Čerpadlo je jedním ze základních mechanických zařízení, které se používá k pohybu tekutiny určitou rychlostí. Jednotkou účinnosti jakéhokoli zařízení, které přenáší energii na dálku, je jeho výkon. Výkon se obvykle měří ve wattech (W) a kilowattech (kW), ale měření v koňských silách (hp) se stále široce používá k měření výkonu vysoce výkonných elektrických zařízení ve Spojených státech. 1 koňská síla (hp) se rovná 746 wattům.
• Výkon průtoku vody (HP) (tlak) = minimální výkon potřebný pro provoz vodního čerpadla
• TDH = celková rychlostní výška = vertikální výtlak kapaliny (ve stopách) + ztráta třením potrubí
• Q = Kapacita (průtok tekutiny v galonech za minutu)
• SG = měrná hmotnost kapaliny (měrná hmotnost vody je 1)
• Výkon průtoku vody = TDH ∗ Q ∗ SG / 3960
• Skutečná spotřeba energie = (výkon průtoku vody (HP)) / (účinnost čerpadla).
Obvykle se používá desítková soustava záznamových čísel (50 % → 0,5).
1. Určete požadovaný průtok.
Požadovaný průtok čerpané kapaliny závisí na potřebách vašeho projektu. Určete tuto hodnotu v galonech za minutu (gpm=gal/min).
Výsledek výpočtu je nezbytný pro určení, která čerpadla a potrubí budete potřebovat.
Příklad: Podle plánu zavlažování zahradníka je požadovaný průtok 10 galonů za minutu.
* Referenční: 1 stopa (stopa) = 1 stopa = 0.3048 m; 50 stop = 50 stop = 15.24 m
2. Změřte výšku, do které je potřeba vodu čerpat.
Jedná se o vertikální vzdálenost od vrcholu hladiny podzemní vody (nebo vrcholu vody v první nádrži) k hladině konečného místa určení vody. Neberte v úvahu vodorovnou vzdálenost, na kterou musí být voda čerpána. Pokud se hladina vody v průběhu času mění, použijte maximální doporučenou vzdálenost. Toto je „výška dodávky vody“ (tlak), kterou bude vaše čerpadlo muset vytvořit.
Příklad: Když je zahradní nádrž téměř prázdná (nejnižší navrhovaná hladina), její hladina je 50 stop pod povrchem zahrady, která potřebuje zalévat
3. Odhadněte ztráty třením v potrubí.
Kromě minimálního tlaku potřebného k čerpání vody na určitou vzdálenost musí vaše čerpadlo také překonat třecí sílu vytvářenou pohybem vody potrubím. Celková třecí síla závisí na materiálu použitém při výrobě trubek, vnitřním průměru a délce trubky, jakož i na přítomnosti ohybů a způsobu instalace. Podívejte se na hodnoty ztrát třením v potrubí v tabulkách v příloze. Zaznamenejte celkovou ztrátu třením ve stopách (to znamená počet stop, které „ztratíte“ ve výšce čerpadla v důsledku tření)
*Reference: 1” (palec) = 1 palec = 2,54 cm
Příklad: Zahradník se rozhodne použít plastové trubky o průměru 1 palce a potřebuje celkovou délku trubky 75 stop (včetně vodorovné délky). Podle tabulky má tření trubek při použití plastových trubek o průměru 1” za následek ztrátu 6,3 stop tlaku vody na každých 100 stop celkové délky trubky.
75 stop ∗ 6,3 stop hlava / 100 stop = 4,7 stop hlava
Bereme také v úvahu ztráty třením na každém instalačním spoji potrubí. Pro plastové potrubí o průměru 1″, jedno 90º koleno a tři závitové spoje odpovídá ztráta 15 stopám.
Sečtením všech ztrát dohromady dostaneme celkovou ztrátu třením, která bude:
4,7 + 15 = 19,7 stop nebo asi 20 stop.
