Если говорить о главных недостатках системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, то к таковым следует отнести низкий циркуляционный напор (особенно это касается квартирных систем) и, как следствие, увеличенный размер труб. Стоит допустить небольшую ошибку в выборе диаметра труб, как теплоноситель окажется «зажатым» и не сможет преодолеть гидравлическое сопротивление.
Для того чтобы «разжать» систему, значительной ее переделки не потребуется, достаточно лишь включения в систему циркуляционного насоса и переноса расширительного бачка с подачи на обратку. При этом нужно отметить, что переносить расширитель на обратку не всегда обязательно. Когда делается простая переделка несложной (к примеру, квартирной) системы, бачок можно оставить на прежнем месте. Реконструкция (устройство новой системы) по всем правилам подразумевает перенос бачка на обратку и его замену с открытого на закрытый. Какова должна быть мощность циркуляционного насоса и куда и как его следует устанавливать?
Циркуляционные насосы, используемые в бытовых системах отопления, характеризуются низким потреблением электроэнергии — примерно 60-100 Вт, ведь они не обеспечивают подъем воды, а лишь служат вспомогательным инструментом для преодоления ею местного сопротивления в трубах. Такие насосы справедливо было бы сравнить с корабельным винтом, который толкает воду, продвигая, тем самым, судно, но при этом количество воды в море не прибавляется и не убавляется: общий баланс воды сохраняется на прежнем уровне. Подключенный к трубопроводу циркуляционный насос толкает воду, но, независимо от количества вытолкнутой воды, к нему с другой стороны поступает столько же воды. Таким образом, нет никаких оснований опасаться, что произойдет выталкивание насосом теплоносителя через открытый расширитель: система отопления является замкнутым контуром с постоянным количеством воды в нем.
В централизованные отопительные системы кроме циркуляционных, могут включаться и повысительные насосы, поднимающие давление и способные поднять воду. В принципе, именно повысительные насосы и следует называть насосами, тогда как циркуляционный насос уместно будет сравнить с вентилятором: обычный вентилятор может гонять воздух по квартире, но максимум, что он может, это создать циркуляцию воздуха, и никоим образом не в состоянии изменить атмосферное давление (даже если работает в наглухо закрытом помещении). Использование циркуляционного насоса дает возможность значительно увеличить радиус действия системы отопления, сократить диаметры трубопроводов, а также создать условия для присоединения систем к котлам, работающим с теплоносителем с повышенными параметрами.
В качестве важного параметра для обеспечения бесшумной работы водяных отопительных систем с насосной циркуляцией, выступает скорость движения теплоносителя. А именно, скорость теплоносителя не должна быть выше:
— в трубопроводах основных помещений жилых зданий, если условные проходы труб составляют 10, 15, 20 мм и более — 1.5, 1.2 и 1 м/с соответственно;
— в трубопроводах, проложенных во вспомогательных помещениях жилых домов — 1.5 м/с;
— в трубопроводах, проложенных непосредственно во вспомогательных зданиях — 2 м/с.
Чтобы работа системы была бесшумной и доставляла требуемый объем теплоносителя, следует сделать небольшой расчет. Нам уже известно, как ориентировочно определяется требуемая мощность котла (в киловаттах), с учетом площади отапливаемого помещения. Формула расчета оптимального расхода проходящей через котел воды, такова: Q=P , где Q обозначает расход проходящего через котел теплоносителя, (в л/мин), а P — мощность котла в киловаттах. К примеру, котел, мощность которого составляет 30 кВт, требует расхода воды около 30 л/мин. Для того, чтобы определить, каков будет расход теплоносителя на любом отрезке циркуляционного кольца, используется эта же формула.
К примеру, с учетом того, что уже известна мощность установленных на данном отрезке радиаторов, можно рассчитать расход воды для радиаторов, устанавливаемых в одной комнате. Предположив, что установленные радиаторы имеют мощность 6 кВт, расход воды составит приблизительно 6 л/мин. Рассчитав расход воды, несложно определить диаметр трубопровода. Указанные в таблице величины отражают принятые на практике соответствия диаметрам труб (при условии, что расход проходящего по ним теплоносителя не превышает 1.5 м в секунду). Затем определяется мощность циркуляционного насоса. Для каждых десяти метров длины циркуляционного кольца нужно 0.6 м напора насоса.
К примеру, при общей длине кольца циркуляции 90 м, напор насоса должен быть 5.4 м. Приобретаем в магазине (либо по каталогу) насос с нужным напором. При использовании труб с меньшим диаметром, чем рекомендованные в абзаце выше, мощность насоса должна быть больше, поскольку, чем тоньше труба, тем в ней больше гидравлическое сопротивление. Следовательно, при использовании труб с большим диаметром, допустимо уменьшение мощности насоса. Для обеспечения постоянной циркуляции воды в отопительных системах, рекомендуется производить установку не менее 2-х циркуляционных насосов, при этом один будет рабочим, а другой — резервным. Как вариант можно установить один насос, а другой оставить лежать в укромном месте, и в случае поломки первого произвести быструю замену.
