Розрахунок і підбір циркуляційного насоса, Инбуд
Як відомо, під час проектування будь-якої системи першорядне значення має точність розрахунку її параметрів. Однак бувають випадки, коли цього зробити неможливо, тому доводиться покладатися на приблизні розрахунки, наприклад, при заміні циркуляційного насоса в старій будівлі. Які ж чинники є вирішальними при підборі найбільш оптимального циркуляційного насоса і які практичні поради можна дати інженерам і проектувальникам при вирішенні цього завдання? Циркуляційний насос виконує функцію примусової циркуляції теплоносія в системах опалення закритого і відкритого типів.
Циркуляційний прискорювач Вільгельма Оплендера конструкції 1929 року
Основні вимоги до розрахунку параметрів насоса
З винаходом циркуляційного насоса було зроблено вирішальний крок від системи опалення з природною циркуляцією до системи з примусовою циркуляцією гарячої води. З огляду на це, цілком слушною видається назва, яке дав винахідник в 20-х роках минулого століття першої подібної конструкції, - «циркуляційний прискорювач».
Тепер циркуляція води за допомогою насоса, як носія енергії, не тільки прискорюється, але і відповідає всім вимогам сучасної техніки автоматичного регулювання. Тому, щоб зробити правильний вибір і настройка циркуляційного насоса. проектувальник повинен розглядати опалювальну систему в її цілісному функціональне призначення. Кількісні значення теплової енергії, яка виробляється і постачається, розраховуються відповідно до величини загального теплоспоживання будинку. Перенесення енергії до поверхні нагрівання забезпечується насосом. При цьому вона повинна долати опір тертя у всіх трубопроводах і різних компонентах системи опалення. Цим пояснюються обидві вимоги, які висуваються до конструктивних даними циркуляційної помпи: необхідної подачі і забезпечення напору досить високого рівня.
Оптимальне положення розрахункової точки, яке згодом визначається більш точно, - права частина середньої третини. При виборі циркуляційного насоса необхідної потужності слід, крім того, враховувати конкретні умови її використання при проектуванні нового будинку або для переоснащення старого.
Параметри системи опалення нового будинку з високим рівнем точності визначаються за допомогою комп'ютерного проектування. Теплоспоживання будинку і продуктивність насоса визначаються за нормативами. Втрати в результаті тертя в трубопроводах (в одиницях виміру тиску - мбар або ГПа) визначаються по ненормованим, але стандартизованим методом обчислення, що застосовується для розрахунку систем трубопроводів. Цей метод також дозволяє обчислити напір насоса в метрах.
Оскільки проектна документація старих будівель, як правило, довго не зберігається, а технічні характеристики трубопроводів таких будинків (наприклад, діаметр, шляхи прокладки і т.п.) визначити практично неможливо, при їх реставрації або переоснащенні доводиться покладатися на приблизну оцінку і розрахунки.
необхідна подача
Необхідна подача насоса обчислюється за формулою: = ^> / "> часгде Q - теплоспоживання будинку, кВт;
1,163 - питома теплоємність води, Вт • год / (кг К);
Δυ - різниця температури виходу та повернення потоку води, К
Застосування циркуляційних насосів в нових будинках
Розрахунки за наведеною вище формулою здійснюються автоматично в межах розрахункової програми. Згідно з нормативами теплоспоживання будівлі - це сума величин теплоспоживання окремих приміщень. Втрати тепла внаслідок впливу холодного зовнішнього повітря складають не більше 50% від суми, оскільки вітер обдуває лише один бік будинку. Однак збільшення величини цих втрат додаванням частки на передачу тепла може призвести до вибору більшого котла і помпи, ніж це необхідно. Якщо теплоспоживання приміщення розрахувати по цій рекомендації як для квартири з «частково обмеженим опаленням», то для кожного опалювального сусіднього приміщення враховується перепад температури величиною 5 К (рис 3).
Нормативний тепловий потік в будинку
Цей метод обчислення найбільш придатний для розрахунку потужності опалювального радіатора, необхідного для забезпечення потреби в теплі в кожному конкретному випадку. Отримані при цьому показники потужності котла на 15-20% завищено. Тому при визначенні параметрів насоса необхідно враховувати таку закономірність:
Q необх. потребл. = 0,85 * Q норм. потребл.
