Как выбрать циркуляционный насос
Принцип работы обычной системы отопления в небольшом доме основывается на естественной циркуляции теплоносителя по трубопроводу. Для зданий, площадь которых исчисляется сотнями квадратных метров и несколькими этажами, такой способ обогрева помещений будет неэффективным. Дело в том, что при естественной циркуляции теплоносителя давление, создаваемое в трубопроводе, не превышает показатель в 0,6 мПа, а это слишком мало для двух- или трехэтажных домов. Увеличить скорость и силу циркуляции воды в системе можно только двумя способами: смонтировать трубопровод большого диаметра, либо нагнетать теплоноситель принудительно с помощью оборудования – циркулярного насоса. Первый вариант обойдется недешево, так как стоимость труб довольно высока. Для обогрева дома площадью от 110 кв.м. будет целесообразным установить циркуляционные насосы для систем отопления.
Конструкция и принцип действия
Насосы нагнетательного действия принадлежат к категории узкоспециализированного оборудования. Их назначение – принудительная циркуляция воды в замкнутой системе трубопровода. Устройство циркуляционного насоса очень схоже с конструкцией дренажного насосного оборудования:
корпус — для производства его деталей применяются металлы с нержавеющими свойствами (сталь, чугун, латунь, бронза), сплавы; ротор — может быть изготовлен из керамики или высококачественной стали; вал ротора – оснащается колесом-крыльчаткой с расположенными на нем лопастями; электродвигатель определенной мощности, который приводит в движение ротор.
Схема работы циркуляционного насоса
Являясь частью замкнутого трубопровода, циркуляционный насос осуществляет всасывание жидкости с одной стороны, ускоряет ее движение вращениями крыльчатки и выталкивает с другой стороны. В результате этого процесса во входном патрубке образуется разряженное пространство, а на выходе возникает компрессия.
Равномерная работа оборудования будет обеспечивать поддержание определенного уровня давления в системе. Однако увеличить его показатель удастся только с помощью повысительного насоса. Главной же функцией циркуляционных насосов для систем отопления является преодоление сопротивления на участках трубопровода.
Типы и виды насосов
Существует два основных типа насосов, условно называемых «сухой» и «мокрый».
Насосы «сухого» типа
В первом случае не происходит прямого контакта с водой рабочей части ротора, так как он защищен несколькими уплотнительными кольцами. Для изготовления этих деталей может быть применен угольный агломерат, высококачественная сталь или керамика, окись алюминия – в зависимости от типа используемого теплоносителя.
Запуск агрегата инициирует движение колец по отношению друг к другу. Детали имеют идеально отполированные поверхности, которыми они соприкасаются и создают тонкий слой водяной пленки. Такое герметизирующее соединение создается за счет разницы уровней давления внешнего пространства и атмосферы отопительной системы. Пружины прижимают кольца навстречу друг другу, в связи с чем, по мере изнашивания детали без постороннего вмешательства подгоняются друг к другу.
Продолжительность срока эксплуатации колец составляет около трех лет, что намного долговечнее сальниковой набивки, которая нуждается в периодическом охлаждении и смазке. Коэффициент полезного действия насосов «сухого» типа составляет 0,8 или 80%. Особенность работы такого оборудования – высокий уровень шума, поэтому для его установки необходимо подыскивать отдельное помещение.
При применении насоса с сухим типом ротора, имеющим скользящие торцевые кольца, необходимо контролировать присутствие взвеси в перекачиваемой жидкости и общую степень запыленности помещения. Дело в том, что специфика работы «сухого» насоса состоит в создании воздушных завихрений, которые притягивают частички пыли. Мелкий мусор, попадающий в теплоноситель, может повреждать поверхность колец и нарушать герметичность. Особенность работы сухих насосов – постепенное разрушение торцевых уплотнителей, поэтому им необходимо присутствие водного слоя между рабочими поверхностями, выполняющего роль смазки.
Насосы «сухого» принципа действия могут быть нескольких видов и иметь конструктивные особенности. Консольными (или горизонтальными) называют агрегаты, где всасывающая трубка расположена с торца «улитки», нагнетающая — радиально закреплена на корпусе, а электродвигатель установлен в горизонтальном положении.
Насосы вертикального типа оборудованы патрубками одинакового диаметра, которые располагаются на одной линии, а электродвигатель закреплен в вертикальном положении. В конструкции блочного насоса поступление теплоносителя происходит по осевому направлению, а выход – по радиальному.
