Насос циркуляционный для систем отопления

В начале прошлого века многоэтажные здания Европы и США отапливались в основном горячим воздухом – несмотря на многие недостатки таких отопительных систем, они все же были лучше водяного отопления. Инженеры пытались встроить насос в отопительный контур, чтобы поднять давление, но существующие электродвигатели к насосной технике не имели изолированных от влаги контактов и решить проблему короткого замыкания при попадании воды не удавалось.

Впервые создать влагостойкий электродвигатель получилось инженеру из Германии Готтлобу Баукнехту. В конце 20-х годов XX века он создал компанию по производству бытовой техники, оснащенной электродвигателями собственного изобретения. Электродвигатель Баукнехта был в 1929 году использован Вильгельмом Оплендером, впоследствии открывшем компанию Wilo, для создания циркуляционного насоса для водопроводных и отопительных систем.

Электронасос конструкции Оплендера был «сухим» - в колено трубы монтировалось аксиальное колесо, привод которого от двигателя осуществляется через вал, а герметичность соединения обеспечивала сальниковая набивка. Несмотря на явные недостатки первых моделей насосов Wilo – быстрый износ сальникового уплотнителя и потребность в частой полировке природного вала – они пользовались устойчивым спросом в странах Европы и США вплоть до 1955 года. Причиной отказа от насоса Оплендера стало изобретение швейцарца Карла Рютчи «мокрого» циркуляционного насоса. Приводной электродвигатель Рютчи установил на колене и полностью герметизировал, поручив воде смазку его изобретения. Со временем колено насоса заменили на «улитку», имеющуюся сегодня в конструкции любого циркуляционного насоса.

Как устроен и работает насос для отопительных систем

Предназначенный исключительно для замкнутой отопительной системы, циркуляционный насос устроен почти так же, как и обычный дренажный насос. Его корпус выполнен из нержавеющих сплавов, ротор изготовлен из нержавеющей стали или керамики, на валу закреплено многолопастное колесо, а привод обеспечивает электрический двигатель.

Встроенный в отопительный контур насос обеспечивает принудительную циркуляцию воды в системе за счет разницы давлений на его входе и выходе – вращение колеса крыльчатки вызывает понижение давления (разрежение) во вводном патрубке и его повышение (компрессию) на выходном патрубке. Поскольку крыльчатка циркуляционного насоса вращается с постоянной скоростью, то повышения давления в системе не происходит и уровень жидкости в экспанзомате (расширительном бачке) не возрастает. Собственно, насос циркуляционный и не обязан поднимать давление в контуре – цель его использования заключается в оказании помощи движению воды по трубам системы отопления. А для повышения давления необходим другой насос – повысительный.

«Сухой» циркуляционный насос

Роторы таких насосов не соприкасаются с водой – от электрического двигателя их отделяют уплотнительные кольца (скользящее торцевое уплотнение). В зависимости от вида теплоносителя, уплотнители изготавливаются из прессованной угольной пыли, из керамики и стали, оксида алюминия и карбида вольфрама. При пуске насоса между кольцами уплотнителей возникает тонкая пленка воды, обеспечивающая их герметизацию – давление в отопительном контуре выше, чем в воздушной атмосфере. Уплотнительные кольца перед установкой в насос тщательно полируются и подгоняются друг к другу. А в процессе эксплуатации их прижимает специальная пружина, благодаря чему износ уплотнителей происходит равномерно и они самостоятельно подгоняются между собой. По сравнению с сальниковой набивкой уплотнительные кольца «работают» гораздо лучше – их не нужно периодически смазывать и охлаждать. «Сухие» насосы циркуляционные имеют 70-80% КПД, их главный недостаток – заметный шум (гул), сопровождающий работу насосной установки. Поэтому «сухим» насосам для установки требуется отдельное, хорошо звукоизолированное помещение.

Насосы, оборудованные «сухим» ротором и кольчатыми уплотнителями, крайне чувствительны к абразивным частицам в составе теплоносителя и в воздухе. Твердые частицы с абразивными свойствами, попадая между уплотнителями, вызывают микроповреждения их контактных поверхностей, что приведет к быстрому износу уплотнительных колец и утечке теплоносителя из-за низкой герметичности.

Модели насосов с сальниковым или кольцевым уплотнением нуждаются в жидкостной смазке зоны с уплотнительными элементами, иначе их разрушение будет происходить с особенной интенсивностью.

В зависимости от способа монтажа существует три вида «сухих» циркуляционных насосов – горизонтальные (их также называют консольными), вертикальной установки (in line) и блочные. Горизонтальнее насосы имеют патрубок всасывания на торце «улитки», их нагнетательный патрубок расположен на корпусе радиально. Электродвигатель циркуляционных «сухих» насосов консольного исполнения устанавливается только горизонтально.

