Циркуляционный насос для систем отопления и горячего водоснабжения

Введение

Насос для циркуляции жидкости по замкнутому контуру для систем водяного отопления и охлаждения.

Циркуляционный насос – это специальный тип насоса, используемый для циркуляции газов, жидкостей или суспензий в замкнутом контуре. Они широко применяются для циркуляции воды в системах водяного отопления или охлаждения. Поскольку они работают только с жидкостью в замкнутой системе, им необходимо преодолевать только сопротивление трубопроводной системы (в отличие от подъема жидкости из точки с более низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией). Циркуляционные насосы, используемые в системах водяного отопления, обычно являются центробежными насосами с электрическим приводом. В бытовых условиях они часто небольшие, герметичные и имеют мощность менее одной лошадиной силы, но в коммерческих приложениях их размеры могут достигать нескольких лошадиных сил, при этом электродвигатель обычно отделен от корпуса насоса посредством механической муфты. Герметичные агрегаты, используемые в быту, часто объединяют ротор двигателя, рабочее колесо насоса и опорные подшипники, герметично заключенные в водяной контур. Это позволяет избежать одной из основных проблем, с которой сталкиваются более крупные насосы, состоящие из двух частей: поддержание водонепроницаемого уплотнения в месте, где вал насоса входит в корпус насоса. Небольшие и средние циркуляционные насосы обычно полностью поддерживаются фланцами труб, соединяющими их с остальной частью системы водяного отопления. Большие насосы обычно устанавливаются на фундаментную плиту. Насосы, предназначенные исключительно для замкнутых систем водяного отопления, могут быть изготовлены из чугуна, поскольку вода в контуре либо дегазируется, либо обрабатывается химическими веществами для предотвращения коррозии. Однако насосы, через которые постоянно протекает насыщенная кислородом питьевая вода, должны быть изготовлены из более дорогих материалов, таких как бронза.

