Oběhová čerpadla v topných systémech

V současné době mají topné systémy s gravitační (přirozenou) konvekcí chladiva omezený rozsah použití – používají se pouze v nízkopodlažních budovách a bytech. Kvůli některým nedostatkům gravitačních systémů (malý akční rádius, pomalý pohyb kapaliny atd.) se stále častěji objevují topné systémy s nucenou konvekcí, ve kterých k pohybu chladicí kapaliny potrubím dochází v důsledku provozu oběhového čerpadla.

Oběhové čerpadlo se skládá ze skříně s vodorovně umístěným rotorem s lopatkovým oběžným kolem a motorem. Motor způsobí rotaci rotoru a kapalina vstupující sacím otvorem je lopatkami posouvána k výstupu čerpadla a je z něj vytlačována určitou silou a rychlostí v radiálním směru, přičemž překonává hydraulický odpor potrubí.

V důsledku toho se v potrubí vytváří tlak potřebný pro pohyb kapaliny. Pro správný výběr oběhového čerpadla je nutné porovnat charakteristiky systému a čerpadla a určit provozní bod topného systému.

Graf charakteristiky oběhového čerpadla

Hlava nebo tlak Н — ukazatel specifické mechanické práce vykonávané čerpadlem pro přeměnu energie motoru na kinetickou energii kapaliny, měřeno v milimetrech vodního sloupce (mm H2O), pascalech (Pa), barech atd. Feed Q — objem kapaliny čerpané čerpadlem za jednotku času, měřený v metrech krychlových za hodinu (m3/h) nebo v litrech za sekundu (l/s).

Vzájemná závislost hodnot tlaku H a průtoku Q určuje provozní charakteristiku oběhového čerpadla, která je přehledně zobrazena grafem charakteristiky v souřadnicovém systému s vodorovnou osou Q a svislou osou H. Maximální tlak vzniká při zavřeném vstupním ventilu – tento ukazatel se nazývá tlak čerpadla při nulovém průtoku (režim zavřeného ventilu). V okamžiku otevření ventilu se část energie pohonu čerpadla přenese do přiváděné kapaliny a počáteční maximální tlak začne klesat.

Graf charakteristiky topného systému

Topný systém je charakterizován velikostí tlakové ztráty způsobené takovými faktory, jako je hydraulický odpor potrubí (závisí na tvaru, materiálu, délce a průřezu všech sekcí, přítomnost odboček a uzavíracích termostatických ventilů) a vnitřní odpor chladicího média (závisí na teplotě, viskozitě, průtoku). Tlakové ztráty v potrubí s radiálním směrem proudění určeným lopatkami čerpadla jsou vyjádřeny druhou mocninou rychlosti proudění kapaliny. Proto má graf charakteristik systému v souřadnicovém systému s osami Q a H tvar parabolické křivky se středem v nulovém bodě tlaku a průtoku.

Určení pracovního bodu

Pokud vyneseme grafy charakteristiky čerpadla a charakteristiky systému do jedné souřadnicové roviny (H, Q), budou se protínat v bodě zvaném pracovní bod. V pracovním bodě se výkon spotřebovaný potrubím rovná užitečnému výkonu čerpadla a hlava čerpadla má stejnou hodnotu jako odpor systému. Pracovní bod určuje maximální možný průtok poskytovaný čerpadlem. Je důležité vzít v úvahu, že pro normální provoz čerpadla je také definován minimální limit průtoku. Pokud je průtok pod tímto bodem, dojde k poškození motoru čerpadla v důsledku přehřátí.

Výběr oběhového čerpadla

Pro určení charakteristik topného systému je nutné správně vypočítat jeho hydraulický odpor, což je poměrně obtížný úkol. Proto konstruktéři při výběru optimálního čerpadla na základě pracovního bodu systému často vybírají model s vhodnou charakteristikou s „rezervou“. Pokud se odpor systému během provozu čerpadla změní, pracovní bod se posune doleva od vypočteného. Dochází ke snížení dodávky chladicí kapaliny a zvýšení tlaku čerpadla, což vede k výskytu hluku ve ventilech.

Tento problém lze vyřešit použitím oběhových čerpadel s automatickou regulací otáček rotoru. U čerpadel s frekvenčním měničem se při snížení rychlosti otáčení snižuje průtok, zároveň klesá hydraulický odpor systému a příkon, což vede nejen k tichému chodu, ale také k výrazné úspoře energie a zvýšení životnosti čerpadla.

