Pompa wodna do ogrzewania: rodzaje, parametry techniczne i zasady wyboru

Naturalne zjawiska grawitacyjne nie zawsze są w stanie zapewnić wystarczający poziom cyrkulacji czynnika grzewczego, szczególnie w skomplikowanych systemach z wieloma pętlami. Stymulować przepływ czynnika grzewczego pomoże pompa wodna do ogrzewania pomieszczeń. Czym jest to urządzenie? To pytanie omówimy w naszym artykule.

Oprócz budowy i parametrów technicznych pompy wodnej omówimy rodzaje, cechy oznakowania. Szczegółowo rozważymy również zalety urządzeń cyrkulacyjnych oraz ważne parametry, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze.

Ogólna budowa pompy wodnej

Pompa wodna jest wbudowywana w obieg grzewczy w celu zapewnienia przepływu czynnika grzewczego. Dlatego takie systemy nazywane są ogrzewaniem z wymuszoną cyrkulacją.

Składa się z następujących podstawowych elementów:

• obudowa z komorą roboczą;
• silnik;
• wirnik;
• śruba do odpowietrzania;
• skrzynka zaciskowa.

Skrzynka zaciskowa może być wyposażona w dodatkowe urządzenia mechaniczne i elektroniczne, przeznaczone do regulacji trybu pracy silnika.

Prostota konstrukcji zapewnia wysoką niezawodność pomp, dzięki czemu mogą one efektywnie działać przez około 5-10 lat.

Podczas pierwszego uruchomienia wodnej pompy obiegowej należy odkręcić śrubę odpowietrzającą i wypuścić powietrze ze strefy roboczej.

Rodzaje pomp do systemów grzewczych

Nowoczesne pompy obiegowe dzieli się na dwa zasadnicze rodzaje: «suche» i «mokre». Różnią się one nieco budową wewnętrzną i schematem działania, ale przepływ cieczy w nich jest nadal zapewniany przez procesy cyrkulacyjne w systemie. Niektóre modele są wyposażone w urządzenia do automatycznej regulacji ich pracy.

Wariant #1 — urządzenia typu «suchego»

Konstrukcja suchej pompy obiegowej nie zakłada kontaktu czynnika grzewczego z wirnikiem. Jego obszar roboczy jest oddzielony od części silnika elektrycznego specjalnymi pierścieniami.

Są one wykonane z następujących rodzajów materiałów:

• grafitu;
• ceramiki;
• węglika wolframu;
• stali nierdzewnej;
• tlenku glinu.

Zasada działania «suchej» pompy polega na obracaniu wirnika w środowisku czynnika grzewczego. Otwór doprowadzający wodę znajduje się w środku głównej komory, a system kanałów odprowadzających – na obwodzie.

Strefa robocza «suchych» pomp cyrkulacyjnych jest połączona z silnikiem tylko za pośrednictwem wału, dlatego w razie potrzeby możliwa jest wymiana napędu elektrycznego.

Obrót łopatek koła funkcjonalnego powoduje powstanie sił odśrodkowych, które przemieszczają czynnik grzewczy od środka obudowy do jej krawędzi. Taka zasada działania pompy cyrkulacyjnej zapewnia stały przepływ wody przez jej komorę wewnętrzną.

Pozytywnymi cechami urządzeń grzewczych suchego typu są:

• wysoki poziom sprawności – 70-80%;
• minimalny uderzenie hydrauliczne przy uruchomieniu;
• możliwość poziomego i pionowego umieszczenia silnika;
• przepompowywanie dużych objętości czynnika grzewczego dzięki wysokiej mocy.

Ze względu na połączenie ekonomiczności i głośności, «suche» pompy są używane głównie w systemach grzewczych budynków przemysłowych, administracyjnych i dużych obiektów mieszkalnych.

Dlatego w przypadku urządzeń tego rodzaju można wyróżnić następujące negatywne aspekty:

1. Wysoki poziom hałasu, który uniemożliwia ich używanie w mieszkaniach.
2. Konieczność wymiany dysków uszczelniających co 2-3 lata.
3. Wysokie prawdopodobieństwo wycieku czynnika grzewczego na zewnątrz w przypadku naruszenia szczelności komory roboczej.
4. Konieczność zewnętrznego chłodzenia silnika.

