Jak vypočítat čerpadlo pro vytápění

Zvláštnosti výběru oběhového čerpadla

Čerpadlo se vybírá podle dvou kritérií:

1. Množství čerpané kapaliny vyjádřené v metrech krychlových za hodinu (m³/h).
2. Hlava vyjádřená v metrech (m).

Výtlak je víceméně jasný, je to výška, do které musí kapalina vystoupat, a měří se od nejnižšího bodu k nejvyššímu nebo k dalšímu čerpadlu, pokud je jich více.

Objem expanzní nádoby

Každý ví, že kapalina má při zahřívání tendenci zvětšovat svůj objem. Aby topný systém nevypadal jako bomba a netekl ve všech švech, je zde expanzní nádoba, která shromažďuje vytlačenou vodu ze systému.

Jak velká nádrž by měla být zakoupena nebo vyrobena?

Je to jednoduché, znát fyzikální vlastnosti vody.

Vynásobte vypočtený objem chladicí kapaliny v systému číslem 0,08. Například pro 100 litrů chladicí kapaliny bude mít expanzní nádoba objem 8 litrů.

Podívejme se na čerpané množství tekutiny podrobněji.

Spotřeba vody v topném systému se vypočítá podle vzorce:

G = Q / (c * (t2 - t1)), kde:

• G - průtok vody v topném systému, kg/s;
• Q - množství tepla, které kompenzuje tepelné ztráty, W
• c - měrná tepelná kapacita vody, tato hodnota je známá a rovná se 4200 J/kg*ᵒC (všimněte si, že ostatní nosiče tepla mají ve srovnání s vodou horší hodnoty);
• t2 je teplota teplonosné látky vstupující do systému, ᵒC;
• t1 - výstupní teplota teplonosné látky, ᵒC;

Doporučení! Pro pohodlné bydlení musí být delta vstupní teploty nosiče tepla 7-15 stupňů. Teplota podlahy v systému podlahového vytápění nesmí překročit 29 °C.ᵒ С. Výsledek tohoto vzorce udává průtok za sekundu doby doplňování tepelných ztrát, který se následně přepočítá na hodiny.

Výsledek tohoto vzorce udává spotřebu chladicí kapaliny za sekundu k pokrytí tepelných ztrát a následně se přepočte na hodiny.

Tip! Je pravděpodobné, že teplota se bude během používání měnit v závislosti na okolnostech a ročním období, proto je nejlepší k tomuto číslu rovnou připočítat 30% rezervu.

Zvažte vypočtené množství tepla potřebné k vyrovnání tepelných ztrát.

Jedná se pravděpodobně o nejsložitější a nejdůležitější kritérium, které vyžaduje technické znalosti a ke kterému je třeba přistupovat zodpovědně.

Pokud se jedná o soukromý dům, může se tato hodnota pohybovat od 10 až 15 W/m² (tyto hodnoty jsou typické pro "pasivní domy") až po 200 W/m² a více (pokud se jedná o tenké stěny bez izolace nebo s nedostatečnou izolací).

V praxi používají stavitelé a řemeslníci jako základ hodnotu tepelných ztrát 100 W/m².

Doporučení: tuto hodnotu vypočítejte pro konkrétní dům, ve kterém má být topný systém instalován nebo rekonstruován. K tomuto účelu se používají kalkulačky tepelných ztrát a ztráty stěn, střech, oken a podlah se počítají zvlášť. Tyto údaje nám umožní zjistit, kolik tepla dům fyzicky odevzdává do okolí v daném regionu s jeho klimatickými podmínkami.

Vypočtenou hodnotu ztráty je třeba vynásobit plochou domu a poté dosadit do vzorce pro výpočet průtoku vody.

Nyní musíte zjistit, kolik vody spotřebujete v topném systému vašeho bytového domu.

Výpočet čerpadla pro topný systém

Výběr oběhového čerpadla pro vytápění

Čerpadlo musí být oběhové čerpadlo pro vytápění a musí odolávat vysokým teplotám (až 110 °C).

Základní parametry pro výběr oběhového čerpadla:

2. Maximální výška, m.

Pro přesnější výpočet je nutné zobrazit graf tlakových a průtokových charakteristik.

