Циркуляционный насос Grundfos Alpha3

Северная Европа была бы на­ много более холодным местом, если бы не теплое течение Гольфстрим, омывающее Западное побережье континента. Возможно, именно поэтому в скандинавских странах особенно ценят домашнее тепло - в самом буквальном смысле этого слова. Специалисты датской компании Grundfos хорошо понимают, что нужно  для правильной и безупречной работы системы водяного отопления в загородном доме? Во-первых, это «сердце» - циркуляционный насос, который перекачивает горячую воду. А во-вторых, «кровеносные сосуды» - правильно отрегулированная гидравлическая система, оптимальным образом отдающая и распределяющая тепло по всему дому. Расчет и регулировка такой системы столь же важны для правильного отопления, как и состояние сердца и сосудов для здоровья.

Люди использовали источники тепла с древних времен. Сначала это были костры, которые худо-бедно обогревали пещеру, оставляя на стенах слой копоти. Потом появились дровяные печи, далекими потомками которых стали автоматические отопительные котлы, работающие на газе, жидком (солярка) или твердом (древесные пеллеты) топливе. Не осталось в стороне и электричество, особенно в последнее время, с появлением высокоэффективных тепловых насосов, которые позволили значительно увеличить конкурентоспособность этого вида энергии. Однако кроме источника  тепла, каким бы он ни был, для обогрева дома требуется еще и система распределения тепла по всему помещению, то есть, собственно, система отопления. Простейшие из таких систем – системы с естественной циркуляцией (гравитационные или конвекционные). Конструкция их очень проста: они состоят из труб, по которым циркулирует горячая вода. Без всякого насоса, под действием конвекции и гравитации, горячая вода поднимается вверх, а холодная опускается вниз. Это надежно, просто и бесшумно, однако длина трубопроводов ограничена примерно 30 м, к тому же нужны трубы большого диаметра, что значительно повышает стоимость. Кроме того, конвекционная система очень медленно прогревается. Из-за этих недостатков подобные системы не слишком распространены. Системы отопления с принудительной циркуляцией гораздо более гибкие. Наличие циркуляционного насоса позволяет использовать трубы практически любой длины так, что такие системы подходят для домов различной  площади и этажности. Принудительная циркуляция не накладывает особых ограничений на сечение труб, что сильно удешевляет систему отопления за счет уменьшения их диаметра.

Системы с принудительной циркуляцией для загородных домов делятся на два больших класса: однотрубные и двухтрубные.

В однотрубной системе горячая вода прокачивается через последовательно установленные радиаторы отопления. По мере прохождения радиаторов теплоноситель остывает, и радиаторы, установленные дальше от источника  тепла, имеют меньшую температуру, так что для нужного теплообмена требуется увеличивать их размер. Это может свести на нет всю экономию  на трубах, и к тому же подобную систему практически невозможно  регулировать. Двухтрубная система предусматривает параллельное подключение, то есть к каждому радиатору теплоноситель от источника  тепла подводится отдельной трубой. Обратный трубопровод с каждого радиатора собирается в отдельный контур. Он доставляет остывший теплоноситель к котлу. Эта система отопления имеет множество плюсов и, пожалуй, оптимальна для загородных домов. Распределение температуры теплоносителя в каждой ветке равномерно, сами радиаторы могут быть достаточно компактными, а потери давления минимальными, что дает возможность уменьшить потребляемую насосом мощность. Кроме того, такая система позволяет полностью независимо регулировать подачу теплоносителя в каждый радиатор, гибко настраивая обогрев каждого  отдельного помещения  в доме. 

Но чтобы реализовать все плюсы двухтрубной системы, в том числе и индивидуальную  настройку всех радиаторов, нужна так называемая балансировка - гидравлическая регулировка, распределяющая поток теплоносителя нужным образом (без такой регулировки система будет работать в неоптимальном режиме, с повышенным  износом и расходом энергии). Для этого большинство радиаторов оснащено балансировочными клапанами на выходе из радиатора или предустановкой в термостатическом клапане. В ходе балансировки задается максимальный расход через каждый радиатор, то есть максимальная пропускная способность (поток теплоносителя в пределах этого максимального расхода определяется обычно стоящей на входе каждого радиатора термостатической головкой, регулирующей температуру воздуха в помещении).
Существует несколько способов балансировки систем отопления. Степень открытия балансировочных клапанов можно рассчитать теоретически. Для этого существуют специальные профессиональные программы. Они учитывают множество гидравлических и температурных параметров системы отопления в зависимости от площади помещения, количества секций и размера радиатора, а также от того, насколько далеко от отопительного котла установлен радиатор (чем дальше, тем больше гидравлическое сопротивление петли и тем ниже температура теплоносителя на входе в радиатор). Такой расчет можно сделать при проектировании, но он, во-первых, достаточно сложен, а во-вторых, далеко не всегда точен, поскольку  практическая реализация, как правило, вносит свои коррективы. Поэтому на практике применяют другие способы, которые базируются, скажем, на измерении температуры теплоносителя на входе и выходе радиатора, а также расходе теплоносителя. Каждый радиатор балансируют по очереди, начиная с самого дальнего от котла. При этом методе балансировки, для лучшей точности, требуется поместить датчики температуры в поток теплоносителя, для чего у некоторых балансировочных вентилей и датчиков предусмотрены специальные штуцеры. Кроме того, этот способ очень долгий (6-8 часов), поскольку измерения производятся по установившейся температуре, а процесс выравнивания температур занимает достаточно много времени. Для измерения расхода теплоносителя через радиатор необходимо достаточно дорогое профессиональное оборудование (в частности, ультразвуковые датчики).