Следует заметить, что вышеприведенный расчет системы отопления является весьма примитивным, не учитывающим различных факторов и характерных особенностей индивидуальных отопительных систем. В частности, если вы ведете строительство коттеджа со сложной архитектурой, то это потребует производства точных расчетов, что под силу только инженерам-теплотехникам. Можно с уверенностью сказать, что крайне неразумно вести строительство многомиллионного сооружения, не имея исполнительной документации — проекта, который учитывает все особенности объекта.
Заполненный водой циркуляционный насос в системе отопления испытывает равное гидростатическое давление со стороны двух патрубков (при условии, что вода не нагревается): всасывающего (входного) и нагнетательного (выходного), соединяемых с теплопроводами. Благодаря тому, что конструкция современных циркуляционных насосов предполагает наличие подшипников с водяной смазкой, насосы можно размещать как на обратном, так и на подающем трубопроводе, хотя, как правило, ставят на обратке. В первое время такое решение обусловливалось чисто техническими причинами: у насоса, размещенного в более холодной воде, срок службы подшипников, ротора, а также сальниковой набивки — больше. В настоящее время насосы устанавливаются на обратку скорее по привычке, поскольку в замкнутой системе местоположение циркуляционного насоса в плане создания искусственной циркуляции воды роли не играет.
Более того, учитывая, что на подающем трубопроводе гидростатическое давление обычно меньше, размещение таких насосов именно на «подаче» более рационально. К примеру, расстояние от котла, на котором установлен расширительный бачок составляет 10 м в высоту. Это означает, что он создает статическое давление десятиметрового водяного столба, однако данное утверждение корректно лишь для нижнего трубопровода. В верхнем же давление будет меньше, поскольку и величина водяного столба здесь меньше. Таким образом, независимо от местоположения насоса он будет подвержен одинаковому давлению с обеих сторон: даже если, например, установить его на главном вертикальном подающем (либо обратном) стояке, разница давлений в обоих патрубках будет незначительной, ввиду небольших размеров насоса.
Однако, все сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Работающий в замкнутом кольце отопительной системы насос, создает усиление циркуляции, посредством нагнетания воды в теплопровод с одной стороны, и засасывания — с другой. В результате уровень воды в расширительном баке останется неизменным после пуска циркуляционного насоса, поскольку равномерная работа насоса только создает циркуляцию при том же самом количестве воды. В связи с тем, что в данных условиях (постоянный объем воды в системе и равномерность действия насоса) уровень воды в расширительном баке остается постоянным, независимо от того работает ли насос, в точке соединения расширителя к трубам системы гидростатическое давление также будет постоянным. Поэтому точку присоединения и называют нейтральной, ведь развиваемое насосом циркуляционное давление никоим образом не влияет на создаваемое расширительным бачком статическое давление.
Следует отметить, что расширительный бак циркуляционного насоса в закрытых гидравлических системах служит своеобразным рубежом, после которого происходит смена знака у развиваемого насосом давления: до этой точки насос посредством создания компрессии нагнетает воду, а после нее всасывает воду с помощью вызываемого насосом разрежения. Таким образом, теплопроводы гидравлической системы на отрезке от насоса до точки постоянного давления (если считать по направлению движения воды) относятся к зоне нагнетания, а теплопроводы после данной точки — к зоне всасывания насоса.
Иными словами, если установить циркуляционный насос к трубопроводу сразу после точки присоединения расширительного бака, насосом будет производиться отсасывание воды из бака и ее нагнетание в систему, а при подключении насоса перед вышеуказанной точкой — насос будет выполнять функцию по откачиванию воды из системы и нагнетанию ее в расширительный бак.
Казалось бы, какое имеет значение, откачивается вода насосом из бачка или нагнетается в него — главное, чтобы вода крутилась по системе. Однако есть существенная разница, поскольку в работу системы включается создаваемое расширительным бачком статическое давление. В трубопроводе, расположенном в зоне нагнетания насоса, нельзя не считаться с тем, что в нем, сравнительно с давлением воды в состоянии покоя, гидростатическое давление повышено. В свою очередь, для трубопровода, расположенного в зоне всасывания насоса, необходим учет понижения давления, памятуя о том, что не исключена ситуация, в которой гидростатическое давление может не только понизиться до атмосферного, но и возникнет разрежение. Иными словами, за счет разности давлений в системе может появиться опасность высвобождения либо всасывания воздуха, или даже вскипания теплоносителя.
