Для систем центрального отопления и горячего водоснабжения, а иногда и для систем кондиционирования воздуха требуется поток среды между источником тепла и точкой сбора. В небольших упрощенных контурах вода может циркулировать автоматически под действием силы тяжести, но в современных сложных системах отопления и горячего водоснабжения должны быть установлены насосы, которые обеспечат сбалансированную работу всей системы и позволят ее точно регулировать.
Так как промышленные насосы работают практически непрерывно, становится очень актуальным вопрос снижения потребления энергии.
Прощай, гравитационная установка
В течение многих десятилетий небольшие домашние системы отопления, нагревались от твердотопливного котла, работали на самотечной циркуляции воды. Несомненным достоинством такой системы была независимость от электросети (она нужна при использовании насосного цикла). Это важно в сельской местности, так как обеспечивает возможность поддержания отопления в случае частых сбоев в электросети и, как следствие, отключений электроэнергии.
Гравитационная система также обеспечивала в некоторой степени автоматическое регулирование нагрева. С повышенным спросом на тепло температура обратной воды снижалась, что вызвало из-за большей разницы температур подачи/возврата увеличение расхода и, следовательно, более интенсивную подачу тепловой энергии.
Эти особенности не компенсируют существенные недостатки гравитационной системы, которая для эффективной работы требует значительного перепада уровней между котлом и нагревателями, а также достаточно больших диаметров монтажных труб, превышающего диаметр труб в насосных установках.
Кроме того, невозможность эффективно управлять гравитационной системой означает, что существующие контуры модернизируются и оснащаются насосами.
Характеристики работы насосов в гармонии с экологией
Циркуляционные насосы в системах центрального отопления и горячего водоснабжения характеризуются относительно низким напором перекачиваемой жидкости (обычно в пределах 4-6 м) и производительностью до нескольких кубометров в час. В результате мощность, необходимая для их привода, не превышает нескольких десятков ватт, так что, казалось бы, затраты энергии на их питание не будут большими.
Однако эти насосы часто работают непрерывно большую часть года, и их количество даже в небольших современных бытовых установках может составлять 3-4 на каждом участке.
Использования устаревшей конструкции требует большого расхода электроэнергии. Производительность ранее установленных насосов с постоянной рабочей кривой зависела от напора.
Эти насосы работают с постоянной частотой вращения ротора (независимо от нагрузки), хотя некоторые из них оснащены переключателем на 2–3 положения, который ступенчато изменяет количество оборотов.
В современных системах отопления, оборудованных автоматическими термостатическими клапанами, рабочие параметры контура постоянно меняются из-за увеличения или уменьшения интенсивности потока в результате открытия и закрытия термоклапанов.
В таких ситуациях насос с постоянной рабочей характеристикой будет реагировать изменением давления нагнетания, а дросселирование потока увеличивает сопротивление работе и, следовательно, нагрузку на двигатель. Тогда работу насоса можно сравнить с движением автомобиля с частично задействованным ручным тормозом — расход топлива будет намного выше.
Забитый поток также вызывает шумную работу насоса и более быстрый износ подшипников. Жесткие рабочие параметры также не позволяют хорошо приспособиться к требованиям конкретной установки, хотя ступенчатые переключатели производительности несколько упрощают их выбор.
Существенное изменение в способе регулирования циркуляционных насосов произошло после распространения электронного управления асинхронными двигателями через инвертор. В то же время в рамках директивы Европейского Союза по экологическим стандартам было введено требование определения энергоэффективности для этих насосов, а индекс EEI не может быть выше 0,23 и определяться в соответствии с методологией исследования, принятой в постановлении.
Такой параметр могут получить только насосы, которые автоматически подстраивают рабочие параметры под текущие условия эксплуатации установки, что позволяет в несколько раз снизить энергопотребление по сравнению с приборами старого типа. Этим требованиям отвечает электронное микропроцессорное управление двигателем насосов с мокрым ротором.
Электронные насосы с мокрым ротором
Компактная и не требующая обслуживания конструкция циркуляционного насоса достигается благодаря технологии сальникового уплотнения, когда ротор двигателя и насоса размещены на общем валу, а герметизирован только статор двигателя (от контакта с рабочей жидкостью).
В настоящее время установлены синхронные электродвигатели с постоянными магнитами (ПМ) и ротором, погруженным в перекачиваемую жидкость, что одновременно обеспечивает смазку подшипника скольжения и охлаждение.
В зависимости от предполагаемого использования (центральное отопление или установка питьевой воды) корпус насоса изготавливается из чугуна, нержавеющей стали или латуни. Управление работой насоса осуществляется электронным модулем с частотным преобразователем, позволяющим изменять обороты двигателя в широком диапазоне, а также системой ручного и автоматического управления.
Основные параметры насоса определяют диапазон потребляемой мощности, максимальный напор и производительность, индекс EEI и ряд требований к установке, таких как диаметр соединений и расстояние между ними или допустимые монтажные положения.
Электронная помпа с ЖК-дисплеем — новый стандарт обслуживания
Электронное управление работой насосов обеспечивает широкие возможности настройки, позволяя адаптировать их для работы с очень сложными установками.
Базовая программа управления насосом включает плавную установку частоты вращения ротора, что обеспечивает постоянные характеристики работы насоса для горячей воды, адаптированные к требованиям установки. Это решение используется в контурах циркуляции горячей воды для бытового потребления, где параметры потока практически постоянны.
В условиях небольших отопительных установок насосы чаще всего работают в автоматическом режиме, благодаря чему они могут быть максимально энергоэффективными при поддержании оптимально функционирующего контура.
Эффективность работы насоса, аналогичная автоматической, обеспечивается пропорциональным регулированием в режиме pv, работая в предварительно заданном диапазоне, адаптированном к параметрам установки.
Из-за конфигурации контура также важно поддерживать постоянное доступное давление и при необходимости переключать насос в режим pc, который позволяет поддерживать заданное значение.
Иногда диапазон регулирования работы насоса расширяется датчиком температуры, который дополнительно моделирует характеристики его работы, например, ограничивая поток рабочей жидкости при ночном понижении температуры подачи к радиаторам.
Центробежные насосы, используемые в тепловых узлах, крупных отопительных установках, имеют очень сложные электронные системы, которые позволяют подключать также внешнее управление ( только в режиме включения/выключения), но также аналоговый (например, изменение напряжения от датчика температуры) или цифровой сигнал.
Это дает возможность синхронизировать работу насоса в соответствии с изменениями в разных, даже удаленных частях установки.
Некоторые модели насосов оснащены большими дисплеями, которые облегчают процесс программирования работы насоса по заданному алгоритму, а также обеспечивают считывание записанных параметров системы и отслеживание ее работы.
Кроме того, связь с внешними устройствами возможна благодаря интерфейсам, которые связаны со смартфоном (дистанционное управление насосом) или системой «интеллектуальное здание».