Charakteristická křivka čerpadla - je tlaková a průtoková charakteristika čerpadla. Ukazuje, jak se změní průtok, když se na topný systém (celý kruhový okruh) přiloží stanovený ztrátový odpor. Čím rychleji se chladicí kapalina v potrubí pohybuje, tím vyšší je průtok. Čím vyšší je průtok, tím větší je odpor (ztráta výšky).

Proto je v datovém listu uveden maximální možný průtok při nejnižším možném odporu topného systému (jeden kruhový okruh). Každý topný systém má odpor proti proudění topného média. Čím větší je odpor, tím menší je průtok celým topným systémem.

Průsečík udává skutečný průtok a ztrátu výšky (v metrech).

Charakteristika systému - je tlakově-průtoková charakteristika topného systému jako celku pro jeden okruh. Čím vyšší je průtok, tím větší je odpor proudění. Pokud je tedy pro topný systém nastaveno čerpání: 2 m 3 /h, musí být čerpadlo dimenzováno na tento průtok. Zhruba řečeno, čerpadlo musí být schopno zvládnout potřebný průtok. Pokud je odpor topného systému vysoký, musí mít čerpadlo vyšší výtlak.

Abyste mohli určit maximální průtok čerpadla, musíte znát průtok vašeho topného systému.

Abyste mohli určit maximální výtlak čerpadla, musíte vědět, jaký odpor bude mít váš topný systém při daném průtoku.

Průtok topným systémem.

Průtok je přísně závislý na potřebném přenosu tepla potrubím. Pro zjištění průtoku potřebujete znát následující údaje:

2. Rozdíl teplot (T₁ a T₂) přívodního a vratného potrubí v topném systému.

3. Průměrná teplota topného média v topném systému. (Čím nižší je teplota, tím méně tepla se ztrácí v topném systému).

Předpokládejme, že vytápěná místnost spotřebuje 9 kW tepla. A topný systém je navržen tak, aby dodával 9 kW tepla.

To znamená, že chladicí kapalina protékající celým topným systémem (třemi radiátory) ztrácí teplotu (viz obrázek). To znamená, že teplota při T₁ (průtok) je vždy větší než T₂ (návrat).

Čím vyšší je průtok topného média topným systémem, tím nižší je teplotní rozdíl mezi přívodním a vratným potrubím.

Čím vyšší je teplotní rozdíl při konstantním průtoku, tím více tepla se v topném systému ztrácí.

C je tepelná kapacita vody, C=1163 W/(m 3 - °C) nebo C=1,163 W/(litr °C).

Q - průtok, (m3 /h) nebo (litr/hod)

t₁ - teplota přívodní vody

t₂ - Teplota chladicí kapaliny

Vzhledem k tomu, že ztráty v místnosti jsou malé, doporučuji počítat v litrech. Pro větší ztráty použijte m 3

Je třeba určit, jaký bude teplotní rozdíl mezi přívodem a studenou vodou. Můžete si zvolit naprosto libovolnou teplotu, od 5 do 20 °C. Průtok bude záviset na volbě teploty a průtok bude vytvářet určitou rychlost chladicí kapaliny. A jak víte, pohyb topného média vytváří odpor. Čím vyšší je průtok, tím vyšší je odpor.

Pro další výpočet jsem zvolil 10 °C. To znamená 60 °C na přívodu a 50 °C na zpátečce.

t₁ - teplota proudění: 60 °C

t₂ - teplota chladicí kapaliny: 50 °C.

W=9 kW = 9000 W

Z výše uvedeného vzorce získám:

Odpověď: Dosáhli jsme požadovaného minimálního průtoku 774 l/h.

Odpor topného systému.

Odpor topného systému se měří v metrech, protože je to velmi výhodné.

Předpokládejme, že jsme tento odpor již vypočítali a činí 1,4 metru při průtoku 774 l/h.

Je velmi důležité si uvědomit, že čím vyšší je průtok, tím vyšší je odpor. Čím menší je průtok, tím menší je odpor.

Pro daný průtok 774 l/h tedy dostaneme odpor 1,4 metru.

A tak získáme data, která jsou:

Průtok = 774 l/h = 0,774 m3 /h.

Odpor = 1,4 metru.

Na základě těchto údajů se pak vybere čerpadlo.

Uvažujme oběhové čerpadlo s průtokem až 3 m 3 /h (25/6) průměr závitu 25 mm, výška 6 m.