Ze względu na dużą wagę, takie urządzenia instaluje się na podłodze lub zawiesza na wspornikach.

Elementy pompy konsolowej są zamocowane na jednej ramie, a silnik elektryczny z kołem roboczym w obudowie są połączone przez przekładnię.

Istnieją dwa warianty konstrukcyjne «suchych» pomp:

1. Monoblokowy. Silnik i metalowa obudowa urządzenia są połączone w jedną konstrukcję ze specyficznymi mocowaniami.
2. Konsolowy. Do obudowy urządzenia za pomocą uniwersalnych mocowań można podłączyć silnik o dowolnej mocy.

«Suche» urządzenia cyrkulacyjne do systemów grzewczych przy odpowiedniej konserwacji są trwalsze, dlatego stopniowo wypierają z rynku modele z mokrym wirnikiem.

Wariant #2 — pompy z wirnikiem typu mokrego

Zasada działania urządzenia cyrkulacyjnego z wirnikiem typu mokrego jest podobna do jego odpowiednika w wykonaniu «suchym»: podczas obrotu łopatek czynnik grzewczy podawany do środka przemieszcza się do obwodu komory roboczej, skąd jest zbierany do kanałów odprowadzających.

Wszystkie wewnętrzne uszczelki w «mokrej» pompie są statyczne i nie podlegają dynamicznemu zużyciu, dlatego takie modele są bardziej niezawodne i trwałe.

Wirnik pompy „mokrej” ma kontakt z czynnikiem grzewczym, który zapewnia również chłodzenie silnika. Takie urządzenia nie mogą pracować na sucho, ponieważ szybko się przegrzewają i ulegają spaleniu.

Części składowe urządzenia zazwyczaj znajdują się w jednej obudowie i tworzą jednolitą konstrukcję, dlatego w przypadku awarii poszczególnych elementów nie wymienia się ich, lecz kupuje nową pompę.

Czynnik grzewczy wewnątrz komory roboczej pokonuje dość krętą drogę, dlatego głośność pompy zależy od gładkości materiału wewnętrznej powierzchni obudowy.

Zalety agregatu z “mokrym” wirnikiem:

• cicha praca;
• kompaktowe rozmiary;
• niewielkie zużycie energii elektrycznej (30-50 W);
• długotrwała praca bez konserwacji;
• stosunkowo niska cena;
• prostota instalacji.

Urządzenia często wbudowuje się bezpośrednio w konstrukcję kotłów domowych, ułatwiając użytkownikowi wybór sprzętu przy montażu systemu grzewczego.

Urządzenia grzewcze tego typu mają również wady:

• ograniczenia konstrukcyjne dotyczące maksymalnej mocy;
• niska naprawialność;
• mała sprawność (40-60%);
• konieczność ścisłego poziomego położenia osi silnika.

Ze względu na niską moc “mokry” typ pomp stosuje się głównie w systemach grzewczych mieszkań i domów parterowych.

Zalety urządzeń cyrkulacyjnych

Do 1990 roku systemy grzewcze w budownictwie prywatnym były projektowane i budowane głównie bez pomp. Czynnik grzewczy płynął rurami grawitacyjnie, a jego cyrkulacja była zapewniona przez prądy konwekcyjne cieczy podczas jej podgrzewania w kotle. Obecnie wciąż stosuje się systemy z naturalną cyrkulacją, choć nie tak często.

Niedrogie kotły na paliwo stałe są produkowane bez wbudowanych pomp, ponieważ producent nie zna parametrów obiegu grzewczego. Dla takich systemów zakup pompy wodnej jest obowiązkowy.

