Расчет циркуляционного насоса для отопления — мощность насоса

Расчет циркуляционного насоса для отопления — мощность насоса

Автономная система отопления, установленная в доме, не сможет полноценно функционировать без циркуляционного насоса. Качество теплоснабжения жилья и эффективность отопительного оборудования можно повысить в несколько раз, если установить данное устройство.

На отечественном рынке представлены многочисленные модели, как от российских, так и от зарубежных производителей. Покупатель всегда может подобрать устройство, подходящее по техническим характеристикам к конкретной отопительной системе. Но, чтобы сделать правильный выбор, потребуется учесть ряд определенных нюансов и произвести расчет циркуляционного насоса для отопления.

Настраиваем пропорциональный коэффициент

Выставляем дифференциальный и интегральный коэффициенты в ноль, тем самым убирая соответствующие составляющие. Пропорциональный коэффициент выставляем в 1.

Далее нужно задать значение уставки температуры отличное от текущей и посмотреть, как регулятор будет менять мощность обогревателя, чтобы достичь заданного значения. Характер изменения можно отследить «визуально», если у вас получится мысленно представить этот график. Либо можно регистрировать в таблицу измеренное значение температуры каждые 5-10 секунд и по полученным значением построить график. Затем нужно проанализировать полученную зависимость в соответствии с рисунком:

При большом перерегулировании, необходимо уменьшать пропорциональный коэффициент, а если регулятор долго достигает уставки — увеличивать. Так убавляя-прибавляя коэффициент необходимо получить график регулирования как можно ближе к идеальному. Поскольку достичь идеала удастся вряд ли, лучше оставить небольшое перерегулирование (его можно будет скорректировать другими коэффициентами), чем длительное нарастание графика.

Частотный преобразователь как средство повышения эффективности насосов

Оптимизация процессов и сокращение издержек важны на любом уровне — от крупного предприятия до частного индивидуального хозяйства. Существенно повысить эффективность помогает модернизация насосного оборудования. Включение в систему частотного преобразователя для управления насосами улучшает качество работы и заметно экономит денежные средства на обслуживание и ремонт.

Что такое преобразователь частоты, зачем он нужен

Частотный преобразователь (ПЧ, преобразователь частоты, частотник, частотный регулятор) — современное высокотехнологичное устройство с микропроцессорным управлением, множеством функций и гибкими настройками.

Частотники созданы для качественного контроля скорости и/или момента электродвигателей переменного тока любого назначения, методом согласованного изменения выходной частоты и напряжения. Современные модели способны преобразовывать 50 Гц входящей электросети в необходимые значения. Встроенный инвертор формирует электрическое напряжение заданной формы на обмотках контролируемого электродвигателя. Благодаря этому можно плавно запускать и останавливать двигатель, поддерживать его обороты в нужном диапазоне и оперативно изменять их до нужных значений.

В насосных системах функцию привода выполняет электродвигатель. Поэтому для управления насосом частотник подходит наиболее оптимально. Практически любой электронасос можно дооснастить преобразователем.

Разновидностей ПЧ существует множество. Для управления однофазными и трехфазными электронасосами используют универсальные общепромышленные (например, «Веспер» из линейки EI-7011), которые управляют любыми электродвигателями в широком диапазоне мощностей.

Но выгоднее купить для насосов специализированный частотный преобразователь (например, «Веспер» E5-Р7500. Такие модели ПЧ настроены на выполнение конкретного круга задач, заранее оснащены всем необходимым — переплачивать за лишний функционал не нужно.

Помимо опций и функционала, преобразователь частоты для насоса должен соответствовать мощностным характеристикам управляемого привода. Производители насосов в техническом паспорте указывают, какой преобразователь подойдет к данной модели оборудования. Если таких рекомендаций нет, за помощью по подбору можно обратиться к специалистам компании «Веспер».

Принцип работы преобразователя частоты в тандеме с насосом

Классическая водопроводная насосная система, без ПЧ в контуре, работает по принципу дросселирования. Электродвигатель в этой схеме постоянно работает на максимальных оборотах, а давление в системе регулируется запорной арматурой, управление в лучшем случае осуществляется с помощью реле или же вручную.

