Vodní čerpadlo pro vytápění: druhy, technické parametry a pravidla výběru

Gravitační přírodní jevy ne vždy dokáží zajistit dostatečnou úroveň cirkulace teplonosné látky, zejména ve složitých systémech s několika okruhy. Stimulovat pohyb teplonosné látky pomůže vodní čerpadlo pro vytápění místností. Co toto zařízení představuje? Tuto otázku probereme v našem článku.

Kromě konstrukce a technických parametrů vodního čerpadla rozebereme typy, zvláštnosti značení. Také podrobně zvážíme výhody cirkulačního zařízení a důležité parametry, které je třeba zohlednit při výběru.

Obecná stavba vodního čerpadla

Vodní čerpadlo se instaluje do otopného okruhu pro zajištění pohybu teplonosné látky. Proto se takové systémy nazývají vytápění s nucenou cirkulací.

Skládá se z následujících základních prvků:

• těleso s pracovní komorou;
• motor;
• oběžné kolo;
• šroub pro odvzdušnění;
• svorkovnice.

Svorkovnice může být vybavena dalším mechanickým a elektronickým zařízením určeným k regulaci režimu provozu motoru.

Jednoduchost konstrukce zajišťuje vysokou spolehlivost čerpadel, díky které mohou efektivně fungovat asi 5-10 let.

Během prvního spuštění vodního cirkulačního čerpadla je třeba vyšroubovat odvzdušňovací šroub a vypustit vzduch z pracovního prostoru

Druhy čerpadel pro otopné soustavy

Moderní cirkulační čerpadla se dělí na dva zásadní typy: suchá a mokrá. Liší se poněkud vnitřní konstrukcí a schématem práce, ale pohyb kapaliny v nich je stejně zajištěn cirkulačními procesy v systému. Některé modely jsou vybaveny zařízeními pro automatické řízení jejich provozu.

Varianta #1 — zařízení suchého typu

Konstrukce suchého cirkulačního čerpadla nepředpokládá kontakt teplonosné látky s rotorem. Jeho pracovní oblast je oddělena od částí elektromotoru speciálními kroužky.

Jsou vyrobeny z následujících typů materiálu:

• grafitu;
• keramiky;
• karbidu wolframu;
• nerezové oceli;
• oxidu hlinitého.

Princip činnosti „suchého“ čerpadla spočívá v otáčení oběžného kola v prostředí teplonosné látky. Otvor pro přívod vody je umístěn ve středu hlavní komory a odvodní systém kanálů je na periferii.

Pracovní zóna „suchých“ oběhových čerpadel je spojena s motorem pouze pomocí hřídele, proto je v případě potřeby možná výměna elektropohonu.

Otáčení oběžného kola vede ke vzniku odstředivých sil, které přesouvají teplonosnou látku od středu tělesa k jeho okrajům. Tento princip činnosti oběhového čerpadla zajišťuje stálý pohyb vody jeho vnitřní komorou.

Mezi kladné vlastnosti topného zařízení suchého typu patří:

• vysoká úroveň účinnosti – 70–80 %;
• minimální hydraulický ráz při spuštění;
• možnost horizontálního a vertikálního umístění motoru;
• čerpání velkých objemů teplonosné látky díky vysokému výkonu.

Kvůli kombinaci hospodárnosti a hlučnosti se „suchá“ čerpadla používají převážně v topných systémech průmyslových, administrativních budov a velkých obytných objektů.

Proto lze u zařízení tohoto druhu uvést následující negativní stránky:

1. Vysoká hlučnost, která neumožňuje jejich použití v bytech.
2. Nutnost výměny těsnicích disků každé 2–3 roky.
3. Vysoká pravděpodobnost úniku teplonosné látky ven při porušení těsnosti pracovní komory.
4. Nutnost externího chlazení motoru.

Kvůli velké hmotnosti se takové zařízení instaluje na podlahu nebo se zavěšuje na konzoly.

Prvky konzolového čerpadla jsou upevněny na jednom rámu a elektrický motor s oběžným kolem v tělese jsou spojeny přes převodovku.

Existují dvě varianty konstrukčního provedení „suchých“ čerpadel:

1. Monoblokové. Motor a kovové těleso zařízení jsou spojeny do jedné konstrukce se specifickými upevňovacími prvky.
2. Konzolové. K tělesu zařízení lze pomocí univerzálních úchytů připojit motor libovolného výkonu.

