Насос как средство балансировки системы отопления

К. Семаков

За редким исключением, все системы отопления требуют настройки и регулирования (балансировки). В чем суть балансировки отопительной гидросистемы и как это делается по-современному?

Назначение системы отопления – распределение и доставка теплоносителя от источника (например, котла или точки ввода от теплосети) к каждому отопительному прибору (высоко- или низкотемпературному), который передает тепло потребителю. Теплоотдача каждого отдельного прибора в итоге определяется расходом (подачей) горячей жидкости, который пропускается через него. В свою очередь, расход теплоносителя через прибор определяется перепадом давления на каждом приборе и гидравлическим сопротивлением прибора.

Помимо этого, сама система, будет обладать определенными потерями давления по длине и на местных сопротивлениях. Местными сопротивлениями будут выступать любые фиттинги, сочленения, изгибы, повороты труб, их расширения, сужения и т. п. Чтобы обеспечить нужную теплоотдачу на отопительном приборе, помимо поддержания определенной входной температуры, система должна подать теплоноситель к прибору, имеющему собственную пропускную способность, под определенным давлением, и, после выделения на нем тепла, отвести рабочую жидкость в обратную линию.

Если отопительных приборов (например, радиаторов) в системе несколько, то к каждому из них теплоноситель будет поступать со своими показателями давления. Интенсивность выделения тепла определяется параметрами и конструкцией прибора, а также скоростью протока через него, которая может отличаться от прибора к прибору. Но благодаря неразрывности потока жидкости общий расход через систему определяется суммарными гидравлическими потерями и общим перепадом давления.

Каждая конкретная система отопления, по сути, уникальна, и требует отдельного расчета и настройки, что и называется балансировкой системы.

Итак, сложность балансировки в том, что нужно настраивать тепловые параметры каждого отопительного прибора в системе, по большому счету, имея возможность оперировать лишь гидравлическими величинами: давлением на входе в систему, общим расходом (подачей) теплоносителя и изменением гидравлического сопротивления на участке сети. Задача балансировки – доставить теплоноситель с заданной температурой к каждому отопительному прибору
и обеспечить через него пропускание рабочей жидкости с нужным расходом, обусловливающим необходимое время контакта для передачи тепла.

Результат балансировки – нагревание каждого отопительного прибора в контуре по всей сети до нужной температуры и малое взаимовлияние при его перенастройке на остальные элементы в этой сети. Отбалансированная система повышает комфорт и экономит энергоносители, не допуская перегрева на отдельных участках.

Варианты систем отопления и особенности балансировки

В однотрубной системе задача балансировки состоит в том, чтобы к наиболее удаленному отопительному прибору по ходу тока теплоносителя он поступал с достаточной температурой. Входы и выходы отопительного прибора «обвязаны» перемычкой (байпасом), роль которого может играть сама линия подачи. Суммарная пропускная способность каждого такого узла определяется пропускной способностью через сам тепловой прибор с арматурой и через параллельную перемычку.

Эта схема напоминает последовательное соединение электроприборов в цепь постоянного тока – к последнему в цепи прибору ток поступает «ослабленным» из-за прохождения через все предыдущие сопротивления. То есть, нужно сделать так, чтобы все сопротивления, которые расположены «вверх» по потоку, были незначительны, и энергия потока теплоносителя ослаблялась бы до поступления на последний прибор минимальным образом.

Двухтрубная схема напоминает электроцепь с параллельным подключением элементов, с той особенностью, что сами элементы имеют собственное сопротивление намного ниже, чем собственно подводящие/отводящие «провода». Имея малое сопротивление, такие элементы в данном случае играют роль широкой перемычки с очень малым сопротивлением, «шунта». Т. е. первый же прибор, установленный вниз по потоку, условно, вызывает тепловое «короткое замыкание» – максимум тепловой энергии будет стремиться выделиться на первом же элементе. И дальше по цепи «ток» теплоносителя (разогрев приборов) практически не пойдет, потому что сопротивление линий (прямой и обратной) дальше по схеме будет больше, чем собственно сопротивление прибора на первом участке. Чтобы этого избежать, на элементы (отопительные приборы) навешивают по дополнительному сопротивлению («дросселю»), которым задают величину потока через каждый прибор. Обычно такие сопротивления устанавливают на выходе отопительного прибора, т. е. «после себя», тем самым регулируя пропускную способность на каждом тепловыделяющем устройстве отдельно.

Разновидность двухтрубной системы – «попутная схема» или «схема Тихельмана» – основана на том, что каждый участок «цепи», включающий отдельный прибор, имеет примерно одинаковое эквивалентное сопротивление. Каждый элемент цепи оказывается с точки зрения пропускной способности в равноценных условиях (суммарные потери давления по длине плюс местные сопротивления), и такая система обычно в балансировке не нуждается.

