В системах большой протяженности использовать принцип естественной циркуляции воды экономически невыгодно, так как такая схема организации системы отопления требует использования очень больших диаметров труб, большого объема жидкости. Кроме того, такие системы требуют больших расходов энергоресурсов на подогрев теплоносителя. Поэтому в большинстве случаев циркуляцию воды в системах водяного отопления стали обеспечивать с помощью циркуляционных насосов, которые, вдобавок ко всему, обеспечивают дополнительную возможность регулировки «раздачи» тепла.

Также использование принудительной циркуляции позволяет избежать низкотемпературной коррозии в отопительном котле, возникающей вследствие большой разницы температур в прямой и обратной магистралях, ускорить процесс теплоотдачи и увеличить КПД системы отопления.

Кроме того, без принудительной циркуляции невозможно обойтись в многоконтурных системах отопления, в т.ч. низкотемпературных, т.е. таких, где температура теплоносителя составляет 40-50 °C при нагреве его в котле до 80-90 °C.

За прошедшие десятилетия с момента создания первого образца (более 70 лет) циркуляционный насос изменился мало. По-прежнему это электродвигатель с насаженным на ротор рабочим колесом, которое, вращаясь, под действием центробежной силы, продвигает воду. Но принципиальная неизменность устройства не исключает постоянного совершенствования его конструкции. В настоящее время на украинском рынке насосной техники представлена широкая гамма оборудования как отечественного, так и зарубежного производства. Это два основных типа циркуляционных насосов, которые конструктивно делятся на насосы с «сухим» и «мокрым» ротором.

Первые в основном используются в системах отопления крупных и средних объектов, вторые — в небольших системах. Причем если в ассортименте зарубежных производителей присутствуют широкие модельные линейки обоих классов, то отечественные предприятия в большинстве своем упорно продолжают производить технику «сухого» типа. Как правило, эти модели выпускают по старым типовым проектам, с теми или иными усовершенствованиями.

Это, прежде всего, насосы серий К, КМ и КМЛ. Их изготавливают десятки отечественных предприятий. Наиболее известна на отечественном рынке продукция таких предприятий, как Херсонский электромеханический завод, «Апостоловагромаш», «Промэлектро» (г. Харьков), ОАО «Гидросила» (г. Кировоград), Сумской насосный завод, АОЗТ «Харьковмаш», Севастопольский завод коммунального оборудования «Молот», Бердянский Южный завод гидравлических машин, ПО «Кристалл» (г. Харьков), «Насосмаш» (г. Бердянск), ОАО «Будмаш» (г. Киев) и другие. По мнению специалистов, слабыми сторонами данного оборудования являются двигатели, а также то, что отечественные компании не используют современные торцевые уплотнители, ограничиваясь применением сальниковой набивки. Как известно, традиционная сальниковая набивка не обеспечивает такой герметичности, как скользящие торцевые уплотнения и нуждается в подводе воды для смазки и охлаждения, а также в регулярном обслуживании. Поэтому обычно ведущие производители оборудуют сальниками только крупные консольные насосы, устанавливаемые на фундаменте. Срок службы сальниковой набивки составляет примерно 1-2 года в зависимости от условий эксплуатации насоса.

Зарубежные разработчики широко применяют скользящие торцевые уплотнения в насосах с сухим ротором. Основные элементы скользящего торцевого уплотнения — два кольца: скользящее и ответное. Кольца прижаты друг к другу пружиной. Они обеспечивают высокую степень герметичности насоса и не требуют обслуживания в течение всего срока службы (2-4 года). В зависимости от вида теплоносителя и его температуры материалом для скользящего торцевого уплотнения служат графит, керамика, нержавеющая сталь, карбид вольфрама, оксид алюминия и т. д.

Если говорить о бытовом циркуляционном оборудовании, то есть насосах «мокрого» типа, то у нас они практически не производятся. Известно, что в очень небольшом количестве (две-три модели «циркуляционников» марки ЦВЦ для горячего водоснабжения) выпускают в Молдове, однако они значительно проигрывают в соотношении цена/качество своим зарубежным аналогам.

Такие насосы представляют около десятка зарубежных производителей, наиболее популярными из которых являются международный концерн Grundfos, штаб-квартира которого находится в Дании, а также транснациональная корпорация Wilo (штаб-квартира в Германии). Специализируясь в производстве насосов, эти фирмы имеют самые обширные модельные ряды; по качеству и цене их изделия занимают позицию элитного класса.