„Suchá“ oběhová zařízení pro topné systémy jsou při odpovídající údržbě odolnější, proto postupně vytlačují z trhu modely s mokrým rotorem.

Varianta #2 — čerpadla s mokrým rotorem

Princip činnosti oběhového zařízení s rotorem mokrého typu je podobný jeho protějšku v „suchém“ provedení: při otáčení oběžného kola se teplonosná látka přiváděná do středu přesouvá na periferii pracovní komory, odkud je shromažďována do odvodních kanálů.

Všechna vnitřní těsnění v „mokrém“ čerpadle jsou statická a nepodléhají dynamickému opotřebení, proto jsou tyto modely spolehlivější a odolnější

Rotor „mokrého“ čerpadla je v kontaktu s chladicí kapalinou, která zajišťuje i chlazení motoru. Tato zařízení nesmí pracovat v suchém režimu, protože se rychle přehřívají a shoří.

Součásti zařízení jsou obvykle umístěny v jednom krytu a tvoří jeden celek, takže při poruše jednotlivých prvků se nevyměňují, ale kupuje se nové čerpadlo.

Chladicí kapalina uvnitř pracovní komory prochází poměrně klikatou cestou, takže hlučnost čerpadla závisí na hladkosti materiálu vnitřního povrchu tělesa.

Výhody agregátu s “mokrou” variantou rotoru:

• bezhlučnost provozu;
• kompaktní rozměry;
• malá spotřeba elektrické energie (30-50 W);
• dlouhodobý provoz bez údržby;
• relativně nízká cena;
• jednoduchá instalace.

Zařízení se často vestavují přímo do konstrukce domácích kotlů, což usnadňuje spotřebiteli výběr zařízení při montáži topného systému.

Topná zařízení tohoto typu mají i nevýhody:

• konstrukční omezení maximálního výkonu;
• nízká opravitelnost;
• malá účinnost (40-60%);
• nutnost přesně horizontálního umístění osy motoru.

Kvůli nízkému výkonu se “mokrá” varianta čerpacích strojů používá především v topných systémech bytů a jednopodlažních domů.

Výhody cirkulačních zařízení

Do roku 1990 byly topné systémy v soukromé výstavbě navrhovány a stavěny převážně bez čerpadel. Chladicí kapalina se pohybovala potrubím samospádem a její cirkulace byla zajišťována konvekčními proudy kapaliny při jejím ohřevu v kotli. V současné době se stále používají systémy s přirozenou cirkulací, i když ne tak často.

Levné kotle na tuhá paliva se vyrábějí bez vestavěných čerpadel, protože výrobce nezná parametry topného okruhu. Pro takové systémy je nákup vodního čerpadla povinný.

V současné době je pohyb chladicí kapaliny zajišťován nuceně pomocí vodních čerpadel, která mají řadu výhod:

1. Snížené zatížení kotle díky menšímu rozdílu teplot mezi přívodním a odvodním potrubím.
2. Rovnoměrné rozložení tepla v místnostech díky stejné teplotě chladicí kapaliny po celé délce topných okruhů.
3. Možnost rychlého nastavení teploty chladicí kapaliny.
4. Rychlý ohřev topného systému při spuštění studeného kotle.
5. Není třeba instalovat potrubí se spádem ke kotli zajišťující samovolný pohyb chladicí kapaliny.
6. Možnost použití tenkých trubek, které zabírají málo vnitřního prostoru bytu.
7. Výkon čerpadla umožňuje vytvořit v topném okruhu tlak dostatečný pro dopravu chladicí kapaliny o několik pater výše.
8. Použití uzavíracích armatur na jednotlivých okruzích topných sítí.
9. Možnost integrace čerpadla do systému automatického řízení provozu kotle.

Přes množství výhod mají cirkulační zařízení i dvě nevýhody – závislost na elektrickém napájení a dodatečné náklady na elektrickou energii.

Nevýhody se však snadno kompenzují – instalace vodního čerpadla umožňuje ušetřit 10-20 % paliva a podíl nákladů na elektřinu na celkových nákladech na vytápění činí pouze 3-5 %. Navíc při častých výpadcích elektřiny lze nainstalovat UPS, která zajistí na určitou dobu autonomní provoz kotle a čerpadla.

Zvláštnosti značení zařízení

Unifikované požadavky na označování cirkulačních čerpadel bohužel neexistují. Výrobci si sami volí seznam technických parametrů, které jsou uvedeny na těle zařízení.

