Как выбрать качественный циркуляционный насос для системы отопления

Исследования, проведенные на практике, показывают, что сопротивление прямых участков трубопровода (R) варьируется в пределах 100–150 Па/м. Это соответствует необходимому напору для насоса, который составляет от 0,01 до 0,015 м на каждый метр трубопровода. При этом следует учитывать как длину подающей, так и обратной линии.

Циркуляционный насос для системы отопления: какой выбрать

Циркуляционные насосы предназначены для поддержания непрерывной циркуляции теплоносителя в контурах систем отопления. Эти устройства проектируются на долгосрочный и стабильный режим работы. Выбор подходящего насоса является критически важным, поскольку эффективность его работы напрямую влияет на комфорт в доме и функционирование всей системы отопления. В данной статье мы подробно рассмотрим, как правильно выбрать необходимую модель.

Согласно основам физики, нагретый теплоноситель, расширяясь, поднимается вверх, а остывая, опускается в трубах вниз под действием земного притяжения. Данная циркуляция называется естественной. Благодаря этому принципу некоторые отопительные системы могут обходиться без циркуляционных насосов. Например, подобные схемы обычно используются в небольших частных домах, где обогреваемая площадь составляет до 100 м² и более.

Однако при разработке систем отопления для многоэтажных зданий сложно обойтись без циркуляционного насоса, поскольку:

• Когда теплоноситель движется по трубам, он сталкивается с гидродинамическим сопротивлением, из-за чего воду нужно фактически «проталкивать» через систему. При вычислениях за каждые 10 метров горизонтально расположенной трубы принимаем во внимание 1 метр добавочного напора. Данная оценка приблизительна и зависит от количества поворотов в системе, а также от диаметра труб.
• В условиях низких температур естественная циркуляция может оказаться недостаточной для правильного функционирования радиаторов отопления, что приводит к их более быстрому остыванию и незначительному увеличению скорости движения жидкости.

Таким образом, циркуляционные насосы играют важную роль, позволяя:

• Создавать отопительные системы для многоквартирных зданий с жилой площадью свыше 200 м².
• Увеличивать эффективность систем отопления с естественной циркуляцией в зимний период.
• Продовольствовать срок эксплуатации котлов и их теплообменников за счет поддержания оптимального режима циркуляции теплоносителя. Это предотвращает закипание воды и уменьшает образование накипи на стенках теплообменников.

Выбор модели циркуляционного насоса

Тип: сухой или мокрый ротор

Существуют два основных типа циркуляционных насосов: с сухим и мокрым ротором. В случае с сухим ротором только крыльчатка насоса находится в жидкости, в то время как в насосах с мокрым ротором — весь ротор.

Модели с сухим ротором обладают следующими преимуществами:

• Высокий коэффициент полезного действия (КПД) до 80% и выше. Они более экономичны по сравнению с аналогами с мокрым ротором, так как испытывают меньшее сопротивление во время работы.
• Ниже стоимость из-за более простой конструкции, что приводит к меньшей себестоимости производства.

Тем не менее, у них есть и недостатки:

• Нуждаются в регулярном обслуживании, поскольку они подвержены износу.
• Издают заметный шум во время работы. Однако, если установить насос в отдельной комнате, например, рядом с котлом, этот недостаток сводится к минимуму.
• Срок службы ограничен 3-5 годами.

Преимущества моделей с мокрым ротором включают:

• Минимальный уровень шума. Благодаря тому, что ротор вращается в жидкости, шум гасится гораздо эффективнее, чем в воздухе, что делает их подходящими для установки в жилых помещениях.
• Не требуют обслуживания. Охлаждение электродвигателя идет за счет жидкости, что способствует продолжительному сроку эксплуатации без необходимости в замене или ремонте.
• Служат 8-10 лет без значительных проблем.

Производительность и напор

В циркуляционных насосах два ключевых параметра: производительность (обозначается как Q) и напор (обозначается как H) имеют обратную функциональную зависимость. Это соотношение обычно показывается на графиках в инструкциях к устройствам. Рассмотрим характеристики, например, насосов серии Wilo-Star-RS.

Чем выше необходимо поднимать теплоноситель, тем ниже будет максимальная производительность насоса, и наоборот.