По этой схеме первый по ходу потока прибор имеет наименьшее сопротивление подающего участка и самую длинную обратную линию, а последний – наоборот, самую короткую обратную линию, но самый длинный участок подачи. В среднем же каждый элемент имеет примерно одинаковое эквивалентное гидросопротивление, и соответственный перепад давления на нем. Этим обеспечивается одинаковый расход через приборы, а значит – примерно равная теплоотдача от них.

Электрогидродинамической аналогией можно пояснить только общий принцип балансировки, поскольку имеются специфические гидравлические и теплофизические нюансы, отличающие отопительную систему от электроцепи. Помимо массовых (расходных) характеристик подачи теплоносителя, нужно учитывать и тепловой баланс системы.

Моделирование системы

Как понятно из текста выше, балансировка (отладка) системы отопления состоит в настройке нужных параметров потока на каждом тепловыделяющем приборе системы.

Ручной расчет системы, включающий подробный гидравлический и тепловой расчет, очень трудоемок и неточен. Он носит оценочный характер. А поскольку каждая система по-своему в чем-то уникальна, то всякий раз расчеты нужно выполнять заново. Кроме того, расчеты проводятся при ряде допущений и принятых значений, и при изменении текущих параметров системы (конкретного давления, температуры, расхода и т. д.) на них нельзя полагаться.

Специализированные программные средства позволяют выполнить все расчеты с заданной точностью и даже провести многовариантный анализ, подобрать наиболее оптимальные параметры системы и учесть индивидуальные особенности проекта.

Безусловно, применение компьютерных расчетов, опирающихся на специальное программное обеспечение и широкую базу данных математических моделей для каждого элемента системы, существенно облегчает задачу расчета при проектировании, однако монтажники на объекте этим не занимаются.

Ручная балансировка дросселированием требует опыта и квалификации, применение же автоматических балансирующих устройств существенно удорожают реализацию системы.

Насос в качестве балансировочного устройства

Если регулируемый циркуляционный насос оснащен устройствами измерения расхода и давления, то его можно использовать в качестве балансировочного устройства. Представим себе, что все дроссели (вентили, регуляторы давления), установленные на отопительном приборе (или отдельном контуре) перекрыты. Тогда, осуществив пуск насоса, можно измерить давление на циркуляционном насосе в режиме нулевой подачи. Последовательно открывая проток через каждый прибор (контур) по одному, можно измерить по показаниям на насосе перепад давление на нем, или, что то же самое, косвенно определить пропускную способность каждого прибора (контура). Зная размеры и тип прибора (например, радиатора) и его характеристики, можно вывести расход теплоносителя через него на оптимальные (рекомендованные) параметры с помощью дросселя (регулятора).

Собрав данные по пропускной способности каждого участка (контура) и отопительного прибора с учетом длины и диаметра подающих/отводящих труб, реальной площади помещения, с помощью специализированного программного обеспечения можно построить максимально точную модель системы отопления с учетом не расчетных, а фактических значений. Программа рассчитает рекомендованное поджатие дросселей для каждого участка схемы и оптимальную общую подачу теплоносителя от циркуляционного насоса и наилучшее настроечное давление для него.

Но как эту процедуру балансировки, включая моделирование системы, расчет и оптимизацию параметров, быстро и безошибочно осуществить на практике?

«Умный» циркуляционный насос

На рынке теперь имеются бытовые регулируемые циркуляционные насосы, оснащенные всем необходимым для гидравлической балансировки системы отопления в частном доме или квартире с помощью смартфона. В качестве примера рассмотрим насос Grundfos ALPHA2 с широкими возможностями по регулированию и настройке параметров.

Система ALPHA2 включает в себя насос ALPHA2 со встроенными средствами измерения, устройство связи ALPHA Reader для передачи измеренных данных на смартфон и мобильное приложение Grundfos GO Balance, представляющее собой программу по расчету и моделированию параметров схемы отопления с интерактивным интерфейсом для взаимодействия с пользователем.

Устройство связи ALPHA Reader – это маленькое устройство, которое во время процедуры настройки (балансировки системы отопления) нужно прикрепить к лицевой панели насоса. Оно считает данные о производительности насоса и по каналу Bluetooth передаст их на смартфон с мобильным приложением Grundfos GO Balance.

Простая инструкция на экране пошагово проведет пользователя по всем этапам гидравлической балансировки всех радиаторов и зон подогрева теплого пола в доме.

