владеют не все монтажники, которые устанавливают автономные котлы и водяные тёплые полы. Поэтому для подбора циркуляционного насоса можно использовать более простые методы:

• при замене сломавшегося насосного оборудования приобрести такую же модель;
• при строительстве дома заказать проект отопительной системы у инженеров-теплотехников;
• рассчитать необходимые параметры механизма самостоятельно по более простым формулам.

При заказе проекта у инженеров любой параметр будет обоснован. Насос будет подобран проектировщиком точно для системы отопления, без всякого ненужного «запаса», который увеличивает расход электроэнергии и материалов при монтаже. Проектировщик обоснует каждую цифру расчёта.

Для небольших домов можно рассчитать параметры самостоятельно. Знание простых формул также пригодится, если нужно проверить цифры, вычисленные проектировщиком.

Значение маркировки при выборе насоса

Все циркуляционные насосы маркируются идентификационным знаком, который состоит из трёх цифр: диаметр резьбы (мм), мощность напора (см, могут подавать теплоноситель на высоту от 2 до 8 метров), монтажная длина изделия (мм).

Наиболее распространённые модели — это так называемые по мощности напора «четвёрки», «шестёрки» и «восьмёрки». При этом трёхскоростные устройства могут быть как «четвёрками», так и «восьмёрками» при переключении режима.

Почему важно рассчитать параметры перед покупкой?

Правильно подобранное хорошее оборудование — это долговечный и экономичный прибор, который выполняет все возложенные на него обязанности по распределению тепла по трубам.

Если рассчитать параметры неверно:

• Потратите больше денег, а могли бы сэкономить. Например, купили «восьмёрку» с максимальной мощностью за 25 тысяч рублей, а по расчётам достаточно «шестёрки» за 16 тысяч рублей.
• Потратите на электроэнергию больше, чем нужно для стабильной работы системы. Та же «восьмёрка» расходует электричества в 2 раза больше, чем «шестёрка». За год разница в затратах кажется не существенной, но за десятки лет наберётся большая сумма с учётом постоянной растущей цены на электроэнергию.
• Купите маломощное устройство, которое не доставит теплоноситель до дальних батарей. В итоге в части дома зимой будет холодно.

Какие параметры надо знать для вычисления?

При вычислении мощности устройства нужно сначала уточнить:

• площадь отапливаемого помещения(S_n);
• мощность источника тепла — котла отопления (P_n);
• производительность циркуляционного насоса(Q);
• высота напора, которая нужна для преодоления гидравлического сопротивления в системе Hpu.

Мощность котла (АОГВ — агрегат отопительный газовый водонагревательный) необходимо рассчитать по формуле:

Здесь S_n — отапливаемая площадь (кв. м), Q_уд — удельная тепловая потребность помещения, которая зависит от типа дома: для многоквартирных берут значение 70 Вт/куб. м, для частных построек — 100 Вт/куб. м.

Для дома площадью 150 кв. м расчёт будет такой: 150 * 100 / 1000 = 15 кВт.

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.

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.

Пример расчёта для двухэтажного дома площадью 200 кв. м

Рассчитать параметры насоса для двухэтажного дома можно так же, как и для постройки с одним этажом. Сначала нужно вычислить мощность котла отопления.

Стандартно считают, что на 1 кв. м дома для обогрева нужно 10 кВт, но тут не учитываются особенности постройки и температура на улице в отопительный сезон. При более подробном вычислении нужно взять в расчёт:

• количество окон, дверей;
• состояние подвала: сухой, отапливаемый или нет;
• теплоизоляцию крыши, стен.

При простом расчёте для дома на 200 кв. м необходим котёл мощностью: 200/10 = 20 кВт, который подаёт температуру 70 °С (обратка 60 °С). Теперь находим производительность циркуляционного насоса: Q= 0,86 * 20 / (70-60) = 1,72 куб. м/ч. Затем вычисляем мощность напора: (150 * 65 * 2,2) / 10000 = 2,14 м.

После расчёта всех параметров необходимо найти график напорной характеристики насоса. На сайте Epool такие схемы есть в карточке товаров. Например, у циркуляционного насоса Vodotok LRS 65-220F.

Напор в графике представлен на вертикальной оси. Показатель может быть обозначен латинской буквой H или, как у бытовых насосов Vodotok, надписью «высота подъёма».

На горизонтальной оси обозначена производительность в л/мин или куб. м/ч. Линией внутри схемы обозначена скорость работы насосного оборудования. Если модель трёхскоростная, линий несколько.

Полученные при расчётах данные нужно отметить на этом графике и найти точку пересечения. Так можно понять, подходит выбранная модель, или нет.

В каталоге Epool много циркуляционных насосов IMP, Vodotok, Zota, Termica и других производителей. Вопросы по характеристикам устройств и ассортименту можно задать по телефону 8 800 555 21 23 (для российских регионов звонок бесплатный).