Впрочем, кроме Grundfos и Wilo многие европейские производители представляют свою продукцию для различных сегментов потребления. Крепкие позиции в своем ценовом сегменте на нашем рынке с недавних пор удерживают компании DAB, Calpeda, Nocchi Pumps, Speroni (Италия), Salmson (Франция), Halm, Deutsche Vortex (Германия), Smedegaard (Дания), Wester (Англия) и др. Причем DAB принадлежит концерну Grundfos, а Salmson полностью принадлежит Wilo. Несмотря на то, что стоимость насосов этих производителей несколько ниже, чем у лидеров рынка, это техника высокого класса с применением автоматизации и, соответственно, не самая дешевая.

Украинский потребитель очень «чувствителен» к ценам, поэтому многие специалисты скептически относятся к преимуществам использования дорогостоящего импортного оборудования, не понимая, чем определяется разница в ценах. Если насос с 3-ступенчатым регулированием Wilo Top-S 40/10 стоит в розницу около 500 у.е., то насос с электронным управлением Wilo Тор-Е 40/1-10 продается примерно за 800 у.е. Впрочем, продвинутые модели позволяют экономить 40-60% электроэнергии по сравнению со стандартными насосами.

Чтобы у читателей не сложилось мнение о сверхвысокой стоимости изделий лидеров насосного рынка, рассмотрим, к примеру, цены на насосы от элитных производителей, способные обеспечить циркуляцию теплоносителя в домах для одной или нескольких семей. 3-скоростной насос Wilo Star-RS 25/2, в розницу можно приобрести в среднем за 65 у.е., а насос Grundfos UPS 25-40 — за 60-62 у.е. Первые цифры в маркировке насосов показывают номинальный диаметр патрубков в мм, а вторые — максимальный напор насоса в м или дм (2 — 2 м, 40 — 4 м).

Поэтому в данной статье мы начнем обзор оборудования с самых простых моделей, продвигаясь вперед и заканчивая наиболее современным высокоэффективным, а значит и более дорогим оборудованием.

Как уже было сказано, циркуляционные насосы разных производителей не отличаются друг от друга по принципу работы, хотя в зависимости от производителя разнятся уровнем организации производства, технологиями и материалами и как следствие — качеством.

В бессальниковых насосах с «мокрым» ротором камера ротора находится непосредственно в перекачиваемой среде и герметично отделена от статора гильзой из нержавеющей стали. Вал ротора обычно бывает керамическим, а подшипники выполняются из керамики или графита. Бренд Calpeda, в группе «мокрый» ротор предлагает насосы с рабочим колесом из нержавеющей стали. Для отопления, как правило, используются насосы с корпусом из чугуна.

При выборе насоса важно знать, что насосы конструкции «мокрый» ротор имеют четкое разделение: насосы для горячего водоснабжения (ГВС) и обычные циркуляционные насосы для отопления. В системах ГВС, как правило, применяются насосы, корпус которых изготовлен из бронзы, нержавеющей стали или латуни (UP N, UP B — Grundfos и Star Z — Wilo, VS — DAB). Насосы для ГВС отличаются тем, что имеют в названии букву «Z» либо «B», например Star-Z, TOP-Z, UPS-B. Существует ошибочное мнение, что буква «Z» в маркировке Wilo указывает на бронзовый корпус насоса и все отличие насосов для отопления и ГВС состоит именно в материале корпуса. На самом деле это не совсем так. Подтверждением этого является то, что компания Wilo производит насосы серии «Z» с корпусом из бронзы, нержавеющей стали и даже чугуна!!! Для изготовления гидравлической части циркуляционных насосов Grundfos также используются различные материалы.

Также для систем ГВС некоторые производители выпускают насосы с необычной формой роторов, выполненных в форме полусферы со встроенным рабочим колесом. Такая конструкция максимально облегчает промывку и очистку насоса от накипи, а также исключает возможность заклинивания. Правда, при этом несколько снижается КПД. Так называемые «шаровые» насосы для горячего водоснабжения выпускают сегодня фирмы Deutsche Vortex, Германия, и Grundfos, Дания. Большой популярностью на рынке Украины пользуется циркуляционный насос Grundfos Соmfort. Также среди интересных ноухау следует упомянуть разработку датской компании Smedegaar, которая предлагает особую систему клапанов (TUT-уплотнение), препятствующих соляному засорению ротора бессальникового насоса для ГВС при перекачивании жесткой воды. Модели, где применено такое решение, обозначены буквой «V» в конце маркировки. Что касается новинок, то оригинальная инженерная мысль все еще находит проявление главным образом в области автоматики, а также повышения энергоэффективности. Так, самыми простыми приборами с точки зрения автоматизации работы и энергоэффективности являются стандартные насосы малой и средней мощности в односкоростном, двухскоростном и трехскоростном исполнении.