Однако в новой модели циркуляционного насоса Grundfos ALPHA3 проблема балансировки  системы отопления решена очень элегантным способом. Насос имеет «умную» систему управления, которая позволяет в несколько раз уменьшить потребляемую мощность в зависимости от внешних параметров и конфигурации системы отопления. Инженеры Grundfos использовали возможности электроники и для балансировки. Процесс происходит следующим образом. На основе данных о скорости вращения, подаваемом токе, давлении и потребляемой мощности процессор системы управления Grundfos ALPHAЗ вычисляет точный расход теплоносителя и передает эти данные по оптическому каналу связи на модуль ALPHA Reader. Тот, в свою очередь, по каналу Bluetooth передает эту информацию  на смартфон с приложением Grundfos GO Balance. Программа Grundfos GO Balance учитывает размер помещения, теплопотери, размер и характеристики радиаторов, температуру теплоносителя и помещения, а также полученные от ALPHA Reader расход и напор (давление) для каждого радиатора и каждой комнаты в отдельности, после чего вычисляет оптимальный расход теплоносителя. Балансировка в этом случае сводится к внесению предварительных данных и поочередному измерению реального расхода и напора в каждом радиаторе. Далее остается лишь отрегулировать балансировочный клапан до совпадения реального расхода теплоносителя с вычисленным оптимальным, в каждом радиаторе. Все это осуществляется через Ваш смартфон в режиме реального времени.  

В отличие от других методов, такой способ не требует дорогих профессиональных расходомеров (ALPHA Reader стоит на порядок  дешевле). За счет отсутствия расходомеров на коллекторах, балансировочных вентилей на стояках и необходимости врезки в гидравлическую  систему специальных штуцеров, конструкция системы отопления значительно упрощается, что позволяет сэкономить  до 10% от стоимости оборудования. Помимо этого, сбалансированная с помощью ALPHAЗ система отопления сама по себе более энергоэффективна и позволяет сэкономить на стоимости топлива и электроэнергии от 7 до 20%. С помощью Grundfos GO Balance балансировку  системы отопления можно выполнить и в несколько раз быстрее (в среднем за час для дома в 200 м²)  - с этим легко справится один человек. Более того, с помощью такой системы можно сбалансировать уже существующие системы отопления с насосами (монтажных размеров 180 и 130 мм) любых марок. Для этого достаточно только временно поменять установленные насосы на ALPHAЗ и провести балансировку, после чего вернуть прежние насосы на место. Для систем же, которые используют насосы Grundfos ALPHA2, балансировка будет еще проще: достаточно временной замены только головного  блока на блок ALPHAЗ.

Принято считать, что самый «прожорливый» домашний прибор – это холодильник. Сменив старый холодильник с энергопотреблением класса G на самый новый класса А, можно уменьшить годовое энергопотребление  примерно в три раза - с 305 до 115 кВт*ч  для среднего европейского дома. Со стиральной машиной это отношение еще меньше -  с 398 (класс G) до 236 кВт*ч (класс А). А вот замена циркуляционного насоса, работающего в системе отопления, позволяет добиться почти пятикратной экономии - потребление снижается с 550 (класс D) до 115 кВт*ч (класс А). Каким же образом можно добиться уменьшения потребления энергии в пять раз? В современных насосах Grundfos ALPHA3 используется  синхронный электродвигатель с ротором на постоянных магнитах и оптимизированной конфигурацией обмоток статора. Благодаря инверторной схеме управления с модуляцией по частоте нет необходимости в пусковой обмотке. Это позволяет добиться уменьшения потерь на перемагничивание ротора и омических потерь в статоре, так что КПД механической части возрос примерно в два раза. Остальное -  заслуга  электронного регулирования. По данным встроенных  датчиков частоты вращения, потребляемой мощности и тока  - процессор системы управления ALPHAЗ рассчитывает расход воды  и напор (перепад давлений). Минимизирование потребления электроэнергии происходит не только в зависимости от текущей ситуации, но даже и от конфигурации системы отопления при  первоначальном подключении (технология AUTOADAPT). Для того,  чтобы  владелец смог  наглядно убедиться в пятикратной  экономии, текущая потребляемая мощность выводится на индикатор на лицевой панели насоса. ALPHAЗ  также поддерживает работу дополнительного модуля ALPHA Reader. Насос  по оптическому каналу связи  (модуляция излучения светодиода) передает модулю данные о расходе теплоносителя, а ALPHA Rеаdеr отправляет эту информацию на смартфон с помощью технологии Bluetooth, где они  обрабатываются приложением Grundfos GO Balance. Такая система позволяет сбалансировать систему отопления в несколько раз быстрее и на порядок дешевле, чем с применением других аппаратных или программных решений.