Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ГЕЛИОСИСТЕМЫ. Часть 3. Циркуляционные насосы для индивидуальных и децентрализованных систем отопления и горячего водоснабжения

Торопов А. Л.,

1.4. Показатели энергетической эффективности ЦН переменного тока с постоянной скоростью вращения

Для оценки энергетической эффективности циркуляционных насосов рассмотрим несколько понятий.

Коэффициент полезного действия – важнейший показатель, представляет собой отношение полезной мощности к потребляемой, выраженное в процентах, и обозначается греческой буквой η (эта).

Входная (потребляемая) электрическая мощность насосов – это мощность, которую электрический двигатель насоса забирает от электрической сети питания. Замерить ее достаточно легко с помощью ваттметра.

Гидравлическая или полезная мощность насоса. Это та мощность, которая получается в результате работы насоса в виде расхода и напора жидкости. Расчет гидравлической мощности производится по формуле:

Phyd = 2,73∙Q100 %∙H100 %, Вт, (5)

На рис. 14 показаны классические графики напорно-расходной характеристики и полного коэффициента полезного действия.

Рис. 14. Графики напорно-расходной характеристики и коэффициента полезного действия циркуляционного насоса

Коэффициент полезного действия характеризует систему в конкретный момент ее работы. Но ЦН может работать в разных режимах и не всегда на максимуме своей эффективности. Встает вопрос, как оценить энергозатраты ЦН для всего времени эксплуатации в течение года. Для оценки насосов с точки зрения потребления энергии при эксплуатации ЦН введен параметр – индекс энергоэффективности циркуляционного насоса (ЕЕI – Energy Efficiency Index): Отношение средневзвешенной, потребляемой циркуляционным насосом мощности в различных режимах работы к базовой мощности, рассчитываемой для режима с максимальным коэффициентом полезного действия (КПД).

(6)

Российский стандарт расчета ЕЕI [4] гармонизирован с требованиями программы добровольной маркировки Европейской ассоциации производителей насосов (Europump). В результате маркировки автономных бессальниковых циркуляционных насосов данные, приводимые на этикетке энергетической эффективности изготовителей, как отечественных, так и зарубежных, будут иметь соответствующую сравнимую основу к взаимной выгоде, как пользователей, так и изготовителей насосов. В реальных условиях работы конкретных систем вопрос сравнения энергетической эффективности различных ЦН остается всегда открытым и является предметом исследований. Но для того, чтобы можно было сравнить насосы разных производителей, принята конкретная нагрузка, относительно которой и сравнивается эффективность годовых затрат.

Опорное значение мощности – соотношение гидравлической мощности и мощности, потребляемой циркуляционным насосом, с учетом зависимости эффективности циркуляционного насоса от его размеров.

Опорное значение мощности вычисляется по следующим формулам:

Pref = 2,21∙Phyd + 55; (7)

20 Вт ≤ Phyd ≤ 2500 Вт;

1 Вт ≤ Phyd ≤ 20 Вт.

Средневзвешанная мощность определяется по формуле:

PL,avg = 0,06PL100 % + 0,15PL75 % + 0,35PL50 % + 0,44PL25 %, (8)

которая принята на основании профиля нагрузки, взятого в качестве опорного профиля годовой интенсивности, составляющего 6–100 % нагрузки по расходу, 15–75; 35–50 и 44 % при расходе 25 % от расхода с максимальным КПД.

Подробно описание индекса энергетической эффективности циркуляционных насосов приведено в [4]. Здесь же необходимо отметить, что фактически EEI – это показатель эффективности насосного агрегата с учетом электродвигателя. Такой подход легко объясним, т. к. для данной конструктивной схемы циркуляционный насос с электродвигателем представляет собой единое изделие и отдельно не поставляется.

Для обозначения энергетической эффективности автономных бессальниковых циркуляционных насосов в зависимости от их индекса энергетической эффективности установлены классы (по возрастанию) от А до G . Таблица 1 классов энергетической эффективности представлена во введении, а маркировка классов на рис. 5.

В данном учебном пособии представлены основные данные по эффективности циркуляционных насосов с «мокрым ротором» и «сухим ротором» с асинхронными электромоторами с постоянной скоростью вращения ротора.

– полный КПД циркуляционных насосов с «мокрым ротором», нашедших широчайшее применение в индивидуальных системах отопления и горячего водоснабжения невысок и составляет на третьей скорости вращения (при наличии нескольких) – 13–18 %;

– значение максимального КПД на второй и первой скорости еще меньше и составляет 9–14 % и 5–8,5 % соответственно;

– в электромоторах данного типа ЦН применяется как медная обмотка статора электродвигателя, так и алюминиевая. При использовании алюминиевой обмотки значения КПД снижаются еще на 1,5–2 %;

– большое значение на эффективность работы имеет уровень и стабильность напряжения переменного тока. Так, при снижении напряжения с 220 до 200 В, падение КПД происходит еще на 0,7 %, а при напряжении 180 В – еще на 0,7 % по отношению к первоначальному.

Уровень шума при работе циркуляционного насоса с «мокрым ротором» на удалении 1 метр на третьей скорости вращения составляет 40 дБ. На низших скоростях уровень шума снижается на 2–3 дБ на каждое переключение.

Главным преимуществом данных циркуляционных насосов является отсутствие необходимости проведения сервисного обслуживания. Правильно подобранный насос данного типа может работать несколько лет непрерывно.

Циркуляционные насосы малой мощности с «сухим ротором» в индивидуальных системах отопления встречаются значительно реже. Но в коллективных децентрализованных системах они находят широкое применение. Это односкоростные линейные или блочные центробежные насосы.

Уровень шума маломощных насосов данного типа в сравнении с насосами аналогичной мощностью «мокрого» типа выше и составляет около 50–55 дБ. Однако КПД выше и составляет около 23–25 %, то есть, на 25–30 % выше насосов с «мокрым ротором». Это при использовании рабочих колес около 70 мм в диаметре. При применении рабочих колес большего диаметра, КПД таких насосов еще выше. Влияние напряжения на КПД насосов меняет характеристики на 2–3 %. В ЦН с «сухим ротором» иногда применяются системы охлаждения с внешним вентилятором. В этом случае уровень шума самого циркуляционного насоса без вентилятора, составляет около 40 дБ.

Классы эффективности насосов с «мокрым ротором» и с асинхронным электромотором постоянной скорости вращения (максимальной), в большинстве случаев, соответствуют уровню «D», и «Е», но, если использовать алюминиевую обмотку статора, а не медную, то уровень энергоэффективности таких насосов может опуститься даже до уровня «F».