Tyto grafy často obsahují odhad rychlosti vody, také na základě průtoku a typu použitého potrubí. Nejlepší je udržovat rychlost pod 5 stop/s, abyste předešli „hydraulickému tlučení“, což jsou opakující se klepavé vibrace, které mohou poškodit vaše zařízení.
4. Sečtěte výšku přívodu vody a ztráty třením.
Vertikální vzdálenost, kterou musí voda urazit, a ztráty třením v potrubí se nazývají „hlava celkové rychlosti“ neboli TDH. To je celková zátěž, kterou musí čerpadlo překonat.
Příklad: TDH = vertikální vzdálenost + ztráta třením = 50 ft + 20 ft = 70 ft.
Tabulka měrné hmotnosti prvků
5. Věnujte pozornost specifické hmotnosti, pokud čerpáte jinou kapalinu než vodu.
Základní vzorec pro výpočet výkonu čerpadla předpokládá, že čerpáte vodu. Pokud čerpáte jinou kapalinu, vyhledejte si její “měrnou hmotnost” online nebo v technické příručce. Kapaliny s vyšší specifickou hmotností jsou hustší, a proto vyžadují větší výkon od čerpadla.
Příklad: V našem příkladu zahradník čerpá vodu, resphmotnost vody rovná 1.
6. Zadejte tyto hodnoty do vzorce pro průtok vody.
Průtok vody nebo minimální výkon potřebný ke spuštění čerpadla je TDH∗Q∗SG / 3960
kde TDH představuje celkovou rychlost hlavy ve stopách, Q je rychlost průtoku tekutiny v galonech za minutu (gpm) a SG – měrná hmotnost (1 pro vodu). Zadejte všechny hodnoty, které jste určili, do tohoto vzorce pro výpočet kapacity vodního čerpadla pro váš projekt.
Příklad: Zahradní čerpadlo musí ujet TDH 70 stop a produkovat průtok Q 10 gal/min. V případě čerpání vody se SG rovná 1.
Výkon čerpadla = TDH∗Q∗SG / 3960 = 70∗10∗1 / 3960 = ~0,18 hp.
7. Vydělte výkon motoru účinností čerpadla.
Nyní víte, jaký výkon potřebujete ke spuštění čerpadla. Neexistuje však žádné mechanické zařízení, které přenáší energii 100% efektivně. Po výběru čerpadla zkontrolujte údaje výrobce o účinnosti čerpadla a zapište je jako desetinné číslo. Chcete-li zjistit skutečný výkon motoru požadovaný pro vaše čerpadlo, vydělte průtok vody tímto množstvím.
Příklad: pro čerpadlo generující 0,18 hp. čerpadlo s jmenovitou účinností 50 % (nebo 0,5) by ve skutečnosti vyžadovalo motor o 0,18/0,5 = 0,36 hp
Většina moderních čerpadel pracuje s 50% až 85% účinností, když se používají podle určení. Pokud nejste schopni určit jmenovitý výkon vaší pumpy, můžete předpokládat, že skutečný požadovaný výkon motoru je mezi – Výkon čerpadla / 0,5 a Výkon čerpadla / 0,85.
Při provozu topných systémů s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny majitelé bytů a soukromých domů často čelí problému nedostatečného vytápění radiátorů instalovaných ve vzdálených místnostech.
Vše závisí na délce topného okruhu. Pokud je její délka větší než 30 metrů, úroveň tlaku vody se stane nedostatečnou k udržení požadované teploty v jejích nejvzdálenějších bodech.
Pro dosažení stabilního provozu zařízení se používají zařízení, která zajišťují rytmickou cirkulaci chladicí kapaliny. Předběžný výpočet čerpadla pro topný systém umožňuje určit parametry potřebné pro výběr nejoptimálnějšího modelu.
Proč jsou nutné výpočty
Většina moderních autonomních topných systémů používaných k udržování určité teploty v obytných prostorách je vybavena odstředivými čerpadly, která zajišťují nepřerušovanou cirkulaci kapaliny v topném okruhu.
