Расчет параметров и подбор насоса для отопления частного дома

Такой насос не нуждается в дополнительной смазке или увлажнении. Однако необходимо учесть, что водяной напор или сопротивление во многом могут оказывать влияние на функциональную мощность агрегата. Разберемся же, как рассчитать насос для отопления.

Виды конструкций тепловых насосов

Тип ТН принято обозначать словосочетанием, указывающим на среду-источник и теплоноситель системы отопления. Существуют следующие разновидности:

  • ТН «воздух – воздух»;
  • ТН «воздух – вода»;
  • ТН «грунт – вода»;
  • ТН «вода – вода».

Самый первый вариант – это обычная сплит-система, работающая в режиме обогрева. Испаритель монтируется на улице, а внутри дома устанавливается блок с конденсатором. Последний обдувается вентилятором, благодаря чему в помещение подается теплая воздушная масса.

Если такую систему оснастить специальным теплообменником с патрубками, получится ТН типа «воздух – вода». Он подключается к водяной системе отопления.

Испаритель ТН типа «воздух – воздух» или «воздух – вода» можно разместить не на улице, а в канале вытяжной вентиляции (она должна быть принудительной). В этом случае эффективность ТН будет увеличена в несколько раз.

Теплонасосы типа «вода – вода» и «грунт – вода» для отбора тепла используют так называемый наружный теплообменник или, как его еще называют, коллектор.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Это длинная закольцованная труба, как правило, пластиковая, по которой циркулирует жидкая среда, омывающая испаритель. Обе разновидности ТН представляют собой одно и то же устройство: в одном случае коллектор погружается на дно поверхностного водоема, а во втором – в грунт. Конденсатор такого ТН расположен в теплообменнике, подключаемом к системе водяного отопления.

Подключение ТН по схеме «вода – вода» является гораздо менее трудоемким, чем «грунт – вода», поскольку отпадает необходимость в проведении земляных работ. На дно водоема труба укладывается в виде спирали. Разумеется, для данной схемы подойдет только такой водоем, который зимой не промерзает до дна.

Функции, разновидности и принцип действия циркуляционных насосов

Для чего нужен циркуляционный насос (помпа)? Согласно принципу действия систем с принудительным циркуляцией, движение нагретой жидкости происходит благодаря избыточному давлению, создаваемому насосным оборудованием.

Соответственно, на помпу возлагается решение двух задач:

  1. Обеспечение высокой скорости движения теплоносителя;
  2. Создание избыточного давления, достаточного для преодоления гидравлического сопротивления, возникающего в элементах системы.

Первая является основной с точки зрения эффективности и экономичности отопления. Действительно, при высокой скорости движения теплоносителя разница его температур в подающем и обратном трубопроводах уменьшается – жидкость просто не успевает остывать. В результате:

  • Даже при значительной длине магистралей обеспечивается равномерное распределение тепла в обслуживаемых помещениях;
  • Для подогрева жидкости требуется меньший расход энергоресурсов (по сравнению с гравитационными системами экономия может составлять до 20-30 %);
  • Источники тепла (котлы, нагреватели других типов) работают в щадящем режиме;
  • Появляется возможность создания закрытых (герметичных) систем, в которых может быть использован теплоноситель с высокими показателями теплоемкости (например, антифриз, смесь или водный раствор гликолей и др.).

Владельцу такой системы ее проектирование, монтаж и эксплуатация обходятся значительно дешевле.

Устройство циркуляционного насоса для отопления включает несколько основных узлов и деталей:

  • Рабочее колесо (крыльчатку), обеспечивающее перекачивание жидкости;
  • Электродвигатель для привода рабочего колеса;
  • Перекачивающей камеры с впускным и выпускным (подающим и напорным) патрубками, которые присоединяются к трубопроводам;
  • Корпуса;
  • Клеммной коробки для электрических подключений и установки регулирующих органов (в случае модификации устройства с регулировкой скорости).