Односкоростные насосы ограничены постоянной скоростью вращения двигателя, постоянным расходом теплоносителя и, следовательно, не способны эффективно подстраиваться под реальные потребности системы отопления. Более продвинутыми в этом плане являются насосы с переменной скоростью вращения (двух-, трех-, четырехскоростные агрегаты). Эта технология обеспечивает согласование количества перекачиваемого объема тепло/хладоносителя с изменением гидравлического сопротивления системы в данный момент времени, а также позволяет существенно снизить уровень потребляемой мощности и эксплуатационных расходов, особенно в случаях частичной либо слабой нагрузки, например в ночное время.

Простейшим способом изменения частоты вращения двигателя является метод регулирования «вручную», с помощью переключения числа обмоток двигателя, который применяется в насосах UPS 25- 40 (Grundfos), RS 25/2, TOP SV (Wilo), а также и в насосах VA 35/180 (DAB), R2S 25-40 (Nocchi Pumps), HZ 401-25 (Deutsche Vortex), WP 425 (Wester Line). Но говорить в этом случае о кардинальном решении технико-экономических проблем не приходится, так как это требует постоянного вмешательства человека.

Традиционно параметры системы постоянно меняются и, соответственно, изменяется требуемый расход теплоносителя. Согласно статистическому анализу графика нагрузки отопительных систем, полная мощность насоса требуется лишь для 6% времени всего отопительного сезона. На оставшееся время для удовлетворения потребностей системы отопления хватило бы и 40 % мощности насоса. Получается, что остальные 60 % мощности не используется, оставаясь в резерве, или просто «вылетают в трубу».

Сегодня все большую популярность завоевывает автоматический способ регулирования частоты вращения двигателя насоса посредством ступенчатого или бесступенчатого контроля.

Ступенчатое изменение числа оборотов двигателя осуществляется автоматически посредством контакторов или реле и обеспечивает небольшую свободу в выборе рабочего режима.

Гораздо более практичны насосы с плавным (бесступенчатым) регулированием скорости вращения ротора за счет изменения частоты тока (UPE, Magna, Alpha от Grundfos; STRATOS, TOP-E от Wilo, HZA от Deutsche Vortex, VEA от DAB). Такой метод регулирования в 1988 г. был впервые реально внедрен в области насосной техники инженерами немецкой фирмы Wilo и применен в насосах серии TOP-E. В 1991 г. компания Grundfos выустила насос серии Magna с частотным регулированием и ротором на постоянных магнитах.

Теоретически метод пропорционального регулирования, при котором происходит снижение напора с уменьшением подачи, основан на простой математической зависимости, существующей между частотой вращения двигателя и основными рабочими характеристиками насоса — объемным расходом (Q), перепадом давления (напором) на насосе (Н) и мощностью на валу электродвигателя. Поэтому из-за снижения скорости движения теплоносителя значительно снижается шум в трубопроводах и терморегулирующих вентилях.

Компания Wilo реализует этот принцип следующим образом. Во-первых, насос с частотным преобразователем конструкции мокрый ротор не требует дополнительных датчиков (например, датчик перепада давления). Насос самостоятельно отслеживает состояние гидравлики, и реагирует на изменения, что там происходят. Внешние датчики не нужны, из-за того, что насос получает информацию (расход теплоносителя, гидравлическое сопротивление), через нагрузку на вал рабочего колеса, а именно через величину тока, которая диагностируется.

Далее эти данные обрабатываются в электронном блоке, и насос отрабатывает соответствующие изменения. Микрокомпьютер сравнивает действительные значения с заранее заданнымивеличинами, и производится корректировка рабочей точки насоса за счет увеличения или уменьшения частоты вращения вала. Циркуляционные насосы серии с электронным управлением идеальны для систем с термостатическими регуляторами (автоматическими, ручными регулирующими вентилями на радиаторах) и другими элементами регулирования потока. Стоят они примерно в 1,4 раза дороже насосов с шаговым переключением.