Při nákupu čerpadla byste se neměli orientovat pouze podle označení. Raději otevřete návod k obsluze a přečtěte si tam technické parametry.

Na předním panelu se obvykle zobrazují tyto informace:

• směr pohybu teplonosné látky;
• průměr připojovaných trubek;
• maximální přípustný tlak;
• výrobce a model;
• maximální provozní teplota;
• stupeň krytí;
• provozní parametry elektrické sítě;
• značky shody s národními technickými předpisy.

Výrobci mohou uvádět i další údaje podle svého uvážení. Podrobné technické parametry přístrojů jsou uvedeny v návodu k obsluze.

Měrné jednotky se v různých zemích liší, proto mohou být číselné údaje na těle klamavé. Raději ještě jednou otevřete návod, kde jsou spolu s parametry uvedeny i jejich měrné jednotky.

Na co se dívat při výběru čerpadla?

Výběr samostatného čerpadla pro topný okruh je nutné provádět s ohledem na mnoho parametrů.

Technické parametry zařízení

Cirkulační zařízení má řadu vlastností, které je zvláště důležité zohlednit při nákupu.

Mezi ně patří:

1. Účinnost – poměr objemu spotřebované elektrické energie k vykonané užitečné práci při čerpání teplonosné látky.
2. Dopravní výška – rozdíl tlaku mezi výstupním a vstupním otvorem čerpadla.
3. Průtok vody – maximální objem teplonosné látky protlačený pracovní komorou při minimálním odporu topného okruhu.
4. Příkon elektrické energie.
5. Průměr trubek – nominální hodnota připojovaného zařízení.
6. Maximální jmenovitý tlak (označuje se PN) v pracovním okruhu při 20 °C, při kterém je ještě zaručen dlouhodobý provoz přístroje v rámci záruční doby.

Těchto údajů obvykle stačí k potvrzení, že technické parametry čerpadla vyhovují parametrům topného systému.

Podrobnější kritéria výběru jsme probrali v tomto článku.

Dostatečný výkon zařízení

Výběr konkrétního modelu oběhového zařízení ovlivňují technické parametry, stejně jako finanční možnosti kupujícího a vlastnosti topného systému. Pokud si přejete ušetřit, je důležité, aby výkon čerpadla byl dostatečný pro normální provoz kotle. Uvedená úroveň dodávky vody v návodu je totiž vždy výrazně vyšší než skutečná.

Pro samostatné určení dostatečnosti výkonu přístroje je třeba provést tři fáze výpočtů.

Fáze #1 – Stanovení výkonu čerpadla

Určení potřebného výkonu čerpadla podle vzorce.

Požadovaný výkon tepelného vytápění silně závisí na materiálu stěn, přítomnosti mezer v podlaze a těsnosti okenních rámů.

Pro byty ve vícepodlažních domech se tepelný výkon vytápění uvažuje 75–80 W/m², pro domy 100–120 W/m². Rozdíl teplot na vstupu a výstupu kotle obvykle činí 10 °C.

Vychází, že pro byt o ploše 60 m² bude postačovat skutečný výkon čerpadla (80*60)/(1,16*10)=414 (l/hod).

Fáze #2 – Výpočet velikosti dopravní výšky

Určení velikosti dopravní výšky pro překonání celkového hydraulického odporu systému podle vzorce.

Každá uzavírací armatura má svůj ukazatel hydraulického odporu, který se určuje podle speciálních tabulek. Při výpočtu se berou v úvahu hodnoty odporu všech prvků potrubí.

Uvedený vzorec vyžaduje složité výpočty s použitím referenčních údajů, proto pro domácí a bytové topné systémy lze použít zjednodušený graf.

Ztráta dopravní výšky silně závisí na průměru trubek, proto při výběru mezi dvěma možnými rozměry je lepší zvolit větší.

Podle grafu budou tlakové ztráty v bytě s průměrem trubek 20 mm činit 70 mm/m, a s ohledem na délku potrubí 50 m – 3,5 metru. Toto číslo je třeba vynásobit koeficientem 1,3–2,2, který zohledňuje odpor vodovodní armatury.

Fáze #3 – Stanovení výkonu čerpadla

Určení dostatečnosti výkonu čerpadla podle grafu tlakově-průtokových charakteristik.

Nedostatečný výkon vodního čerpadla vede k nadměrné spotřebě plynu v kotli a může dokonce vést k fatálním poruchám.