В Интернете можно найти готовые таблицы для расчета необходимой производительности моделей для типовых схем отопительных систем. Для приблизительных вычислений подойдет формула: каждые 10 метров горизонтальной трубы эквивалентно 1 метру напора.

Выбирать модель с большим запасом мощности не рекомендуется, так как это приведет к увеличению затрат на электроэнергию. С другой стороны, незначительная недооценка мощности может уменьшить эффективность системы отопления. В большинстве частных домов не требуется использование насосов с напором более 8 метров.

В линейке моделей Wilo и других производителей, обладающих регулировкой мощности, напор представляют диапазоном. Например, 1-3 метра — для небольших зданий в 1-2 этажа, 4-6 метра — для зданий в 3 этажа и так далее.

Интеграция с домашней автоматикой

Большинство современных циркуляционных насосов предполагают возможность плавного изменения мощности или наличие заранее установленных уровней. Это дает возможность выбрать оптимальный режим работы в зависимости от температуры окружающего воздуха. В морозный период необходима максимальная мощность для эффективного обогрева помещения, в то время как в теплую погоду может быть достаточно естественной циркуляции или работы насоса на минимальных значениях.

В недорогих моделях изменение уровня мощности осуществляется поворотной ручкой.

Управление мощностью также можно доверить автоматике. В некоторых моделях циркуляционных насосов Wilo и других европейских производителей уже имеется встроенный блок управления с термостатом, который можно регулировать с помощью поворотной ручки.

Что такое циркуляционный насос?

Любая отопительная система представляет собой замкнутый контур. Ключевым элементом этой системы является котел, который отвечает за нагрев воды. Обычно его подключают в разрыв контурной системы. Нагретая в котле вода подается в трубы, проходит через весь контур, постепенно остывая, и возвращается обратно в нагреватель. Чем быстрее вода движется по этому пути, тем выше считается эффективность системы.

Когда скорость течения недостаточна, в систему устанавливается насос для создания необходимого напора. Благодаря высокому напору теплоноситель движется в определённом направлении и с заданной скоростью, что дает возможность контролировать циркуляцию воды.

Некоторые современные котлы уже оснащены встроенными насосами, однако их мощность зачастую бывает недостаточной для обеспечения эффективной работы всей системы. Если контур имеет значительные размеры и разветвленность, установка отдельного устройства становится обязательной.

В насосах предусмотрено 2-3 режима скорости. При увеличении скорости теплоносителя возможно улучшение нагревательных свойств радиаторов.

Как устроен насос?

Для бытовых нужд чаще всего используются устройства с центробежным принципом действия. Насос с центробежным колесом устанавливается в системах домашнего отопления благодаря своей доступной стоимости и простоте монтажа. Во время работы жидкость, выходящая из котла, попадает на колесо и выбрасывается через трубку сбоку.

• корпус;
• электрический мотор с колесом и валом.

Каждое колесо состоит из двух дисков, соединённых между собой лопастями.

В зависимости от конструкции насосы могут различаться. Например, в устройствах с мокрым ротором имеются стакан ротора, статор, крыльчатка и крышка.

В насосах с сухим ротором дополнительно присутствует уплотнительная система, подшипники и разделительный стакан. Подобные агрегаты обычно имеют КПД не более 80% и чувствительны к жестким примесям в жидкости.

В заключение

Определив так называемую рабочую точку циркуляционного насоса, включая параметры напора и подачи, остаётся выбрать подходящий насос из каталога с близкими характеристиками. По показателю производительности (Q) рабочая точка должна находиться в средней части диаграммы (рис. 1).

Важно помнить, что расчетные параметры необходимы для функционирования системы в условиях максимальной нагрузки. Такие сценарии происходят довольно редко, в основном потребность в тепле наибольшую часть отопительного сезона оказывается ниже, чем максимально запланировано. Поэтому, если есть сомнения, лучше выбрать насос с меньшей мощностью. Это поможет не только сэкономить при приобретении, но и снизить дальнейшие расходы на электроэнергию.

Пример в качестве проверки

Корректность расчетов по методике, описанной выше, можно проверить, сопоставив результаты с данными точных вычислений на реальном проекте, выполненном в соответствии со СНиП.