Как это работает:

  1. В перекачивающую камеру через впускной патрубок поступает теплоноситель.
  2. Здесь он захватывается крыльчаткой, приводящейся во вращение электродвигателем.
  3. При повышенном давлении отправляется в выпускной патрубок, присоединенный (как и впускной) к магистрали отопительной системы.

Производители предлагают множество различных конструкций насосного оборудования. Большинство из них модно отнести к одному из двух классов:

  • Устройства с «мокрым» ротором;
  • Помпы с «сухим» ротором.

В первом крыльчатка, как правило, выполняется в едином блоке с ротором электродвигателя. В результате ротор оказывается погружен в перекачиваемую жидкость.

Основной особенностью конструкции второго типа является ротор, изолированный от крыльчатки и теплоносителя за счет торцевого уплотнения.

В варианте с «мокрым» ротором жидкость выполняет одновременно функции смазки и теплоотвода.

Читайте также:  Сколько потребляет энергии водонагреватель на 50 литров

Каждое из решений имеет собственные достоинства и недостатки. В варианте с «мокрым» ротором жидкость выполняет одновременно функции смазки и теплоотвода. Это позволило получить компактные конструкции с минимальным уровнем рабочего шума. Именно такие насосы получили широкое распространение для бытовых приложений – ГВС и автономного отопления.

Вариант с «сухим» ротором отличается более высокими значениями КПД и максимальной мощности, что определило использование такого оборудования в системах, требующих высокой производительности, например, мини-котельных, осуществляющих теплоснабжение многоквартирных домов.

Куда ставить

Устанавливать циркуляционный насос рекомендуют после котла, до первого ответвления, а вот на подающем или обратном трубопроводе — все равно. Современные агрегаты делают из материалов, которые нормально переносят температуры до 100-115°C. Мало найдется систем отопления, которые работают с более горячим теплоносителем, потому соображения более «комфортной» температуры несостоятельны, но если вам так спокойнее, ставьте в обратке.

Куда ставить

Можно ставить в обратном или прямом трубопроводе после/перед котлом до первого ответвления

Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить

Нет разницы и по гидравлике — котлу, да и остальной системе, абсолютно все равно, в подающей или обратной ветке стоит насос. Что имеет значение — это правильность установки, в смысле обвязки, и правильная ориентация ротора в пространстве. Остальное неважно.

Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить
Куда ставить

Вычисляем уровень производительности насоса

Для того чтобы произвести расчет циркуляционного насоса для отопления, потребуется воспользоваться следующей формулой:

Q = S * Qуд / 1000

Где:

S – обогреваемая площадь;

Qуд – это уровень удельного потребления теплоэнергии;

Данный показатель в квартирах и в частных домах будет несколько отличаться. В квартирах удельное потребление тепла составляет около 70 Ватт на один квадратный метр площади, а в частных домах данный показатель может достигать 100 Ватт на один квадратный метр.

Как подобрать теплоаккумулятор для теплонасоса?

Правильный подбор буферной емкости обеспечит длительный срок эксплуатации и предотвратит тактование компрессора. В первую очередь следует обращать внимание на объем. Инженеры рекомендуют брать из соотношения 40 литров буферной емкости на 1 кВт теплогенератора. Например, на 10 кВт следует брать 400 литров объема.

Тепловую мощность, которую способен накопить теплоаккумулятор (измеряется в ваттах), рассчитывают по достаточно простой формуле: Q = m * cp * (T2 — T1), где:

  • Q – тепловая мощность (Вт);
  • m – масса вещества в буферной емкости (кг);
  • cp – удельная теплоемкость вещества в теплоносителе (Дж/кг*С);
  • T2 – конечная средняя температура носителя (°C);
  • T1 – начальная средняя температура носителя (°C).

Если вам интересно, на какое количество времени будет хватать тепла от буферной емкости, рекомендуем воспользоваться следующей формулой: t = Q/теплопотери. Q берется из расчета в предыдущей формуле, а теплопотери зависят от количества потребляемого тепла в вашем доме.