Использование с горячей водопроводной водой

Циркуляционные насосы часто используются для обеспечения циркуляции горячей воды в бытовых системах, чтобы кран сразу же выдавал горячую воду по требованию или (с точки зрения энергосбережения) через короткое время после запроса горячей воды. В регионах, где вопросы водосбережения становятся все более актуальными в связи с быстрым ростом и урбанизацией населения, местные органы водоснабжения предлагают скидки домовладельцам и застройщикам, устанавливающим циркуляционный насос для экономии воды. В типичной однотрубной системе без циркуляционного насоса вода просто подается из водонагревателя по трубам к крану. После закрытия крана вода, остающаяся в трубах, остывает, что приводит к привычному ожиданию горячей воды при следующем открытии крана. Установка циркуляционного насоса и постоянная циркуляция небольшого количества горячей воды по трубам от водонагревателя до самого удаленного прибора и обратно к водонагревателю обеспечивает постоянную горячую воду в трубах и исключает потери воды во время ожидания. Компромиссом является энергопотребление насоса и дополнительная нагрузка на водонагреватель для компенсации теплопотерь от постоянно горячих труб. Хотя большинство этих насосов устанавливаются вблизи водонагревателя и не имеют регулировки температуры, значительное снижение энергопотребления можно достичь, используя термостатически управляемый циркуляционный насос с регулировкой температуры, установленный на последнем приборе в контуре. Термостатически управляемые циркуляционные насосы позволяют пользователям выбирать желаемую температуру горячей воды в трубах, поскольку в большинстве домов не требуется мгновенное получение горячей воды из крана. Термостатически управляемые циркуляционные насосы включаются и выключаются для поддержания выбранной температуры и потребляют меньше энергии, чем насосы, работающие непрерывно. Установка термостатического насоса сразу после самого удаленного прибора в контуре обеспечивает цикличное перекачивание, поддерживая готовность горячей воды до последнего прибора в контуре, вместо того, чтобы тратить энергию на нагрев трубопровода от последнего прибора до водонагревателя. Установка циркуляционного насоса на самом удаленном приборе в контуре циркуляции горячей воды часто невозможна из-за ограниченного пространства, эстетических соображений, ограничений по шуму или отсутствия электропитания. Недавние достижения в технологии циркуляции горячей воды позволяют использовать насосы с регулируемой температурой без необходимости установки насоса на последнем приборе в контуре горячей воды. Эти передовые системы циркуляции горячей воды используют температурный датчик, стратегически установленный на последнем приборе в контуре, для минимизации потерь энергии на нагрев длинных обратных трубопроводов. Теплоизоляция трубопроводов помогает снизить эти потери и минимизировать объем воды, который необходимо перекачивать для поддержания постоянной доступности горячей воды. Традиционная система рециркуляции горячей воды использует существующий трубопровод холодной воды в качестве обратной магистрали от точки использования, расположенной дальше всего от водонагревателя, обратно к водонагревателю. Первый из двух типов системы имеет насос, установленный на водонагревателе, а "нормально открытый" термостатический регулирующий клапан устанавливается на самом удаленном приборе от водонагревателя и закрывается при контакте с горячей водой для управления перекрестным потоком между горячей и холодной магистралями. Второй тип системы использует термостатически управляемый насос, который устанавливается на самом удаленном приборе от водонагревателя. Эти термостатически управляемые насосы часто имеют встроенный "нормально закрытый" обратный клапан, предотвращающий попадание воды из трубопровода холодной воды в трубопровод горячей воды. По сравнению с выделенной обратной магистралью, использование трубопровода холодной воды в качестве обратной имеет недостаток – нагрев трубопровода холодной воды (и содержащейся в нем воды). Точный контроль температуры и активное управление потоком могут минимизировать потери холодной воды в трубопроводе холодной воды. Технологические усовершенствования в отрасли позволяют использовать таймеры для ограничения работы в определенные часы дня, снижая потери энергии за счет работы только тогда, когда жильцы, вероятно, будут использовать горячую воду. Дополнительные технологические усовершенствования включают насосы, которые включаются и выключаются для поддержания температуры горячей воды, в отличие от насосов, работающих непрерывно и потребляющих больше электроэнергии. Предотвращение явления "сифонирования" горячей воды в системах циркуляции горячей воды открытого типа, использующих трубопровод холодной воды для возврата воды к водонагревателю, позволяет снизить потери энергии и повысить комфорт. Сифонирование горячей воды происходит, когда вода из трубопровода горячей воды перетекает или принудительно поступает в трубопровод холодной воды из-за разницы давления между трубопроводами горячей и холодной воды. Использование "нормально закрытого" соленоидного клапана значительно снижает энергопотребление, предотвращая сифонирование не нагретой воды из трубопроводов горячей воды во время использования холодной воды. Мгновенное использование холодной воды снижает давление в трубопроводе холодной воды, а более высокое давление в трубопроводе горячей воды заставляет воду проходить через "нормально открытые" термостатические перекрестные клапаны и обратные клапаны (которые предотвращают только поток холодной воды в трубопровод горячей воды), увеличивая нагрузку на водонагреватель.