Насосы «мокрого» типа
В насосах, принадлежащих к типу «мокрых» агрегатов, рабочая движущаяся часть – крыльчатка – погружена непосредственно в теплоноситель, выполняющий одновременно роль смазки и охладителя двигателя. Электрическая часть мотора защищена от попадания влаги герметичным стаканом из нержавеющей стали, установленным между ротором и статором.
Материалом для изготовления ротора обычно служит керамика, для изготовления подшипников применяют графит и ту же керамику. Корпус агрегата может быть изготовлен из чугуна, латуни или бронзы. К особенностям работы циркуляционных насосов «мокрого» типа можно отнести низкий уровень шума при работе, продолжительный срок эксплуатации без техобслуживания, легкость и простота настройки и ремонта.
Уровень КПД оборудования данного типа ниже, чем у «сухих» насосов почти на 30%, и имеет показатель 0,5. Такая низкая степень производительности обусловлена невозможностью герметизации металлической гильзы, отделяющей статор и носитель тепла, при большом диаметре ротора. Но для бытовых нужд, где не требуется обеспечение циркуляции теплоносителя в трубопроводах большой протяженности, такие насосы использовать целесообразно.
Модульная конструкция современных циркуляционных насосов «мокрого» типа состоит из:
корпуса агрегата; электрического мотора со статором; короба с клеммниками; рабочего колеса; картуша, в состав которого входит вал с подшипниками и ротор.
Удобство модульной сборки стоит в том, что в любой момент можно заменить вышедшую из строя часть насоса новой, а из единого блока картуша всегда с легкостью можно устранить скопившийся воздух.
В конструкцию циркуляционных насосов «мокрого» типа производители могут устанавливать одно- или трехфазные электродвигатели. Для крепления агрегата к трубопроводу отопительной системы предусмотрено резьбовое или фланцевое соединение – тип крепления зависит от мощности и производительности агрегата.
Строго горизонтальное закрепление вала обеспечивает доступ теплоносителя к подшипникам, который выполняет функцию смазочного материала. Следовательно, для бесперебойной и продолжительной работы насоса это правило должно быть соблюдено.
Критерии выбора насоса для отопительных систем
Перед тем, как сделать выбор в пользу того или иного типа циркуляционного насоса, следует обратить внимание на уровень его производительности. При этом способ расчета очень простой: мощность котла приравнять к объему пропускаемой за минуту воды. Например, при мощности отопительной установки в 35 кВт через нее пройдет 35 литров теплоносителя.
Далее следует определить, каков будет расход воды на определенном участке циркуляции. Для этого нужно использовать данные о мощности отопительных радиаторов, которые известны, и приравнять.
Вычислить расход теплоносителя в системе трубопровода также не составляет труда. Необходимо знать диаметр использованных труб (в дюймах):
при диаметре ½ — расход теплоносителя 5,7 литра/мин.; при диаметре ¾ расход теплоносителя 15 литров/мин.; при диаметре 1 — расход теплоносителя 30 литров/мин.; при диаметре 1¼ — расход теплоносителя 53 литра/мин.; при диаметре 1½ — расход теплоносителя 83 литра/мин.; при диаметре 2 — расход теплоносителя 170 литров/мин.; при диаметре 2½ — расход теплоносителя 320 литров/мин.
Для проведения расчетов принимается средняя скорость воды в трубопроводе, равная 1,5 метрам в секунду.
Рассчитывая мощность насоса для отопительной системы, допустим, что на десятиметровом отрезке трубопровода необходимо создать напор с показателем 0,6 метра. Значит для нормальной работы 100 метров труб необходим напор в 6 метров. Остается выбрать именно такой циркулярный насос, технические возможности которого способны создавать заданные условия.
Трубы с небольшим сечением будут обладать высоким гидравлическим сопротивлением, а значит, есть необходимость в установке насоса с высокой мощностью. И наоборот – для труб большого диаметра высокопроизводительное оборудование не понадобится.
Приведенный выше расчет условен, и годится для систем отопления небольшой протяженности с простой схемой. В иных случаях целесообразно обратиться к специалистам-теплотехникам. В случае если уверенность в собственных силах присутствует, формулы для расчетов можно использовать из СНиПа 2.04.05-91.