На примере все будет гораздо проще. Допустим, m = 1000 кг, T2 = 70 °C, T1 = 35 °C. В качестве вещества мы будем использовать воду, а значит, cp = 4200 Дж/кг*С. Тогда Q = 1000 * 4200 * (70 — 35) = 147 МДж. Если перевести это значение в кВт, получится 40,8 кВт.

Теперь давайте посчитаем, на сколько времени хватит накопленного тепла. Допустим, площадь отапливаемой территории составляет 200 м2. Тогда в среднем буферная емкость будет терять 10 кВт*ч (это примерная цифра). Тогда t = 40,8/10 = 4 часа и примерно 5–6 минут.

Теперь просто вам нужно методом подбора рассчитать необходимый объем теплоаккумулятора. Сразу хотелось бы указать, что если вместо воды вы используете антифриз, то cp = 3800 Дж/кг*С. Эти формулы достаточно просты, но если возникли трудности, можете позвонить нам, менеджер ответит на все вопросы и поможет вам.

Читайте также:  Газовые котлы АОГВ и АГВ — разница, характеристики

Система теплового насоса собственными силами

  • если не уверены в собственной компетенции, но на бригаду специалистов нет средств, всегда можно найти умельцев среди знакомых;
  • монтаж внешней части теплового насоса не терпит долгого сооружения – обладаете ли вы достаточными средствами, чтобы сооружение не превратилось в долгострой;
  • перед созданием системы позаботьтесь о полном комплекте материала и оборудования для монтажа. Покупка нового дорогого материала не всегда оправдывает себя, иногда достаточно приобрести оборудование бывшее в употреблении.

Подключение теплового насоса

Технология подключения теплового насоса зависит от его разновидности. Так, для системы воздух-вода не нужно устанавливать зонды, а потому и монтаж осуществляется по-другому.

Особенности установки тепловых насосов:

  1. Воздух-вода – установить этот насос проще и быстрее всего, поскольку для этого не потребуется проводить землекопные или буровые работы. Как правило, геотермальную установку монтируют неподалеку от жилого дома на расстоянии от 2 м до 20 м. Насос лучше всего устанавливать на хорошо проветриваемом участке, чтобы обеспечить полноценный доступ свежего воздуха. Также не допускается расположение рядом источников открытого огня или другого тепла. Чтобы защитить тепловой насос от осадков и механических воздействий, над ним рекомендуется установить навес, но так, чтобы не создавать преград для качественного вентилирования. Место установки оборудования должно быть свободным и обеспечивать доступ к технике с любой стороны, чтобы при необходимости произвести техническое обслуживание или ремонт. Насос следует установить на металлическом каркасе-рамке, во избежание дополнительных шумов и вибрирования в процессе работы. Раму надо закрепить на основании, проложив между ней и насосом резиновые прокладки.
  2. Земля-вода – установка может быть вертикальной или горизонтальной. В первом случае вам потребуется использовать буровую установку, чтобы сделать скважину глубиной в 50-100 м. Диаметр скважины должен составлять 20 см. Затем внутрь надо опустить геотермальный зонд и подключить его к системе. Для одного насоса может потребоваться несколько скважин. Их количество и глубина определяются потребностью в энергии и геологическими характеристиками местности. Для горизонтальной установки насоса необходимо вырыть траншею недалеко от дома. Глубина траншеи должна составлять 1,5-2 м в зависимости от уровня промерзания грунта. Туда укладывают систему труб, которая соединяет теплоноситель с насосом через цокольную часть дома.
  3. Вода-вода –  чтобы собрать водный коллектор, используйте обычные ПНД-трубы, заполненные теплоносителем, то есть водой. После сборки конструкцию следует перенести на берег водоема, погрузить в воду и отбуксировать на середину пруда. Крайне важно при подключении насоса не осуществлять опрессовывание системы отопления вместе с теплогенератором, а производить проводку отдельно. Во внутреннем контуре обязательно надо установить расширительный бачок, чтобы уровень воды в нем бел выше на 50 см крайней верхней точки отопительного контура. Чтобы насос прослужил подольше, трубопровод к силовой установке лучше подключать гибкими резиновыми шлангами – они уменьшают вибрацию. Для контроля работоспособности системы предусмотрите монтаж манометров и датчиков температуры в местах входа и выхода жидкости. Также потребуется установить дренажное устройство в крайней нижней точке отопления для полного слива воды из системы.
Подключение теплового насоса