Насосы вертикальные имеют патрубки, размещенные на корпусе по одной оси. Своим названием они обязаны вертикальным способом монтажа приводного электродвигателя. Блочный тип «сухих» насосов циркуляционных характеризуется осевым патрубком всасывания и радиальным патрубком нагнетания.

«Мокрый» циркуляционный насос

Основное отличие таких насосов – в жидкий теплоноситель погружено не только колесо крыльчатки, но и роторный отсек электродвигателя. Вода при этом служит охладителем и смазочным материалом для двигателя. Между ротором и статором расположен стальной стакан, отвечающий за влагоизоляцию электрически заряженного отсека электродвигателя.

В «мокром» циркуляционном насосе ротор изготовлен из керамики, подшипники из графита или керамики. Корпус насоса выполняется из чугуна, бронзы или латуни – два последних металлических сплава более подходят для систем отопления. В отличие от насосов «сухой» конструкции их «мокрые» аналоги работают с гораздо меньшим шумом, практически не нуждаются в периодическом обслуживании, просто настраиваются и их легче ремонтировать. Однако «мокрые» насосы циркуляционные имеют серьезный недостаток – их КПД не может быть выше 45-50%, что связано с малым диаметром ротора. Если в такой насос установить более крупный ротор, то обеспечить полную герметизацию стакана, расположенного между ротором и статором, крайне затруднительно. Низкий КПД не позволяет оснащать «мокрыми» насосами протяженные отопительные контуры – такие насосы подходят лишь для бытовых систем отопления (т.е. для небольших отапливаемых площадей).

Конструкция циркуляционных насосов «мокрого» типа, выпускаемых производителями в настоящее время, представляет собой набор из пяти модулей – корпус, отсек электродвигателя со статором, отсек с ротором и валом, колесо крыльчатки, клеммная коробка. Модульная конструкция роторного отсека позволяет быстро удалить воздух при запуске насоса в работу, а разделение общей конструкции на модули значительно упрощает ремонт – нужно лишь снять нерабочий модуль и поставить взамен другой.

В зависимости от мощности «мокрых» насосов в их комплект входят либо однофазные, либо трехфазные электродвигатели. Соединение циркуляционных насосов с отопительным контуром выполняется, в зависимости от производительности, при помощи фланцевого или резьбового крепления.

Монтаж «мокрого» насоса производится строго в его горизонтальном положении. Это важно из-за потребности в смазке, которую обеспечивает теплоноситель – если положение корпуса насоса будет не горизонтальным, то вода не будет поступать ко всем подшипникам, а лишь к некоторым из них (расположенным ниже прочих), что приведет к повышенному износу и быстро выведет механизм из строя.

Как выбрать насос циркуляционный

Его мощность выбирается в соответствии с количеством воды, которое должно ежеминутно поступать в отопительный котел. Технические специалисты рекомендуют привязать потребность в теплоносителе к мощности котельного оборудования, к примеру – каждую минуту в котел мощностью 35 кВт должно поступать 35 л воды. По аналогии оценивается потребность в теплоносителе для каждого участка отопительного контура, ведь мощность имеющихся в его составе радиаторов известна.

Расход воды в трубах отопительной системы зависит от их диаметра и определяется по данным из таблицы:

(*) Принятая скорость движения воды в системе отопления – полтора метра в секунду (ее будет вполне достаточно).

При определении мощности циркуляционного насоса также учитывается необходимый напор теплоносителя. На каждые 10 метров трубы отопительной системы требуется напор не менее 0,6 м, т.е. если общая протяженность закрытого контура отопления составит 100 м, то мощности насоса должно быть достаточно, чтобы развить напор в 6 м.

В случае если отопительный контур образован трубами с меньшими диаметрами, чем указаны в таблице, то понадобится оснастить его насосом заведомо большей мощности – в узких трубах высоко гидравлическое сопротивление. Если же диметр труб больше, то для такой системы подойдет менее мощный насос.

Отметим, что упрощенный способ расчета мощности насоса циркуляционного недостаточно полный и подойдет для выбора модели, которая будет эффективна на коротком контуре. Расчет мощностных характеристик насоса для протяженной и разветвленной отопительной системы может произвести только опытный теплотехник, самостоятельно за это дело даже не стоит и браться. Чтобы оценить сложность расчетов, можно посмотреть формулы их производства в СНиП 2.04.05-91*.

