Расчет циркуляционного насоса, как рассчитать расход и напор
Опубликовал admin Опубликовано: 2020-02-11 Обновлено: 2020-02-250 Комментарий(ев) 11848 Просмотр(ов)
При устройстве системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя важно правильно сделать расчет циркуляционного насоса. От правильности подбора зависит способность насосного агрегата обеспечить необходимое количество теплоносителя в каждое помещение и к самым удаленным точкам, невысокое потребление электроэнергии и отсутствие шумов в системе отопления.
Расчет “циркуляционника” основывается на двух показателях расход и напор. Ниже приводится пример, как предлагает делать расчет компания WILO.
Расчет расхода циркуляционного насоса
Для расчета расхода рекомендуется использовать следующую формулу:
Q=0,86 x V/∆T, где
Q — требуемый расход
V — теплопотери (или мощность котла) в кВт
ΔT — разница температур подачи и обратки в ℃
Например, в вашем доме установлен котел мощностью 12 кВт и мощность рассчитана правильно.
В системе вода. Разница температур 10 ℃. Вам потребуется циркуляционный насос с расходом:
Q=0,86 x 12/10 = 1,03 м³/час
Расчет напора циркуляционного насоса
В закрытой системе, каковой является отопительная, геометрическая высота перекачивания не учитывается при расчете напора. Напор циркуляционного насоса рассчитывается исходя из того, что ему нужно преодолеть сумму напоров возникающих в трубах, трубопроводной арматуре, теплообменниках, отопительных приборах. Сопротивления всех элементов системы суммируются и мы получим нужное значение. Эти характеристики для труб и запорной арматуры можно найти в инструкциях производителей.
Для упрощения компания WILO рекомендует принимать напор исходя из возраста и оснащенности системы. Например, для семейного дома высотой до 7 метров напор можно принять:
- старые системы с большим диаметром стальных труб ранее работавшие в гравитационном режиме — 0,3-0,6 метров;
- новые системы отопления из пластиковых труб без термоголовок — 0,5-1,5 метров;
- новые системы из пластиковых труб с термостатическими клапанами на радиаторах — 1,5-3,0 метров
Насос с требуемыми рабочими характеристиками подбирается по графику.
На оси ординат находим значение напора и проводим горизонтальную линию до графика второй скорости (для трехскоростного насоса). Рабочая точка должна находиться в средней части графика. Проверяем требуемый расход на оси абсцисс. Он должен входить в рабочее поле. Если не входит, подбираем агрегат большей мощности.
При расчете циркуляционного насоса нужно учесть следующие моменты. Если в дальнейшем планируются мероприятия по повышению энергоэффективности, такие как утепление, замена окон и дверей, расчетные показатели циркуляционного насоса можно уменьшить примерно на 15-25%. Если в системе будет циркулировать незамерзающая жидкость, то мощность насоса из-за повышенной вязкости среды нужно скорректировать в сторону увеличения примерно 1,5 раза.
Для точного расчета циркуляционного насоса можно воспользоваться специальными программами от производителей WILO Assistant или GRUNDFOS PRODUCT CENTER. Их можно найти на сайтах производителей.
Существенно уменьшить затраты на электроэнергию в доме с радиаторами с термостатическими клапанами можно посредством установки циркуляционного насоса с автоматическим изменением частоты оборотов вала.
Насос работает на мощности, которая необходима в данный момент времени. Если все термоголовки на радиаторах прикрыты, то насос будет работать на минимальной мощности. В линейке нашего магазина это модели WILO YONOS PICO, WILO YONOS PARA.
Пример расчета циркуляционного насоса для теплого пола можно посмотреть на видео:
Циркуляционный насос-как сделать правильный выбор
Неправильный выбор, а также неграмотный монтаж циркуляционного насоса непременно ведет к сбоям в работе всей отопительной системы. К сожалению, данные случаи не так уж и редки.
Многие выбирают насос самостоятельно, опираясь на собственный опыт и представления о том, какие характеристики оборудования будут оптимальными. Многие становятся заложниками «профессионализма» консультантов. А ведь разработка проекта системы отопления, учитывающего все характеристики и параметры используемого оборудования, способна оградить от всех возможных проблем, в том числе и связанных с работой циркуляционных насосов.
