Изменение объема с температурой. На рис. 49 представлена зависимость молярного объема воды и льда от Т (Айзенберг и Козман, 1969). Как видно, с ростом температуры объем того и другого соединения изменяется по-разному. Максимальная разница в объемах наблюдается при Объем приблизительно на больше, чем объем при При эта разница составляет Зависимости изменения объема от температуры для

становятся практически одинаковыми, начиная с температуры .

Уменьшение объема воды при плавлении льда I, по нашему мнению, связано с тем, что активация колебаний протона поперек линий водородной связи при плавлении приводит к увеличению деформируемости как самой молекулы так и всей системы водородных связей.

Рис. 49 Зависимость молярного объема воды и льда от и зависимость жидких от

Различие в изменении объемов с Т определяется температурной зависимостью амплитуд атомных колебаний атомов Во льду I при отношение амплитуд атомных колебаний Отношение объемов при плавлении имеют приблизительно такую же величину.

С целью исследования температурной зависимости «аномальной» составляющей объема воды выделим долю объема воды, определяемую деформируемостью молекулы, из общей зависимости объема воды от температуры. Для этого примем, что в районе вода ведет себя как обычная жидкость с постоянным коэффициентом объемного расширения

который мы оценили экстраполяцией экспериментального значения а в область высоких температур. Помимо постоянной составляющей а в воде имеет место другая составляющая На рис. 50 представлены обе составляющие а. Как видно, для воды помимо характерного для нормальных жидкостей постоянного независящего от температуры имеет место отрицательная составляющая коэффициента объемного расширения. В области температур, объем практически линейно зависит от температуры и может быть записан в виде Будем считать, что эта зависимость изменения объема с температурой определяет нормальную составляющую

уменьшеяия объема воды с уменьшением температуры для всех температур жидкого состояния. Разность между экспериментальными значениями объема и значениями представляет собой аномальную составляющую температурной зависимости молекулярного объема воды; для экспериментальная зависимость, уменьшающий с ростом температуры вклад в молекулярный объем, определяющий аномальную зависимость Для коэффициент объемного расширения всюду отрицателен и уменьшается (по модулю) с ростом температуры. Таким образом, экспериментальная кривая изменения объема с температурой жидкой воды качественно может быть представлена суммой двух компонент

в районе температур

Рис. 50 Зависимость двух компонент коэффициента объемного расширения воды от температуры

Изотермическая и адиабатическая сжимаемость. Изотермическая сжимаемость воды при температуре в четыре раза больше, чем изотермическая сжимаемость льда. Зависимость изотермической сжимаемости льда и воды от температуры представлена на рис. 51 на основании данных работы Келла (1967). Как видно, максимальное изменение в представленном интервале температур сжимаемость испытывает при плавлении.

Монтаж системы отопления вообще и монтаж циркуляционного насоса в систему отопления в частности - задача всегда непростая и требующая учёта многочисленных факторов. Наиболее популярной конструкцией является система естественной циркуляции, однако её широкое применение объясняется исключительно простотой установки.

Существенный недостаток этой конструкции - слабый циркуляционный напор, вынуждающий приобретать трубы чрезмерно большого диаметра, что ограничивает в выборе радиаторов, да и просто требует больших затрат. Поэтому оптимальным вариантом являются несколько более сложные, но практичные системы отопления с насосной циркуляцией схема работы которых позволяет использовать любую разновидность радиаторов, а также трубы стандартного диаметра.

Само название схемы подразумевает использование циркуляционного насоса, цель которого - обеспечивать напор и постоянное продвижение нагретой воды. Кратко принцип работы схемы выглядит так: нагретая до необходимой температуры вода поступает по трубопроводу в радиаторы. После остывания она возвращается в котёл по отводящему трубопроводу. Встроенный расширительный бак обеспечивает постоянное давление теплоносителя и призван выдержать увеличивающийся во время нагревания объём воды.

