Dobór pompy obiegowej: budowa, rodzaje i zasady wyboru pompy do ogrzewania

Systemy grawitacyjne zaopatrzenia w ciepło działają poprawnie tylko w parterowych domach jednorodzinnych o powierzchni do 100 m². Jeśli jednak konieczne jest ogrzanie budynku wielorodzinnego lub przestronnego domu, nie da się obejść bez systemu z wymuszonym obiegiem. Najlepszym rozwiązaniem jest dobór pompy obiegowej i montaż urządzenia w obiegu grzewczym.

Proponujemy zapoznać się z tym, jakie zadania spełnia pompa w systemie grzewczym, jak jest zbudowane i działa urządzenie. Opisaliśmy cechy eksploatacji różnych typów pomp oraz wskazaliśmy główne kryteria prawidłowego wyboru. Podane informacje pomogą dobrać odpowiedni model pompy obiegowej i nie rozczarować się zakupem.

Po co w systemie zaopatrzenia w ciepło potrzebna jest pompa?

Pompy obiegowe – urządzenia hydrauliczne, które zapewniają wymuszony przepływ ogrzanego czynnika grzewczego w zamkniętym obiegu. Takie urządzenia przyczyniają się do równomiernego i szybkiego nagrzewania całego systemu.

Pompy obiegowe instaluje się:

• w celu zwiększenia efektywności energetycznej urządzeń kotłowych;
• w przypadkach, gdy nie ma możliwości zapewnienia naturalnego obiegu cieczy;
• przy braku wbudowanego zespołu pompującego w generatorze ciepła;
• dla systemów grzewczych z układem dwururowym, pozwalających regulować parametry każdego oddzielnego grzejnika;
• aby przezwyciężyć bezwładność systemów autonomicznych z naturalnym obiegiem cieczy stosowanej do przenoszenia energii cieplnej.

Czynnik grzewczy powinien przemieszczać się w zamkniętym obiegu rurociągu systemu grzewczego z określoną prędkością, aby zapewnić przekazywanie ciepła do grzejników.

Przy naturalnym obiegu ten warunek nie zawsze jest spełniony – w rezultacie urządzenia grzewcze nie nagrzewają się lub nagrzewają się nierównomiernie.

Dlatego w systemach zaopatrzenia w ciepło instaluje się pompy obiegowe. Takie urządzenia zapewniają transport czynnika grzewczego w sieci z dużą prędkością, minimalizując obciążenie kotła. Po powrocie do elementu grzewczego woda pozostaje ciepła, a zatem do podgrzania potrzeba mniej energii.

Budowa i zasada działania pompy

Pod względem konstrukcji pompa obiegowa przypomina pompę odwadniającą. Składa się z wytrzymałej obudowy wykonanej ze stali nierdzewnej/żeliwa/aluminium oraz części elektrycznej, która obejmuje uzwojenie stojana z wbudowanym wirnikiem ceramicznym/stalowym.

Montaż urządzenia pompowego do wymuszonego obiegu znacznie zwiększa efektywność systemów ciepłej wody użytkowej i ogrzewania niezależnego.

Na wale wirującej części silnika elektrycznego sztywno zamocowany jest wirnik.

Koło wirujące składa się z dwóch równoległych tarcz połączonych promieniowo zakrzywionymi łopatkami. Na jednej z nich znajduje się otwór do przepływu cieczy – czynnika grzewczego, a na drugiej – niewielki otwór do mocowania wirnika na wale silnika elektrycznego.

Elementy obudowy pomp obiegowych wykonuje się ze stali i wytrzymałych stopów. Pod ściankami obudowy ukryty jest wirnik z zamocowanymi łopatkami.

Sam silnik elektryczny jest wyposażony w specjalną płytkę sterowania oraz zaciski do podłączenia przewodów. W pompach obiegowych bez elektroniki zamiast płytki zainstalowany jest kondensator, a na skrzynce zaciskowej znajduje się przełącznik prędkości.

Po podaniu energii elektrycznej koło z łopatkami obraca się, tworząc próżnię w przewodzie i tłocząc czynnik grzewczy. Wirnik tworzy ruch cieczy roboczej od zaworu wlotowego do wylotowego.

Pompa stale pobiera wodę z jednej strony i wypycha ją do systemu grzewczego z drugiej. Siła odśrodkowa wspomaga transport cieczy wzdłuż całej magistrali.