Казалось бы, что может быть проще, чем разработка проекта и, соответственно, правильный выбор циркуляционных насосов? Однако, как показывает практика, элементарное желание сэкономить на проекте или попустительское отношение при выборе оборудования свойственно как частным домовладельцам, так и застройщикам крупных жилых комплексов, что вовсе недопустимо. Но, как ни странно, в России такое случается довольно часто. Неквалифицированные застройщики, составленная с ошибками проектная документация или и вовсе ее отсутствие (да, и такие курьезы имели место быть)… Наверное, и не стоит говорить, к чему все это может привести. Если в России как-то умудряются строить многоквартирные дома даже на болотистых почвах, что в будущем непременно приведет к разрушению фундамента и кладки, то что уже и говорить и грамотном подборе оборудования для систем отопления.
Но рассмотрим теперь непосредственно насосы. Часто, пытаясь установить причины неправильного функционирования системы отопления, домовладельцы «грешат» на котел, радиаторы или вовсе на сам проект системы.
Однако, как показывает практика, часто достаточно лишь соотнести характеристики циркуляционного насоса и параметры другого оборудования системы для того, чтобы скорректировать их и добиться оптимальной работы всей системы отопления.
Для начала необходимо четко понять, для чего собственного говоря и нужен циркуляционный насос. Как известно, нагретая вода (теплоноситель) способна самостоятельно, без помощи специального оборудования, перемещаться по трубопроводу системы отопления. Происходит это благодаря естественной циркуляции жидкости ввиду разницы плотности между нагретым и остывшим теплоносителем. Однако, часто скорость естественной циркуляции оказывается недостаточной (в особенности, если речь идет о трубах малого диаметра). Именно в этих случаях, для того, чтобы привести скорость движения жидкости по трубам к расчетным параметрам, и используются циркуляционные насосы.
Для того, чтобы работа циркуляционного насоса обеспечивала потребности системы отопления, необходимо учитывать несколько параметров:
• Максимальный напор воды (высота, на которую требуется подавать воду).
• Максимальный объем потока воды (при полной нагрузке системы отопления) за единицу времени.
• Диаметр труб системы отопления.
• Химический состав теплоносителя.
Мощность циркуляционного насоса
По сути, мощность циркуляционного насоса является вторичным параметром, который характеризует величину энергопотребления прибора. И именно поэтому, выбирая насос исходя из площади отапливаемых помещений, ни в коем случае нельзя ориентироваться на его мощность. При детальном анализе можно увидеть, что мощность насосов с одинаковыми рабочими показателями может достаточно сильно отличаться ввиду их принадлежности к различным классам энергопотребления. Современные производители стараются сократить уровень энергопотребления насосов (их мощность) при сохранении непосредственно рабочих характеристик, снижая стоимость эксплуатационного обслуживания данного оборудования. Как и все современные бытовые приборы, мощность циркуляционных насосов имеет классификацию и соответствующее буквенное обозначение: «А» — наименьший уровень потребления электроэнергии, «В» — низкий уровень энергопотребления и т.
д.
Как становится понятно, мощность – это вовсе не тот параметр, который должен стать определяющим при выборе циркуляционного насоса.
В итоге, после покупки насоса, могут быть всего лишь четыре варианта: его рабочие характеристики окажутся недостаточными, окажутся избыточными, будут соответствовать проекту системы отопления, не будут соответствовать вовсе (неправильно выбран тип и класс насоса, его назначение и другие характеристики).
Максимальный напор циркуляционного насоса
Многие, выбирая насос, ориентируются именно на данную характеристику – максимальный напор. Да, параметр этот безусловно важный, но не все знают, что в обязательном порядке требуется также учитывать еще и рабочую точку (показатель, в котором отражаются одновременно и максимальный поток, и высота подъема теплоносителя). Именно рабочую точку необходимо просчитывать заранее, и основываясь на данных расчетах подбирать оптимальный насос.
