Циркуляционные насосы: принцип работы конструкций

Отопительная система состоит из множества элементов, один из которых – циркуляционный насос. Такое устройство позволяет сэкономить расходы на отопление примерно на 20-30%. Это связано с тем, что теплоноситель быстрее возвращается в котел, потому что он циркулирует принудительно, а его температура остается немного выше, чем обычно.

Таким образом, на повторный нагрев теплоносителя уже не понадобится тратить много энергии. Именно поэтому системы отопления с циркуляционным насосом стали так популярны в настоящее время.

Циркуляционный насос – один из главных составляющих отопительной системы, теплоносителем которой является горячая вода. Он представляет собой прибор небольшого размера, который обладает нагнетающей и всасывающей функциями. Устройство монтируется в сам трубопровод. Главная задача насоса – обеспечение постоянного движения жидкости по кругу, а также в обратном направлении. За счет этого достигается гораздо более быстрый и равномерный обогрев помещения в сравнении с обычной системой естественной циркуляции.

Данное устройство увеличивает эффективность котла и всего отопительного оборудования до максимального значения. При этом насосы работают стабильно и надежно.

Любые циркуляционные насосы должны строго соответствовать требования, указанным в соответствующих нормативных документах. Приведем основные параметры устройств, согласно ГОСТу и ОКПД 2:

• тип насоса;
• подача (м3/с);
• напор (м);
• давление на входе/расчетное давление (Мпа);
• температура теплоносителя на входе (К);
• расчетная температура стенки (К).

Температура стенки бывает:

• ГЦН – 1,975; 51,4; 12,22; 13,71; 543; 608;

• ГЦН 5,5-93,0 – 5,5; 93,0; 15,30; 17,62; 573, 623;

• ГЦН 6,95-73,7 – 6,95; 73,3-100,5; 15,30; 17,62; 563; 623;

• ГЦН – 9,72; 100,5-114; 15,30; 17,62; 563; 623.

К перечисленным параметрам есть несколько ограничений:

• Отклонение от величин должно варьироваться в пределах от + до – 4%.

• В допуск по напору включаются погрешности в соответствии с характеристиками.

• Минимальное давление на входе в действующий насос определяется отдельно, в соответствии с типом прибора и температурой работы.

Любые циркуляционные насосы должны быть изготовлены в соответствии с государственным стандартом для определённой системы отопления, а также отвечать правилам безопасной эксплуатации подобных приборов. Конструкция агрегата должна предполагать возможность его перемещения в горизонтальном направлении. Это связано с тем, что трубопровод неизбежно расширяется под воздействием высоких температур. Усилие на такое перемещение определяется на этапе проектирования блока и индивидуально для каждого прибора.

Вода для охлаждения деталей насоса, которые соприкасаются с теплоносителем, должна отвечать следующим параметрам:

• давление на входе – до 0,587 МПа (6 кгс/см2);

• температура на входе – от 283 К (10°С) до 318 К (45°С).

Напор прибора должен иметь падающую характеристику при подаче более 80% от номинальной. При этом его рабочая часть должна быть в зоне 90 – 130% от номинальной подачи. В составе пропускной системы прибор необходимо обеспечивать очищенной водой, с температурой не менее 70 градусов Цельсия. Доля примесей не должна превышать 0,03 г/л.

Максимальные протечки из уплотнения при любом режиме функционирования составляют 2 м3/ч. Свободный слив запирающей воды – максимум 0,05 м3/ч. Протечки – не более 1,0 м3/ч. Также важно, чтобы конструкция насоса была рассчитана на сейсмические воздействия.

Кроме того, ГОСТ предъявляет к данным приборам следующие критерии надежности (средние):

• время между ремонтом – 16000 ч;

• продолжительность службы – 30 лет;

• наработка на отказ – 18000 ч;

• период хранения – не менее 2 лет;

• общая оперативная трудоемкость планового (непланового) текущего ремонта – максимум 250 чел/ч;

• удельная материалоемкость насосов – 5,35-5,8 кг/м3.