Obecnie ruch czynnika grzewczego odbywa się wymuszenie za pomocą pomp wodnych, które mają szereg zalet:

1. Mniejsze obciążenie kotła dzięki zmniejszeniu różnicy temperatur w rurze dopływowej i odpływowej.
2. Równomierne rozprowadzenie ciepła po pomieszczeniach dzięki jednakowej temperaturze czynnika grzewczego na całej długości pierścieni grzewczych.
3. Możliwość szybkiej regulacji temperatury czynnika grzewczego.
4. Szybkie nagrzewanie systemu grzewczego przy uruchomieniu zimnego kotła.
5. Brak konieczności instalowania rurociągów ze spadkiem w kierunku kotła, zapewniających samoczynne przemieszczanie czynnika grzewczego.
6. Możliwość stosowania cienkich rur, które zajmują mało wewnętrznej przestrzeni mieszkania.
7. Moc pompy pozwala wytworzyć w obiegu grzewczym ciśnienie wystarczające do podania czynnika grzewczego na kilka pięter w górę.
8. Użycie armatury odcinającej na poszczególnych pętlach sieci grzewczych.
9. Możliwość zintegrowania pompy z systemem automatycznej regulacji pracy kotła.

Pomimo wielu zalet, urządzenia cyrkulacyjne mają dwie wady – zależność od zasilania elektrycznego oraz dodatkowe koszty energii elektrycznej.

Wady można jednak łatwo zrekompensować – instalacja pompy wodnej pozwala zaoszczędzić 10-20% paliwa, a udział kosztów energii elektrycznej w całkowitych wydatkach na ogrzewanie wynosi zaledwie 3-5%. Ponadto, w przypadku częstych przerw w dostawie energii elektrycznej, można zainstalować UPS, który zapewni na określony czas autonomiczną pracę kotła i pompy.

Cechy oznakowania urządzeń

Niestety, nie ma ujednoliconych wymagań dotyczących oznakowania pomp cyrkulacyjnych. Producenci samodzielnie wybierają zestaw parametrów technicznych, które są umieszczane na obudowie urządzenia.

Przy zakupie pompy nie należy kierować się wyłącznie jej oznakowaniem. Lepiej otworzyć instrukcję obsługi i zapoznać się z parametrami technicznymi tam.

Na panelu przednim zwykle wyświetlane są następujące informacje:

• kierunek przepływu czynnika grzewczego;
• średnica przyłączanych rur;
• maksymalne dopuszczalne ciśnienie;
• producent i model;
• maksymalna temperatura pracy;
• stopień ochrony;
• parametry robocze sieci elektrycznej;
• znaki zgodności z krajowymi przepisami technicznymi.

Producenci mogą podawać również inne informacje według własnego uznania. Szczegółowe dane techniczne urządzeń znajdują się w instrukcji obsługi.

Jednostki miary różnią się w różnych krajach, więc oznaczenia liczbowe na obudowie mogą być mylące. Lepiej jeszcze raz otworzyć instrukcję, gdzie oprócz parametrów podane są także jednostki miary.

Na co zwracać uwagę przy wyborze pompy?

Wybór osobnej pompy dla obiegu grzewczego należy przeprowadzić, biorąc pod uwagę wiele parametrów.

Parametry techniczne urządzeń

Urządzenia cyrkulacyjne mają szereg cech, które są szczególnie ważne przy zakupie.

Do nich należą:

1. Sprawność – stosunek ilości zużytej energii elektrycznej do wykonanej użytecznej pracy pompowania czynnika grzewczego.
2. Wysokość podnoszenia – różnica ciśnienia między wylotem a wlotem pompy.
3. Wydajność – maksymalna objętość czynnika grzewczego przepompowywana przez komorę roboczą przy minimalnym oporze obiegu grzewczego.
4. Moc poboru energii elektrycznej.
5. Średnica rur – nominalna wartość przyłączanego urządzenia.
6. Maksymalne ciśnienie nominalne (oznaczane jako PN) w obwodzie roboczym w temperaturze 20 °C, przy którym nadal gwarantowana jest długotrwała praca urządzenia w okresie gwarancyjnym.

Zazwyczaj tych danych wystarcza do potwierdzenia, że parametry techniczne pompy są zgodne z wymaganiami systemu grzewczego.

