Як розрахувати потужність циркуляційного насоса і напір циркуляційного насоса для системи опалення та ГВП-рециркуляції

Вибір циркуляційного насоса - це не просто «поставити найпотужніший, щоб точно вистачило». Такий підхід призводить до зайвого шуму в трубах, швидкого зношування обладнання, зайвих витрат електроенергії та проблем з регулюванням. Насправді все набагато простіше: для правильного підбору достатньо визначити дві цифри - G та H.

• G - це витрата, тобто скільки літрів або кубометрів води насос прокачує через систему за певний час.

• H - це напір, або «сила», з якою насос штовхає воду, щоб подолати опір труб, колін, клапанів та іншого обладнання.
   

У закритих системах опалення ми не рахуємо «висоту підйому» води по поверхах - це не насос свердловини, а циркуляційний, він ганяє одну й ту ж воду по колу.

Принцип і формули розрахунку

Почнемо з витрати теплоносія. Вона визначається тепловим навантаженням об’єкта та проектною різницею температур між подачею та звороткою. Для води існує зручна інженерна формула:

Gм³ / год = 0,86 ⋅ PкВт / ΔTК

P - потужність вашої системи. Якщо у вас будинок площею 150 м² і тепловтрати близько 12 кВт, то це число й підставляємо.
ΔT - це різниця температур між подачею і звороткою. Наприклад, у радіаторах подаємо воду 70°C, а повертається вона 50°C. Різниця = 20.
Число 0,86 - це просто «чарівний коефіцієнт» для перерахунку одиниць і врахування теплоємності води. Воно з’явилося з великої фізичної формули, але вам достатньо знати, що без нього вийде не те.

Для радіаторного опалення типовим значенням ΔT є 20 К, наприклад, 70/50 °C або 65/45 °C. У теплій підлозі ця різниця значно менша - 7–10 К, і це означає, що витрата води для тієї ж теплової потужності буде в два-три рази більшою.

Другий параметр - напір насоса - розраховується за втратами тиску в найдовшому і найскладнішому кільці системи. Формула виглядає так:

Hм = ΔpПа / ρ⋅g

де ρ - густина теплоносія (для води близько 1000 кг/м³), а
g - прискорення вільного падіння (9,81 м/с²).

У ці втрати включають тертя в трубопроводах, що розраховується як добуток питомих втрат на довжину, і локальні опори - арматура, коліна, змішувальні вузли, теплообмінники та клапани. Для точності завжди додають запас у 10–20 %, щоб врахувати можливе забруднення фільтрів або відхилення від проєкту.

Уявіть, що вода тече по трубі, а на шляху постійно є перешкоди - звуження, повороти, клапани. Кожна така перешкода трохи «з’їдає» тиск. Також є тертя води об стінки труби, яке теж створює втрати. Якщо скласти всі ці втрати і поділити їх на густину води з коефіцієнтом гравітації, отримаємо висоту водяного стовпа, яку насос має «підняти» для руху по колу.

Розрахунок на практичному прикладі

Візьмемо типовий добре утеплений будинок площею 150 м² з розрахунковим тепловим навантаженням 12 кВт. Схема - двотрубна, різниця температур 20 К. У найдовшому кільці використані труби PEX-AL-PEX 25×3,5 із внутрішнім діаметром близько 18 мм і загальною довжиною петлі 70 м (в обидва боки). З таблиць для нашої витрати отримуємо питомі втрати близько 80 Па/м. Локальні опори складаються з кількох ділянок: арматури та колін на 3000 Па, теплообмінника котла ще на 3000 Па, змішувального вузла приблизно на 5000 Па і радіаторних клапанів на 2000 Па.

Спершу визначаємо витрату:

G = 0,86 ⋅ 12 / 20 = 0,516 м³/год 

Це 516 літрів за годину. Перевіримо швидкість руху теплоносія - близько 0,56 м/с, що знаходиться в оптимальному діапазоні 0,3–0,8 м/с, який забезпечує безшумну роботу.

Далі розраховуємо втрати тиску: по трубопроводу вони складуть 80 × 70 = 5600 Па, локальні опори - ще 13 000 Па. Разом отримуємо 18 600 Па. Переводимо в метри водяного стовпа:

H = 18600 / 1000 ⋅ 9,81 ≈ 1,9 м

З урахуванням 15% запасу отримуємо приблизно 2,2 метра. Таким чином, для цього будинку потрібен насос, який видає близько 0,52 м³/год при напорі 2,2 м. Це робоча зона малих циркуляційних насосів класу 25-40 або 25-60 на низьких швидкостях, особливо з функцією AutoAdapt.

Приклад на реальному будинку

Є будинок 150 м², добре утеплений. Потрібно 12 кВт тепла. Схема опалення двотрубна, труби PEX-AL-PEX із внутрішнім діаметром 18 мм, найдовший контур - 70 м.
Питомі втрати тертя для нашої витрати - приблизно 80 Па/м. Локальні опори:

• арматура та коліна - 3000 Па
   
• теплообмінник котла - 3000 Па
   
• змішувальний вузол - 5000 Па
   
• радіаторні клапани - 2000 Па
   

Спершу рахуємо витрату: 0,516 м³/год (516 л/год). Потім - втрати тиску: 80 × 70 = 5600 Па на тертя плюс 13 000 Па на обладнанні. Разом 18 600 Па. Переводимо у метри: 18 600 / (1000 × 9,81) ≈ 1,9 м. Додаємо запас 15% - отримуємо близько 2,2 м.