На современном рынке представлено несколько моделей циркуляционных насосов. Каждая модель предполагает конкретные рабочие характеристики, в соответствии с определенными функциональными особенностями. Все это отражается в техническом паспорте, который есть у каждого прибора.

Выделяют 3 главных параметра, на которые стоит обратить внимание прежде всего:

• производительность;

• напор;

• расход.

Правила расчёта каждого отдельного показателя отличаются.

Иногда такой показатель обозначают как «давление». Его измеряют в атмосферах или «водяных столбах» и указывают на специальной бирке, которая прикреплена к корпусу помпы. Если же такой бирки нет, то искать информацию следует в техническом паспорте прибора.

Существуют правила выбора оптимального показателя давления:

• Рассчитывайте напор для каждого помещения отдельно.

• Исключите значимые гидравлические потери в трубах и их соединениях.

• Проанализируйте график мощности давления, который указан в техпаспорте.

• Определите необходимый напор.

• Найдите сумму всех изгибов и поворотов труб, тройников и других гидравлических сопротивлений системы.

Поскольку высота подъема воды не сильно важна. Особенно четко это проявляется в замкнутой системе, где высота столба воды и падающей линии находятся в равновесии. Если расчёты проводятся для многоэтажных зданий, то сопротивление там составляет 0,2 – 0,4 атмосфер.

Чтобы вам было легче понять, как производятся расчеты, рассмотрим их более подробно на примере циркуляционного насоса известного бренда Grundfos, марки UPS 25-40. Числа представляют собой не просто порядковый номер, они заключают в себе определенную информацию. Так, 25 в маркировке необходима для того, чтобы вы могли определить подходящий диаметр труб отопления. Он составляет 25 миллиметров.

Второе число – 40 – обозначает высоту подачи и подъема горячей воды. Она составляет 4 метра (0,4 атмосферы). Зная такой параметр, можно безошибочно выбрать размер помпы для этой системы.

Правильно определить величину нагрузки на отопление очень важно. Лучше всего воспользоваться для этого специальной программой, которая помогает вычислить количество тепла по теплопотерям или общим показателям. Для российских домов такой показатель составляет 120 и более Вт на квадратный метр, а для европейских – 100 Вт на м2. Это обусловлено климатическими особенностями регионов.

Также рассчитать оптимальный расход можно при помощи формулы: G= (Q/ (t2- t1)) х103, где:

• Q – это нагрузка на отопление, которая зависит от выбранного вами количества тепла;
• G – расход теплоносителя в отопительной системе;
• t2 t1 – параметр воды на входе и в обратке, соответственно.

Как правило, температура в контуре t1 составляет от 60 до 70 градусов. Величина t2 находится в пределах от 90 до 95 градусов. Такие показатели указаны в специальном температурном графике. Используя эту формулу, нельзя добиться идеально точного расчета. Однако ее достаточно, чтобы выявить оптимальные параметры.

Если же вы не хотите работать с формулами и таблицами, можно воспользоваться уже готовыми нормами. Так, для комнаты площадью 10 квадратных метров (высота помещения может быть любая) необходимо взять 1 киловатт мощности котла. 1 секция батареи или радиатора берется как 200 Вт. В результате получается, что для обогрева помещения в 10 м2 необходим радиатор с 5 секциями (-/+ 2 секции).

Вычислить такой параметр также можно при помощи формулы. Однако у математических расчетов есть один существенный минус – они не учитывают воздействие внешних факторов. Поэтому необходимо корректировать вычисления с учетом нескольких факторов:

• Температура окружающей среды. Температура воздуха существенно влияет на эффективность отопительной системы. Если она слишком низкая, то прибор будет работать заметно хуже.

• Диаметр труб. Это один из самых важных параметров. Чем больше размер труб, тем выше производительность устройства. Однако для габаритных труб нужен соответствующий насос.

• Вязкость теплоносителя. Теплоноситель всегда более вязкий, чем вода. Поэтому характеристики теплоносителя влияют на мощность помпы.

