Výběr cirkulačního systému pro otopný systém: metody a výpočet

Nucený oběh vody v autonomních topných systémech zajišťuje oběhové čerpadlo. Výběr zařízení se zpravidla provádí ve fázi projektování domu.

Ale někdy je zařízení zakoupeno později, když přirozená cirkulace nestačí k rovnoměrnému ohřevu všech baterií. Při výběru oběhového čerpadla je důležité správně spočítat potřebný výkon a vyvinutý tlak, aby otopný systém fungoval efektivně.

Způsoby výběru čerpadla

Přesný hydraulický výpočet je nejsprávnější možností používanou při návrhu systému ústředního vytápění v bytových domech a průmyslových podnicích.

Ne všichni instalatéři, kteří instalují autonomní kotle a vodou vyhřívané podlahy, však mají potřebné znalosti pro výpočet. Pro výběr oběhového čerpadla proto můžete použít jednodušší metody:

• při výměně poškozeného čerpacího zařízení zakupte stejný model;
• při stavbě domu si objednejte projekt topného systému u topenářů;
• vypočítat potřebné parametry mechanismu nezávisle pomocí jednodušších vzorců.

Při objednání projektu od inženýrů bude jakýkoli parametr zdůvodněn. Čerpadlo vybere projektant přesně pro otopnou soustavu, bez zbytečné „rezervy“, která zvyšuje spotřebu elektrické energie a materiálu při instalaci. Projektant zdůvodní každý údaj výpočtu.

U malých domů si můžete parametry vypočítat sami. Znalost jednoduchých vzorců je také užitečná, pokud potřebujete zkontrolovat čísla vypočítaná projektantem.

Význam označení při výběru čerpadla

Všechna oběhová čerpadla jsou označena identifikačním znakem, který se skládá ze tří čísel: průměr závitu (mm), výkon hlavy (cm, mohou dodávat chladivo do výšky 2 až 8 metrů), instalační délka výrobku (mm).

Nejběžnější modely jsou z hlediska tlaku tzv. „čtyřky“, „šestky“ a „osmičky“. Přitom třírychlostní zařízení mohou být při přepínání režimu buď „čtyřka“ nebo „osmička“.

Proč je důležité si před nákupem spočítat parametry?

Správně vybrané dobré zařízení je odolné a ekonomické zařízení, které plní všechny povinnosti, které mu byly přiděleny při distribuci tepla potrubím.

Pokud jsou parametry vypočteny nesprávně:

• Utraťte více peněz, ale můžete ušetřit. Například „osmičku“ s maximální kapacitou koupili za 25 tisíc rublů a podle propočtů „šestka“ stačí za 16 tisíc rublů.
• Utrácejte za elektřinu více, než potřebujete, aby váš systém fungoval hladce. Stejná „osmička“ spotřebovává elektřinu 2krát více než „šestka“. Během roku se rozdíl v nákladech nezdá nijak markantní, ale za desítky let se s přihlédnutím k neustále rostoucí ceně elektřiny nashromáždí velké množství.
• Kupte si zařízení s nízkou spotřebou, které nebude dodávat chladicí kapalinu do vzdálených baterií. V důsledku toho bude část domu v zimě chladná.

Jaké parametry potřebujete znát pro výpočet?

Při výpočtu výkonu zařízení musíte nejprve objasnit:

• vyhřívaný prostor (S_n);
• výkon zdroje tepla – topného kotle (P_n);
• výkon oběhového čerpadla (Q);
• hlavu potřebnou k překonání hydraulického odporu v systému Hpu.

Výkon kotle (AOGV – plynový ohřev vody) je třeba vypočítat podle vzorce:

Zde S_n – vytápěná plocha (mXNUMX), Q_ud – měrná potřeba tepla místnosti, která závisí na typu domu: pro vícebytové domy mají hodnotu 70 W / cu. m, pro soukromé budovy – 100 W / cu. m

Za 150 m150. m výpočet bude následující: 100 * 1000 / 15 = XNUMX kW.

Metoda výpočtu parametrů oběhového čerpadla

Topný systém s oběhovým čerpadlem bude efektivně fungovat, pokud radiátory nebo potrubí v podlahách dostanou v krátké době dostatek tepla. Toho je dosaženo správným výběrem mechanismu pro tlak a výkon.

