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.,

1.3. Расчет характеристик циркуляционных насосов

Для правильного подбора циркуляционного насоса прежде всего определимся сколько тепловой энергии необходимо для отапливаемого помещения. Согласно [6] для домов с количеством этажей до трех и температурой окружающей среды до минус 30 °С необходимо 101 Вт тепловой энергии на каждый квадратный метр отапливаемой площади. Эта величина может быть существенно уменьшена, если при строительстве дома использовались современные теплоизоляционные материалы. Для такого дома достаточно тепловой энергии и 50 Вт/м2, но поскольку, заранее объект строительства и его уровень теплоизоляции не известен, то можно принять для расчета именно 100 Вт тепловой мощности на квадратный метр отапливаемой площади и данную величину рассматривать, как максимальную. Соответственно, если у вас площадь отапливаемой площади составляет 100 метров, то для обогрева данного помещения потребуется 10 кВт тепловой энергии. Производительность циркуляционного насоса, обеспечивающую доставку необходимой тепловой энергии для обогрева помещения можно определить по формуле:

(1)

В радиаторных отопительных приборах ΔT принимается равным 20 °С, в низкотемпературных приборах типа « теплый пол» – ΔT = 5 °С.

В нашем примере расчета для отапливаемой площади 100 квадратных метров необходимая производительность циркуляционного насоса равна:

или 0,429 м3/ч.

Если в качестве теплоносителя используется только вода, то формулу расчета необходимой производительности циркуляционного насоса можно упростить:

(2)

Данную производительность циркуляционный насос должен обеспечивать в циркуляционном контуре системы отопления. Для этого он должен преодолевать гидравлические сопротивления трубопроводов и другой распределительной арматуры, установленной в системе отопления. Приближенный расчет сопротивления гидравлической системы при индивидуальном строительстве и воды в качестве теплоносителя можно выполнить по формулам (3).

Диаметр труб системы отопления рассчитывается из условия максимальной скорости движения теплоносителя не более 1 м/c.

(3)

В нашем рассматриваемом случае, помещения 100 квадратных метров, минимальный проходной диаметр основной магистрали трубопровода, подсоединенного к насосу, не должен быть меньше 12 миллиметров проходного сечения.

Если принять гидравлическое сопротивление прямых участков труб, равным R = 200 Па/м, что соответствует стальным новым трубам, то упрощенную формулу расчета необходимого напора циркуляционного насоса можно представить в виде:

Н = 200∙L∙k = 400∙L, Па, (4)

так, при длине циркуляционного контура в 40 м, гидравлическое сопротивление по формуле (4) составит 16000 Па, или 1,6 метра водного столба.

Таким образом, в нашем случае примера, циркуляционный насос должен обеспечивать производительность 0,43 м3/ч при напоре 1,6 метра и иметь проходной диаметр труб циркуляционного контура не менее 12 мм.

Эти значения циркуляционного контура рассматриваемой системы являются основными параметрами для подбора циркуляционного насоса. На рис. 11 представлена типовая напорно-расходная характеристика насоса и кривая гидравлического напора циркуляционного контура отопительной системы. Точка пересечения этих кривых называется «рабочей точкой» системы.

Рис. 11. Напорно-расходная характеристика циркуляционного насоса, характеристика гидравлического сопротивления контура и «рабочая точка»

Каждый циркуляционный насос имеет напорно-расходную характеристику. Если циркуляционный насос с электромотором асинхронного типа имеет несколько скоростей вращения ротора, то подбирать параметры надо по высшей скорости вращения. Напорно-расходные характеристики указаны в техническом паспорте на циркуляционный насос. Правильный выбор насоса заключается в следующем:

– надо определить точку на напорно-расходной кривой в которой произведение величины напора и расхода является максимальным. Это точка максимального значения коэффициента полезного действия насоса. Если вокруг этой точки очертить круг с радиусом 10 % от максимального значения расхода циркуляционного насоса, то мы получим зону эффективного использования «А» (см. рис. 12). Для правильного подбора циркуляционного насоса для рассматриваемой системы отопления, надо на графике напорно- расходной характеристики конкретного насоса с выделенной зоной эффективного использования нанести точку требуемого расхода и напора контура системы отопления, полученные выше для конкретного рассматриваемого случая циркуляционной системы.

Если «рабочая точка» системы попадает в зону, очерченную кругом, то насос подходит. Чем ближе к центру круга расположена «рабочая точка» системы, тем больше подходит насос для эффективного использования в конкретной системе. Фактически, подбор насоса заключается в последовательном переборе напорно-расходных характеристик нескольких насосов. На рис. 13 показан пример выбора циркуляционного насоса из двух разных насосов.

Рис. 12. Зона эффективной работы циркуляционного насоса

На рисунке указаны напорно-расходные характеристики I и II двух разных насосов. Окружностями указаны зоны эффективного использования каждого насоса. Также на рисунке нанесена рабочая точка гидравлической системы отопления. На рисунке видно, что в варианте насоса I, «рабочая точка» выпадает из зоны эффективного применения, и находится практически у ее края, в варианте II, «рабочая точка» практически в центре круга эффективности. Именно II вариант циркуляционного насоса больше подходит к рассматриваемой системе отопления. В общем случае, выбирается тот насос, у которого наименьшее расстояние между рассчитанной рабочей точкой и точкой максимального КПД на напорно- расходной характеристике насосов.

Рис. 13. Подбор циркуляционного насоса