• Периодичность циркуляции. Следует обязательно учитывать, как часто будет использоваться насос. Если периодичность небольшая, то можно сделать выбор в пользу помпы небольшой мощности. Для систематического использования следует выбирать более производительные и износостойкие модели.

• Присутствие двойного отопительного контура. Если циркуляционная помпа установлена вместе с естественной циркуляционной системой, то нагрузка на прибор будет довольна большая. А значит, следует выбирать максимально мощную и надежную конструкцию.

Существует 2 вида помп для отопительных систем: «мокрый» и «сухой». Устройство и принцип работы каждого из них имеет свои особенности, которые следует разобрать подробнее:

Конструкция данного типа насосов не предполагает контакт перекаченной воды и ротора, поскольку помпа отделена от электрического двигателя при помощи уплотнительных колец, выполненных из металла или керамики. В процессе функционирования приборы эти кольца вращаются относительно друг друга, и между их поверхностями образуется почти незаметный слой водяной пленки. Именно он и обеспечивает надежную герметизацию соединений ввиду разности давления в отопительной системе и общего атмосферного давления.

Такой тип циркуляционной помпы не теряет своих эксплуатационных характеристик на протяжении минимум 3 лет. Это связано с тем, что с течением времени уплотнительные кольца еще больше притираются друг другу, поэтому надежность их соединения только увеличивается, а не снижается.

В зависимости от мощности «мокрые» конструкции оборудованы одно- или трехфазными электродвигателями. Охлаждение и смазывание деталей двигателя обеспечивается за счет теплоносителя. Также конструкция данного насоса предусматривает наличие фланцевого соединения или резьбы, что существенно упрощает и ускоряет монтаж конструкции.

Но, несмотря на все преимущества, у данных насосов есть существенный недостаток – низкий коэффициент полезного действия. Он составляет менее 50 процентов. Это связано с тем, что к нему невозможно прикрепить ротор большого диаметра, так как в этом случае не будет герметизации соединений. Поэтому такие приборы чаще всего используют только в бытовых условиях.

Главное отличие данного типа приборов от предыдущего — это производительность. КПД «сухого» насоса составляет не менее 80%. Однако при этом устройство характеризуется высоким уровнем шума, поэтому их лучше всего устанавливать в помещениях с качественной шумоизоляцией.

Кроме того, помпы такого типа необходимо содержать в идеальной чистоте. Это связано с тем, что при их работе образуются завихрения воздуха, которые могут притягивать частицы пыли. Это провоцирует нарушение герметичности колец уплотнения. Поэтому важно тщательно убирать пыль в помещении, где установлен насос, а также следить за качеством теплоносителя.

Существует 3 разновидности помп «сухого» типа:

• Горизонтальные. Также их называют «консольными». Их конструкция предполагает горизонтальное расположение двигателя, наличие нагнетательного и всасывающего патрубка.
• Вертикальные. Двигатель в них, соответственно, располагается вертикально, а патрубки крепятся в одной оси.
• Блочные варианты состоят из отдельных блоков.

Теперь рассмотрим элементы, из которых состоит циркуляционный насос:

• Корпус. Он сделан из металлических элементов, которые надежно защищены от коррозии: стали, чугуна, бронзы, латуни. Также на корпусе присутствует так называемая «улитка» – важный элемент, который используется для соединения прибора с трубами.

• Ротор. Это основная рабочая сталь, которая изготавливается из легированной или керамической стали.

• Вал, оснащенный колесом и лопастями. Он выполняет процесс циркуляции теплоносителя: всасывает воду и перемещает ее по контуру.

• Электродвигатель (ИБП).