Při výběru čerpadla je žádoucí vidět skutečný graf tlakových a průtokových charakteristik. Pokud není k dispozici, doporučuji jednoduše nakreslit přímku do grafu s danými parametry.

Zde je vzdálenost mezi body A a B minimální, a proto je toto čerpadlo vhodné.

Jeho parametry se budou rovnat:

Maximální průtok 2 m3 /h.

Maximální výška 2 metry

Výrobní štítek čerpadla

Všechny údaje důležité pro uživatele jsou označeny na předním panelu. Čísla na oběhovém čerpadle znamenají:

• typ zařízení (nejčastěji UP - cirkulační čerpadlo);
• Typ regulace otáček (bez indikace - jednorychlostní, S - skoková regulace, E - skoková regulace frekvence);
• průměr hrdla (udává se v milimetrech, označuje vnitřní rozměr trubky);
• hlava v decimetrech nebo metrech (u různých výrobců se může lišit);
• instalační rozměr.

Označení čerpadla obsahuje také informace o typech přívodního a zpětného potrubí. Úplné kódování a pořadí slov je následující:

Zodpovědní výrobci vždy dodržují standardní pravidla označování. Některé společnosti však mohou některé údaje vynechat, např. rozměr instalace. Tento údaj by měl být získán přímo z dokumentace jednotky.

Vyplatí se vybrat si čerpadlo pouze od důvěryhodné značky. Spolehlivá zařízení jsou k dispozici i ve střední cenové kategorii.

A pokud potřebujete nejvyšší kvalitu a můžete zaplatit dvakrát až třikrát více - měli byste věnovat pozornost výrobkům GRUNDOFS a WILO.

Tepelná potřeba místnosti

Při výběru oběhového čerpadla nejprve zvažte potřebu tepla v bytě. Při výpočtech je třeba zohlednit množství tepla potřebného v nejchladnějších měsících. Doporučujeme svěřit tento úkol profesionálnímu projektantovi, který vám bude schopen poskytnout přesný výpočet.

Vlastní výpočet

Pokud uživatel nemůže využít odborných služeb, je třeba vypočítat výkon tepelného čerpadla pro velikost budovy na základě požadavku na vytápění prostoru. Vezmeme-li v úvahu Moskevskou oblast, podle SNiP je pro obytné budovy s jedním a dvěma podlažími doporučený měrný tepelný výkon 173 kW/m2 a pro domy se třemi a čtyřmi podlažími 98 kW/m2. Celkové množství potřebného tepla určíte vynásobením těchto údajů podlahovou plochou místnosti.

Hlavní typy topných čerpadel

Všechna zařízení nabízená výrobci se dělí na dvě velké skupiny: "mokrá" nebo "suchá" čerpadla. Každý typ má své výhody a nevýhody, které je třeba při výběru zohlednit.

Mokré" vybavení

Topná čerpadla, nazývaná "mokrá", se od svých protějšků liší tím, že jejich oběžné kolo a rotor jsou umístěny v teplonosné látce. V tomto případě je elektromotor v uzavřené skříni, do které nemůže pronikat vlhkost.

Tato možnost je ideálním řešením pro malé venkovské domy. Tyto jednotky jsou tiché a nevyžadují téměř žádnou údržbu. Kromě toho se snadno opravují a nastavují a lze je používat při stabilním nebo mírně se měnícím průtoku vody.

Charakteristickým rysem moderních mokrých čerpadel je jejich snadné použití. Díky inteligentní automatizaci lze bez problémů zvýšit kapacitu nebo změnit hladinu.

Pokud jde o nevýhody, výše uvedená kategorie se vyznačuje nízkou produktivitou. Tato nevýhoda je způsobena nemožností zajistit vysokou těsnost jímky oddělující nosič tepla a stator.

"Suchá" varianta

Tato kategorie jednotek se vyznačuje absencí přímého kontaktu mezi rotorem a přečerpávanou horkou vodou. Celá pracovní část zařízení je od elektromotoru oddělena pryžovými ochrannými kroužky.

Hlavním rysem těchto topných zařízení je vysoká účinnost. Z této výhody však vyplývá i značná nevýhoda v podobě vysoké hladiny hluku. Problém se řeší instalací jednotky do samostatné místnosti s dobrou zvukovou izolací.