Circulating pumps are often used to circulate domestic hot water so that a faucet will provide hot water instantly upon demand, or (more conserving of energy) a short time after a user's request for hot water. In regions where water conservation issues are rising in importance with rapidly expanding and urbanizing populations local water authorities offer rebates to homeowners and builders that install a circulator pump to save water. In typical one way plumbing without a circulation pump, water is simply piped from the water heater through the pipes to the tap. Once the tap is shut off, the water remaining in the pipes cools producing the familiar wait for hot water the next time the tap is opened. By adding a circulator pump and constantly circulating a small amount of hot water through the pipes from the heater to the farthest fixture and back to the heater, the water in the pipes is always hot, and no water is wasted during the wait. The tradeoff is the energy wasted in operating the pump and the additional demand on the water heater to make up for the heat lost from the constantly hot pipes. While the majority of these pumps mount nearest to the hot water heater and have no adjustable temperature capabilities, a significant reduction in energy can be achieved by using a temperature adjustable thermostatically controlled circulation pump mounted at the last fixture on the loop. Thermostatically controlled circulation pumps allow owners to choose the desired temperature of hot water to be maintained within the hot water pipes since most homes do not require degree water instantly out of their taps. Thermostatically controlled circulation pumps cycle on and off to maintain a user's chosen temperature and consume less energy than a continuously operating pump. By installing a thermostatically controlled pump just after the farthest fixture on the loop, cyclic pumping maintains ready hot water up to the last fixture on the loop instead of wasting energy heating the piping from the last fixture to the water heater. Installing a circulation pump at the farthest fixture on a hot water circulation loop is often not feasible due to limited available space, cosmetics, noise restrictions or lack of available power. Recent advancements in hot water circulation technology allow for benefiting from temperature controlled pumping without having to install the pump at the last fixture on the hot water loop. These advanced hot water circulation systems utilize a water contacting temperature probe strategically installed at the last fixture on the loop to minimize the energy wasted heating lengthy return pipes. Thermal insulation applied to the pipes helps mitigate this second loss and minimize the amount of water that must be pumped to keep hot water constantly available. The traditional hot water recirculation system uses the existing cold water line as return line from the point of use located farthest from the hot water tank back to the hot water tank. The first of two system types has a pump mounted at the hot water heater while a "normally open" thermostatic control valve gets installed at the farthest fixture from the water heater and closes once hot water contacts the valve to control crossover flow between the hot and cold lines. A second type of system uses a thermostatically controlled pump which gets installed at the farthest fixture from the water heater. These thermostatically controlled pumps often have a built in "normally closed" check valve which prevents water in the cold water line from entering into the hot water line. Compared to a dedicated return line, using the cold water line as a return has the disadvantage of heating the cold water pipe (and the contained water). Accurate temperature monitoring and active flow control can minimize loss of cold water within the cold water line. Technological advancements within the industry allow for incorporating timers to limit the operations during specific hours of the day to reduce energy waste by only operating when occupants are likely to use hot water. Additional advancements in technology include pumps which cycle on and off to maintain hot water temperature versus a continuously operating pump which consumes more electrical energy. Reduced energy waste and discomfort is possible by preventing occurrences of hot water line siphoning in open loop hot water circulation systems which utilize the cold water line to return water back to the water heater. Hot Water Line Siphoning occurs when water from within the hot water line siphons or is forced into the cold water line due to differences in water pressure between the hot and cold water lines. Utilizing "normally closed" solenoid valve significantly reduces energy consumption by preventing siphoning of non hot water out of hot water lines during cold water use. Using cold water instantly lowers the water pressure in the cold water lines, the higher water pressure in the hot water lines force water through "normally open" thermostatic crossover valves and backflow check valves (which only prevent cold water from flowing into hot water line), increasing the energy demand on the water heater.

Потенциальные побочные эффекты циркуляторного насоса

Важно отметить повышенный нагрев в трубопроводной системе, что, в свою очередь, приводит к увеличению давления в системе. Трубопроводы, чувствительные к качеству воды (например, медные и системы с мягкой водой), будут подвержены негативному воздействию непрерывного потока. Несмотря на экономию воды, паразитные теплопотери через трубопроводы возрастут из-за повышенного теплообмена.

Количественные показатели функции

Во время работы насоса происходит снижение расхода жидкости в центре ротора, что вызывает приток жидкости через всасывающий патрубок. В случае чрезмерного падения давления в некоторых частях ротора, давление может оказаться ниже давления насыщения, соответствующего температуре перекачиваемой жидкости, что приводит к так называемой кавитации, то есть к испарению жидкости. Для предотвращения этого, давление в всасывающем патрубке (на входе насоса) должно превышать давление насыщения, соответствующее температуре жидкости, на величину чистого положительного напора на всасывание (NPSH). Для циркуляционных насосов характерны следующие параметры: производительность Q, давление насоса ∆p (напор ∆H), потребляемая мощность P с КПД насосной установки η, частота вращения рабочего колеса n, NPSH и уровень шума L. На практике используется графическая зависимость между значениями Q, ∆p (∆H), P и η, называемая характеристикой насоса. Эти характеристики определяются в ходе исследований, методика которых стандартизована. Данные характеристики определены для воды плотностью 1000 кг/м³ и кинематической вязкостью 1 мм²/с. При использовании циркуляционного насоса для жидкостей с иной плотностью и вязкостью, характеристики насоса необходимо пересчитывать. Эти характеристики приводятся в каталогах и руководствах по эксплуатации и техническому обслуживанию, при этом их форма является предметом гарантии производителя насоса.

Регламента ЕС для циркуляторов

С 1 января 2013 года циркуляционные насосы должны соответствовать европейскому регламенту 641/2009. Этот регламент является частью экологической политики Европейского Союза в области проектирования.