Výpočet výkonu oběhového čerpadla

Výkon zařízení udává, kolik chladicí kapaliny dokáže přenést za jednotku času. Parametr se měří v metrech krychlových. m/h a vypočítá se podle vzorce:

Zde R_n – výkon AOGV (viz výše),t₁ — teplota přívodní chladicí kapaliny, t₂ – teplota zpátečky.

Výpočet výkonu kotle je již znám. Tepelná kapacita vody je 0,86. Pokud se v topném systému používá nemrznoucí směs, parametry se vypočítají s přihlédnutím ke složení látky. Nemrznoucí směs má zpravidla o 15–20 % nižší tepelnou kapacitu.

Z neznámých zbývá pouze zjistit teplotu na přívodním potrubí a na vratném potrubí. Tyto hodnoty se vypočítají jednoduchou metodou. Nejprve se naměřené hodnoty zaznamenají pomocí měřicích přístrojů, poté se menší odečte od většího.

Příklad výpočtu

• Výkon kotle (AOGV) pro dům 150 m15. m = XNUMX kW.
• Topný systém je plněn vodovodní vodou s koeficientem tepelné kapacity 0,86.
• Teplota v přívodním potrubí je 70℃.
• Teplota nosiče tepla ve zpětném potrubí je 65 ℃.

Q u0,86d 15 * 70 / (65-2,58) uXNUMXd XNUMX metrů krychlových m/h

Výpočet výšky vodního sloupce (hlavice) H_pu

Po výpočtu výkonu čerpacího zařízení je nutné vypočítat tlak, který je potřebný k překonání hydraulického odporu prvků topného systému. K tomu je nutné změřit plochu od kotle po nejvzdálenější baterii a následně vypočítat tepelnou ztrátu tohoto nejprotaženějšího potrubí okruhu.

Výpočet hlavy čerpadla se provádí podle vzorce:

Zde: H_pu – tlak; R je ztráta tepla v potrubí; L je délka topného okruhu; ZF je součinitel odporu tvarových a uzavíracích ventilů.

Tepelné ztráty se měří v Pa/m a závisí na průměru potrubí. U plastových a kovoplastových potrubí je indikátor zpravidla na úrovni 150 Pa / m.

Pokud nelze vypočítat přesnou délku topného okruhu, vypočítá se tento parametr s ohledem na rozměry vytápěného prostoru. Délku, šířku a výšku domu je třeba sečíst a pak by měl být výsledek dvojnásobný.

Příklad: dům o rozloze 150 m10. m šířka – 2,5 m, výška – 15 m, délka – 10 m. Délka topného okruhu: L u2,5d (15 + 2 + 55) * XNUMX uXNUMXd XNUMX metrů.

Přesné určení součinitele hydraulického odporu armatur ZF je obtížnější. Pro jednoduchý výpočet vezměte hodnotu 1,3 – pokud není termostatický ventil, nebo 2,2 – pokud je.

Všechny získané údaje je nutné do vzorce dosadit. Vypočítejte tlak v přítomnosti termostatického ventilu: H_pu u150d 55 * 2,2 * 10000 / 1,815 u1,8d XNUMX m. Zaokrouhleno na jednu desetinu – XNUMX metru by měla být tlaková síla k překonání hydraulického odporu topného systému.

Přesnější metoda pro výpočet potřebné hlavy

Jedná se o metodu výpočtu hydraulického odporu, kdy pro přesnější stanovení výkonových parametrů čerpadla je možné vzít v úvahu nikoli celkový koeficient tepelné ztráty, ale přesný údaj – celkovou tlakovou ztrátu v systému.

Topný systém se skládá z různých prvků a každý má svůj vlastní indikátor tepelné ztráty. Mezi tyto části patří:

• ventily;
• ventily;
• filtry;
• baterie;
• teploměry;
• regulační mechanismy.

Chcete-li vypočítat celkovou tlakovou ztrátu v systému, musíte znát hodnoty každého z těchto prvků. Tyto informace jsou v technické dokumentaci každého zařízení. Rozsah ztrát pro různé prvky je uveden v tabulce níže.

Například máte dvoupatrový dům o rozloze 180-200 metrů čtverečních, je zde plyn. Plánujete nainstalovat radiátory v prvním a druhém patře a na některých místech udělat teplé podlahy. Ve většině instalatérských prodejen vám spolu s kotlem nabídnou typickou stavebnici pro kotelnu – hydraulický šíp, sběrač a tři rychlomontážní čerpací skupiny. Jedna čerpací skupina pro každé patro pro radiátory a další pro podlahové vytápění. Co v této sadě chybí? Ve většině případů je zde vše nadbytečné. A hydraulický šíp a rozvodné potrubí se skupinami čerpadel a třemi čerpadly. V nejlevnější variantě okamžitě 60 tisíc nákladů navíc a neustálé přečerpávání elektřiny napořád.