Zvýšením tlaku v systému je možné snížit teplotu vody na výstupu z topného kotle, čímž se sníží denní spotřeba jím spotřebovaného plynu.
Správná volba modelu oběhového čerpadla umožňuje řádově zvýšit účinnost zařízení během topné sezóny a zajistit příjemnou teplotu v místnostech jakékoli velikosti.
Co potřebujete vědět pro výpočet výkonu
Pro pochopení algoritmu pro výpočet samotného kruhového čerpadla je nutné vycházet z nějakého parametru, o jehož přesnosti nelze pochybovat. Chcete-li to provést, musíte otevřít technický pas místnosti, ve které je plánována instalace autonomního topného systému, a zjistit jeho oblast. Vezměme si například samostatně stojící budovu (soukromý dům) o rozloze 300 m².
Dalším krokem je stanovení veličin potřebných pro výpočet.
Musíte znát tři hlavní parametry:
- Qn – výkon zdroje tepla (kW);
- Qpu – výkon oběhového čerpadla, ukazatel objemového přívodu chladicí kapaliny pro typ místnosti, kterou jsme zvolili (m³ / h);
- hpu je výkon hlavy potřebný k překonání hydraulického odporu systému (m).
Výpočet výkonu zdroje tepla (AOGV)
Pro každou místnost v závislosti na její ploše nebo objemu existují určité technické normy pro výkon zdroje vytápění.
Pro výpočet tohoto parametru použijeme následující vzorec:
Qn = Sn × Qsp ÷ 1000
výkon zdroje tepla
měrná potřeba tepla v místnosti
Známe plochu vytápěné místnosti (300 m²) a druhý ukazatel závisí na typu konstrukce: pokud se jedná o bytový dům, pak je jeho hodnota 70 W / m², v našem případě (samostatný budova), bude to 100 W / m².
Nahraďte tyto hodnoty do vzorce a uvidíte, co dostaneme:
300 × 100 ÷ 1000 = 30 kW.
Takže výkon topné jednotky pro náš pokoj byl 30 kW. Existuje další metoda pro určení této hodnoty.
Objem vytápěné místnosti a výkon topné jednotky naleznete v následující tabulce.
Objem místnosti nový dům (m³)
Připomínám, že objem místnosti se rovná součinu její plochy a výšky.
- V je objem místnosti;
- S – vytápěná plocha;
- h je výška místností.
V našem případě s výškou stropu 2,5 m to bude:
Hledáme tento ukazatel ve druhém sloupci tabulky a dostaneme stejných 30 kW.
Výpočet výkonu čerpadla
Správný výpočet výkonu čerpadla umožňuje poskytnout topnému systému potřebné množství chladicí kapaliny v kterémkoli místě. Po určení technických vlastností topného kotle je možné vypočítat výkon cirkulačního zařízení dostatečný pro naše prostory.
Použijme následující vzorec:
Qpu = Qn ÷ kτ × Δt
výkon zdroje tepla (AOGV)
koeficient tepelné kapacity kapaliny
rozdíl teplot na vstupu a výstupu ze systému
Pokud je jako nosič tepla použita voda, její měrná tepelná kapacita je 1,164. Pokud je použita jiná kapalina, pak je třeba hodnotu tohoto parametru hledat v odpovídajících tabulkách.
U fungujícího topného systému lze hodnotu teplotního rozdílu (Δt) vypočítat elementárním odečtením ukazatelů odebraných z měřicích přístrojů instalovaných na vstupu a výstupu systému (Δt u1d t2 – t1, kde t2 je teplota na vstupu do topného okruhu a tXNUMX je teplota na výstupu z něj).
V opačném případě budete muset použít standardní indikátory. Teplotní rozdíl na vstupu a výstupu ze systému (Δt) se pohybuje v rozmezí 10-20 ⁰С.