Задача заключалась в расчете циркуляционного насоса для двухтрубной системы отопления с поэтажной разводкой труб от коллектора. Предварительно установлено, что потребность здания в тепле составляет 45,6 кВт, необходимый расход теплоносителя — 2,02 м³/ч. Схема труб имеет четыре отрезка и теплорегуляторный вентиль, до самого отдаленного радиатора.

Суммарные потери давления в системе составляют:

ΔP = 0,63 + 0,111 + 0,142 + 0,289 = 1,178 м

Согласно СНиП 2.04.05-91*, к этой величине следует добавить 10% на неучтённые потери давления:

ΔP = 1,178 × 1,1 = 1,296 м

Таким образом, циркуляционный насос для данной системы должен обеспечивать подачу 2,02 м³/ч теплоносителя и напор в 1,3 м. Этим требованиям соответствует насос HZ 401 (Deutsche Vortex) или UPS 25-40 (Grundfos).

При расчёте по методике, изложенной в статье, получаем:
H = 0,015 × (3,2 + 4,4 + 8,9 + 21,7) × 1,3 × 1,7 = 1,266 м,

Насос с частотником — когда он необходим?

Обычные циркуляционные насосы функционируют на трех постоянных скоростях: первой, второй и третьей. Мы можем включить насос на первой, самой низкой скорости, и проверить: если система отопления полностью прогрелась — оставляем всё как есть. Если далеко расположенные радиаторы не работают, повышаем скорость на вторую, и если это не помогает — на третью. Насос с частотным преобразователем более эффективен, так как способен автоматически подстраиваться под систему отопления, что позволяет экономить электроэнергию.

Например, потребляемая мощность насоса марки 25-40 на третьей скорости составляет 68-70 ватт. Напротив, насос с частотным преобразователем работает в три раза эффективнее, и его потребление составляет около 18 ватт. Таким образом, экономия за сутки составит (68 — 18) * 24 часа = 1,2 кВт·ч.

При отопительном сезоне в 200 дней в году и стоимости электроэнергии в 3 рубля за 1 кВт·ч — годовая экономия составит 720 рублей. Однако, следует понимать, что хотя экономия кажется значительной, разница в цене между обычным насосом и аналогичным устройством с частотным преобразователем может составлять несколько тысяч рублей. (Сравнить цены различных циркуляционных насосов вы можете здесь.)

Итак, следует ли заключить, что насос с частотным преобразователем нам не нужен? Экономия не столь велика, а срок окупаемости слишком длинный.

Тем не менее, есть ситуации, когда такой насос является необходимым — это системы отопления с переменными расходами теплоносителя. Что это подразумевает? Допустим, ваша отопительная система состоит из десяти радиаторов, каждый из которых оснащён термоголовкой. Эта голова контролирует теплообмен, перекрывая радиатор в зависимости от температуры в помещении. Когда дом начинает нагреваться, термостатические краны полностью закрывают девять радиаторов, оставляя лишь один, который продолжает некоторую работу. В такой ситуации обычный насос тратит всю свою мощность на прокачку теплоносителя через единственный открытый радиатор, из-за чего скорость потока в нем значительно увеличивается, что может вызывать шум, аналогичный звуку закипающего чайника. Напротив, насос с частотным преобразователем в этом случае уменьшит свою мощность, что предотвратит слишком высокие скорости теплоносителя в радиаторе.

Две основные ошибки при подборе

Существует распространенное заблуждение, что если высота отопительной системы составляет, к примеру, шесть метров, то и максимальный напор циркуляционного насоса должен быть не менее этой величины. На самом деле это не так. Действительно, для того чтобы перекачать воду из одного резервуара в другой, расположенный выше, нужен насос, который способен обеспечить напор больший, чем разница высот между резервуарами. Однако в замкнутой системе, какой и является система отопления, все обстоит иначе. Здесь насосу достаточно преодолеть гидравлическое сопротивление системы, поэтому насос марки 25-4 вполне может прокачать небольшую систему отопления в двухэтажном доме с подвалом.