Ve většině domů přitom může celý topný systém fungovat na čerpadlo zabudované v kotli. Kotel je zavěšen v kuchyni v kuchyňské sestavě, všechny trubky jsou skryté, kotelna není potřeba.

Dobrá volba pro rozumný minimalismus a úsporu metrů čtverečních. Pouze pokud je plocha podlahového vytápění velká, budete potřebovat směšovací jednotku podlahového vytápění s přídavným čerpadlem. A to je vše. Zda čerpadlo zabudované v kotli stačí nebo ne, si můžete snadno ověřit po jednoduchém výpočtu.

Začneme výběrem, nejjednodušším případem. Výše zmíněný dům, plocha 180-200 metrů čtverečních, pouze radiátory v topném systému, teplé podlahy nebo ne, nebo je jich málo, 15-30 metrů čtverečních. Schéma radiátorového systému je dvoutrubkové, slepé. V tomto případě vaše čerpadlo 25-40. Bez jakýchkoliv výpočtů. Tato pumpa bude stále s rezervou.

Jak číst označení čerpadla, co je 25-40? První číslo, 25, je velikost připojení v milimetrech. Číslo 40 je velikost tlaku nebo dopravní výšky vytvořené tímto čerpadlem. Čtyřicet decimetrů, neboli 4 metry vodního sloupce. Tento parametr je často označován jako zdvih. Není to chyba, ale pro oběhová čerpadla je zvedání škodlivý pojem. Oběhové čerpadlo v topném systému nezvedá vodu. Bez ohledu na výšku budovy je systém svislý prstenec zcela naplněný vodou. Kroužek je vyvážený, voda tlačí na čerpadlo stejně z obou stran, rozdíl je nulový. Proto čerpadlo pouze tlačí vodu systémem a zajišťuje cirkulaci. Schopnost čerpadla překonat hydraulický odpor systému se nazývá hlava. Výběr čerpadla začíná určením charakteristik budoucího topného systému.

První věc, kterou majitel domu potřebuje vědět, je tepelný výkon systému.

Potřebný výkon otopné soustavy se rovná tepelné ztrátě domu. Skrz stěny, okna, podlahu a střechu – všechny obklopující konstrukce. Nejoblíbenější metodou je přibližný výpočet na základě měrných tepelných ztrát na metr čtvereční. Měrná tepelná ztráta se obvykle bere jako 100 wattů na metr čtvereční plochy domu. Kde se vzalo těch 100 wattů? Z požadavků na zateplení budov. Měrná tepelná ztráta by neměla přesáhnout 100 wattů na metr čtvereční celkové plochy. Se skutečnými tepelnými ztrátami doma nemají nic společného. Ale pro posouzení maximálního topného výkonu je přípustné je použít. Vezměte si poměrně velký dvoupatrový dům o rozloze 250 metrů čtverečních.

250 x 100 = 25 000 wattů nebo 25 kilowattů. Vše, známe maximální topný výkon a dokážeme vypočítat požadovaný výkon čerpadla. Výpočet je velmi jednoduchý. Výkon čerpadla odpovídá množství teplé vody, které je potřeba přečerpat topným systémem, aby se předalo dostatek tepla do radiátorů pro kompenzaci tepelných ztrát. Tato veličina se nazývá průtok v topném systému. Také je potřeba přesně počítat s tím, jaké množství tepla budeme odebírat z vody v radiátorech. Jedná se o rozdíl mezi teplotou na přívodu z kotle do radiátorů a na zpátečce z radiátorů do kotle. Může se také nazývat teplotní delta.

Vzorec je následující: Q = (0,86 x P) / dt

Q – výkon čerpadla

Р – výkon topného systému

0,86 je koeficient tepelné kapacity vody.

dt – teplotní rozdíl mezi přívodem a zpátečkou.

Známe potřebné množství tepla, to je výkon topného systému. Výkon vynásobíme koeficientem tepelné kapacity vody – 0,86. Výsledek se dělí delta t, obvykle 20 stupňů.

Celkem, (25 x 0,86) / 20 = 1 metr krychlový vody.