Можно выделить несколько разновидностей такой системы, разделяющихся по следующим признакам:

1. по способу подключения трубопровода к радиаторам: однотрубные и двухтрубные;
2. по месту расположения стояков: вертикальные стояки и горизонтальные стояки;
3. по типу магистрали: тупиковые системы и системы с попутным движением воды;
4. по типу разводки: с верхней и с нижней.

Разберёмся, как подключить циркуляционный насос для отопления по каждой из указанных схем.

Однотрубная и двухтрубная системы

Считающаяся пережитком прошлого однотрубная конструкция подразумевает подключение к радиатору лишь одной трубы. Все отопительные приборы дома соединяются последовательно, а теплоноситель протекает через них, начиная с верхнего и заканчивая нижним, с каждым сантиметром продвижения отдавая всё больше тепла. Таким образом, к последним из радиаторов вода подходит едва тёплой, и это создаёт сильный дисбаланс в температуре разных комнат. Единственным способом хоть как-то уменьшить эту разницу является установка в нижних комнатах радиаторов с большим количеством секций.

Среди других недостатков:

Однотрубная система была популярна полвека назад, но в наше время устарела окончательно и практически не используется.

Двухтрубная конструкция устраняет эти недостатки за счёт подведения к каждой батареи подводящей и отводящей трубы. Теряющий свою температуру теплоноситель в данном случае отводится из радиатора в котёл для нового нагревания, а не продвигается в следующий радиатор. Ещё одно дополнительное преимущество: возможность установить на каждый из радиаторов собственный регулировочный кран или автоматический термостат.

Вертикальный и горизонтальный стояки

к вертикальному стояку позволяет подводить к ним трубы не сразу, а по отдельности для каждого этажа высотки. Главное преимущество вертикальных стояков - отсутствие воздушных пробок. Недостаток - относительно высокая стоимость.

В несколько иных целях используется установка циркуляционного насоса в системе отопления со стояком горизонтального типа: отопление лестничных площадок, коридоров и любых обширных одноэтажных зданий. Её существенными плюсами являются экономия на трубах и вытекающая из неё низкая стоимость монтажа. Известный недостаток: появление воздушных пробок, устранить которые, однако, помогают краны Маевского.

Тупиковая и попутная схемы

Широко распространённая тупиковая система подразумевает движение теплоносителя по подающей трубе в одну сторону, а по отводящей - в обратную. Циркуляционные кольца при этом существенно отличаются по длине. Недостаток тупиковой системы: неравномерность прогрева. Те из отопительных приборов, которые находятся ближе к котлу, отличаются лучшей эффективностью, нежели более далёкие. Даже подключение циркуляционного насоса в систему отопления тупикового типа не даёт гарантий того, что все радиаторы будут нагреваться одинаково хорошо. Достоинство же такой системы: экономичность. Их недостатки зачастую сглаживают, устанавливая несколько маленьких магистралей вместо одной длинной.

В попутной схеме длина циркуляционных колец всегда одинаковая. Соответственно, все радиаторы прогреваются тоже одинаково, находясь на любом расстоянии от главного стояка. Из-за высокой стоимости (требуется больше труб) попутная схема используется редко.

Верхняя и нижняя разводки

Отопительная система с внешней разводкой подразумевает установку подводящего трубопровода выше радиаторов.

Обычно применяется в межпотолочных полостях или на чердаке.

Принцип действия прост: установка циркуляционного насоса в систему отопления позволяет поднять нагретую воду в самую верхнюю точку трубопровода, откуда она уже будет распределяться по нижележащим помещениям. Там же, в наивысшей точке, устанавливается расширительный бак, чья задача - предотвращение появления воздушных пробок. Отводящая же труба, напротив, монтируется ниже отопительного прибора. По понятным причинам верхняя разводка неприменима в зданиях с плоской крышей и без чердаков.

В схеме с нижней разводкой оба (и подающий, и отводящий) трубопровода устанавливают ниже радиаторов и при этом с небольшим уклоном (для предотвращения образования воздушных пробок). Единственное заметное преимущество схемы: возможность подключать отопление поэтапно, этаж за этажом.