Bardziej szczegółowo kryteria wyboru omówiliśmy w tym artykule.

Wystarczająca moc urządzenia

Na wybór konkretnego modelu urządzenia cyrkulacyjnego wpływają parametry techniczne, a także możliwości finansowe kupującego oraz właściwości systemu grzewczego. Aby zaoszczędzić, ważne jest, aby moc pompy była wystarczająca do normalnej pracy kotła. W końcu podany w instrukcji poziom podawania wody jest zawsze znacznie wyższy niż rzeczywisty.

Aby samodzielnie określić wystarczalność mocy urządzenia, należy przeprowadzić trzy etapy obliczeń.

Etap #1 – określamy wydajność pompy

Określenie wymaganej wydajności pompy za pomocą wzoru.

Wymagana moc ogrzewania cieplnego silnie zależy od materiału ścian, obecności szczelin w podłodze oraz szczelności ram okiennych.

Dla mieszkań w budynkach wielopiętrowych moc cieplna ogrzewania przyjmuje się równą 75-80 W/m², dla domów – 100-120 W/m². Różnica temperatur na wejściu kotła i na jego wyjściu wynosi zazwyczaj 10 °C.

Okazuje się, że dla mieszkania o powierzchni 60 m² wystarczy rzeczywista wydajność pompy wynosząca (80*60)/(1,16*10)=414 (l/h).

Etap #2 – obliczamy wielkość wysokości podnoszenia

Określenie wysokości podnoszenia potrzebnej do pokonania całkowitego oporu hydraulicznego systemu za pomocą wzoru.

Każda armatura odcinająca ma swój wskaźnik oporu hydraulicznego, który określa się za pomocą specjalnych tabel. Przy obliczeniach uwzględnia się wartości oporu wszystkich elementów rurociągu.

Podany wzór wymaga skomplikowanych obliczeń z wykorzystaniem danych referencyjnych, dlatego w przypadku domowych i mieszkaniowych systemów grzewczych można skorzystać z uproszczonego wykresu.

Strata wysokości podnoszenia silnie zależy od średnicy rur, dlatego przy wyborze między dwoma możliwymi rozmiarami lepiej wybrać większy.

Zgodnie z wykresem, straty ciśnienia w mieszkaniu o średnicy rur 20 mm wyniosą 70 mm/m, a biorąc pod uwagę długość rurociągu 50 m – 3,5 metra. Liczbę tę należy pomnożyć przez współczynnik 1,3-2,2, uwzględniający opór armatury wodociągowej.

Etap #3 – określamy moc pompy

Określenie wystarczalności mocy pompy na podstawie wykresu charakterystyk wysokości podnoszenia i przepływu.

Niewystarczająca moc pompy wodnej prowadzi do nadmiernego zużycia gazu w kotle, a nawet może doprowadzić do fatalnych awarii.

Taki wykres jest podany w instrukcji obsługi i jest unikalny dla każdego modelu pompy. Jeśli punkt przecięcia obliczonych powyżej parametrów znajduje się poniżej krzywej B, to urządzenie nadaje się do systemu grzewczego, a jeśli powyżej, to nie.

Szczegółowe zalecenia dotyczące obliczania pompy obiegowej z konkretnymi przykładami podaliśmy w następnym artykule.

Dodatkowe funkcje urządzenia

Jeśli dla systemu grzewczego krytycznie ważny jest stały przepływ cieczy, można zainstalować parę pomp umieszczonych szeregowo w obwodzie. Drugi silnik w takim systemie może włączać się przy niewystarczającej mocy lub awarii pierwszego silnika.

Do automatyzacji pracy bojlera z ogrzewaniem z obiegu grzewczego można używać pomp z termostatem i timerem. Wbudowany mechanizm zapewnia włączanie i wyłączanie silnika w zależności od temperatury czynnika grzewczego i pory dnia.

Skrzynka zaciskowa może mieć pokrętła regulacyjne i panel wskaźnikowy. Wyświetlacze LCD w pompach grzewczych są rzadko używane ze względu na nietolerancję wysokiej temperatury.