Dvě slova o teplotní deltě. Ze vzorce vidíme, že pokud snížíme deltu, výkon se zvýší. Mnoho ve výpočtech to snižuje, v rezervě.
Například pro radiátorové systémy berou 15 stupňů místo dvaceti. Nemusíte to dělat. Potřebné zásoby již byly stanoveny, a to ve všech fázích. Existuje rezerva ve výkonu topného systému, výrobci čerpadel a potrubí dávají rezervu v charakteristikách, existuje také rezerva ve vzorcích. Pokud při návrhu zvětšíte okraje, pak výpočty ztratí smysl a nijak se neliší od výběru podle oka. Neschopní prodejci a montéři mají velmi rádi zásoby. Potrubí je tlustší, čerpadlo větší, výsledkem je drahý a zároveň nefunkční systém. To neuděláme.

Nyní o druhém parametru, tlaku.

Tlak je tlak, který musí čerpadlo vytvořit, aby překonalo hydraulický odpor, který vzniká při nuceném pohybu vody v topném systému. Odpor systému se skládá z odporů všech jeho prvků – rohy, T-kusy, zúžení, regulační ventily, drsnost potrubí. Ve zjednodušeném výpočtu není třeba brát z referenčních knih a sčítat odpory všech prvků, použijeme empirické koeficienty.

Vzorec: H = Z x R x L

Н – požadovaný tlak čerpadla

Z – odolnost prvků systému

R – odpor potrubí

L – délka potrubí.

Z pro dvoutrubkový systém s jednoduchými ventily se předpokládá 1,3. To je minimální požadovaná rezerva 30 %.Pro chladiče s tepelnými hlavami se použije koeficient 1,7. Koeficienty se násobí. Nejoblíbenějším systémem je dvoutrubkový slepý systém s termohlavicemi na radiátorech. Vynásobíme tedy 1,3 a 1,7 a dostaneme Z rovno 2,2.

R, odpor potrubí. Odpor potrubí správně zvoleného průměru nepřesahuje 150 Pascalů na běžný metr. Pro usnadnění je převedeme na metry vodního sloupce, bude to 0,015 metru na metr potrubí.

Zbývá jedna proměnná, L, délka potrubí. Jak to správně definovat? Délku všech potrubí v topném systému není nutné sčítat. Délka diktující větve je dostatečná. Jedná se o potrubí od čerpadla k nejvzdálenějšímu radiátoru. Největší hydraulický odpor má diktovací větev. Je logické, že pokud čerpadlo vytvoří tlak dostatečný k zahřátí nejvzdálenějšího radiátoru, pak bude celý zbytek o to více horký. Můžete přesně změřit diktující větev pečlivým vyobrazením na plánu. Nebo si můžete spočítat jeho maximální možnou délku, na základě rozměrů domu. Řekněme, že čerpadlo je umístěno v rohu domu v přízemí. Nejvzdálenější radiátor bude v protějším rohu domu ve druhém patře. Potrubí k tomuto radiátoru nemůže být delší než součet délky, šířky domu a výšky horního bodu radiátoru od podlahy prvního patra. Výška horního bodu radiátoru ve druhém patře je přibližně ve výšce parapetu. Přízemí + přesah, + metr k parapetu – cca 4,5 metru. Plocha jednoho patra našeho teoretického domu je 125 metrů, rozměry jsou 10 x 12,5 metrů. Sečteme délku a šířku domu, přidáme k nim výšku instalace horního radiátoru nad čerpadlem. Přijatá částka se musí zdvojnásobit, takže je potřeba spočítat celkovou délku trasy, od pumpy k radiátoru a zpět. Uvažujeme El, délka diktující větve je (10 +12,5 +4,5) x 2 = 54 metrů

Dosadíme čísla do tlakového vzorce:

V u2,2d Z x R x L u0.015d 54 x 1,8 x XNUMX uXNUMXd XNUMX metru vodního sloupce.

Máme tedy dva hlavní parametry našeho systému. Produktivita, Q – 1 metr krychlový, a tlak, H – 1,8 metru vodního sloupce. Jejich kombinace se nazývá pracovní bod čerpadla. Když jsou ventily všech radiátorů otevřené a topení pracuje na plný výkon, čerpadlo musí čerpat nejméně 1 kubický metr chladicí kapaliny za hodinu, přičemž vytváří tlak nejméně 1,8 metru. Začíná zábava, výběr konkrétního modelu pumpy. Katalog každého výrobce obsahuje grafy hydraulických charakteristik čerpadla. Chceme si například koupit čerpadlo Grundfos. Ve většině případů vám prodejci na takový dům doporučí čerpadlo UPS 25-60.