Při výběru je třeba vzít v úvahu skutečnost, že "suché" čerpadlo vytváří vzduchové víry, takže může dojít k nadnášení malých prachových částic, které nepříznivě ovlivňují těsnicí prvky, a tím i těsnost zařízení.

Výrobci tento problém vyřešili vytvořením tenké vrstvy vody mezi gumovými kroužky. Působí jako mazivo a zabraňuje destrukci těsnicích částí.

Zařízení jsou rozdělena do tří podskupin:

• vertikální;
• modulární;
• konzolové.

První kategorie se vyznačuje vertikálním umístěním elektromotoru. Čerpadlo se vyplatí koupit pouze v případě, že se má čerpat velký objem tepelné kapaliny. Pokud jde o bloková čerpadla, instalují se na rovný betonový povrch.

Bloková čerpadla jsou určena pro průmyslové aplikace, kde jsou vyžadovány vysoké průtokové a výškové charakteristiky.

Konzolové jednotky se vyznačují tím, že sací přípojka je umístěna vně spirály, zatímco výtlačná přípojka je na opačné straně pláště.

Použití oběhových čerpadel při vytápění domácností

Vzhledem k tomu, že jsme již výše uvedli některé zvláštnosti provozu oběhových čerpadel v různých topných systémech, je třeba podrobně popsat hlavní rysy jejich uspořádání. Za zmínku stojí, že ve všech případech je dmychadlo umístěno na zpětném potrubí; pokud je součástí vytápění domu vynášení kapaliny do prvního patra, je tam instalováno další dmychadlo.

Uzavřený systém

Nejdůležitějším prvkem uzavřeného topného systému je těsnění. Zde:

• topné médium nepřichází žádným způsobem do styku se vzduchem v místnosti;
• uvnitř uzavřeného potrubního systému je tlak vyšší než atmosférický;
• Expanzní nádoba je konstruována podle schématu hydrokompenzátoru s membránou a vzduchovým prostorem, který vytváří zpětný tlak a kompenzuje expanzi chladicí kapaliny při jejím zahřívání.

Výhod uzavřeného topného systému je mnoho. Patří mezi ně možnost odsolení teplonosného média pro nulový výskyt kalů a vodního kamene na výměníku kotle, přidání nemrznoucí směsi pro zabránění zamrzání a použití široké škály složení a látek pro přenos tepla, od roztoku vody a alkoholu až po strojní olej.

Schéma uzavřeného topného systému s jednotrubkovým a dvoutrubkovým čerpadlem je následující:

Instalací Mayevského matic na otopná tělesa se zlepší nastavení okruhu, není nutný samostatný odvzdušňovací systém ani pojistky před oběhovým čerpadlem.

Otevřený systém vytápění

Vnější charakteristiky otevřeného systému jsou podobné jako u uzavřeného systému: stejné potrubí, topná tělesa, expanzní nádoba. Existují však zásadní rozdíly v mechanice provozu.

1. Hlavní hnací silou topného média je gravitace. Ohřátá voda stoupá rozptylovou trubkou vzhůru a doporučuje se, aby byla co nejdelší, čímž se zvýší cirkulace.
2. Přívodní a vratné potrubí je skloněné.
3. Expanzní nádoba je otevřeného typu. Zde dochází ke kontaktu teplonosného média se vzduchem.
4. Tlak uvnitř otevřeného topného systému je stejný jako atmosférický tlak.
5. Na zpětném toku je instalováno oběhové čerpadlo, které slouží jako cirkulační posilovač. Jeho úkolem je také kompenzovat nedostatky v potrubním systému: nadměrný hydraulický odpor způsobený nadměrnými spoji a ohyby, porušené úhly sklonu atd.

Otevřený topný systém vyžaduje údržbu, zejména neustálé doplňování topného média, aby se vyrovnalo odpařování z otevřené nádrže. V potrubní síti a radiátorech také neustále probíhá koroze, která způsobuje nasycení vody abrazivními částicemi, a proto se doporučuje instalovat oběhové čerpadlo se suchým chodem.