Они различаются приводом, или системой управления, а сама «насосная» часть — практически без изменений. Но их расход и напор постоянно корректируются в зависимости от времени суток и климатических условий, а также под гидравлические характеристики системы в каждый момент времени, что позволяет избежать чрезмерного завышения параметров выбираемого насоса, и таким образом повышая эффективность работы всей отопительной системы.

Благодаря применению новых технологий становится реальным снижение энергопотребления насоса до 50% (Grundfos Alpha, Wilo Star E, DAB VEA). Уместно заметить, что чем мощнее насос, тем больше он позволяет сэкономить. Подсчитано, что при мощности 8-10 кВт разница в стоимости обычного насоса и насоса с частотно-регулируемым приводом окупается менее чем через 1 год. Потом такой насос просто начинает экономить деньги. В масштабах производства речь может идти о десятках, а то и сотнях насосов разной мощности и назначения, работающих на одном только предприятии. Экономия от использования регулируемого привода становится очень существенной.

Развернутая информация об эффективных электронно-регулируемых насосах с «мокрым» ротором производства фирм, работающих на украинском рынке, представлена в табл. 1 и 2.


Следующий прогрессивный скачок в развитии насосной техники — двукратное увеличение эффективности, был сделан компанией Grundfos в 2005 г. с появлением насосов Grundfos Alpha Pro и компанией Wilo с появлением Wilo-Stratos-Eco (бытовые циркуляционные насосы с бесступенчатым регулированием), дополнивших ряд малых частотно-регулируемых насосов UPE 2000 и ProfiStar.

Главная идея заключается в применении новейших электронно-управляемых синхронных электродвигателей, позволяющих экономить до 80 % потребляемой энергии. Впервые электродвигатель насоса для бытовых систем отопления снабжен постоянными магнитами, что снижает энергопотери. Так, максимальная потребляемая мощность модели Alpha Pro 25-40 составляет от 6 до 25 Вт, а Wilo-StratosEco — от 5,8 до 59 Вт. За счет сочетания этой технологии с частотными преобразователями, инновационными методами производства, а также оптимизацией конструктивных особенностей насосов, удалось получить максимально высокие результаты.

В насосах Wilo была выполнена оптимизация гидравлической части насоса. Рабочее колесо и спиральный сборник насоса имеют трехмерную форму, что уменьшает суммарные потери давления при протекании жидкости через гидравлическую часть, и тем самым повышает гидравлический КПД насоса. При этом также максимально уменьшен зазор между статором и ротором, а разделительный стакан выполнен из принципиально нового материала, за счет чего уменьшаются суммарныепотери в электродвигателе и увеличивается значение его электрического КПД. Все это позволяет достичь высокого значения суммарного КПД, соизмеримого в ряде случаев с КПД насосов с сухим ротором больших мощностей. Все это, в сочетании с новым фильтром и функцией деблокировки, обеспечивает гарантированный быстрый запуск и надежную работу насоса. Насос быстро монтируется, а основные настройки, как и в предыдущих моделях, могут легко быть заданы с помощью лишь одной «красной кнопки».

В насосах Grundfos Alpha Pro кроме применения высококачественного постоянно-намагниченного ротора, изготовленного с использованием уникальных технологий, большое внимание уделялось уменьшению потерь в гидравлической части. Для этого использовались новейшие компьютерные 3D технологии, позволившие разработать и изготовить оптимальную конструкцию. Вал с тончайшим отверстием, полученным с помощью лазерного сверления, предотвращает попадание примесей, находящихся в воде, в движущиеся части электродвигателя. Разделенный на отдельные сегменты статор способствует более эффективной работе, снижая таким образом энергопотребление.

Кроме вышеперечисленного, эти насосы обладают способностью автоматического перехода на ночной режим работы — функция Autopilot у Wilo и Automatic Night Time Duty у Grundfos. А применение передовой электроники, полнофункционального программного обеспечения и современных методов производства гарантируют длительный срок службы и высокоэффективную эксплуатацию оборудования. Бесшумная работа, наличие встроенной электро- и термозащиты, возможность контроля за энергопотреблением благодаря встроенному индикатору — достоинство новых насосов.

В последних достижениях мировых лидеров в производстве насосного оборудования спользуется IR-монитор, который позволяет производить дистанционное управление и контроль функционирования насосов, а с помощью дополнительного разъема насос можно подключить к центральной системе автоматизации здания.