Просчеты в максимальном напоре циркуляционного насоса не так ощутимы в индивидуальных жилых домах, в то время как жильцы многоэтажек могут столкнуться с большими проблемами.
Так, на нижних этажах может наблюдаться излишне высокая температура, а на верхних – слишком низкая, вовсе не приемлемая. Анализ причин таких случаев часто указывает именно на неправильный выбор циркуляционного насоса, а вовсе не на засоры радиаторов отопления и другие дефекты системы. В случае, когда строительство здания уже завершено и монтаж всех элементов системы отопления закончен, данную ситуацию может исправить лишь установка дополнительного циркуляционного насоса – последовательно или параллельно имеющемуся.
Габариты насоса
Казалось бы – чем габаритные размеры циркуляционного насоса могут повлиять на качество функционирования системы отопления? Действительно, проблема тут кроется несколько в другом. Нередки случаи, когда даже правильно подобранный по рабочим характеристикам насос просто невозможно установить из-за того, что строители не предусмотрели для этого достаточного места. В итоге, в результате безысходности данной ситуации, домовладельцы вынуждены покупать отдельные элементы системы, комбинировать их, надстраивать элементы трубопровода… Далекий от эстетики внешний вид такого «творчества» — это лишь одна проблема.
Ведь все это сооружение потребуется еще и обслуживать!
В этой ситуации может быть всего два выхода. Первый – это переделать всю обвязку системы отопления. Естественно, часто это просто невозможно ввиду крайней трудоемкости данного процесса и значительных финансовых затрат, с этим сопряженных. Второй выход, более экономичный, — это монтаж насосного оборудования вдали от основного трубопровода, на специальном ответвлении.
Циркуляционный насос и незамерзающая жидкость
Незамерзающая жидкость в качестве теплоносителя используется все чаще и чаще. Естественно, этому есть рациональное объяснение. К примеру, при отключении электроэнергии (что является не такой уж и редкостью, в особенности, за городом), система отопления не промерзает и способна к быстрому возобновлению нормального функционирования при последующей подаче электричества. Однако, при выборе оборудования для подобных систем отопления не все учитывают тот факт, что вовсе не все циркуляционные насосы (в особенности – импортного производства) и другие элементы предназначены для работы с незамерзающей жидкостью, что ведет к массе проблем в будущем.
А для того, чтобы избежать проблем с возможными перебоями в подаче электроэнергии, часто более оправдано использовать источники бесперебойного питания, которые, ко всему прочему, компенсируют скачки напряжения, предотвращая поломку оборудования. Ведь незамерзающая жидкость, помимо несовместимости с большей частью представленного на российском рынке насосного оборудования, имеет ряд дополнительных недостатков: она токсична, крайне пожароопасна, может привести к разрушению некоторых элементов системы отопления (из-за содержания гликолей), ее разгерметизации. Но если Вы все-таки остановили на ней свой выбор (в частности – на этиленгликоле), давайте поговорим о подходящих циркуляционных насосах.
Выбирая насос, нужно учитывать то, что вязкость этиленгликоля приблизительно в 2-4 раза выше, чем у воды. И именно поэтому циркуляционный насос для подобной жидкости должен характеризоваться большей мощностью (по максимальному напору – на 50-60 процентов, по производительности – на 10-15 процентов).
Кроме этого, покупая насос, обратите внимание на то, не указана ли производителем информация о том, что он предназначен исключительно для работы с дистиллированной водой или смесями на основе водогликолей. Специфика тут кроется в системе охлаждения данных насосов, которая предусматривает охлаждение ротора непосредственно перекачиваемой жидкостью. Жидкость для охлаждения ротора (вода) поступает через специальную мембрану, отверстия которой рассчитаны на размер молекул воды и обеспечивают оптимальную скорость потока жидкости для охлаждения. Именно поэтому, при использовании этиленгликоля, молекулы которого в разы больше, чем молекулы воды, не будет обеспечиваться эффективного охлаждения мотора и насос может просто перегреться и выйти из строя. Естественно, производители современных циркуляционных насосов побеспокоились и об этом, комплектуя оборудование мембранами с увеличенными отверстиями. От Вас потребуется лишь внимательней отнестись к этому моменту и не упустить его из виду.