Wytwarzane ciśnienie pokonuje opór w różnych odcinkach obiegu i zapewnia cyrkulację czynnika grzewczego.

Sądząc po intensywności sprzedaży, najpopularniejszymi na krajowym rynku są urządzenia od następujących producentów:

Rodzaje i zalety pomp obiegowych

Ze względu na cechy konstrukcyjne pompy do wymuszonej cyrkulacji dzieli się na agregaty pompowe z mokrym wirnikiem i wysokowydajne urządzenia z suchym wirnikiem.

Pompy typu “mokrego”. Wirnik i wirnik takich pomp mają bezpośredni kontakt z cieczą roboczą, która jednocześnie pełni dwie najważniejsze funkcje: rolę smarowania i chłodzenia urządzenia. Wirnik i stojan w takich pompach są oddzielone specjalnym naczyniem, które odpowiada za szczelność elementów silnika elektrycznego pod napięciem.

Pompy obiegowe typu «mokrego» są wyposażone w stopniowy regulator prędkości. Pozwala to dobrać optymalny tryb pracy, a tym samym kontrolować zużycie energii elektrycznej.

Wirnik silnika elektrycznego i koło robocze w pompach znajdują się w pompowanej wodzie, która nawilża elementy nośne i stale chłodzi silnik (+)

Agregaty z mokrym wirnikiem mają konstrukcję modułową. Poszczególne moduły są dobierane w zależności od wymaganego ciśnienia i wydajności. Konstrukcja składana znacznie upraszcza naprawę pompy, ponieważ uszkodzony moduł można łatwo i szybko wymienić na nowy.

Pompy obiegowe tego typu są wykorzystywane w małych systemach grzewczych. Działają praktycznie bezgłośnie, dlatego doskonale nadają się do instalacji w pomieszczeniach mieszkalnych.

Silnik elektryczny pomp z mokrym wirnikiem nie wymaga dodatkowego chłodzenia, ponieważ stale ma kontakt z wodą. Wewnątrz pompy znajduje się niewielka ilość elementów roboczych, co minimalizuje konieczność częstej konserwacji.

Główne zalety stosowania pomp typu «mokrego»:

• niski poziom generowanego hałasu;
• niewielkie wymiary gabarytowe i mała waga;
• minimalne zużycie energii elektrycznej;
• prosta regulacja parametrów, konserwacja i naprawa;
• długi okres eksploatacji.

Agregaty z mokrym wirnikiem mają również wady. Są bardzo wrażliwe na jakość cieczy roboczej. Obecność w wodzie drobnozdyspergowanych cząstek ściernych prowadzi do przyspieszonego zużycia części hydraulicznej pompy.

Ponadto sprawność takich pomp cyrkulacyjnych nie przekracza 55%. Jednak ten wskaźnik jest w zupełności wystarczający dla rurociągów o niewielkiej długości, dlatego pompy mające bezpośredni kontakt z wodą są często stosowane w indywidualnych systemach ciepłowniczych.

Do bezawaryjnego działania agregatów typu „mokrego” konieczne jest, aby montaż pompy został wykonany prawidłowo. Głównym wymaganiem jest ściśle pozioma orientacja przestrzenna wału. Tylko przy takiej konfiguracji zapewnione jest pełne smarowanie łożysk cieczą.

Prawidłowy montaż pompy cyrkulacyjnej to gwarancja stabilnej pracy systemu grzewczego przez cały okres eksploatacji

Pompy z suchym wirnikiem są z powodzeniem stosowane do pompowania dużych objętości czynnika grzewczego w dużych instalacjach. Zespół wirnika takich urządzeń nie ma kontaktu z wodą.

Część korpusową pomp cyrkulacyjnych typu „suchego” wykonuje się z wytrzymałego żeliwa lub stali ocynkowanej. Powierzchnię pokrywa się specjalnymi powłokami ochronnymi, aby zapobiec zjawiskom korozji.

Agregaty z suchym wirnikiem nadają się do użytku zbiorowego w wielopiętrowych budynkach mieszkalnych, centrach rozrywki i biurach, na obiektach przemysłowych.