Модели с бронзовым корпусом также могут быть использованы для систем ГВС (Grundfos Alpha Pro, Wilo-Stratos-Eco-Z). А Wilo-Stratos — это единственный насос с двигателем на постоянных магнитах, который можно применять не только в системах отопления, но и в системах кондиционирования воздуха. Высокоэффективные насосы с синхронными двигателями на постоянных магнитах также изготавливаются в сдвоенном исполнении — Grundfos Magna D, Wilo-Stratos-D. Особенно в средних и больших системах отопления и кондиционирования насосы «в сдвоенной упаковке» обеспечивают надежность и безопасность работы, а также минимизацию энергетических затрат.

Дело в том, что такие насосы с электронным управлением автоматически подстраиваются под конкретные требования системы в каждый момент времени. Включение насоса пиковой нагрузки также происходит автоматически, и притом в рабочей точке, а не с превышением заданных параметров. И в этом случае два насоса, работающие с меньшей скоростью, потребляют энергии меньше, чем одиночный насос с большой частотой вращения мотора. При работе в режиме резервирования происходит автоматическая смена насосов и равномерное распределение загрузки между ними.

Кроме выпуска новых высокоэффективных насосов, ведущие производители параллельно осуществляют модернизацию и усовершенствование старых моделей с целью соответствия высшему уровню энегопотребления по классификации Energy Labeling. Данный процесс был инициирован ассоциацией европейских производителей насосов Europump для распространения и адаптации существующей в Европейском Союзе общей классификации по энергопотреблению также и на циркуляционные насосы. В результате соглашение о добровольной классификации своей продукции в 2005 году подписали четыре компании: Grundfos (Дания), Wilo (Германия), Circulating Pumps (Великобритания) и Smedegaard (Дания). Критерий, используемый для классификации, предполагает сопоставление энергопотребления конкретного исследуемого насоса с энергопотреблением среднего насоса, обладающего такой же гидравлической мощностью. Новая маркировка распределяет эффективность энергопотребления по классам, обозначаемым буквами от «А» (высший класс) до «G», и таким образом четко видны энергосберегающие способности насосов.

Классификация энергетической эффективности отопительных насосов производится на основании измерений. Измеряется потребляемая мощность насосов в четырех различных рабочих точках в соответствии с профилями загрузки. Результатом вычислений является индекс энергоэффективности (EEI). Чем он ниже, тем меньше электроэнергии потребляет насос и тем выше его энергетический класс. Диапазоны значений индекса энергоэффективности для всех энергетических классов приведены в табл. 3.


Разница в расходе энергии между двумя соседними классами составляет около 20 % принятого за основу энергопотребления класса «D». То есть насос класса «А» потребляет около трети электроэнергии уровня потребления насоса класса «D». Экономичность насоса более высокого энергетического класса может быть, таким образом, вычислена с помощью усредненных значений потребления энергии. Например, если насос класса «D» со средней потребляемой мощностью P = 400 Вт заменить насосом одинаковой с ним гидравлической мощности класса «А», то он будет потреблять около P = 0,33 . 400 Вт = 132 Вт.

Таким образом, специалисты и конечные пользователи отопительных насосов смогут с помощью известной классификационной системы самостоятельно определить энергетическую эффективность применяемого ими оборудования. Данное соглашение заставляет производителей постоянно совершенствовать свою продукцию, что приносит ощутимую выгоду потребителю (особенно принимая во внимание растущие тарифы на электроэнергию).

Новые насосы Grundfos Magna и Alpha Pro соответствуют классу «А» по шкале энергоэффективности. А после проведенного усовершенствования большинствоциркуляционных насосов перешло в более высокий класс энергоэффективности. Так, насосы Grundfos UPS 100 c напором 4 м и насосы Grundfos Alpha+ соответствуют классу «B», а насосы Grundfos UPS 100 с напором 6 м — классу «C».

К классу эффективности энергопотребления «В» отнесены энергосберегающие насосы Wilo TOP-E. Стандартные же насосы Wilo TOP-S, RS будут обеспечивать эффективность энергопотребления не ниже класса «С». По мнению экспертов, в настоящий момент среднее энергопотребление нерегулируемых циркуляционных насосов зарубежных производителей, представленных на рынке Украины, соответствует в основном классам «С» и «D». Оборудование отечественных производителей имеет низший класс энергосбережения.