На российском рынке бытовых циркуляционных насосов представлены модели европейского производства – Lowara, Wilo, DAB, Pedrollo, Ebara и Grundfos. Отечественные предприятия маломощные насосы циркуляционные для отопительных систем малой протяженности не выпускают.

Обратите внимание – максимально точно подобрать насос для отопительного контура, с большой долей вероятности, не получится. Две системы отопления равной протяженности и схожей конфигурации, тем не менее, обладают не одинаковыми характеристиками, а насосы – серийные изделия с усредненными техническими параметрами. Однако выбирать заведомо более мощный насос не следует, т.к. во время его работы будет сильный шум в контуре отопления. Правильное решение – выбор модели, допускающей регулировку рабочих режимов, которые придется настраивать уже после интеграции насоса в систему. Мощность циркуляционного насоса должна на 10% быть выше расчетной для данной системы, но не более.

Как установить насос циркуляционный в систему отопления

Проще осуществить монтаж «мокрого» насоса, поэтому рассматриваться будет именно его установка. Выбор места в отопительном контуре для врезки современных моделей не принципиален – можно установить и в обратку и в подачу. Обязательное в прошлом требование к размещению циркуляционного насоса исключительно на трубе обратного движения теплоносителя к котлу сегодня не актуально – «мокрые» и «сухие» насосы старой конструкции лучше реагировали на работу с остывшим теплоносителем, т.к. меньше изнашивался ротор, прокладки сальников и подшипники.

Однако многие отопительные системы не рассчитаны на принудительную циркуляцию и это нужно учитывать до монтажа насоса. Дело вот в чем – будучи включенным в работу насос циркуляционный вызывает компрессию в трубопроводе, расположенном перед экспанзоматом, и разрежение в трубах, идущих от расширительного бачка. Возникший в результате перепад давлений в отопительном контуре может вызвать закипание теплоносителя, а также поступление в систему трубопровода либо выход из нее атмосферного воздуха.

Чтобы избежать нарушений в циркуляции воды в отопительной системе, требуется соблюсти важное условие – формирование избыточного давления в зоне всасывания (в любой ее точке). Его обеспечит один из описанных ниже вариантов построения отопительного контура:

• вывод экспанзомата (расширительного бачка) на 0,8 м над наиболее вышестоящей позицией отопительного контура, т.е. выше ее. Этот метод лучше всего подходит для гравитационных систем отопления, переделываемых на принудительную циркуляцию. Но чтобы вывести расширительную бачок на столь значительную высоту, необходимо утепленное помещение чердака, причем сам корпус экспанзомата также потребуется утеплить;
• установка расширительного бачка в наивысшей точке контура отопления, но не выше ее, что позволит создать в это участке системы отопления зону нагнетания. Построение современного контура отопления, изначально создаваемого с расчетом на принудительную циркуляцию, ведется с уклоном трубопроводных коммуникаций по направлению к котлу, т.е. иначе, чем в системах гравитационного отопления, где выполняется уклон трубы от котла. При естественной циркуляции пузырьки воздуха движутся против направления движения воды, а при принудительной – по этому направлению, подчиняясь напору, развиваемому насосом.И во втором случае наивысшая позиция в отопительном контуре отдается не основному стояку, а расположенному в самой дальней части системы трубопровода. Переделывать существующую отопительную систему под этот формат контура не рекомендуется – сложно и дорого;
• если срезать фрагмент трубы отопления, на котором находится экпанзомат, от стояка на подаче и приварить ее к обратке вблизи точки размещения насоса циркуляционного (перед его патрубком всасывания), то удаться получить необходимое избыточное давление;
• насос, конструкция которого позволяет прибору работать с высокими температурами теплоносителя, можно установить в подающий трубопровод, сразу за расширительным баком. Подчеркиваем – не каждая модель циркуляционного насоса способна исправно работать с сильно разогретой водой!

Для правильного монтажа насоса необходимы дополнительные элементы – фильтр-уловитель для крупнодисперсных частиц (грубой очистки), байпас и обратный клапан (он необходим для закрытого контура под давлением). Запорный кран устанавливается на главную трубу отопительной системы, между точками ввода и вывода отводов байпаса. Насос врезается в байпас, последовательность расположения приборов на котором следующая – очистной фильтр, обратный клапан и только после монтируется насос. На вводе и выводе байпаса в стояк устанавливаются запорные краны. Труба байпаса должна иметь диаметр, равный диаметру основного стояка.

Чтобы в байпасе не собирался воздух, его следует расположить в точном горизонтальном положении. Для полного исключения возможности накопления воздуха, который повредит «мокрому» насосу, в байпас будет удобно врезать автоматический отводчик воздуха.