Метод имеет ряд существенных недостатков:

• быстрый износ оборудования;
• высокий расход электроэнергии;
• частые аварийные ситуации;
• низкое качество работы.

Лишь в периоды пикового потребления воды насос работает в режиме максимальной нагрузки. Во всех остальных случаях повышенная мощность оборудования не оправдана. Это учитывается в продвинутой классической схеме, за остановку и старт электронасоса отвечает автоматика (реле). Но так как реле не способно регулировать обороты привода, по сигналу происходит резкий старт на максимальные обороты. Это приводит к гидроударам и перегрузкам в электросети, в результате система быстро изнашивается.

Частотные преобразователи «Веспер» для управления насосами оснащены микропроцессорами с обратной связью. С их помощью можно интеллектуально и бережно регулировать работу оборудования в соответствии с текущими потребностями системы.

Алгоритм работы прост. Когда датчики фиксируют, что уровень давления в трубопроводе либо уровень в резервуаре упал ниже минимума, передается сигнал на преобразователь. Тот плавно запускает электромотор насоса, ударные нагрузки на трубопровод и электросеть исключаются. Подходящее время разгона электродвигателя можно выставить самостоятельно.

Датчики в режиме реального времени передают на преобразователь информацию в процессе разгона насоса. После того, как требуемые величины достигаются, ПЧ прекращает разгон и поддерживает частоту оборотов электромотора. Если уровень снова начнет падать или расти, микропроцессор автоматически отрегулирует давление, изменив производительность насоса. Параллельно частотник выполняет функции защиты (отключает оборудование при сильных колебаниях тока в электросети).

Где используются насосные пч, плюсы и минусы применения

Частотники можно использовать с насосными установками самого различного назначения. Особенно важны частотные преобразователи для насосов систем горячего и холодного водоснабжения, отопления. Результат модернизации конечный потребитель ощутит и оценит сразу же. Водонапорная система с ПЧ в составе функционирует полностью в автономном режиме. При этом качество подачи воды остается неизменным в любое время суток.

Масштаб системы не имеет значения. ПЧ способны заметно поднять эффективность промышленных насосных станций и бытовых колодезных и артезианских миниводокачек на один дом.

Преимущества управления насосами с преобразователем частоты:

• экономия электроэнергии (до 30–40%);
• исключена ситуация «сухого хода» (без воды в системе);
• нет температурных скачков при подаче горячей воды;
• стабильная сила напора;
• отсутствует избыточное давление в трубах;
• продлен ресурс электронасоса и трубопровода;
• снижен уровень шума;
• можно упростить систему, убрать из схемы гидроаккумулятор и др. ненужные узлы и агрегаты.

Минусы схемы с ПЧ:

• начальные вложения на покупку прибора;
• необходим специалист для подключения и настройки оборудования.

Эти недостатки быстро компенсируются за счет удешевления обслуживания. В результате сокращаются издержки на поддержание работоспособности и ремонт, стоимость владения в целом уменьшается, а комфорт заметно повышается.

Регулирование давления и расхода центробежного насоса

При регулировании (изменении) скорости вращения рабочего колеса центробежного насоса, рабочая точка смещается по красной кривой характеристики сети (гидросистемы): вверх – при увеличении частоты вращения, вниз – при уменьшении частоты вращения.

Недостатки работы центробежного насоса на пониженной скорости:

• ухудшается смазка и охлаждение уплотнений
• увеличивается вероятность забивания насоса и появления осадка

При регулировании скорости вращения рабочего колеса с помощью преобразователя частоты (ПЧ) необходимо:

• обеспечить быстрый разгон насоса до минимальной скорости (как правило, эта скорость соответствует 30 Гц на выходе ПЧ)
• при автоматическом регулировании скорости не опускаться ниже этой частоты.

Дроссельное регулирование

При регулировании расхода с помощью задвижки (вентиля) рабочая точка будет смещаться по синей кривой характеристики насоса: влево – при закрытии задвижки, вправо – при открытии задвижки.

