Для обеспечения циркуляции теплоносителя в системах отопления используются специальные циркуляционные насосы.
Циркуляционные насосы предназначены для обеспечения принудительного движения жидкости по замкнутому контуру. В частности, это может быть замкнутая герметичная система отопления здания. При этом конфигурация в пространстве принципиального значения не имеет.
При расчете производительности насоса, работающего в циркуляционной системе, следует учитывать только потери на трение в трубопроводе. Высота системы (здания) не имеет значения, так как жидкость , которая подается насосом в подающий трубопровод , толкает воду также в обратном направлении. Это обеспечивает относительно небольшую мощность насоса.
Рисунок 2.7.1. Принципиальная схема замкнутой системы отопления
Циркуляционные насосы создают определенный перепад давления в месте установки. Перепад давления служит для преодоления суммы всех гидравлических потерь на трении в трубопроводах, то есть за счет него жидкость поддерживается в постоянном движении. Для определения фактического давления перепад давления суммируется со статическим давлением. Но из-за различных потерь на трение в трубопроводах, запорно-регулирующей арматуре, котле и у потребителей в каждой точке системы возникает свое рабочее давление.
Отопительные системы осознано эксплуатируют при избыточном давлении. Таким образом, предотвращается образование пузырьков пара даже при критическом режиме работы. Благодаря избыточному давлению исключается проникновение воздуха снаружи в водную систему.
• Необходимо точно определить условия эксплуатации (температура
теплоносителя, вещество используемое в качестве теплоносителя или его процентное
содержание в растворе, диаметры трубопроводов)
• Производительность. Для циркуляционных насосов производительность может
быть рассчитана по приведенной ниже формулам, в любом случаи и это делается
исходя из условия максимальной загруженности.
• Напор. При подборе насоса необходимо учитывать гидравлические потери,
возникающие в трубопроводах при полученной скорости циркуляции.
Сопротивление сети трубопроводов ведет к потере давления переданного жидкости по всей длине сети. Характеристика протекания жидкости в системе показывает общее сопротивление потоку: причиной сопротивления сети трубопроводов являются трение воды по стенкам трубы, трение капель воды между собой изменениями направления движения в арматуре. При изменении объёма перекачиваемой жидкости, например, вследствие открытия и ли закрытия термостатических вентилей, изменяется также скорость воды и соответственно сопротивление сети трубопроводов.
Рисунок 2.7.2. Рабочая точка насоса
Там, где характеристика насоса пересекается с характеристикой сети, называется актуальной точкой системы отопления или системы водоснабжения. Это говорит о том, что в этой точке имеет место равновесие между напором насоса и сопротивлением сети трубопровода. Из этого следует, что при изменении производительности, которую может обеспечить насос, рабочая точка также изменится.
Рисунок 2.7.3. Коэффициент полезного действия насоса
Коэффициент полезного действия насоса или коэффициент эффективности, является отношением полученной мощности к выданной мощности. Так как в системе всегда есть потери, КПД всегда меньше 1.
Оптимальный коэффициент полезного действия лежит приблизительно в середине его характеристики. В каталогах производителей насосов эта оптимальная рабочая точка для каждого насоса специально обозначается.
Для циркуляционного насос КПД может быть определен по формуле:
П=Пм*ПР где, Пм - кпд мотора, пр - кпд гидравлической части.
2.7.4. Оптимальное расположение рабочей точки
При подборе подходящего насоса следует иметь в виду, что рабочая точка должна находится в средней трети диаграммы рабочих линий насоса. Не следует устанавливать более мощный насос, чем это требуется для безупречного теплообеспечения здания.
Следует выделить следующие свойства воды как средства транспортировки тепла:
• Теплоаккумулирующая способность;
• изменение объема, как при нагреве, так и при охлаждении;
• связанное с этим изменение плотности;
• испаряемость под воздействием внешнего давления.
Важнейшим качеством любого теплоносителя является его Теплоаккумулирующая способность. Если отнести теппоаккумулирующую способность к массе и разнице температур, то можно получить удельную теплоемкость: с , кДж / (кг?К). Таким образом, удельная теплоемкость -это то количество тепла, которое необходимо затратить для увеличения температуры 1 кг материала на 1 К. И наоборот при охлаждении он отдает тоже количество тепла. Для воды при температуре от 0 до 100°С средняя удельная теплоемкость имеет следующее значение: с = 4,19 кДж/(кг?<) или с= 1.16 Втч / (кг?К)
Формула для вычисления передаваемого или отводимого количества тепла имеет следующий вид: Q =?m*c*?t
Количество тепла Q измеряется в Дж и представляет собой произведение массы т, измеренной в кг, удельной теплоемкости с и разницы температур ??t, измеренной в К.
Масса т равна произведению объёма V , измеренному в м3 , на плотность воды р измеренную в кг/м .
Q =V*p*c*?t
Гае, ??t- разница температур на входе и на выходе системы, К, р = 1 кг/дм3 при температуре от 4°С до 90°С
К сведению: 860 ккал = 1 кВт; 1 К =1 °С
Отопительный контур, имеющий максимальное падение давления Артах ,Ра, является определяющим при выборе насоса. Напор Н, создаваемый насосом, должен покрывать полное падение давления в этом контуре (с учетом падения давления в подводящих магистралях, регулировочных клапанах и т.д., самом насосе, отопительном котле и гравитационную составляющую падения давления тех участков, где она выступает в роли сопротивления). Максимальное падение давления в системе и суммарный объемный расход определяют рабочую точку насоса (напор и подачу соответственно). Насос выбран правильно, если рабочая точка лежит на характеристике насоса при его максимальной частоте вращения в области максимального КПД насоса (наилучшей подачи), или близка к этой точке.