Vezměme průměrnou hodnotu – 15 ⁰С a dosadíme získané výsledky do vzorce:
Qpu = 30 ÷ 1,163 × 15 = 1,72 m³/h
Nyní je znám jeden z bodů technických charakteristik oběhového čerpadla.
Výpočet potřebného výkonu (výšky) hlavice
Výkon topného kotle a výkon čerpadla jsou známy, dalším krokem je stanovení tlaku chladicí kapaliny dostatečného k překonání vnitřního hydraulického odporu potrubí a prvků topného systému.
K tomu se berou v úvahu tepelné ztráty v nejdelším úseku okruhu – od zdroje tepla po nejvzdálenější radiátor. Pro dodání tepla do některého z jeho bodů musí být síla tlaku přiváděné kapaliny vyšší než celkový hydraulický odpor všech topných zařízení.
Výpočet tlaku topného čerpadla se provádí podle následujícího vzorce:
Hpu = R × L × ZF ÷ 10000 XNUMX
Výkonová (výšková) hlava
Ztráty v přívodním a vratném potrubí
Délka topného okruhu
hydraulický koeficient odpor tvarových a uzavíracích ventilů systému
V závislosti na průměru potrubí se hodnota parametru R pohybuje v rozmezí 50–150 Pa / m (minimální ukazatel platí pro vodovodní systémy s průměrem potrubí 2 palce nebo více, pro moderní plastové a kovové trubky ztráta je 150 Pa / m). Pro naši místnost je nutné použít maximální hodnotu.
Pokud je obtížné určit přesnou délku okruhu (L), vypočítá se tento parametr na základě rozměrů vytápěné místnosti. Délka, šířka a výška domu se sečtou a následně zdvojnásobí. Při celkové ploše 300 m² lze předpokládat, že délka domu je 30 m, šířka je 10 m a výška je 2,5 m. V tomto případě L = (30 + 10 + 2,5) × 2, tedy 85 metrů.
Nejjednodušší způsob, jak určit hodnotu ZF, je následující: při absenci termostatického ventilu v systému je 1,3, a pokud je přítomen, je 2,2.
Pro výpočet vezmeme maximální hodnotu tohoto koeficientu a dosadíme všechny získané hodnoty do vzorce:
150 × 85 × 2,2 ÷ 10000 = 2,8 m.
Navržený způsob výpočtu není jediný. Pro přesnější určení tlakových indikátorů čerpadla existují vzorce, které neberou v úvahu ztrátový koeficient, ale skutečné hodnoty těchto indikátorů.
Hydraulický odpor
Tento pojem vyjadřuje celkovou tlakovou ztrátu v systému. Topný okruh se skládá z jednotlivých prvků, z nichž každý má svou vlastní hodnotu pro tuto charakteristiku.
- ventily;
- ventily;
- filtry;
- měřicí a kontrolní zařízení;
- radiátory;
- konvektory atd.
Pro přesné určení ztrát v systému se obvykle používají hodnoty uvedené v technické dokumentaci pro každou součást topného okruhu.
Pokud to není možné, najdete tyto informace v následující tabulce:
V tomto případě je vhodné použít pro výpočet výšky hlavy trochu jiný vzorec.
H = 1,3 × (R1L1 + R2L2 + Z1 + Z2 + . + Zn) ÷ 10000 XNUMX, kde:
- R1, R2 – ztráty v přívodním a vratném potrubí (Pa/m);
- L1, L2 – délka přívodního a vratného potrubí (m);
- Z1, Z2 . Zn – tlakové ztráty na jednotlivých prvcích systému (Pa).
Číslo ve jmenovateli vzorce (10000) je převodní koeficient pro pascaly na metry.
Výběr čerpadla
Po určení všech potřebných parametrů pro nákup oběhového čerpadla můžete začít s výběrem konkrétního modelu. Technické vlastnosti zařízení tohoto typu se odrážejí v grafech poměru výkonu zařízení a výšky hlavy připojených k jejich pasu. Tyto údaje lze snadno najít na internetu.