Takový graf je uveden v návodu k obsluze a je jedinečný pro každý model čerpadla. Pokud se bod průsečíku výše vypočtených parametrů nachází pod křivkou B, pak je zařízení vhodné pro topný systém, pokud nad, pak ne.

Podrobná doporučení pro výpočet oběhového čerpadla s konkrétními příklady jsme uvedli v následujícím článku.

Doplňkové funkce zařízení

Pokud je pro topný systém kriticky důležitý stálý pohyb kapaliny, lze instalovat dvojici čerpadel zapojených v sérii v okruhu. Druhý motor v takovém systému se může zapnout při nedostatečném výkonu nebo poruše prvního motoru.

Pro automatizaci provozu bojleru s ohřevem z topného okruhu lze použít čerpadla s termostatem a časovačem. Vestavěný mechanismus zajišťuje zapínání a vypínání motoru v závislosti na teplotě teplonosné látky a denní době.

Svorkovnice může mít nastavovací knoflíky a indikační panel. LCD displeje na topných čerpadlech se používají zřídka kvůli nesnášenlivosti vysoké teploty.

V rozvětvených topných sítích lze použít oběhová čerpadla s termostatem a plynulou regulací rychlosti oběžného kola. S jejich pomocí v různých smyčkách probíhá autonomní regulace rychlosti teplonosné látky v závislosti na její teplotě. Čerpadla s automatikou stojí několikanásobně více a zřídka se používají v bytech a malých rodinných domech.

Na trhu jsou k dispozici jak modely se standardní, tak s nestandardní konstrukcí, která poskytuje další funkčnost. Hodnocení nejlepších topných čerpadel sestavené na základě recenzí skutečných uživatelů jsme uvedli zde.

Další nuance výběru čerpadla

Je důležité, aby zařízení nejen plnilo svou funkci, ale také dlouho fungovalo, aniž by způsobovalo nepříjemnosti obyvatelům domu nebo bytu.

Proto je při výběru zařízení třeba dodržovat následující pravidla:

1. Vybírat známé výrobce čerpadel: Calpeda, Grundfos, WILO. Cena jejich zařízení je o 20–40 % vyšší, ale pravděpodobnost poruchy je výrazně nižší.
2. Brát zařízení s charakteristikami, které o 20–30 % překračují vypočtené hodnoty. Tato rezerva sníží provozní zatížení a prodlouží životnost zařízení.
3. Všímat si rozměrů, aby se čerpadlo vešlo na místo k tomu určené.
4. Provoz zařízení by měl být co nejtišší, aby nerušil obyvatele v nočních hodinách.
5. Není třeba usilovat o koupi modelu s výkonem, který výrazně překračuje vypočtené parametry. To povede pouze k nadměrné spotřebě elektrické energie a také ke zbytečnému hluku.
6. Vybírat čerpadlo určené právě pro topné systémy, protože jsou dimenzována na provozní teplotu až 130–150 °C.
7. Je žádoucí, aby zařízení mělo vestavěnou síťku pro filtraci pevných částic suspendovaných v teplonosné látce.

Pracovní parametry zařízení musí bezpodmínečně odpovídat parametrům topného systému, na tom nelze ušetřit. Doplatíte pouze za spolehlivého výrobce, zvýšenou ochranu skříně a systém automatické regulace provozu.

Většina domácích oběhových čerpadel pro topení nevyžaduje nastavení. Pro jejich spuštění stačí připojit přípojky k potrubí a zapojit zařízení do elektrické sítě. Jak správně provést montáž čerpadla jsme probrali v návodu krok za krokem.

Závěry a užitečné video k tématu

Jak vybrat dobré oběhové čerpadlo pro topení:

Oběhová zařízení DAB:

Srovnání dvou zařízení Grundfos: modely UPS a Alpha2:

Výběr oběhového čerpadla je lepší konzultovat s odborníky. Pokud pro standardní byt mohou výkon zařízení doporučit i prodejci v obchodě, pak před nákupem topného zařízení pro venkovský dům budete muset požádat o složité výpočty profesionály.

Je třeba pamatovat, že jej po zahájení provozu v obchodě vyměnit nelze, proto je lepší rovnou koupit vhodný model.

Chcete doplnit náš článek užitečnými doporučeními pro výběr čerpadla pro topení? Nebo jste si všimli nesouladu uvedených údajů? Napište své připomínky do bloku komentářů – váš názor určitě zohledníme.

Nebo vám po přečtení článku zůstaly otázky? Zeptejte se našich odborníků, požádejte o radu – pokusíme se vám pomoci.