Подытожит тему рентабельности и выгоды установки тепловых насосов видео ниже:

Устройство теплового насоса довольно простое, но его установка может вызывать затруднения у неопытных мастеров. Во избежание некорректной работы системы лучше доверить ее монтаж профессионалам.

Полезные советы специалистов

Приобрести циркуляционный насос можно в магазинах или заказать в интернете. Перед покупкой желательно получить консультацию специалиста по системам отопления. Обычно менеджеры, которые реализуют насосы различных фирм, знают о них все. От вас они могут потребовать некоторые исходные данные, которые помогут сделать оптимальный выбор. Обычно спрашивают о том, какой котел будет установлен, величину общей площади жилища, наличие утепления дома, этажность и т. п.

Читайте также:  Газовое отопление: расход газа газовым котлом

Советы специалистов, которые помогут сделать выбор:

  • лучше справляются с нагрузкой насосы с «мокрым» ротором;
  • дольше работают модели с корпусами из бронзы, латуни или нержавеющей стали;
  • в случае появления шума в системе нужно проверить отсутствие воздуха в системе;
  • при запуске включить максимальные обороты двигателя насоса.

Немного теории

Использовать природное тепло земли для обогрева жилья проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая редкость. И в то же время тепловая энергия есть везде — надо только ее извлечь и заставить работать. Для этого и служит тепловой насос. Что он делает:

  • отбирает энергию у низкотемпературных природных источников;
  • аккумулирует ее, то есть поднимает температуру до высоких значений;
  • отдает ее теплоносителю системы отопления.

В принципе, используется стандартная схема компрессорного холодильника, но «наоборот». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:

  1. В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
  2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при этом его температура растет (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из большого объема с низкой температурой переход в малый объем с высокой температурой.
  3. Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
  4. После охлаждения фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока или терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде жидкости возвращается в испаритель.

Самодельный тепловой насос

При всех преимуществах, которые имеет тепловой насос, цена этого устройства даже без обустройства коллектора составляет несколько тысяч у.е. Сократить расходы можно, сделав его самостоятельно.

Участник FORUMHOUSE c ником Saga сделал тепловой насос для отопления трехуровневого дома площадью 300 квадратных метров, собрав его из компрессора, пластинчатых теплообменников, фильтра-осушителя, ТРВ и других компонентов. В качестве хладагента использовал фреон R22.

На участке на глубине полутора метров проложил два контура трубы ПНД по 450 метров и один контур, на 600 метров, поместил в речку рядом с домом. Копал траншеи и все соединения делал сам – сейчас, с опытом, сделал бы все надежнее и экономнее.

Спустя три года домовладелец не пожалел о своем решении установить тепловой насос. Он смонтировал к нему еще и вентиляцию (ТН подогревает воздух перед рекуператором), а холодным воздухом летом бесплатно остужает дом. Отопление, подогрев воды и кондиционирование обходится ему в 25 000 в год.

На этой исторической фотографии видно, сколько электричества было потрачено за три года на отопление и подогрев воды — 38586 киловат (напомнаем, площадь дома — 300 ).

Соседи, оценив потенциал теплового насоса, сделали себе такие же. Главной ошибкой в устройстве теплового насоса наш пользователь считает чрезмерную длину холодных контуров – 200 метров было бы достаточно. Еще один промах – теплообменник в системе вентиляции, его надо делать с большим запасом; обязательно пригодится.

Все мелкие ошибки связаны с попытками сэкономить.

SagaУчастник FORUMHOUSE

Не экономьте на диаметре труб, покупайте фирменные фитинги и циркуляционные насосы и будет вам счастье.