Konstrukcja pomp typu „suchego” zapewnia zwiększoną moc. Takie modele pomp są w stanie wytwarzać duże ciśnienie w obiegach grzewczych (+)

Pomiędzy silnikiem elektrycznym a częścią pompy znajduje się specjalne przesuwne uszczelnienie (2 pierścienie ochronne), które izoluje podstawowe elementy funkcjonalne przed przedostaniem się cieczy.

Pierścienie te są dobrze wypolerowane i pozostają w ścisłym kontakcie ze sobą. Jeden z nich (dynamiczny) osadzony jest na obracającym się wale. Pierścień statyczny jest trwale zamocowany w korpusie pompy.

Cienka warstwa wody niezawodnie uszczelnia połączenie pierścieni ochronnych dzięki różnicom ciśnienia w obiegu i w otoczeniu.

Do produkcji pierścieni uszczelniających stosuje się węgiel otrzymywany metodą aglomeracji olejowej. W niektórych modyfikacjach pomp przeznaczonych do pracy w ekstremalnych warunkach montuje się metalowe/ceramiczne pierścienie ochronne.

Sprawność urządzeń z suchym wirnikiem sięga 85%. To doskonały wskaźnik w porównaniu z pompami typu „mokrego”. Jednak agregaty „suche” wytwarzają dużo hałasu ze względu na wentylator chłodzący, dlatego montuje się je w oddzielnych pomieszczeniach z dobrą izolacją akustyczną.

Pompy cyrkulacyjne typu „suchego” występują w 3 rodzajach:

• monoblokowe;
• konsolowe;
• „In-line”.

Pompy monoblokowe należą do kategorii urządzeń niskociśnieniowych. Silnik elektryczny i pompa w takich urządzeniach są zamontowane w jednym bloku. Wyróżniają się prostotą obsługi i konserwacji. Nadają się do stosowania w instytucjach komunalnych i budynkach wielorodzinnych.

Pompy konsolowe montowane są na wspólnej podstawie, przy czym osie pompy i silnika znajdują się w jednej linii. Rura ssąca znajduje się na zewnętrznej części spirali, a rura tłoczna – po przeciwnej stronie na obudowie.

Jeśli pompy konsolowe instaluje się w zakładach produkcyjnych oraz w miejskich systemach wodociągowych, to pompy typu In-line montuje się bezpośrednio na magistrali rurociągu.

Pompy typu „In-line” montuje się bezpośrednio na magistrali rurociągu. Rura ssąca i tłoczna znajdują się na jednej linii, przewidziano automatyczny mechanizm kompensacji zużycia pierścieni uszczelniających.

Zalety stosowania pomp obiegowych z suchym wirnikiem:

• wysoka wydajność;
• efektywność energetyczna;
• niskie wymagania co do jakości nośnika energii – pompowana ciecz może zawierać neutralne zanieczyszczenia;
• prosta naprawa i wymiana części zamiennych.

Ponadto obecnie producenci urządzeń grzewczych oferują potencjalnym nabywcom podwójne modele pomp. Takie urządzenia stosuje się do rezerwowania mocy i dodatkowego zabezpieczenia w sytuacjach awaryjnych.

Silniki podwójnej pompy mogą działać razem lub osobno. W przypadku awarii jednej pompy, drugie urządzenie nadal pracuje normalnie, zapewniając nieprzerwane funkcjonowanie kotła.

Niezawodną i bezawaryjną pracę systemu zaopatrzenia w ciepło zapewnią podwójne pompy obiegowe, w których dwa wirniki są podłączone równolegle.

Przy prawidłowej eksploatacji żywotność pompy obiegowej wynosi co najmniej 10 lat.

Jak prawidłowo wybrać urządzenie pompowe?

Efektywność pracy pompy zależy od podstawowych parametrów – wydajności i ciśnienia. Wydajność określa ilość cieczy nośnej, którą urządzenie musi przepompować w jednostce czasu. Parametr ten wyznacza się na podstawie warunków maksymalnego obciążenia.

Ciśnienie (wysokość podnoszenia) – wielkość wyrażająca energię przepływu cieczy stosowanej jako nośnik ciepła. Uwzględnia opór hydrauliczny całego systemu.

Należy również zwrócić uwagę na maksymalną temperaturę. Ponieważ pompa będzie tłoczyć podgrzaną wodę, powinna wytrzymywać wartości do 110°C.