Коммуникатор ALPHA Reader используется только во время выполнения балансировки, поэтому после завершения процедуры его можно снять с насоса ALPHA2 и использовать для настройки на другом «умном» насосе Grundfos в этом доме или на другом объекте.

Мобильное приложение Grundfos GO Balance (программа моделирования, расчета и интерактивного диалога с оператором, проводящим балансировку) можно загрузить в смартфон с помощью сервисов iTunes или Google Play. Сам смартфон выполняет роль компьютерного устройства, выполняющего вычисления для гидравлического балансирования одно- или двухтрубной радиаторной системы отопления, системы теплого пола, системы бытовой рециркуляции горячей воды, системы кондиционирования воздуха с температурой охлаждающей жидкости ≥ 2°C. Всю балансировку можно провести за несколько простых шагов, о которых подскажет программа GO Balance. Кроме того, это мобильное программное приложение сформирует отчет и другую документацию о проведении балансировки.

Помимо балансировки, циркуляционная система, состоящая из «умного» насоса Grundfos ALPHA2 (гарантия производителя – 5 лет), коммуникатора ALPHA Reader и смартфона с ПО GO Balance (дополнительные аксессуары, не входящие непосредственно в комплект насоса ALPHA2), обеспечивает функции защиты насоса от сухого хода во время пуска и эксплуатации. Встроенная автоматика выполнит надежный перезапуск системы с минимальным вращающим моментом, оптимизацию параметров работы насоса за счет функции AUTO_ADAPT, благодаря которой наилучшим образом выбирается рабочая точка насоса и обеспечивается энергоэффективность, долговечность и экономичность его работы.

Видео. Циркуляционный насос Grundfos ALPHA2

Корпус насоса изготавливается в разных исполнениях –из чугуна или нержавеющей стали, имеет особые покрытия, повышающие износостойкость подвижных и неподвижных частей, специальный электродвигатель с повышенным ресурсом.

Основные технические характеристики насоса Grundfos ALPHA2:

Максимальная подача Qmax = 3,8 м³/ч.
Температура перекачиваемой жидкости: от +2°C до +110°C.
Уровень звукового давления: ≤ 43 dB(A).
Температура окружающей среды: от 0°C до +40°C.
Индекс энергоэффективности: EEI ≤ 0.15 (при напоре 4 м).

Балансировка системы отопления шаг за шагом

Чтобы выполнить балансировку помощью насосной системы Grundfos ALPHA2 нужно просто выполнять пошаговые инструкции.

На любой смартфон нужно загрузить бесплатное программное приложение GO Balance. Затем насос монтируется в систему отопления и подключается к электропитанию.

На лицевую панель насоса навешивается съемный компактный коммуникатор ALPHA Reader, который связывается со смартфоном по каналу Bluetooth, обнаруживается, идентифицируется и подключается к программе GO Balance.

Сначала нужно закрыть все термостаты радиаторов, ветвей теплого пола и/или других нагревательных элементов во всей настраиваемой системе, затем включить насос и таким образом измерить приложением «нулевую» подачу циркуляционного насоса.

Затем производится процесс измерений по каждому из ответвлений системы (по каждой комнате дома или отопительному контуру отдельно). Введите запрашиваемые ПО данные – размер помещения, размер и тип отопительного прибора (например, радиатора) и т. д. После этого приложение измерит подачу и напор для выбранного радиатора с помощью расходомера, встроенного в насос. Теперь можно переходить к следующему помещению (контуру). Последовательно и пошагово повторение этой процедуры для каждого следующего помещения дома (последовательно открывая вентили, двигаясь от помещения к помещению), позволит приложению GO Balance определить базовое значение расхода для каждой точки регулировки (участку системы отопления) и запишет эти данные в базу программы.

Наконец можно приступить к собственно балансировке. Приложение автоматически рассчитает рекомендованные значения расхода для каждой точки индивидуальной регулировки и покажет, как с помощью регулировочного вентиля настроить нужный расход именно для данного участка системы. После завершения регулировки вентилей по всему дому на предложенные программой настроечные значения, система отопления будет полностью отбалансирована.

Видео. Пример гидравлической балансировки системы отопления в доме с помощью насоса

После завершения гидравлической балансировки, приложение сформирует детальный отчет, включающий полную информацию о проведенной балансировке, данные о собственнике дома и инсталляторе, выполнявшем эту работу. Приложение предусматривает возможность ввода ручной подписи такого документа, чтобы сохранить его и затем отправить Заказчику.

После всего с лицевой панели насоса можно снять ALPHA Reader, чтобы использовать его для балансировки систем в других домах.

Гидравлическая балансировка с помощью насосов серии Grundfos ALPHA и смартфона – это просто, быстро, удобно, надежно и оптимально.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 8 150