V závislosti na počtu rychlostí v souřadnicovém systému se sestaví jeden, dva nebo tři grafy udávající bod optimálního poměru těchto hodnot. Hodnotu výkonu čerpadla vyneseme na ose X a výšku jeho tlaku na ose Y. Průsečík těchto parametrů by měl být co nejblíže bodu naznačenému na grafu – ideální by byla jejich úplná kombinace.
Nejběžnější modely mají třírychlostní režim provozu. Pokud zastavíte na jedné z nich, pak výběr charakteristik musí být proveden podle plánu odpovídající druhé rychlosti, tedy průměru. V ostatních případech se parametry kombinují podle kteréhokoli z nich.
Ceny za různé modely čerpadel pro topný systém
Jak vypočítat čerpadlo, pokud je znám výkon kotle
Často dochází k situacím, kdy je kotel zakoupen předem nebo je čerpadlo přidáno do již fungujícího topného systému. V tomto případě je znám výkon topné jednotky a všechny ostatní prvky okruhu jsou vybrány v závislosti na hodnotě tohoto indikátoru.
Pro výpočet výkonu oběhového čerpadla pro daný výkon zdroje vytápění použijte následující vzorec.
Q = N ÷ (t2 – t1), kde:
- Q – výkon čerpadla (m³ / h);
- N je výkon topného zařízení (W);
- t2 je teplota nosiče tepla na vstupu do systému (⁰С);
- t1 je teplota kapaliny na výstupu z okruhu (⁰С).
Pokud není možné přesně určit uvedené parametry přívodu a zpátečky, použijte průměrnou hodnotu rozdílu teplot – 15 ⁰С.
Počet otáček čerpadla
Oběhové čerpadlo je svou konstrukcí elektromotor mechanicky spojený s hřídelí oběžného kola, jehož lopatky vytlačují ohřátou kapalinu z pracovní komory do potrubí topného okruhu.
V závislosti na stupni kontaktu s chladicí kapalinou se čerpadla dělí na zařízení se suchým a mokrým rotorem. U prvního je do vody ponořena pouze spodní část oběžného kola, zatímco u druhého prochází celý průtok skrz sebe.
Modely se suchým rotorem mají vyšší koeficient výkonu (COP), ale vytvářejí řadu nepříjemností kvůli hluku během provozu. Jejich protějšky s mokrým rotorem jsou pohodlnější na používání, ale mají nižší výkon.
Moderní oběhová čerpadla mohou být provozována ve dvou nebo tří rychlostních režimech, udržujících různé tlaky v topném systému. Použití této možnosti umožňuje rychle vytopit místnost maximální rychlostí a následně zvolit optimální provozní režim a snížit spotřebu energie zařízení až o 50 %.
Přepínání rychlostí se provádí pomocí speciální páky namontované na skříni čerpadla. Některé modely mají automatický řídicí systém, který mění otáčky motoru v souladu s teplotou vzduchu ve vytápěné místnosti.
užitečných rad
Při výběru čerpadla pro topný systém je třeba upřednostňovat provedení s “mokrým” rotorem, protože pracují velmi tiše a vydrží vyšší zatížení než hydraulická zařízení jiných modifikací.
Kromě toho věnujte pozornost materiálu těla – rozhodněte se pro výrobky z nerezové oceli, bronzu nebo mosazi. Rovněž je třeba upřednostňovat modely s ložisky a hřídelí vyrobenou z keramiky. Životnost takového zařízení přesahuje 20 let.
Při instalaci zařízení do systému je třeba zajistit, aby hřídel oběžného kola byla umístěna vodorovně, to znamená rovnoběžně s potrubím. Pokud se během provozu čerpadla objeví podezřelý zvuk, neznamená to, že se jedná o poruchu nebo výrobní vadu. Pokuste se po nastartování odvzdušnit vzduch, který zůstal v systému.
Video
S praktickými doporučeními pro výpočet čerpacího zařízení pro topné okruhy se můžete seznámit sledováním tohoto videa.
