По-перше
Відправною точкою при виборі циркуляційного насоса для системи опалення є потреба будівлі в теплі, розрахована на найбільш холодну пору року. При професійному проектуванні цей показник визначають на комп'ютері. Орієнтовно його можна обчислити за площею обігріваємого приміщення.
Згідно з європейськими стандартами, на опалення 1 кв.м у будинку з 1–2 квартирами потрібно 100 Вт, а для багатоквартирних будинків — 70 Вт. Якщо стан будівлі не відповідає нормативам, проектувальник враховує більш високе питомі споживання тепла. Для житлових будинків з покращеною теплоізоляцією і виробничих приміщень потрібно 30–50 Вт/кв.м.
В Україні подібні стандарти для будинків з 1–2 квартирами поки що не визначені. СНіП 2.04.07-86* «Теплові мережі» рекомендує розраховувати максимальний тепловий потік на опалення 1 кв.м загальної площі житлових будинків, що будуються з 1985 року за новими типовими проектами, за наступними узагальненими показниками:
- для 1–2-поверхових будівель — 173 Вт/кв.м при розрахунковій температурі зовнішнього повітря –25 град. С і 177 Вт/кв.м при –30 град. С;
- для 3–4-поверхових будівель — відповідно 97 і 101 Вт/кв.м.
За СНіП 2.04.05-91* «Опалення, вентиляція та кондиціонування» розрахункова температура зовнішнього повітря в Києві складає –26 град. С. Методом інтерполяції отримаємо, що в столиці питоме теплове споживання 1–2-поверхових житлових будинків дорівнює 173,8 Вт/кв.м, а 3–4-поверхових — 97,8 Вт/кв.м.
По-друге
Визначивши споживання тепла (Q, Вт), слід перейти до розрахунку необхідної продуктивності насоса (подачі) за формулою:
G = Q/(1,16 х DT) (кг/ч), де:
- DT — різниця температур у подаючому і зворотному трубопроводах системи опалення (в стандартних двотрубних системах вона складає 20 град. С; в низькотемпературних 10 град. С; для теплих підлог 5 град. С);
- 1,16 — питома теплоємність води (Вт*ч/кг*град. С). Якщо використовується інший теплоносій, у формулу потрібно внести відповідні корективи.
- Таку методику розрахунку пропонують закордонні проектувальники. У обов'язковому додатку до СНіП 2.04.05-91* наведена наступна формула:
- G = 3,6 х *Q/(c х DT) (кг/ч), де:
- c — питома теплоємність води, рівна 4,2 кДж/кг*град. С. Для перерахунку отриманої величини в куб.м/ч (як правило, саме ця одиниця вимірювання продуктивності насосів використовується в технічній документації) потрібно поділити її на густину води при розрахунковій температурі; при 80 град. С вона складає 971,8 кг/куб.м.
По-третє
Окрім необхідної подачі, насос має забезпечувати тиск (напір), достатній для подолання опору трубопровідної мережі. Для правильного вибору потрібно визначити втрати в найпротяжнішій лінії схеми (до найвіддаленішого радіатора).
При проектуванні нової системи можливі точні розрахунки з урахуванням опору всіх елементів нитки (труб, фітингів, арматури і приладів); зазвичай необхідні відомості наводяться в паспортах на обладнання. Тут можна використовувати формулу:
H = (R х l + *Z)/p х g (м), де:
- R — опір у прямій трубі (Па/м);
- l — довжина трубопроводу (м);
- *Z — опір фітингів та ін. (Па);
- p — густина перекачуваної середовища (кг/куб.м);
- g — прискорення вільного падіння (м/кв.с).
У випадках з діючими теплопроводами подібні розрахунки, як правило, неможливі. У таких ситуаціях частіше за все користуються приблизними оцінками.
Отримані досвідом дані свідчать, що опір прямих ділянок труби (R) складає порядку 100–150 Па/м. Це відповідає необхідному напору насоса 0,01–0,015 м на 1 м трубопроводу. У розрахунках потрібно враховувати довжину і подаючої, і зворотної лінії.
Також на досвіді було визначено, що у фітингах і арматурі втрачається близько 30% від втрат у прямій трубі. Якщо в системі є терморегулювальний вентиль, додається ще близько 70%. На триходовий змішувач в вузлі управління всією системою опалення або пристрій, що запобігає природній циркуляції, припадає 20%.
Спеціалісти з фірми Wilo Е. Бушер і К. Вальтер рекомендують наступну формулу приблизного розрахунку напору (в метрах):
- H = R х l х ZF, де
- ZF — коефіцієнт запасу.
Якщо установка не оснащена ані терморегулювальним вентилем, ані змішувачем, ZF = 1,3; для контуру з терморегулювальним вентилем ZF = 1,3 х 1,7 = 2,2; коли система включає обидва прилади ZF = 1,3 х 1,7 х 1,2 = 2,6.
На завершення
Визначивши так звану робочу точку «циркуляційника» (напір і подачу), залишається вибрати в каталогах насос з близькою характеристикою. За продуктивністю (Q) робоча точка повинна потрапляти в середню третину діаграми (рис. 1).
Не можна забувати, що розраховані параметри необхідні для роботи системи при максимальному навантаженні. Такі умови зустрічаються дуже рідко, найбільшу частину опалювального сезону потреба в теплі не так велика. Тому, якщо є сумніви, завжди потрібно вибирати менший насос. Це дозволяє не тільки заощадити при його покупці, але й знизити в подальшому витрати на електроенергію.
Приклад для перевірки
Правильність розрахунків за представленою методикою можна перевірити, порівнявши їх результати з підсумками точних обчислень у реальному проекті, виконаному відповідно до СНіП.
За завданням потрібно було розрахувати циркуляційний насос для двотрубної системи опалення з поетажною розводкою трубопроводів від колектора. Попередньо було визначено, що потреба будівлі в теплі складає 45,6 кВт, необхідний для опалення витрата теплоносія — 2,02 куб.м/ч. Схема трубопроводів до найвіддаленішого радіатора включає чотири ділянки і теплорегулювальний вентиль.
Сумарні втрати тиску в них дорівнюють:
- DP = 0,63 + 0,111 + 0,142 + 0,289 = 1,178 м
Згідно з СНіП 2.04.05-91*, до цієї величини слід додати 10% на не враховані втрати тиску:
- DP = 1,178 х 1,1 = 1,296 м
Таким чином, «циркуляційник» для цієї системи має забезпечувати подачу 2,02 куб.м/ч теплоносія і напір в 1,3 м. Цим умовам відповідає насос HZ 401 (Deutsche Vortex) або UPS 25-40 (Grundfos).
При розрахунках за методикою, викладеною в статті, отримуємо:
- H = 0,015 х (3,2 + 4,4 + 8,9 + 21,7) х 1,3 х 1,7 = 1,266 м,
Це не сильно відрізняється від величини, отриманої раніше. Таким чином, ви можете здійснити вибір насоса для опалення самостійно.