Выбор оборудования

Пришло время разобраться с тем, как выбрать циркуляционный насос для систем отопления установка которого имеет немало нюансов. Выбор насоса производится всего по двум параметрам: планируемая сила напора воды и сопротивление воды, которое придётся преодолевать насосу для создания напора. Как ни парадоксально, но мощность насоса должна быть меньше на 10-15%, чем в расчётных значениях. В противном случае количество потребляемой электроэнергии, шум и скорость износа деталей будут слишком высоки. Глупо ударяться и в другую крайность, экономя на мощности насоса. Такой агрегат не сможет перекачивать нагретую воду в требуемом объёме с нужной скоростью.

Существуют модели с интегрированными в них ручными или электронными регуляторами скорости работы электродвигателя. Высочайший КПД требует максимальной скорости вращения вала. Ещё одна нестандартная разновидность - насос циркуляционный для отопления мини, многие модели которых работают автономно, без подключения к электросети (на дизельном топливе или бензине). Такие насосы отлично подходят для мест, где проведение электричества не планируется (садовые или охотничьи домики, строительные будки). Еще об одном способе отопления помещения, где есть проблема с электричеством, можно прочитать .

Монтаж насоса

Допустим, приобретен электрический циркуляционный насос для отопления.

Как установить и запустить циркуляционный насос, не испортив аппарат?

К сожалению, о том, как правильно ставить циркуляционный насос на отопление, из-за повальной распространённости систем естественной циркуляции знает даже не каждый сантехник.

Первым делом необходимо определить место под врезку электронасоса в трубопровод. В принципе, насос можно врезать на любом отрезке отопительного контура, однако необходимо учесть, что ресурс работы пластиковых деталей и подшипников зависит от температуры воды. Поэтому из материальных соображений выгоднее установить оборудование на обратной части трубопровода: перед отопительным котлом и после мембранного бака.

Типичная электрическая схема подключения циркуляционного насоса отопления выглядит следующим образом:

Главные её составляющие: котёл (1), насос (5), бак (7) и радиаторы (8).

Крайне рекомендуется, чтобы насос работал только от бесперебойного источника питания. Также необходимо исключить всякое попадание конденсата или брызг воды в клеменную коробку. Если вода в отопительной системе нагревается до температуры свыше 90 градусов, следует использовать жаростойкий кабель.

Необходимо помнить и о фильтрации воды , поэтому перед насосом в трубе устанавливается грязевик. Попадание с водой инородных тел внутрь насоса почти гарантированно приведёт к разрушению подшипников и крыльчатки. Бочонок для сбора мусора должен «смотреть» вниз - тогда он не станет помехой для нормальной циркуляции воды.

Какое бы оборудование не было выбрано, правильная установка циркуляционного насоса в систему отопления возможна только при следовании сопроводительной документации, поставляющейся производителем. В этой инструкции содержатся данные об устройстве аппарата, нюансах работы и алгоритме установки.

Принудительную циркуляцию жидкости в контурах сложной и протяжённой конструкции обеспечивает циркуляционный насос. Его основная функция — равномерный обогрев помещений всего дома.

При этом и ощутимо сокращается диаметр используемых в системе труб.

Преимущества использования в квартире многоэтажного дома

Это устройство имеет ряд достоинств:

• Автоматический бесперебойный режим работы.
• Повышает показатель экономии электроэнергии вдвое. Это допустимо при указании определённых параметров прибору.

• Увеличение КПД отопительной системы.
• Бесшумная эксплуатация.
• Возможность контроля температуры в помещении осуществляется вращением прибора. Такая функция присутствует даже в насосах без автоматического режима.
• Теплоноситель — вода или этиленгликоль. Их допустимая температура варьируется в диапазоне от +2 до +130 °C.
• Обеспечение необходимого напора.
• Долгий срок службы. Рациональная эксплуатация агрегата позволит не задумываться о его ремонте несколько лет.
• Универсальность. Такой прибор подходит для всех систем отопления.
• Регулировка системы.

