ЗАЧЕМ РЕГУЛИРОВАТЬ ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ НАСОСЫ?
ИЛИ КАК ТОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОЗВОЛИТ ИЗБЕЖАТЬ ПЕРЕРАСХОДОВ

Регулирование циркуляционных насосов необходимо во всех современных системах отопления, особенно в системах с переменной нагрузкой.

Выбор параметров циркуляционных насосов

Для двухтрубных отопительных систем с терморегулирующими вентилями насос должен выбираться с такими параметрами, которые обеспечат объемный расход, удовлетворяющий уровню теплопроизводительности отопительной системы или отопительного котла. При этом должно преодолеваться гидродинамическое сопротивление трубопроводной сети – как при подводе, так и при отводе горячей воды от потребителя, работающего в наименее оптимальных условиях, когда все прочие потребители эксплуатируются в расчетном режиме. Таким образом, за исходные условия принимается режим полной нагрузки, который редко бывает достижим в большинстве отопительных систем. Из графика характеристики постоянно действующей нагрузки в отопительной системе (рис. 1) видно, что в отопительный период (дни, когда средняя температура составляет менее 15оС) 80-процентный уровень отопительной нагрузки зарегистрирован лишь в отдельные дни, число которых составляет не более 10.
Следует отдельно отметить также, что регулируемые насосы необходимо использовать не только для циркуляции во вторичном контуре отопления, но и для системы холодного водоснабжения, а также в случае использования схемы с циркуляционно-повысительными насосами ГВС (на приведенной схеме не показаны).

Рис. 1: Характеристика постоянно действующей нагрузки

Гидравлическая балансировка

Тем не менее по-прежнему многие циркуляционные насосы все еще выбираются с заведомо завышенными параметрами. Очень часто причина этого – просто боязнь того, что для кого-то из потребителей не удастся обеспечить достаточно комфортную температуру. Но и при достаточно жестком выборе параметров насосов это нередко случается только из-за того, что не выполнена балансировка трубопроводной сети. Удовлетворение этих требований является, таким образом, основным условием оптимальной эксплуатации отопительной системы и успешного регулирования мощности циркуляционных насосов.

Характеристика частичной нагрузки гидросистем

Но и в гидравлически сбалансированных трубопроводных сетях, где установлен насос с оптимально выбранными параметрами, мощность насоса, расходуемая на обеспечение требуемых подачи и напора, большую часть времени года превышает необходимый уровень. Особенно часто это бывает в гидросистеме с переменным объемным расходом. Даже в отопительных системах с регулированием температуры в подающей линии тепловой сети очень редко достигается 100 процентная (полная) нагрузка. Это связано с тем, что проходные сечения вентилей часто бывают прикрыты самими потребителями или вследствие влияния посторонних источников тепла (например, солнечный свет).
Характеристика нагревательного прибора
Рассмотрев график характеристики нагревательного прибора (рис. 2), увидим, что для достижения половины требуемой теплопроизводительности терморегулирующему вентилю достаточно обеспечить всего лишь 15–20% объемного расхода. Таким образом, для терморегулирующих вентилей, установленных на требуемую комнатную температуру, получим крайне низкий уровень значений объемного расхода в случае присутствия дополнительного постороннего источника тепла. Даже при половинном объемном расходе нагревательный прибор обеспечивает более 80% требуемого объема тепла.

Рис. 2: Характеристика теплопередачи

Характеристика частичной нагрузки отопительных систем

При уменьшении подачи гидродинамическое сопротивление в трубопроводной сети снижается в квадрате. Таким образом, при снижении подачи вдвое сопротивление сократится на четверть. При снижающемся объемном расходе и связанным с этим сокращением потерь на трение потока возрастает перепад давления, достигая у нерегулируемых насосов при нулевой нагрузке (когда на участке от насоса до потребителя больше нет никакого падения давления) значения, соответствующего нулевой подаче (рис. 3). Однако перепад давления в терморегулирующем вентиле во избежание шума не должен превышать HV= 2 м. Чем больше будет падение давления у потребителя HV100 по отношению к падению давления в трубопроводной сети HR
(= большое влияние вентиля), тем меньше рост давления при низкой нагрузке.

Рис. 3: Изменение перепада давления в теплорегулируемом вентиле

Требуемые контрмеры

Даже при предполагаемых нестабильных условиях эксплуатации должно обеспечиваться достаточное распределение объема воды. При этом недопустимо превышение предельного уровня шума. Если, например, в режиме эксплуатации с низкой нагрузкой следует ожидать чрезмерного перепада давления, то необходимо принять соответствующие меры (например, установить оборудование, регулируемое в функции перепада давления). Поэтому, а также в целях снижения расхода электроэнергии, следует применять циркуляционные насосы, регулируемые в соответствии с перепадом давления.

Регулирование частоты вращения

Регулирование мощности насоса обеспечивается путем регулирования частоты вращения его привода. Меняя частоту вращения насоса, получим объемный расход, удовлетворяющий следующему соотношению: Q1/Q2 = n1/n2. Согласно закону подобия, при снижении частоты вращения вдвое подача уменьшается в два раза, напор – в четыре, потребляемая мощность – в восемь раз (рис. 4).

Рис. 4: Законы подобия для регулирования частоты вращения

Характеристика нагрузки отопительной системы

Из графика характеристики нагрузки отопительной системы, построенного по средним значениям, при переменном объемном расходе видно, что продолжительность эксплуатации с высокой подачей (и связанной с этим значительной гидравлической мощностью) невелика. Большая часть приходится на режим эксплуатации с пониженной нагрузкой, что сопровождается существенно более низкой потребляемой мощностью. Однако максимальные возможности экономии электроэнергии таят в себе режимы работы насоса с пониженной мощностью, например, ночной режим эксплуатации. Как показала практика, в эти периоды достаточно минимальной частоты вращения насоса (рис. 5).
Рис. 5: Характеристика нагрузки отопительной системы
Однако если насос принудительно не переключать в режим эксплуатации с пониженной частотой вращения (с помощью контакта системы управления отопительным оборудованием или автономного реле времени), то насос в эти периоды имел бы максимальное потребление электроэнергии. Поскольку не всегда терморегулирующие вентили закрываются вручную, именно последние оказались бы ночью открытыми, поскольку температура в подающей линии тепловой сети централизованно снижается с целью снижения температуры в помещении.

Сокращение эксплуатационных расходов

Путем регулирования мощности насоса в соответствии с этим графиком нагрузки с помощью встроенного регулятора можно добиться существенного снижения эксплуатационных расходов. Несмотря на несколько более высокую стоимость по сравнению с нерегулируемыми насосами, уровень общих расходов в течение всего срока службы регулируемых насосов значительно ниже (рис. 6). Замена даже уже установленного насоса, который выбирался по заведомо завышенным параметрам, на регулируемый насос даст в результате еще большую экономию электроэнергии и еще большее снижение выбросов CO2, а также намного сократит связанный с этим амортизационный период.
Рис. 6: Экономия электроэнергии в случае использования регулируемых насосов

ООО «ГРУНДФОС»
Представительство по Северо-Западу РФ
194044, СПб, Пироговская наб., д. 21
Бизнес-центр «Нобель»
Тел.: (812) 3204944, 3204939
ru