Фахівці на підставі багаторічного досвіду дотримуються думки, що в разі отримання граничного значення слід вибирати менше з двох насосів. Причиною цього є відхилення реальних даних від розрахункових.
Застосування циркуляційних насосів в старих будинках
Теплоспоживання старого будинку можна визначити лише приблизно. При цьому основою розрахунків є питомий теплоспоживання на квадратний метр опалювальної корисної площі. У ряді нормативних таблиць наводяться орієнтовні значення теплоспоживання будівель в залежності від року їх побудови. У нормативі HeizAnlV (Німеччина) зазначено, що можна відмовитися від здійснення ґрунтовного обчислення теплоспоживання, якщо прилади, які виробляють тепло, замінено центральним опаленням і їх номінальна теплова потужність не перевищує 0,07 кВт на 1 м2 корисної площі будинку; для окремо розташованих будинків, які перебувають не більше ніж з двох квартир, цей показник становить 0,10 кВт / м2. Спираючись на вищенаведену формулу, можна обчислити питома подачу насоса:
де V - питома подача насоса, л / (год • м2);
Q- питома тепловий потік, Вт / м2 (номінальна теплова потужність дорівнює 70 Вт / м2 в багатоквартирних будинках і 100 Вт / м2 в окремих будинках на одну або дві сім'ї).
Взявши за приклад систему опалення в багатоквартирному будинку зі стандартною різницею температури виходу та повернення потоку 20 К, отримуємо наступні розрахунки:
V = 70 Вт / м2: (1,63 Вт * год / (кг * К) * 20К) = 3,0 [л / (год * м2)]
Отже, на кожен квадратний метр житлової площі помпа повинна подавати за годину 3 літри води. Фахівці-теплотехніки повинні завжди пам'ятати цю величину. Якщо величина перепаду температур інша, за допомогою розрахункових таблиць можна швидко здійснити необхідні перерахунки.
Визначення продуктивності за питомими теплоспоживанням
Зробимо розрахунки для будинку середньої величини, що складається з 12 квартир по 80 м2 кожна, загальною площею близько 1000 м2. Як видно з таблиці, циркуляційний насос при Δυ = 20 К повинен забезпечувати подачу 3м3 / ч. Для забезпечення потреби в теплі такого будинку тимчасово обирається нерегульований насос типу Star-RS 30/6.
Більш точний підбір відповідного насоса можливий тільки після визначення величини необхідного напору.
Визначення напору системи опалення
Втрати тиску в системі опалення визначаються через розрахунки параметрів мережі опалювальних трубопроводів. При цьому розглядається найдовша нитка трубопроводу, оскільки в ній, як правило, найбільші втрати тиску. Тому необхідним є вирівнювання тиску у всіх нитках трубопроводів, яке забезпечується застосуванням диференціального регулятора тиску.
В іншому випадку вода, йдучи по шляху найменшого опору, буде текти короткими ділянками трубопроводів назад до опалювального котла і збалансоване постачання тепла буде неможливим.
Обчислення параметрів теплових насосів
Основою обчислення параметрів насоса, необхідного для використання в системі опалення старої будівлі, є визначення втрат тиску, які включають, з одного боку, втрати в прямих відрізках трубопроводів, в фітингах і сантехнічному обладнанні, а з іншого - в інших компонентах системи опалення (котел, змішувачі, і т.д.). Ці розрахунки здійснюються за такою формулою:
де R - питома втрата тиску в прямих відрізках трубопроводів, Па / м (можна взяти з номограм);
l - довжина найдовшої нитки трубопроводу (сумарна довжина виходу та повернення води), м;
Z - робота показники додаткової втрати тиску в фітингах і інших елементах трубопроводів, Па.
Напір циркуляційного насоса вираховується за формулою:
де p- щільність середовища, що подається, кг / м3;
g - прискорення вільного падіння, м / с2.
В обчислювальних програмах спочатку додають втрати тиску на різних ділянках трубопроводу, а потім ділять на обидві отримані величини:
Величина напору наноситься на вертикальну вісь кривої характеристики насоса.