Чаще всего циркуляционные насосы применяют именно в системах отопления. Но это далеко не единственная сфера их использования. Перечислим еще несколько вариантов применения таких приборов:

• Горячее и холодное водоснабжение. Благодаря насосу можно добиться стабильной температуры и хорошего напора воды. Вам не придется долго ждать, пока пойдет горячая вода, сливая тонны холодной в канализацию. Это экономит не только ваши деньги, но и природные ресурсы.
• Инновационные отопительные системы. Циркуляционные устройства также незаменимы при монтаже систем геотермального или солнечного обогрева. Такие технологии еще не получили широкого распространения в современном мире. Однако они являются отличной альтернативой традиционному отоплению.
• Системы кондиционирования – еще одно направление, для которого с успехом применяются приборы.

• Системы рекуперации тепла. Рекуператор — это специальный блок, который способен нагревать поступающий воздух за счет выходящего. Прибор необходим для обеспечения циркуляции этиленгликоля в системе.
• Теплые полы. Циркуляционные устройства из нержавеющей стали отлично справляются с перекачиванием воздуха и жидкости в современных системах теплых полов.
• Системы охлаждения воздуха. Некоторые виды насосов применяются для «обработки» воздуха до необходимой температуры в диапазоне от -25ºС до +110ºС.

Также устройство применяется для монтажа в системах бассейна, полотенцесушителя, аквариума.

Установка циркуляционной помпы помогает не только сделать отопительную систему более функциональной и надежной. Такое решение также обеспечит вам экономическую выгоду. Для сравнения: обычный насос для отопления потребляет примерно 500-800 кВт в течение 1 года. При этом на регулярную работу телевизора тратится около 200 киловатт в год, на стиральную машину – приблизительно 200 киловатт, на электрическую плиту – 450 киловатт. Получается, что на постоянное функционирование насоса тратится большая часть всей электрической энергии, а современные циркуляционные насосы при этом потребляют всего 50 киловатт за 1 год.

Следовательно, монтаж такого прибора поможет вам сэкономить около 90% процентов электрической энергии — это огромный показатель. При этом на эффективности и сроке службы прибора такая экономичность совершенно не отражается.

Это достигается за счет того, что систему отопления можно оборудовать дополнительным источником бесперебойного питания (ИБП). Таким образом, сбои в работе электричества или аварии на электростанциях не отразятся на работе отопительной системы в вашем доме.

К тому же, современные помпы имеют продолжительный срок службы и не требуют дорогостоящего ремонта, а значит, они являются выгодным вложением финансовых средств.

Перед началом монтажа устройства следует грамотно выбрать место для него. Специалисты рекомендуют ставить циркуляционный насос перед котлом. Это необходимо для того, чтобы доступ к насосу для его обслуживания всегда был открыт. Также положение прибора обеспечивает равномерную подачу теплоносителя в отопительную систему, препятствует образованию воздушных пробок в котле, продлевает срок службы насоса.

Процесс установки насоса лучше доверить профессионалам. Однако вполне реально выполнить монтаж своими руками. Для этого следует помнить основные правила работы с циркуляционным насосом:

• Разместите оборудование возле котла, на линии обратного типа. Это должно быть место с самой низкой температурой. Если площадь помещения больше 200 квадратных метров, можно пренебречь таким правилом. В таких домах длина трубопровода будет довольно большой, а значит, температура теплоносителя не будет сильно отличаться в области подачи и притока.

• Обратите внимание, чтобы стрелка на корпусе монтируемого прибора совпадала с направлением движения теплоносителя. Затем проведите обвязку помпы при помощи фильтра грубой очистки жидкости, 2 запорных кранов, а также обратного клапана (при наличии гидроаккумулятора).

• Обработайте все резьбовые соединения, используя подходящий герметик.

• Сформируйте дополнительный байпас. Это необходимо в том случае, когда насос устанавливается в систему отопления с комбинированной циркуляцией. Байпас представляет собой отрезок трубы с запорным краном. Его необходимо располагать параллельно насосу. Благодаря такому устройству у вас появится возможность провести работу отопительной системы в режим естественной циркуляции в процессе ремонта.

• Расположите насос в горизонтальной плоскости и заполните прибор подходящим теплоносителем.