Отже, насос має видавати 0,52 м³/год при напорі 2,2 м. Це зона роботи малих циркуляційних насосів типу 25-40 або 25-60 на низькій швидкості.

 

Що врахувати при підборі насоса

Коли ми вже знаємо свою точку G–H, потрібно вибрати насос, крива якого перетинається з цією точкою. Окрім цього, варто звертати увагу на режими роботи - насоси з пропорційним або сталим напором, а також із функцією AutoAdapt значно економлять електроенергію і зменшують шум у системах з термостатичними вентилями. Енергоефективність, габарити, тип підключення, сумісність із гліколем - усе це теж важливо, особливо якщо в системі використовується антифриз, адже його густина і в’язкість впливають на розрахунки.

 

Нюанси для різних систем

У радіаторних системах з колекторною розводкою витрата насоса визначається сумою витрат по всіх активних кільцях, а напір - втратами в найдовшому кільці. Балансування обов’язкове, інакше близькі радіатори «з’їдатимуть» більшу частину витрати.

У теплих підлогах через менший перепад температур витрата більша у кілька разів, а втрати тиску часто вищі через довгі контури малого діаметра та наявність змішувальних вузлів. Тут часто ставлять окремий насос на колектор.

У системах ГВП-рециркуляції головна мета - утримувати температуру у далеких точках, щоб вода була гарячою одразу при відкритті крана. Розрахунок починається з визначення тепловтрат петлі та допустимого охолодження, після чого витрата обчислюється за тією ж формулою з коефіцієнтом 0,86. Напір визначають за найдовшим плечем рециркуляції, без врахування статичного підйому, адже система замкнена.

У теплих підлогах ΔT менший, тому насос має перекачувати значно більше води, і часто потрібен окремий насос на колекторі. У ГВП-рециркуляції витрата рахується по тепловтратам петлі та допустимому охолодженню, а напір - за найдовшою гілкою.

Чому не можна брати «з запасом» удвічі

Якщо взяти занадто потужний насос, він прокачуватиме більше води, ніж потрібно. Це призведе до шуму у клапанах, нерівномірного прогріву, швидшого зношування вузлів і зайвої витрати електроенергії. І навпаки, якщо насос буде занадто слабким, дальні радіатори можуть залишатися холодними.

 

Типові помилки і практичні поради

Часто інженери враховують «поверховість» як додатковий напір у закритих системах, що є хибним підходом. Інша поширена помилка - орієнтація лише на діаметр труби без перевірки швидкостей і втрат, або вибір насоса «із запасом», який створює шум у клапанах і витрачає зайву електроенергію. Ще одна проблема - ігнорування втрат у теплообмінниках, гідрострілках і змішувальних вузлах, які інколи складають більшу частину гідравлічного опору.

Щоб уникнути цих помилок, варто тримати швидкість у трубах на рівні 0,3–0,8 м/с, користуватися гідравлічними таблицями для конкретної труби та витрати, а для систем із термостатами обирати насоси з пропорційним напором або AutoAdapt. І найголовніше - завжди починайте розрахунок з «найгіршого» кільця, решта підтягнеться балансуванням.

 

FAQ

1. Чи потрібно враховувати поверховість будинку при розрахунку насоса?
   Ні, у закритих системах опалення поверховість не впливає на підбір насоса, бо статичний тиск взаємно компенсується
    
2. Що таке ΔT у розрахунку насоса?
   ΔT - це різниця температур подачі і зворотки теплоносія. Для радіаторів зазвичай беруть 20°C, для теплої підлоги - 7–10°C
    
3. Навіщо у формулі витрати коефіцієнт 0,86?
   Коефіцієнт 0,86 переводить теплову потужність у кВт у витрату теплоносія в м³/год, враховуючи теплоємність води.
    
4. Чи можна брати циркуляційний насос із запасом?
   Запас більше 20% небажаний - він викликає шум, перевитрату електроенергії і проблеми з балансуванням
    
5. Як визначити питомі втрати в трубах?
   Питомі втрати беруть із гідравлічних таблиць для конкретного діаметра і швидкості потоку, або орієнтовно 70–120 Па/м для побутових систем
    
6. Як розрахувати насос для системи з антифризом?
   Потрібно врахувати, що антифриз має більшу в’язкість і меншу теплоємність, тож витрата і напір будуть вищими, ніж для води
    
7. Як розрахувати циркуляційний насос для ГВП-рециркуляції?
   Визначте тепловтрати петлі (Вт) і допустиме охолодження (ΔT, зазвичай 5°C), розрахуйте витрату за формулою G=0,86×(QВт/ΔT) і підберіть напір за найдовшою гілкою