Здійснення розрахунків параметрів насоса, необхідного для забезпечення опалення старої будівлі, пов'язані з певними труднощами. У той час як розміри та інші характеристики зовнішніх стін старих будинків можна досить точно виміряти, визначити параметри прокладених в ньому трубопроводів практично неможливо. Так само неможливо отримати дані про стан внутрішньої поверхні труб, наприклад, про можливі відкладень, корозії і т.д. У такому випадку фахівці вдаються до так званої методики граничного значення, яка полягає у визначенні граничної величини втрати тиску, яка спричиняє виникнення механічного шуму в опалювальних трубопроводах, і налаштування теплового насоса за допомогою диференціального регулятора тиску на це граничне значення (див. Рис. 5) , в результаті чого вдається забезпечити рівномірний розподіл тепла по всій опалювальної мережі.
Послідовність цього процесу така: виходячи з розмірів будинку визначається найдовша нитка трубопроводу від котла до найвіддаленішого радіатора опалення (сумарна величина довжини, ширини і висоти будинку, помножена на два з урахуванням довжини виходу та повернення води). Практичний досвід свідчить, що величина опору старих трубопроводів коливається в межах 100-150 Па / м. Отже, різниця втрат тиску визначається за формулою:
де R - питома втрата тиску на тертя, Па / м;
l - максимальна довжина (сумарна довжина довжина виходу та повернення води), м;
Dk - додатковий коефіцієнт.
Показники додаткових коефіцієнтів взято з практичного досвіду. Втрати тиску в прямих відрізках трубопроводів складають:
• в фітингах і сантехнічному обладнанні - близько 30% еустомиПК1 = 1,3;
• в термостатичних вентилях - близько 70% еустомиДК2 = 1,7;
• змішувачі - близько 20% еустоми ДК3 = 1,2.
Додатковий коефіцієнт при наявності фітингів і термостатичних вентилів (1,3 • 1,7) становить 2,2; при наявності фітингів, термостатичні вентилів і змішувача (1,3 • 1,7 • 1,2) - 2,6.
Приклад 12-квартирного будинку
Розглянемо докладніше згаданий вище приклад 12-квартирного будинку. який складається з 3 поверхів по 4 квартири кожен. Опалювальний котел знаходиться в центрі будинку під сходовою кліткою. Оскільки обидва контури опалення є паралельними і мають однакову довжину, можна відмовитися від вирівнювання тиску за допомогою диференціального регулятора тиску. Максимальна довжина трубопроводів становить 30 м, звідси сумарна довжина виходу та повернення води становить близько 60 м. Передбачається, що внутрішній опір труб дорівнює 130 Па / м. Система опалення оснащена змішувачем. В ході ремонту будинку в опалювальну систему монтують нові термостатичні вентилі.
Зразкові параметри для будинку після ремонту відповідно до формули Δp = R • l • ДК є наступними:
130 Па / м • 60 м • 2,6 = 20280 Па = 203 ГПа.
Для визначення параметрів помпи, як відомо, дійсні наступні співвідношення:
1 ГПа = 1мбар = 1 см.
Таким чином, необхідний напір циркуляційної помпи становить H = 203 см = 2,0 м.
Вибір циркуляційного насоса
Попередньо вибрана помпа Star-RS 30/6 (див. Таблицю) повністю відповідає вимогам цього будинку. Її було вмонтовано замість помпи типу S 40/80 r, яка була занадто великою.
Головною складовою кривої характеристики насоса є зображення споживаної потужності двигуна насоса (див. Нижню частину рис. 4). Як видно з малюнка, споживана потужність підвищується зі збільшенням подачі. Три лінії відповідають зміні потужності при відносно постійній частоті обертання насоса.
Описані в статті формули і послідовність здійснення розрахунків наведені на малюнку, з якого видно, що розрахунки для нових і старих будівель здійснюються по-різному.
При підборі відповідного циркуляційного насоса для системи опалення старого будинку слід також враховувати наступні фактори:
• раніше використовувалися великі насоси;
• у зв'язку з технічним розвитком спостерігається значне підвищення рівня гідравлічної потужності;
• теплоізоляція старих будинків неодноразово удосконалювалася, відповідно, рівень споживання теплової енергії зменшувався, що, в свою чергу, дозволило використовувати в системі опалення котли та насоси менших розмірів.