Oběhová čerpadla se používají k cirkulaci vody v uzavřených teplovodních systémech. Díky tomu voda cirkulující v instalaci udržuje stálou teplotu, kterou navíc udržuje ohřívač. Čerpadla tohoto typu se používají jak pro zajištění cirkulace v systémech zásobování teplou vodou, tak v instalacích ústředního vytápění.
Zařízení, zejména určená pro systémy ústředního vytápění, jsou konstruována tak, aby mohla pracovat v náročných podmínkách a při vysokých teplotách, často přesahujících 100°C. Doporučuje se však nepřekračovat 65 °C, protože nad touto teplotou dochází k silné tvorbě vodního kamene.
Oběhová čerpadla mají nízkou dopravní výšku a maximální provozní tlak je obvykle 10 barů.

Jak vybrat oběhové čerpadlo?

Správná volba zařízení zajistí, že voda bude mít v každém místě instalace stejnou teplotu a bude tam proudit pod vhodným tlakem. Při výběru čerpadla věnujte pozornost parametrům, jako je provozní tlak, spotřeba elektrické energie, zpracování a samozřejmě cena.
Zařízení by se mělo snadno instalovat a pohodlně používat. Tělesa oběhových čerpadel teplé vody bývají vyrobena z bronzu, mosazi nebo nerezové oceli. Vzhledem k tomu, že zařízení bude sloužit řadu let, měli byste zvolit pevnější a kvalitnější model od renomovaného výrobce. Čerpadla mohou být jednorychlostní, vícerychlostní nebo s plynulou elektronickou regulací otáček. Pro malé instalace postačí jednorychlostní čerpadlo, zatímco pro větší instalace jsou nejvhodnější vícerychlostní čerpadla nebo čerpadla s proměnnými otáčkami. Modely s elektronicky komutovaným motorem se vyznačují nízkou spotřebou energie a plynulou regulací otáček motoru, přizpůsobenou aktuálním potřebám.

Jaké jsou výhody použití oběhových čerpadel?

Použití oběhového čerpadla v první řadě šetří peníze, protože nemusíte vypouštět studenou vodu a čekat, až ohřátá voda konečně poteče do kohoutku. Sníží se také energetické ztráty potřebné k ohřevu vody.
Udržování konstantní teploty v uzavřeném systému je snazší než ohřívání nových porcí kapaliny, jak se to děje v otevřených systémech, kde voda proudí z ohřívače do místa spotřeby. Stálý průtok také omezuje růst mikroorganismů a zabraňuje tvorbě bakteriálního biofilmu v potrubí, který může zhoršit funkční parametry vody.
Připojením ovladače k ​​čerpadlu můžete upravit jeho provozní cyklus tak, aby vyhovoval životnímu cyklu vaší domácnosti. Díky tomu bude teplá voda na vyžádání, když jsou obyvatelé doma. Během jejich nepřítomnosti nebude zařízení fungovat, což se projeví snížením množství spotřebované elektřiny a co je neméně důležité, nákladů.
Takový ovladač lze připojit k instalaci chytré domácnosti a systém pozná, kdy je někdo doma, a teprve poté začne ohřívat vodu. Čerpadlo oběhového systému lze spustit ručně, například pomocí přídavného spínače instalovaného v koupelně, nebo automaticky pomocí senzoru. Všechna tato řešení snižují náklady na použití cirkulačního systému teplé vody.

Nevýhody řešení pomocí oběhových čerpadel

Jedním z hlavních problémů spojených s instalací oběhového čerpadla je to, že instalace cirkulační vody musí být naplánována již ve fázi návrhu vodovodní instalace. Instalace je také dražší, protože vyžaduje více materiálu a práce. Stojí za to mít na paměti, že náklady na energii potřebnou k udržení provozu systému mohou být pro mnohé příliš vysoké a mohou se stát argumentem pro upuštění od nákupu zařízení.
Dobře navržená a správně řízená instalace však nespotřebuje tolik energie jako systém, kde čerpadlo běží nepřetržitě. Ve velkých vzdálenostech od místa ohřevu vody k málo využívanému místu odběru vody může být zase v extrémních případech nejlepším řešením průtokový ohřívač vody, díky kterému bude teplá voda k dispozici ihned po otevření kohoutku.