Bardzo ważne jest dobranie odpowiedniej mocy pompy obiegowej. Urządzenie o zbyt małej mocy nie poradzi sobie z przetłaczaniem czynnika grzewczego w wymaganej objętości. Parametry pompy wybiera się na podstawie przeprowadzonych obliczeń.

Jeśli natomiast zainstalować urządzenie o większej mocy, w rurociągu pojawi się nieprzyjemny hałas. Również w takim przypadku elementy funkcjonalne urządzenia kotłowego będą się zużywać znacznie szybciej, niż deklaruje producent.

Moc pompy obiegowej musi być wystarczająca, aby poradzić sobie z oporami hydraulicznymi w obiegu zamkniętym.

Specjaliści zalecają wybór pompy obiegowej już na etapie projektowania systemu grzewczego. Jeśli długość rurociągu nie przekracza 80 m, wystarczy zainstalować jedną pompę. Przy większej długości zaleca się zamontowanie kilku urządzeń tłoczących.

Przy zakupie należy zwrócić uwagę również na materiały, z których wykonane są elementy funkcjonalne pompy. Większość części ma bezpośredni lub pośredni kontakt z podgrzanym czynnikiem roboczym, dlatego ulegają szybkiemu zużyciu.

Dlatego zaleca się wybierać pompy obiegowe z ceramicznymi łożyskami i zespołem wirnika.

Istotną rolę odgrywa elektronika. Aby regulować temperaturę w pomieszczeniach, w obiegach grzewczych instaluje się zawory termostatyczne. Gdy temperatura wzrasta, zamykają się one, a ciśnienie w rurach wzrasta.

W wyniku tych procesów pojawia się nieprzyjemny hałas. Aby się go pozbyć, należy przełączyć pompę obiegową na niższe obroty, a robienie tego ręcznie jest niewygodne.

Szybko i skutecznie poradzić sobie z tym zadaniem pomogą pompy z wbudowaną elektroniką. Takie urządzenia płynnie regulują wahania ciśnienia w rurociągu w zależności od zmian ilości cieczy.

Główne zalety nowoczesnych pomp – ekonomiczność i trwałość, kompaktowe wymiary gabarytowe, niski poziom hałasu, automatyczny tryb pracy, wygodny panel sterowania

Warto również wspomnieć o dodatkowych funkcjonalnościach pomp, a mianowicie:

• płynna regulacja;
• kontrola prędkości;
• automatyczny tryb pracy;
• wbudowany informacyjny wyświetlacz.

Najprostsze modele pomp obiegowych – bez możliwości regulacji prędkości transportu cieczy. Nowoczesne, wielofunkcyjne pompy to dwu/trzyprędkościowe urządzenia z płynną regulacją. Wyróżniają się wysoką precyzją ustawień.

Urządzenia pracujące w trybie automatycznym wyposaża się w panel sterowania. Ustawienia takich urządzeń są obszerne i zależą tylko od modyfikacji urządzeń.

Może to być automatyczna regulacja prędkości w zależności od zmian temperatury powietrza wewnątrz pomieszczenia, elektroniczny timer wyłączenia/włączenia, automatyczne uruchamianie pompy przy minimalnej prędkości przepływu.

Obecność cyfrowego wyświetlacza umożliwia uzyskanie wszystkich niezbędnych informacji o pracy urządzenia pompowego: temperaturę cieczy nośnej, opór w obiegu zamkniętym, wydajność, błędy itp.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Zasady doboru urządzeń obiegowych w filmie:

Szczegóły obliczania wysokości podnoszenia i wydajności w filmie:

Film o budowie, zasadzie działania i instalacji pompy obiegowej:

Nowoczesny system ciepłowniczy z wbudowaną pompą do wymuszonej cyrkulacji pozwala w ciągu kilku minut po uruchomieniu generatora ciepła ogrzać pomieszczenia mieszkalne.

Racjonalny dobór pompy obiegowej i wysokiej jakości montaż znacznie zwiększają efektywność wykorzystania urządzeń kotłowych dzięki oszczędności zasobów energetycznych o około 30-35%.

Poszukuje Pan/Pani pompy obiegowej do systemu ciepłowniczego? Czy ma Pan/Pani doświadczenie w eksploatacji takich urządzeń? Proszę podzielić się swoim doświadczeniem z czytelnikami, zadawać pytania i brać udział w dyskusjach. Formularz do komentarzy znajduje się poniżej.