Выбор циркуляционного насоса для системы отопления. Часть 4

Зависимости напора и расхода при работе насоса, рабочая точка насоса и системы отопления.

Давайте возьмем условный циркуляционный насос с напором 4 м и максимальным расходом 4 л/мин. и проделаем следующий эксперимент.

Для начала входную часть насоса (сторону, где он создает область пониженного давления) присоединим к емкости с водой, а другую часть - к тройнику, куда вкручена вертикальная труба (высотой чуть больше 4 м) и вентиль (см. рисунок). Вентиль закроем.

Теперь включим его и увидим, как столб жидкости поднимется на высоту 4 м. В этом состоянии расход насоса нулевой, а напор максимальный.

Теперь полностью откроем вентиль. Мы увидим, что вода, вместо того, чтобы подняться по трубе, льется полным потоком через горизонтальную часть тройника (см. следующий рисунок).

В этом эксперименте мы с вами наблюдали два важных состояния работы циркуляционного насоса: работу насоса, когда расход нулевой (работа на закрытую задвижку) и работу насоса на максимальный расход, когда расход настолько велик, что насос не может больше "дать" воде дополнительного усилия, достаточного не только на свободный излив, но еще и на подъем по трубе.

Построим график и отметим на нем оба состояния работы циркуляционного насоса точками.

Теперь прикроем наш вентиль настолько, чтобы вода по трубе поднялась до отметки 1 м, а расход составил бы 3 л/мин. Отметим и эту точку на нашем графике.

Проделаем то же самое еще 2 раза. Каждый раз будем прикрывать вентиль так, чтобы вода смогла подняться сначала на 2 м, а потом на 3 м. В каждом случае мы будем наблюдать, как расход будет уменьшаться. Сначала он упадет с 3 л/мин до 2 л/мин, а затем он снизится до 1 л/мин.

Отметим эти изменения на графике.

Теперь соединим эти точки. Мы получили линию работы насоса, из которой ясно видны зависимости:

• при увеличении расхода напор падает;

• при уменьшении расхода напор увеличивается;

• при нулевом расходе (закрытом вентиле) напор достигает своей максимальной величины;
  

• при нулевом напоре расход достигает своего наибольшего значения.

Точки, которые мы с вами получили называются рабочими точками. Это точки, в которых пересекаются характеристики насоса и системы отопления.

Два состояния работы насоса на закрытую задвижку, когда напор максимальный или когда максимальный расход, а напор нулевой являются недопустимыми.

В этом положении насос не создает никакой полезной работы. Более  того, он находится в аварийном режиме, что быстро приведет его к выходу из строя.

Давайте создадим еще один график, отражающий параметры проектируемой системы отопления (водьмем пример из 2 и 3 статей).

Напомню, за основу мы брали четырехуровневый дом площадью 490 м² с цокольным этажом, где расположен котел и циркуляционный насос.

В результате расчетов мы получили расход G = 2,11 м³/час и напор H = 2,48 м. (У производителей насосного оборудования принято расход обозначать буквой Q).

Какой насос нужен для таких значений этих параметров?

Берем каталог фирмы Grundfos и, просматривая графики циркуляционных насосов для бытового назначения, находим, что это UPS 32 - 60.

Первые две цифры обозначают диаметры подключаемых штуцеров насоса, а вторые две цифры - напор, выраженный в дециметрах (1 м = 10 дм).

Подобрав циркуляционный насос, давайте задумаемся. А что весь отопительный сезон насос так и работает в этой точке?

Конечно же, нет!

Весь расчет системы отопления делается согласно нормативам, которые гласят: "Расчетная тепловая мощность системы определяется на основе составления теплового баланса в обогреваемых помещениях при температуре наружного воздуха, называемой расчетной (средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92).

А где можно посмотреть эту расчетную температуру наиболее холодной пятидневки?

В таблицах СНиП 23-01-99 "Строительная климатология".

Там в алфавитном порядке представлены наименования областных  и краевых центров по всей территории РФ.

Для Воронежа температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 составляет - 26 ^оС. Именно на эту температуру считаются теплопотери и мощность отопительной системы.

Всегда ли в течение отопительного периода стоит такая температура? Нет.

Когда тепло или не очень холодно, владельцы частных домов прикрывают отдельные отопительные приборы, чтобы не было жарко (в современных системах отопления это делается автоматически за счет термостатических клапанов или датчиков, которые подключены к узлам автоматики).

Иными словами изменяется гидравлическое сопротивление, как отдельных узлов системы отопления, так и всей системы.

Изменяется также и расход теплоносителя. Соответственно рабочая точка насоса не стоит на месте, она перемещается. И большую свою часть циркуляционник работает не в этой крайней правой зоне, а левее.

Осознание этого помогает понять, почему нужно стараться, чтобы подбираемая на самый холодный период отопительного сезона рабочая точка лежала в правой части графика.

В этом случае (при смещении этой точки левее) большую часть времени насос будет работать в самой продуктивной области - области наибольшего КПД.

Подбор характеристик циркуляционного насоса по рабочей точке, находящейся в зоне максимального КПД.

Мы с вами подошли к последнему важному параметру (если опустить явление кавитации), который обязательно нужно учитывать, подбирая насос для системы отопления. К счастью, нам с вами не нужно делать никаких расчетов, потому что уважающие себя производители насосного оборудования размещают в паспортах своих изделий не только график зависимости напора H от расхода Q, но и график КПД. Этот график накладывается или располагается чуть ниже графика Q/H. Ниже вы можете посмотреть пример такого графика.

Для долговечной работы циркуляционного насоса необходимо, чтобы перпендикуляр, опущенный из рабочей точки насоса на график, расположенный ниже, попадал в зону наибольшего КПД или чуть правее (в некоторых случаях кривая КПД уже начинает идти на спад).

Как было отмечено выше, рабочая точка рассчитывается на самую холодную пятидневку, т.е. насос в этой точке будет работать очень короткое время.

В остальное же время его рабочая точка будет перемещаться левее по графику. Точно также, левее, будет передвигаться и опущенный на кривую перпендикуляр КПД.

Для более точного позиционирования, давайте опустим направления "левее", "правее" и введем более точные определения.

Разобьм горизонтальную часть графика, на которую нанесена характеристика расхода, на три зоны - 3/3. (См. рисунок).

Теперь поднимем от размеченных границ этих зон три перпендикуляра так, чтобы они пересеклись с кривой характеристики насоса.

Рабочая зона насоса у нас с вами разделилась на три части.

Подбирая насос, старайтесь убедиться, что большую часть отопительного сезона он проработает во второй трети характеристики насоса. Это гарантирует работу насоса при оптимальном КПД.

Чем большее времени насос отработает в зоне повышенного КПД, тем больше полезной работы он совершит, радуя своей долговечной работой владельцев частных домов.

Часть 1; Часть 2; Часть 3; Часть 4.