Типы циркуляционных насосов на обратку системы

Существует две основные разновидности .

С сухим ротором

Они подают теплоноситель с большим напором . Чаще всего их применяют для перемещения охлаждающей жидкости. В таких приборах у теплоносителя нет контакта с мотором.

В приспособлениях с сухим ротором находятся моторы трехфазного типа и встроенный электронный блок. Частота их вращения регулируется с помощью внешней электронной системы.

Такие приборы подразделяются на 3 вида :

• Блочные. Представляют собой низконапорный центробежный насос с постоянной частотой вращения со встроенным электрическим мотором воздушного охлаждения.
• Консольные. От остальных видов их отличает наличие осевого входа и радиального выхода теплоносителя из прибора. Фиксация мотора и насоса осуществляется раздельными узлами крепления к фундаментной плите. Условный проход всасывающего патрубка больше, чем для напорного. В зависимости от вида теплоносителя допустимо использование сальникового уплотнения или СТУ.

Фото 1. Консольный насос WILO-CronoNorm NL (Германия) лучше всего подходит для системы коммунального водоснабжения.

• Вертикальные. Условный проход является одинаковым для патрубков всасывающего и напорного типов, расположенных на одной оси. Внутри таких насосов расположен фланцевый электрический мотор, имеющий воздушное охлаждение. Монтаж вертикальных приборов осуществляется на трубопровод.

С мокрым ротором

Этот тип широко применяется в частных домах. Внутри прибора присутствует водяное охлаждение электрического двигателя. Жидкость, проходящая через устройство, также смазывает детали.

На валу электродвигателя фиксируется закрытое рабочее колесо. Оно находится в корпусе из чугуна или стали. Состоит из двух параллельных дисков с отверстиями. В одно входит рабочая жидкость, а другое — для крепления колеса на валу электрического двигателя. Диски соединены между собой радиально выгнутыми лопатками.

В корпусе у такого насоса есть конфузор для перевода кинетической энергии теплоносителя в давление статического типа и отвода жидкости.

К валу ротора фиксируется охлаждаемое качаемой водой рабочее колесо.

Между статором двигателя и ротором помещён разделительный стакан. Сам ротор крепится на торцевые подшипники скольжения.

Воздух из прибора удаляется с помощью резьбовой пробки , которая расположена спереди на стенке корпуса двигателя.

Устройство с мокрым ротором работает исключительно в горизонтальном положении.

Принцип работы насоса на трубах батареи отопления

Он очень похож на действие дренажного устройства . Этот прибор с одной стороны захватывает теплоноситель, а с другой — нагнетает его в трубопровод. Весь процесс проходит благодаря центробежной силе, появляющейся под действием вращения лопастного колеса. Он образует во всасывающем патрубке вакуум , который обеспечивает циркуляцию и поступление жидкости во всасывающий водопровод.

Важно! Установка насоса должна осуществляться перед котлом, на обратке . Это делается для того, чтобы прибор не забирал в себя воздух из котла, в котором может произойти закипание. Кроме того, при таком монтаже прибор будет работать и при более низких температурах.

На месте установки делают обвод (байпас) . Его диаметр меньше диаметра основной трубы. После монтажа байпаса можно начинать стандартную установку циркуляционного оборудования.

Как выбрать

Параметры, на которые нужно обратить внимание, приобретая прибор:

• Мощность. На этот показатель влияют: степень напора жидкости, производительность котла, его пропускная способность, температура теплоносителя, диаметр трубопровода.
• Расход циркуляционного насоса. Он определяется формулой: Q=N/t2—t1 , где N — параметр мощности, t2 — температура, выходящая из теплового источника, а t1 — присутствующая в оборотном трубопроводе.
• Напор насоса. В соответствии со стандартами на 1 кв. м. площади помещения требуется значение мощности 100 Вт.
• Подключение прибора. Важен диаметр трубы для его фиксации — 2,5 или 3,2 см.
• Давление. Длина всех труб умножается на 100 Па.
• Производительность.