Не стоит также забывать и способности незамерзающих жидкостей вызывать коррозию некоторых элементов насоса, в особенности – обработанными масляными красками, а также уплотнителей вала насоса.
Избыточная мощность насоса
Избыточные характеристики циркуляционного насоса не менее «неприятны» при эксплуатации системы отопления, чем недостаточные. В частности, можно столкнуться с повышенным уровнем шума (ввиду недостаточного гидравлического сопротивления жидкости и возникающей турбулентности в трубах), повышением средней температуры жидкости в радиаторах отопления (ввиду недостаточного перепада температуры теплоносителя), что в свою очередь, ведет к избыточному энергопотреблению или расходу иного топлива.
Наверное, не стоит говорить о том, что принцип «чем больше, тем лучше» в отношении характеристик насоса при его выборе, абсолютно неприемлем. Ведь все элементы системы отопления должны оптимальным образом соответствовать друг другу по мощности, производительности, типу и т.д. Только в этом случае можно рассчитывать на бесперебойную и эффективную работу всей системы. К примеру, казалось бы высокотехнологичные и современные насосы с электронным управлением, несмотря на кажущиеся преимущества, не рекомендуется использовать в контурах нагрева бойлера ГВС ввиду уменьшения мощности по мере нагревания теплоносителя.
И это лишь один из десятков возможных ошибок при выборе оборудования.
Давление в системе отопления и выбор насоса
При выборе циркуляционного насоса в обязательном порядке необходимо учитывать такие параметры, как максимальное рабочее давление и минимальный подпор. При этом, нужно четко понимать разницу между этими двумя понятиями. Ведь подпор – это давление жидкости на входе насоса. И величина подпора ни в коем случае не должна опускаться ниже указанного производителем насоса уровня. В противном случае, сбоев и поломок оборудования не избежать. Ведь в результате повышенной разницы давления жидкости на входе насоса и в зоне рабочего колеса велик риск возникновения кавитации: пузырьки воздуха, образовавшиеся на входе, разрушаются в рабочем колесе насоса, повреждая его структуру.
Правильный выбор сделан, дело за грамотным монтажом
Проблемы в функционировании и нормальном обслуживании системы отопления могут возникнуть также из-за неграмотного расположения и метода монтажа циркуляционного насоса.
К примеру, ввиду стремления добиться максимальной эстетики, многие заказчики настаивают на таком расположении оборудования, которое делает невозможным его дальнейшее обслуживание или ремонт. Нередки также случаи, когда насос устанавливается под неприемлемым углом, что ведет к нарушению его нормального функционирования, перегреву и потерям производительности. При этом, совершенно непонятно, почему монтажники даже не удосуживаются ознакомиться с инструкцией по установке насоса, разработанной производителем.
Подводим итоги
В качестве заключения можно привести те же доводы, что и были указаны в самом начале данной статьи. Правильный выбор циркуляционного насоса способен обезопасить домовладельцев от множества проблем с системой отопления, и этому вопросу необходимо уделить самое пристальное внимание, не полагаясь лишь на собственный опыт и «профессионализм» консультантов. А грамотно разработанный проект – это залог успешного выбора насоса и любого другого оборудования для систем отопления.
Циркуляционные насосы
Одной из наиболее часто неправильно понимаемых концепций, когда речь идет о механических системах зданий, является циркуляция в системе с замкнутым контуром. Понятия чистого положительного напора на всасывании (NPSH), статического давления напора, перепада давления и других часто неправильно применяются, когда речь идет о системе циркуляции с замкнутым контуром. В этой статье мы дадим некоторые рекомендации по правильному применению этих теорий и терминологии, которая будет использоваться при обсуждении циркуляции в системе с замкнутым контуром.
Во-первых, мы должны определить, что мы имеем в виду, когда говорим о замкнутой системе. Система с замкнутым контуром — это любой циркуляционный контур, в котором определенная среда (вода, гликоль и т. д.) непрерывно циркулирует по системе трубопроводов. Среда обычно используется для нагрева и нагревается и охлаждается с помощью механического оборудования (например, котлов, нагревательных баков, радиаторов).