Рисунок 2.7.5. Расчетная точка
Если расчетная точка попадает в промежуток между пиниями характеристик двух ближайших по параметрам насосов, следует выбирать насос меньшей мощности.
Рисунок 2.7.6.Диаграмма мощности
Оснащенная термостатическими клапанами система является саморегулирующейся. Распределение потоков теплоносителя осуществляется в зависимости от потребностей каждого помещения. Тем не менее, предварительное уравновешивание потерь давления в ряде случаях обязательно. Контуры, потеря давления в которых значительно меньше Арmax, необходимо дросселировать дополнительными ручными вентилями.
Поток теплоносителя через магистраль равен сумме потоков теплоносителя всех ее контуров. Циркуляционный насос подбирается таким образом, чтобы при требуемом напоре его подача обеспечивала необходимый поток теплоносителя в магистрали.
Объемный расход теплоносителя:
,где:
Qz- суммарная тепловая мощность всех контуров магистрали, Вт;
Vsz - объемный расход теплоносителя через магистраль, м3/ч;
с- теплоемкость теплоносителя при данной температуре кДж / (кг?K);
р - плотность теплоносителя при данной температуре, кг/м3 ;
?t- допустимое падение температуры теплоносителя в контурах магистрали, К.
Жидкость должна транспортироваться в любую точку системы отопления, так как напор насоса должен превосходить сумму всех потерь в трубопроводе, то есть потери напора. Они рассчитываются по формуле:
Ар = R*L+Z
где
Ар - потери напора, Па;
R - линейная потеря давления на 1 м длинны, Па/м
L - общая длинна трубопровода до самого удаленного нагревательного элемента, м;
Z- падение давления при преодолении местных сопротивлений на фитингах и арматуре, Па;
Z = ?f*pV/2
Где
?£ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке трубопровода
V - скорость теплоносителя в трубопроводе, м/с р - плотность воды, кг/м3
Гидравлические характеристики элементов отопительной системы (труб, отопительных приборов, вентилей, клапанов, включая термостатические) представлены в справочных изданиях фирм-изготовителей и разработчиков нормативной документации.
Следует обратить внимание, что величина R имеет квадратичную зависимость от скорости движения теплоносителя по трубе, что накладывает некоторые ограничения. Для металлопластиковых труб в допустимом диапазоне использования расчетная величина R представлена в таблице (графа 1.1.Металлопластиковые трубы Непсо). Поэтому через
фиксированное сечение трубы возможно прокачать ограниченный объём теплоносителя.
Потеря давления может быть переведена в метры водяного столба:
Н = Ар/р*q
Где
Н - потеря напора, м
д -ускорение свободного падения, 9,81 м/с2
К сведению: 1 бар = 1 * 105 Па (0.1 МПа)
Для циркуляционных насосов фирмы WILO предварительный выбор насоса может быть осуществлен по таблицам....................(см файлы lnst27WILO_Z и lnst27WILO_Zn).
Вся прежняя информация относилась к центробежным насосам с одним рабочим колесом. Но на практике возникают ситуации, при которых одинарный насос не может выполнять поставленные задачи. В таких случаях устанавливаются или два насоса или один большей мощности. В зависимости от оставленных задач насосы устанавливают или в последовательном (рис2.7.7.) или в параллельном включении (рис 2.7.8.)
.
Рисунок 2.7.7. Два одинаковых насоса при последовательном режиме работы. Только при нулевой подаче происходит удвоение напора.
Рисунок 2.7.8. Два одинаковых насоса при параллельном режиме работы. Только при нулевом напоре происходит удвоение напора.
Следует обратить внимание на часто встречающиеся заблуждение что, два одинаковых насоса при последовательном режиме работы будут давать удвоенный напор, и что два одинаковых насоса при параллельном режиме работы будут давать удвоенную производительность воды.
Широкое применение в качестве циркуляционных насосов нашли насосы с мокрым ротором. Смазка подшипников, таких насосов осуществляется перекачиваемой жидкостью. При этом жидкость выполняет и функцию охлаждения. Поэтому очень важно чтобы вал насоса с мокрым ротором находился в горизонтальном положении
Рис 1.4 Разрез насоса
Рис 1.4 Положения вала насоса
Насосы с мокрым ротором обладают благодаря своей конструкции хорошими эксплуатационными характеристиками и низким уровнем шума. Стоимости на них ниже чем стоимости насосов с сухим ротором, а также они почти не требуют технического обслуживания. Такие насосы работают на нескольких скоростях. Переключение скоростей может осуществляться вручную с помощью встроенных переключателей. Насосы с сухим ротором используются в установках с большими расходами.
Насосы с мокрым ротором нежелательно останавливать на длительный срок, так как в этом случае возможно прикипание вала насоса. Поэтому необходимо либо периодически включать насос, либо провернуть вал двигателя вручную перед началом сезона.