Недостатки дроссельного регулирования расхода:

• Повышается давление в системе (напор)
• Снижается КПД системы.

Поддержание постоянного напора (давления)

Если одновременно закрывать задвижку и уменьшать скорость вращения рабочего колеса, то можно обеспечить поддержание постоянного напора при снижении расхода (рабочая точка смещается влево по зелёной прямой линии).

Поддержание постоянного расхода

Если одновременно открывать задвижку и уменьшать скорость вращения рабочего колеса, то можно обеспечить поддержание постоянного расхода при снижении напора (рабочая точка смещается вниз по зелёной прямой линии).

Зависимость напора, расхода и потребляемой мощности от частоты вращения

Расход (подача) пропорционален частоте вращения рабочего колеса центробежного насоса:

Одним из контрольных параметров является производительность насосного оборудования, которая рассчитывается из соотношения:

– количество тепловой энергии, потребляемой в конкретным помещении;

— величина производительности насосного устройства;

– удельная теплоемкость, если как теплоноситель применяется вода, для других видов (трансформаторное масло, антифриз и др.) применяются соответствующие данные;

— разность температуры между прямыми и обратными ветвями отопительной системы, которая может составлять:

• 20 о С – при нормальной системе отопления жилых площадей;
• 10 о С – уровень температуры на нежилых площадях с низкотемпературным отоплением;
• 5 о С – температура теплового носителя в системе теплого пола.

Показатель производительности – паспортная характеристика, в технической документации отражается как кубометров за час. Чтобы результат расчета соответствовал привычной для нас форме, его нужно разделить на величину удельного веса воды.

Приведем пример расчета: площадь отапливаемого помещения составляет 200 квадратных метров, следовательно, чтобы его обогреть понадобятся затраты энергии в 20000 Вт. Помещение оснащено нормальной системой отопления с разностью температур 20 о С. Используя эти числовые значения в приведенной формуле, получаем:

20000/(1,16 х 20) = 862 кг/час,

перерасчет в привычные величины дает результат

862 / 971,8 = 0,887 м 3 /час.

Для отопления указанного помещения понадобится насос с производительностью не менее 0,9 м 3 /час. Этот показатель нужно искать в паспорте.

Для расчета этой характеристики можно применить и такую формулу:

G = 3,6Q/(c x dT) кг/час, где

с – удельная теплоемкость носителя, применяемого в отоплении.

Проше всего выбрать насос, если уже известна мощность котла. В этом случае можно применить соотношение:

Q – производительность агрегата;

N – мощность котла;

dT – разность температур на выходе из котла и на обратке.

На представленном выше фото показано правильное подключение агрегата для системы отопления с использованием байпаса. Такое размещение позволяет пустить поток жидкости обходным путем при необходимости производства ремонтных работ или замены насоса без остановки функционирования отопительной системы. Смотрите как сделать отопление в честном доме самостоятельно.

Важно! Расположение ротора только горизонтальное! Направление потока указано стрелкой на корпусе.

Особенности схемы регулятора

Такая схема является самой распространенной, но можно встретить и небольшие ее вариации. Например, иногда вместо динистора ставят диодный мостик. В некоторых схемах встречается цепочка из емкости и сопротивления для подавления помех. Существуют и более современные конструкции, в которых применяется схема управления на микроконтроллерах. При использовании такой схемы вы получаете точную регулировку тока и напряжения в нагрузке, но реализовать ее сложнее.

Инструкция по эксплуатации

Самыми опасными ситуациями во время использования оборудования я считаю следующие:

1. Падение давления газа.
2. Пропала тяга в дымоходной трубе.
3. Низкое напряжение в сети.
4. Потух запальник.

На такие аварийные случаи необходимо обращать внимание, не стоит забывать о постоянном обслуживании аппарата. Очистка всех элементов не только обеспечит продуктивную работу, но и продлит срок службы изделию.

Я всегда советую владельцам помимо настройки газового котла включать отопление в летний период хотя бы раз в 2 месяца, тогда все составляющие оборудования на момент запуска зимой не подведут, и будут работать, максимально слажено.