В этих системах подающий клапан используется для заполнения контура и повышения давления, а также для восполнения потери воды из-за неисправных прокладок, ослабленных фитингов или других непреднамеренных утечек.
Подающий клапан, представляющий собой просто редукционный клапан, изначально настроен так, чтобы поступающая вода могла преодолеть статическое давление напора в контуре. Например, когда вода заполняет систему, покрывающую пятиэтажное здание, через подающий клапан, расположенный на первом этаже, давление воды на первом этаже будет увеличиваться по мере повышения уровня воды в системе. Когда эта система заполнена, между водой на 5-м этаже и водой на 1-м этаже будет примерно 45 футов вертикального расстояния. Если давление воды на 5-м этаже составляет 0 фунтов на квадратный дюйм, манометр на 1-м этаже все равно будет показывать около 190,5 фунта на кв. дюйм из-за давления воды (статическое давление напора). Давление настройки подающего клапана должно быть не менее 25 фунтов на квадратный дюйм, чтобы преодолеть статическое давление напора и гарантировать, что уровень давления в самой высокой точке контура все еще сохраняется.
В то время как большинство читателей понимают концепции, упомянутые до этого момента, в следующем компоненте возникает много недоразумений. Теперь, когда замкнутый контур заполнен водой, должны быть средства для циркуляции воды по контуру; циркуляционный насос. Первым параметром, используемым для выбора соответствующего насоса, является скорость потока, которая определяется рядом других факторов и не будет рассматриваться в этой статье. Следующей важной характеристикой насоса является напор нагнетания или повышение давления, которое способен произвести насос. Существует распространенное заблуждение, что напор нагнетания необходим для перекачки воды в самую высокую точку контура, но это работа давления воды из подающего клапана. Цикл уже заполнен, и теперь его нужно прокрутить. Напор насоса должен быть равен или больше общей потери давления из-за обтекания контура водой. Насос выбирается таким образом, чтобы компенсировать эти потери при требуемом расходе.
В системе с замкнутым контуром напор насоса никогда не выбирается на основе высоты здания, а определяется общей потерей давления в системе.
Однако требуемый чистый положительный напор на всасывании (NPSHR) также является важной характеристикой насоса, которую необходимо учитывать при выборе и размещении циркуляционного насоса. Во избежание кавитации на рабочем колесе насоса на входе должно быть достаточное давление. По этой причине циркуляционные насосы обычно находятся на нижнем этаже вместе с другим механическим оборудованием.
Хотя эта статья, безусловно, не охватывает всю информацию, необходимую для проектирования системы с замкнутым контуром, ее целью было только дать некоторую первоначальную ясность по циркуляционному насосу системы с замкнутым контуром.
Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить дополнительную информацию
Поговорите с нами о котлах
Точка отсутствия изменения давления
Написано: 1 ноября 2018 г. Джорджем Кэри
Был человек по имени Гил Карлсон, который работал в Bell & Gossett. Со временем он стал известен как «отец современной гидроники».
Он изобрел продукты и разработал различные теории и приложения, которые сегодня мы считаем стандартными процедурами. Его самым важным открытием была «точка отсутствия изменения давления». Эта тема посвящена важности правильного расположения насоса в закрытой гидравлической системе.
Манометр покажет один фунт на дюйм, если вы поместите его на дно водяного столба высотой 28 дюймов.
Что означает правильное расположение циркуляционного насоса в закрытой системе? Циркуляционные насосы в системе должны располагаться так, чтобы они «откачивали» расширительный бачок. При такой установке при включении циркуляционного насоса создаваемый им перепад давления будет добавляться к статическому давлению в системе. Статическое давление – это давление, существующее во всей системе при выключенном циркуляционном насосе. Это просто вес воды. Если бы вы поместили манометр на дно столба воды высотой 28 дюймов, манометр зарегистрировал бы 1 фунт на квадратный дюйм. Это один фунт давления на квадратный дюйм .