Стоимость циркуляционных насосов
Средняя стоимость циркуляционного насоса (с мощностью 30Вт, напором 2м и расходом воды 2 куб.м./час) составляет около 4100 – 4300 рублей. Самыми лучшими производителями качественного оборудования считаются итальянские («DAB», «Lowara», «Ebara», «Pedrollo»), немецкие («Wilo») и датские («Grundfos») компании. Отечественные изготовители сосредоточены на выпуске насосов промышленного назначения.
Рассчитывать на то, что удастся подобрать насос на все 100% соответствия, не стоит. В каждой отопительной системе присутствуют свои нюансы и особенности функционирования, а оборудование ориентировано на средние показатели и параметры работы. Насос с излишней мощностью будет создавать усиленный шум, а с недостаточной – не обеспечит нужный напор теплоносителя в системе. В этой связи целесообразно прибрести насос с мощностью, превышающей требуемую на 7 – 10%. Следует подбирать модель, у которой имеются настраиваемые режимы работы, позволяющие использовать оборудование наиболее эффективно.
Подготовка места и монтаж насоса
Современный циркуляционный насос «мокрого» типа можно устанавливать и на подающем, и на обратном участке трубопровода. Модели старого образца устанавливались только на трубу обратной подачи – так остывшая вода продлевала срок эксплуатации механизма.
На части трубопровода перед расширительным баком и участке системы после него создается разный уровень давления – компрессия и разряжение соответственно. Созданное баком статическое давление будет оказывать влияние на функционирование системы с установленным насосным оборудованием. Зона подачи насоса характеризуется гидростатическим давлением, которое на порядок выше обычного, а со стороны всасывания теплоносителя оно отличается пониженным уровнем, иногда приводящим к разряжению. При большой разности давления в системе вода может закипать, или образовываться воздух при высвобождении и всасывании.
Для обеспечения нормальной циркуляции теплоносителя по трубопроводу следует учитывать важное условие: любая точка, расположенная в границах всасывания, должна обладать избыточным гидростатическим давлением.
Держать под контролем этот процесс можно следующим образом:
установить расширительную емкость выше самой высокой точки системы на 80 см. Этот способ – самый простой и удобный, особенно в случае дооснащения отопительной системы циркулярным насосом. Потребуется лишь достаточная высота чердачного помещения и утепление расширительного бака; расположить емкость в верхней точке системы так, чтобы верхняя часть трубопровода оказалась в зоне нагнетания насоса. Этот способ применим для современных отопительных систем, где изначально обустроен уклон труб к котлу. Принцип работы заключается в том, чтобы воздушные пузырьки двигались в потоке воды под напором, создаваемым силой насоса; установить наивысшую точку системы на самом удаленном стояке. Но здесь имеется один нюанс: придется переделывать трубопровод, а это весьма затратное и сложное мероприятие; перенести расширительную емкость и часть трубы в зону всасывания насоса, перед патрубком. Такая реконструкция станет оптимальной для работы в условиях принудительной циркуляции теплоносителя; монтаж циркуляционного насоса в подающей части трубы, сразу за точкой ввода расширительной емкости. Однако такой способ подойдет не для всех моделей оборудования, поскольку в этой зоне температура будет достаточно высокой. Метод хорошо для тех насосов, которые способны выдерживать такие условия работы.
Схемы вариантов монтажа циркуляционного насоса с расширительным баком
Для монтажа насоса следует учесть его резьбовой диаметр и осуществить приобретение фильтрующего элемента (фильтра грубой очистки), обратного клапана, байпаса, гаечных ключей размером от 19 мм до 36 мм. На главной трубе, между выводом и вводом врезаемой перемычки, устанавливается запорный клапан соответствующего диаметра. Для удобства монтажа пригодится разъемная резьба.
Задача байпаса, представляющего собой небольшой кусок трубы, состоит в переключении отопительной системы из режима принудительной в режим естественной циркуляции теплоносителя в случае выхода из строя насоса, отключении электричества. Диаметр байпаса должен совпадать с диаметром стояка, в который устанавливается.
Приборы на перемычке должны быть смонтированы в следующем порядке: сначала врезается фильтрующий элемент, затем клапан, затем следует насос. Вводы байпаса с стояк осуществляются посредством запорных клапанов, перекрывающих систему в случае сбоев или поломок.
В случае установки насоса «мокрого» типа байпас должен быть врезан строго горизонтально, что предотвратит скопление воздуха. Дополнительно в систему может быть вмонтирован автоматический кран отвода воздуха, обязательно – в вертикальном положении. Автоотводчик имеет преимущества перед обычным краном Маевского, который необходимо открывать и закрывать вручную.