W rozgałęzionych sieciach grzewczych można stosować pompy obiegowe z termostatem i płynną regulacją prędkości wirnika. Za ich pomocą w różnych pętlach następuje autonomiczna regulacja prędkości czynnika grzewczego, w zależności od jego temperatury. Pompy z automatyką są kilkakrotnie droższe i rzadko stosowane w mieszkaniach i małych domach mieszkalnych.

Na rynku dostępne są zarówno modele o standardowej, jak i niestandardowej konstrukcji, nadającej dodatkową funkcjonalność. Ranking najlepszych pomp grzewczych, opracowany na podstawie opinii rzeczywistych użytkowników, przedstawiamy tutaj.

Inne niuanse wyboru pompy

Ważne, aby urządzenie nie tylko spełniało swoją funkcję, ale także działało długo, nie powodując niedogodności dla mieszkańców domu lub mieszkania.

Dlatego przy wyborze urządzenia należy przestrzegać następujących zasad:

1. Wybrać znanych producentów pomp: Calpeda, Grundfos, WILO. Cena ich urządzeń jest o 20-40% wyższa, ale prawdopodobieństwo awarii znacznie mniejsze.
2. Brać urządzenie o parametrach o 20-30% wyższych niż obliczone. Ten zapas zmniejszy obciążenie eksploatacyjne i wydłuży żywotność urządzenia.
3. Zwracać uwagę na wymiary, aby pompa mieściła się w przeznaczonym dla niej miejscu.
4. Praca urządzenia powinna być maksymalnie bezgłośna, aby nie przeszkadzać mieszkańcom w nocy.
5. Nie należy dążyć do zakupu modelu o mocy znacznie przekraczającej obliczone parametry. Doprowadzi to nie tylko do nadmiernego zużycia energii elektrycznej, ale także do dodatkowego hałasu.
6. Wybrać pompę przeznaczoną do systemów grzewczych, ponieważ są one przystosowane do temperatury roboczej do 130-150 °C.
7. Pożądane jest, aby urządzenie miało wbudowane sito do filtracji cząstek stałych zawieszonych w czynniku grzewczym.

Parametry robocze urządzenia muszą bezwzględnie odpowiadać parametrom systemu grzewczego, na tym nie da się zaoszczędzić. Dodatkowo trzeba będzie zapłacić tylko za niezawodnego producenta, podwyższoną ochronę obudowy i system automatycznej regulacji pracy.

Większość domowych urządzeń cyrkulacyjnych do ogrzewania nie wymaga regulacji. Do ich uruchomienia wystarczy podłączyć króćce do rurociągu i włączyć urządzenie do sieci elektrycznej. A jak prawidłowo przeprowadzić montaż pompy, omówiliśmy w instrukcji krok po kroku.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Jak dobrać dobrą pompę cyrkulacyjną do ogrzewania:

Urządzenia cyrkulacyjne DAB:

Porównanie dwóch urządzeń Grundfos: modele UPS i Alpha2:

Wybór pompy cyrkulacyjnej lepiej uzgodnić ze specjalistami. Jeśli moc urządzenia dla standardowego mieszkania mogą doradzić sprzedawcy w sklepie, to przed zakupem urządzenia grzewczego do domu za miastem trzeba będzie zwrócić się po skomplikowane obliczenia do profesjonalistów.

Należy pamiętać, że nie można go wymienić w sklepie po rozpoczęciu eksploatacji, dlatego lepiej od razu kupić odpowiedni model.

Czy chciałby Pan uzupełnić nasz artykuł przydatnymi zaleceniami dotyczącymi wyboru pompy do ogrzewania? Albo zauważył Pan niezgodność przedstawionych danych? Proszę napisać swoje uwagi w bloku komentarzy – Pana opinię na pewno uwzględnimy.

A może po przeczytaniu artykułu ma Pan jeszcze pytania? Proszę je zadać naszym ekspertom, prosić o radę – postaramy się Panu pomóc.