• Откройте центральный винт, чтобы убрать лишний воздух.

Размер байпаса должен быть меньше, чем основная линия включения обратного клапана. Также важно, чтобы был предусмотрен демонтаж байпаса при необходимости.

Мы перечисли все основные моменты, о которых важно помнить в процессе монтажа помпы. Теперь перейдем к этапам работ по второй схеме монтажа:

• Выберите участок для крепления насоса и приварите к нему дополнительный фрагмент трубы в форме буквы П (монтировать помпу непосредственно в трубу отопления нельзя). По центру дополнительной трубы и будет монтироваться циркуляционный насос.
• На основной поверхности отопительной трубы необходимо установить кран. Его функция заключается в регулировании направления перемещения теплоносителя или воды в системе. Когда устройство функционирует, то кран нужно перекрыть, тогда вода или теплоноситель принудительно отправляются к прибору. При необходимости ремонта устройства этот кран просто открывают. Уже тогда теплоноситель или вода свободно циркулируют в разводке ввиду естественной тяги.

• Также в разводку необходимо установить фильтр для сокращения количества поломок прибора.
• Теперь необходимо прикрепить к приваренному байпасу специальный клапан. Он необходим для того, чтобы выпускать избыток воздуха из труб в ручном или автоматическом режиме.
• Обязательно проследите за тем, чтобы со всех сторон аппарат был окружен кранами для обесточивания теплоносителя. Это пригодится в том случае, если прибор надо будет отремонтировать.
• Не забудьте тщательно обработать все соединения и резьбы при помощи специального герметика.

Если вы не уверены, что справитесь с установкой прибора самостоятельно, то лучше обратиться за помощью к профессионалам. Только грамотный монтаж и своевременное качественное техническое обслуживание помогут добиться исправного и непрерывного функционирования системы.

О том, как правильно установить циркуляционный насос, смотрите в следующем видео.

Выбор производителя также является одним из самых важных моментов. На сегодняшний день наиболее популярными стали товары следующих фирм:

• немецкие: «Wilo», «Halm»;

• датские: «Grundfos»;

• польские: «AlfaStar»;

• итальянские: «DAB», «Lowara», «Ebara» «Pedrollo».

Не менее востребованы марки: Taifu, Unipump, Джилекс, UPS 25/80/40, а также Wester.

Последний бренд – Wester – является наиболее популярным среди покупателей. Согласно отзывам, именно он считается наилучшим сочетанием цены и качества. Также имеется много положительных отзывов о приборах марки Grundfos.

Наиболее распространенные модели насосов от данного производителя: Alpha, UPE, UP, UPS и Comfort. В России наибольшим спросом пользуются приборы серии UPS. Они отличаются минимальным потреблением электрической энергии, практически полностью бесшумны во время работы, а также укомплектованы специальным защитным реле.

Также конструкция данного типа приборов подразумевает наличие керамических подшипников, которые обеспечивают длительный срок службы устройства без поломок и аварий. Такие насосы успешно применяются для отопления одно- и двухтрубных систем, для воздухонагревателей, гидроаккумуляторов, теплого пола.

Еще стоит отметить экономичные модели UPS 25-30 180, которые расходуют лишь 55 Вт, весят 2,6 килограмма, подают напор равный 3 м, перекачивают 3 кубометра теплоносителя или воды за 1 час. А самой производительной моделью данной фирмы признан насос UPS 32-100F. Он потребляет 345 Вт, весит 6,5 килограмм, создает напор в 10 м и подает 11 кубометров теплоносителя.

Приборы марки AC204-130 также являются популярным экономичным вариантом циркуляционного устройства. На его обслуживание уходит всего 62 Вт. Вес прибора составляет 3,4 килограмма, он создаёт напор в 4 м, подает 40 литров жидкости в течение 1 минуты. Также агрегат оснащен защитным реле и обладает 3 режимами работы.