Второй распространенной ошибкой является подбор циркуляционного насоса по диаметру труб. К примеру, если ваша система отопления построена на основе катушек диаметром 40 мм, это не означает, что вам нужен насос с присоединением на 40 мм. Более того, проходное сечение насосов марки 32-4 и 25-4 идентично, разница заключается только в размерах присоединительных патрубков.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАСОСОВ

На сегодняшний день на российском рынке представлено множество производителей циркуляционных насосов из различных стран, таких как Германия, Дания, Китай, Россия и другие. На какие моменты следует обратить внимание при выборе производителя насоса?

В первую очередь, важно качество сборки и исполнения деталей и узлов оборудования. Ремонт насоса, или даже замену узлов системы отопления (которые вышли из строя из-за поломки насоса) будет стоить значительно дороже, чем покупка качественного устройства, установленного изначально. Чтобы выбрать надёжный циркуляционный насос, лучше приобретать продукцию проверенных временем брендов и покупать только у добросовестных поставщиков (остерегайтесь подделок!). Профессиональные сервисные инженеры компании PROM GURU (ПРОМ ГУРУ) рекомендуют устанавливать насосы как производителей уровня GRUNDFOS, WILO, LOWARA, DAB и CALPEDA. При корректном выборе насоса, его характеристик и типа, он прослужит долго, не создавая перебоев в системе отопления вашего дома.

Кроме расчетных показателей, следует учитывать особенности сами систем, многие некачественные или низкобюджетные циркуляционные насосы имеют ограниченные температурные режимы. Даже если производитель заявляет, что оборудование может работать до +90°С, на практике использование при температурах выше +70°С может быть затруднено. Большинство моделей от рекомендованных производителей могут функционировать с теплоносителем до +110°С. Насосы с такими показателями рекомендуется применять для систем, где теплоносителем выступает гликоль.

Также важно обратить внимание на максимальное рабочее давление в характеристиках насоса. Обычно для циркуляционных насосов с мокрым ротором в системах отопления частных домов стандартные показатели составляют 6 или 10 бар в зависимости от модели и производителя. Этого достаточно для жилых зданий в два-три этажа, где давление в системе редко превышает 1,5-2,5 бар.

Всегда проверяйте совместимость выбранного насоса с диаметром труб. Большинство производителей маркируют свои насосы следующим образом — COMPANYNAME XY 25-10, COMPANYNAME XY 32-10, где первое число обозначает внутренний диаметр подключения в миллиметрах. При этом установка насоса с большим диаметром подключения (по сравнению с трубопроводом) допустима, а с меньшим крайне нежелательна.

Не забывайте также о длине насоса. Большинство моделей циркуляционных насосов для бытового использования имеют длину 180 мм, однако встречаются и модели длиной 130 мм. Последние используются довольно редко и, как правило, в условиях сильно ограниченного пространства, поскольку все стандартные байпасы, доступные в магазинах, расчитаны на стандартную длину в 180 мм.

РАСЧЕТ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Прежде чем перейти к описанию этого раздела, мы хотим подчеркнуть: все расчеты, упомянутые в статье, являются теоретическими. Если вы доверяете исключительно цифрам или хотите перепроверить работы монтажников, обязательно сверяйте расчетные характеристики агрегата с рекомендациями экспертов – поскольку итоговые результаты должны совпадать.

Оптимальные расчеты учитывают множество параметров, таких как: материалы строительства, теплоизоляцию, географический регион, высоту потолков и тому подобное.

Для примера расчета в качестве теплоносителя для нашей системы будем использовать воду. Однако, как было упомянуто ранее, использовать воду в системах отопления может быть неудобно.

Итак, рассмотрим расчет производительности насоса для дома общей площадью 250 м². По принятым нормам для обогрева площади в 10 м² требуется 1 кВт мощности нагревателя (при проектировании жилого дома стоит точно указывать количество тепла, необходимое для отапливаемых помещений, учитывая все теплопотери, зависящие от материалов, из которых сооружен дом, его утепления, а также от количества и типа окон). На площади в 150 м² следовательно будет нужен котел мощностью не менее 25 кВт, но обычно лучше закладывать запас, поэтому для примера мы будем рассматривать котел мощностью 20 кВт.