Когда центробежные насосы используются в закрытых гидравлических системах под давлением, они называются циркуляционными насосами. Причина в том, что циркуляционный насос не толкает и не тянет воду по системе, а скорее циркулирует воду по системе. Циркуляционный насос не создает давления, только перепад давления. Кроме того, давление на стороне нагнетания циркуляционного насоса должно быть выше, чем давление на стороне его входа.
Помните старую поговорку: «Высокое давление ведет к низкому давлению?» В гидравлической системе, подумайте об этом так: система представляет собой закрытое колесо под давлением. Когда циркуляционный насос выключен, вода не циркулирует через колесо. Однако когда включается циркулятор, он нарушает существовавший баланс. Направление потока воды определяется более высоким давлением на стороне нагнетания циркуляционного насоса. Ключевое различие между давлением и перепадом давления заключается в том, что когда циркуляционный насос включается, циркуляторному насосу все равно, увеличивается ли его давление нагнетания или падает ли его давление на всасывании, пока давление на нагнетательной стороне циркуляционного насоса выше, чем на стороне нагнетания.
Если вода в этой закрытой гидросистеме будет циркулировать независимо от того, на подаче или на обратке циркуляционный насос, то к чему вся эта суета вокруг его расположения? Ответ связан с тем, как циркуляционный насос может изменить статическое давление в системе. Если циркуляционный насос расположен на подаче, откачивая от расширительного бака, давление в системе будет повышено. Если циркуляционный насос расположен на обратке, качающей в сторону расширительного бака, давление в системе будет снижено. Это падение давления может вызвать всевозможные проблемы.
Направление потока воды определяется более высоким давлением
на стороне нагнетания циркуляционного насоса.
Воздух, вовлеченный в воду, при воздействии более низкого давления выходит из раствора в виде пузырьков. Это может вызвать булькающие звуки, снижение эффективности теплопередачи и, вполне возможно, связывание излучения с воздухом, что требует обращения в сервисную службу для продувки воздуха. Если перепад давления в циркуляционном насосе высокий, он может сбросить давление в системе на верхнем этаже до вакуума. Конечно, любые поплавки, находящиеся в вакууме, будут втягивать воздух
Точка НЕТ изменения давления
Почему циркуляционный насос не может изменить давление в системе в точке подключения расширительного бака к системе? Этот вопрос часто задают как в полевых условиях, так и на наших семинарах по гидротехнике.
Закон Бойля гласит, что если у вас есть газ (воздух), захваченный в резервуаре (расширительном баке), его объем уменьшится, если вы добавите к нему давление. Точно так же его объем будет увеличиваться, если давление будет снижено. Другими словами, если вы сожмете газ, его давление повысится, и наоборот, если вы позволите газу расшириться, его давление упадет. Как все это относится к гидротехническим системам? Чтобы изменить давление в расширительном бачке (мембранном или стальном), надо сжать находящийся там воздух. Когда котел нагревает воду в системе, вода расширяется, сжимая воздух в расширительном баке. Это вызывает повышение давления в системе, что можно увидеть на манометре котла. Когда вы открываете наполнительный клапан, чтобы добавить больше воды в систему, дополнительная вода поступает в расширительный бак, потому что трубопровод уже заполнен водой, сжимая воздух, вызывая повышение давления в системе, которое отображается на манометре котла.
Согласно закону Бойля, если газ сжать, его давление повысится; если газ расширяется, его давление падает.
Если циркуляционный насос откачивает из расширительного бака, может ли он забирать воду из бака? Если вы думаете, что да, то куда бы вы его положили? Трубопровод уже заполнен, и вы не можете сжать воду. Если циркуляционный насос качает в сторону расширительного бака, может ли он накачать воду в бак? Воздух является сжимаемым , поэтому вода может попасть в бак. Однако откуда взяться воде? Если вы думаете, что это может исходить из контура трубопровода, то это означает, что в контуре трубопровода будет пустота. Мать-природа ненавидит вакуум (пустоту)!
Нет, при включении циркуляционного насоса он не может ни добавлять, ни удалять воду из расширительного бачка. Если он не может изменить объем воды в резервуаре, он не может изменить объем воздуха (газа) в резервуаре. Это означает, что он не может изменить давление в резервуаре или трубопроводе, соединяющем резервуар с системой.