Najdeme graf charakteristik tohoto čerpadla. Na ose x je výkon čerpadla, Q, na ose y je hlava čerpadla, N. Tři klesající čáry jsou rychlosti čerpadla. Spodní je první rychlost, střední je druhá a horní je třetí. Čím vyšší výkon, tím nižší tlak a naopak. Tři hrbolaté řádky od počátku jsou hodnoty účinnosti pro každou z rychlostí. Nízká pro první rychlost, střední pro druhou a vysoká pro třetí. Horní části hrbolků – maximální účinnost. V jejich blízkosti by měl být pracovní bod.

Na ose produktivity vyčleníme 1 metr krychlový, na osu tlaku vyčleníme 1,8 metru, na grafu získáme provozní bod. Vezměte prosím na vědomí, že jak průtok, tak tlak v bodě, který jsme našli, jsou níže a vlevo od grafu nejnižší, první rychlosti čerpadla. Ve skutečnosti tedy budou parametry jiné. Musíme posunout pracovní bod na nejbližší linii otáček čerpadla. K tomu nám pomůže hydraulická charakteristika sítě, červená čára. Průsečík síťového grafu s grafem čerpadla bude skutečným provozním bodem. co vidíme? Už při první rychlosti nebude výkon čerpadla v topném systému tohoto domu 1, ale 1.2 metru krychlového, tedy o 20 % více, než je nutné. Tlak není 1,8 metru, ale 2,5 metru, až o 40 % více! To je při maximálním výkonu topného systému, v největších mrazech. Když se oteplí, radiátory se začnou zavírat, průtok systémem se sníží. Když se průtok sníží na polovinu, pracovní bod se odpovídajícím způsobem posune doleva od křivky čerpadla. A tlak vyletí k obloze. To nám zaručeně zajistí dunění v trubkách. Ne, takové čerpadlo nepotřebujeme, je příliš velké. Ukazuje se, že nejoblíbenější čerpadlo 25-60 není vhodné pro radiátorový systém takového domu!

Podíváme se na vlastnosti slabšího čerpadla, UPS 25-40.

Opakujeme, na ose produktivity vyčleníme 1 metr krychlový, na ose tlaku vyčleníme 1,8 metru, získáme pracovní bod na grafu. Ukazuje se, že tato pumpa je pro náš systém příliš velká, raději bych ji viděl těsně nad a napravo od druhého grafu rychlosti. Ale minimálně u tohoto čerpadla je pracovní bod blíže středu charakteristiky. Odhadneme skutečné parametry pracovního bodu při druhé rychlosti. Neliší se tolik od vypočteného jako u čerpadla 25-60. A když se venku oteplí, je možné přepnout na nižší rychlost. A účinnost čerpadla při druhé rychlosti vypadá perfektně, projekce na samém hrbolu grafu, neupravoval jsem to, prostě se to stalo. Zvolíme tedy čerpadlo 25-40.

Takže závěry.

Ve většině případů jsou čerpadla nabízená prodejci předimenzovaná. Pro celý radiátorový systém běžného soukromého domu je i to nejmenší čerpadlo z domácí řady více než dostatečné.

Není potřeba množit čerpadla v systému instalací samostatného čerpadla na každé patro nebo dalších čerpadel k nástěnnému kotli. Radiátorový systém dvou, tří, čtyř a tolika patrových budov, kolik chcete, bude plně fungovat na jedno správně zvolené čerpadlo.

Velké množství čerpadel v systému, rozdělení radiátorového systému do mnoha okruhů, instalace hydraulických šipek tam, kde nejsou potřeba, hovoří o jedné věci – nekompetentnosti těch, kteří taková schémata nabízejí, a nedostatek základních znalostí v profese. Hydraulika je oblast, kde nadměrné zásoby nezaručují výkon, ale vedou ke zbytečným počátečním nákladům, provozním nákladům a zrychlenému opotřebení zařízení.

Po prostudování grafů výkonu čerpadla je zřejmé, že moderní topné systémy s automaticky se uzavírajícími radiátory vyžadují úpravu výkonu čerpadla při silných změnách počasí. Když se ochladí, je žádoucí nastavit vyšší rychlost, při zahřívání – nižší.