Uspořádání otevřeného topného systému je následující:

Otevřený topný systém lze provozovat i v případě výpadku proudu (vypnutí oběhového čerpadla), pokud je úhel sklonu správný a výška výtlačného potrubí dostatečná. K tomuto účelu je v konstrukci potrubí k dispozici obtok. Schéma vytápění je následující:

Pokud dojde k přerušení dodávky elektřiny, stačí otevřít kohout na obtokové smyčce obtoku, aby systém nadále fungoval na principu gravitační cirkulace. Tato jednotka také usnadňuje první spuštění vytápění.

Systém podlahového vytápění

V systému podlahového vytápění je zárukou stabilního provozu systému správné dimenzování oběhového čerpadla a výběr spolehlivého modelu. Bez nucené cirkulace vody taková konstrukce prostě nemůže fungovat. Princip instalace čerpadla je následující:

• Do přívodu se přivádí horká voda z kotle, která se přes směšovací jednotku mísí s vratnou vodou z podlahového vytápění;
• Rozdělovač podlahového vytápění je připojen k výstupu čerpadla.

Rozvodná a řídicí jednotka podlahového vytápění vypadá následovně:

Systém funguje na následujícím principu.

1. Na vstupu čerpadla je instalován základní termostatický regulátor, který ovládá směšovací jednotku. Může přijímat data z externího zdroje, například ze vzdálených senzorů v místnosti.
2. Přívodní rozdělovač přijímá horkou vodu o nastavené teplotě a rozvádí ji po síti podlahového vytápění.
3. Vstupní vratná voda má nižší teplotu než přívodní voda z kotle.
4. Termostat mění poměr teplého a ochlazeného zpětného toku kotle pomocí směšovací jednotky.
5. Čerpadlo přivádí vodu o nastavené teplotě do přívodního potrubí podlahového vytápění.

Jak vypočítat hydraulický odpor topného systému v praxi.

Inženýři musí často počítat topné systémy ve velkých budovách. Mají velké množství topných zařízení a mnoho stovek metrů potrubí, ale i tak je třeba počítat. Bez GR není možné vybrat správné oběhové čerpadlo. Kromě toho GR umožňuje před instalací zjistit, zda bude vše fungovat, či nikoli.

Pro usnadnění práce projektantů byly vyvinuty různé numerické a softwarové metody pro výpočet hydraulického odporu. Začněme od manuální k automatické převodovce.

Přibližné vzorce pro výpočet hydraulického odporu.

Pro stanovení měrných ztrát třením v potrubí se používá následující přibližný vzorec:

R = 5104 v1,9 /d1,32 Pa/m;

Zde existuje téměř kvadratická závislost na rychlosti kapaliny v potrubním systému. Tento vzorec platí pro rychlosti 0,1-1,25 m/s.

Pokud znáte průtok topného média, existuje přibližný vzorec pro určení vnitřního průměru potrubí:

d = 0,75√G mm;

Jakmile získáte výsledek, musíte použít následující tabulku k určení jmenovitého průměru:

Nejvíce času zabere výpočet místních odporů v armaturách, uzavíracích ventilech a topných zařízeních. Již dříve jsem se zmínil o součinitelích místního odporu ξ, jejich výběr se provádí podle referenčních tabulek. Zatímco u úhlů a kování je vše jasné, výběr KMS pro odpaliště se mění ve skutečné dobrodružství. Aby bylo jasné, o čem mluvím, podívejme se na následující obrázek:

Na obrázku vidíte, že máme až 4 typy odpališť, každé s vlastním místním odporem CMR. Potíž bude spočívat ve volbě správného směru proudu chladicí kapaliny. Pro ty, kteří to opravdu potřebují, je zde tabulka se vzorci z O.D. knihy. Samarinovy hydronické výpočty pro inženýrské systémy:

Tyto vzorce lze přenést do programu MathCAD nebo jiného programu a vypočítat CMC s přesností až 10 %. Vzorce jsou použitelné pro rychlosti kapaliny od 0,1 do 1,25 m/s a pro potrubí o jmenovitém průměru do 50 mm. Tyto receptury jsou vhodné pro vytápění chat a rodinných domů. Podívejme se nyní na některá softwarová řešení.

Software pro výpočet hydraulického odporu v otopných soustavách.