Известная компания DAB уже давно зарекомендовала себя на рынке подобных конструкций. Фирма выпускает приборы различного назначения:

• VA-VB-VD – для бытового отопления;

• VS – для горячего водоснабжения;

• VSA – для небольших систем отопления коллективного использования.

И это далеко не весь ассортимент фирмы. Большим спросом сегодня пользуется модель DAB VA 35/130. Она отлично подходит для закрытого или открытого типа отопления, систем кондиционирования. Прибор весит 2,6 килограмма, создает напор в 6,3 м, характеризуется мощностью в 0,56 Вт, обладает 3 скоростями работы и производительностью до 3,3 м3/час. Особая конструкция двигателя защищает прибор от перегрузок.

Удобнее всего подобрать подходящий насос по каталогу в интернет-магазине. Так у вас будет время сравнить характеристики и стоимость всех моделей, не потратив на это много времени. Мы не включили в список брендов российские фирмы, поскольку они выпускают в основном только промышленные насосы. Бытовых приборов отечественного производства очень мало.

ООО «Компания «Хозяин» занимает лидирующие позиции среди отечественных производителей циркуляционных устройств. Завод находится в городе Подольске. Товары бренда являются доступными, их стоимость намного ниже, чем у известных европейских брендов. Также устройства отличаются продолжительным сроком службы и отличными показателями сбережения энергии.

В частности, наиболее экономичная и доступная версия российского насоса — это прибор Хозяин 4.25.180. Его мощность составляет 7 Вт, а максимальный напор – 4,2 м. При помощи такого устройства получится перекачивать примерно 3 кубометра воды или теплоносителя в час. Такой прибор отлично подходит для систем отопления или тёплого пола в загородных домах.

Модель насоса Хозяин 8.32.180 является самой мощной из данной линейки товаров. Потребляющая способность такого агрегата составляется 270 Вт. С его помощью можно перекачивать теплоноситель до 9,6 м3/час. Напор насоса – 8 м. Прибор довольно универсален, однако для него не подходит теплоноситель, температура которого превышает 110 градусов Цельсия.

«Джилекс» – еще один относительно популярный отечественный производитель. Он производит приборы под названием «Циркуль». Среди них есть довольно экономичные модели, например, Циркуль 25/40, а также более производительные вариант – Циркуль 32/80. Напор конструкций составляет от 4 до 8 м.

Сегодня циркуляционные насосы применяются весьма активно. Поэтому на их изготовлении специализируются сотни фирм. Такое разнообразие существенно осложняет выбор, поэтому мы перечислены лишь те производители, продукция которых действительно заслуживает внимания.

При выборе циркуляционного насоса обязательно обратите внимание на следующе параметры:

• площадь и температура в помещении;

• перепад температур;

• функциональные характеристики нагревателя;

• мощность напора,

• особенность сети;

• характеристика теплоносителя.

Также следует помнить, что существуют специальные формулы для расчета оптимального соотношения всех этих параметров. Так, чтобы найти производительность прибора в зависимости от перепада температур, нужно разделить мощность отопительного котла на перепад. На трубопровод длиной в 10 метров требуется 0,6 м напора.

Расход теплоносителя напрямую зависит от мощности котла. Котел 25 кВт способен нагреть 25 литров за 1 минуту. Следовательно, радиатору 5 кВт нужен расход 15 л/мин. А чтобы определить правильный диаметр отопительных труб, нужно соотнести его с сечением соединительных патрубков насоса.

Если в качестве теплоносителя используется не вода, а более вязкое вещество, то понадобится более мощный насос.

В случае, когда отопительная система предполагает наличие только 1 насоса, важно, чтобы у него был запас мощности.

Если вы сомневаетесь в том, какой именно насос выбрать, то лучше всего приобрести прибор с несколькими режимами работы. Так вы на практике сможете понять, какое именно устройство больше всего подходит для вашей отопительной системы.

Применяйте перечисленные рекомендации, правильно выберите и установите циркуляционный насос, и вам не понадобится менять его долгие годы.

О том, как рассчитать и подобрать циркуляционный насос смотрите в следующем видео.