Na internetu je nyní možné najít mnoho různých programů pro výpočet vytápění, a to jak bezplatných, tak placených. Je jasné, že placené programy mají výkonnější funkce než bezplatné a umožňují řešit širší škálu problémů. Pro profesionální konstruktéry má smysl takové programy kupovat. Laik, který si chce sám spočítat topný systém ve svém domě, bude s bezplatnými programy zcela spokojen. Níže je uveden seznam nejběžnějších softwarových produktů:

• Valtec.PRG je bezplatný software pro výpočet vytápění a vody. Dokáže také vypočítat podlahové a dokonce i stěnové vytápění.
• HERZ je celá rodina programů. Lze je použít k dimenzování jak jednotrubkových, tak dvoutrubkových topných systémů. Výstup je pohodlně graficky zpracován a lze jej rozdělit do půdorysů. Je možné vypočítat tepelné ztráty.
• "Potok" je domácí vývojový program, který je komplexním systémem CAD schopným navrhovat inženýrské sítě libovolné složitosti. Na rozdíl od předchozích programů je Potok placený. Je tedy nepravděpodobné, že by ji použil prostý laik. Je určen pro profesionály.

Existuje několik dalších řešení. Převážně od výrobců trubek a tvarovek. Výrobci přizpůsobují výpočtový software svým materiálům, a tím je do jisté míry nutí nakupovat jejich materiály. Je to marketingový tah a není na něm nic špatného.

Vedoucí zařízení oběhového čerpadla

Hlavice je vytvářena působením čerpací jednotky, aby se vyrovnaly hydrodynamické ztráty, které vznikají v potrubí, radiátorech, ventilech a spojích. Jinými slovy, výška je velikost hydraulického odporu, který musí jednotka překonat. Aby byly zajištěny optimální podmínky pro čerpání média systémem, musí být hodnota odporu nižší než hodnota výtlaku. Slabý vodní sloupec nebude schopen zvládnout daný úkol, zatímco příliš silný může způsobit hluk v systému.

Výpočet hodnoty výtlaku oběhového čerpadla vyžaduje, aby byl předem stanoven hydraulický odpor. Ta závisí na průměru potrubí a rychlosti, jakou jím prochází topné médium. Pro výpočet hydraulických ztrát je nutné znát rychlost proudění teplonosného média: pro polymerní potrubí 0,5-0,7 m/s, pro kovové potrubí 0,3-0,5 m/m. V přímých úsecích se hodnota odporu pohybuje v rozmezí 100-150 Pa/m. Čím větší je průměr potrubí, tím menší jsou ztráty.

V tomto případě ζ znamená místní ztrátový činitel, ρ hustotu teplonosného média a V rychlost teplonosného média (m/s).
Hodnoty místního odporu a hodnoty odporu vypočtené pro přímé úseky se pak musí sečíst. Výsledná hodnota odpovídá minimální přípustné výšce čerpadla. Pokud má dům silně rozvětvený topný systém, vypočítejte hlavu pro každou větev zvlášť.

- kotel - 0,1-0,2;
- regulátor tepla - 0,5-1;
- míchačka - 0,2-0,4.

Hpu - výška čerpadla, R - ztráty způsobené třením v potrubí (měří se v Pa/m, za základ lze vzít 100-150 Pa/m), L - délka vratného a přímého potrubí nejdelší větve nebo součet šířky, délky a výšky domu vynásobený 2 (měří se v metrech), ZF - faktor pro termostatický ventil (1,7), armatury/šroubení ( 1,3), 10000 - přepočítávací koeficient jednotek (m a Pa).

Závěr a užitečné video k tématu

Pravidla pro výběr cirkulačního zařízení ve videu:

Jemnosti výpočtu hlavy a kapacity ve videoklipu:

Video o konstrukci, principu fungování a instalaci oběhového čerpadla:

Moderní topný systém s integrovaným čerpadlem s nuceným oběhem vzduchu umožňuje vytápět obytné prostory během několika minut po spuštění generátoru tepla.

Racionální volba oběhového čerpadla a kvalitní instalace výrazně zvyšují účinnost kotlového systému tím, že šetří energetické zdroje přibližně o 30-35 %.

Hledáte oběhové čerpadlo pro svůj topný systém? Nebo máte s takovými systémy zkušenosti? Podělte se se čtenáři o své zkušenosti, pokládejte dotazy a účastněte se diskusí. Níže najdete formulář pro komentáře.