Расчёт насоса котельной 970 кВт: расход воды, сопротивление труб и напор
Краткий ответ
Для котлового контура подбирают не насос «на 1 МВт», а насос, обеспечивающий конкретный расход при суммарном сопротивлении этой циркуляционной петли. В учебном примере с 970 кВт при 80/60 °C получен расход 42,5 м³/ч и расчётный напор насоса 5,83 м вод. ст. до принятия проектного резерва. Эти данные нельзя автоматически переносить на реальную VESSEN FX1000: сопротивление котла и длины труб должны быть взяты из актуальной заводской документации и проекта.
1. Исходные данные
Здесь 970 кВт — реальная паспортная полезная мощность VESSEN FX1000 при 80/60 °C по каталогу VESSEN 2026, версия 9. Остальные параметры ниже условны и заданы исключительно для демонстрации метода.
| Параметр | Значение | Статус |
|---|---|---|
| Полезная мощность контура | 970 кВт | Паспортная величина FX1000 при 80/60 |
| Температура подачи/обратки | 80/60 °C | Расчётный режим |
| Плотность воды ρ | 980 кг/м³ | Приближение при средней температуре около 70 °C |
| Теплоёмкость воды cₚ | 4,19 кДж/(кг·К) | Приближение |
| Внутренний диаметр трубы d | 0,102 м | Задан в примере, не равен автоматически DN100 |
| Общая длина подачи и обратки L | 40 м | Задана в примере |
| Коэффициент трения λ | 0,024 | Принят предварительно; уточнять по Re и шероховатости |
| Сумма местных сопротивлений Σζ | 18 | Задана в примере |
| Потери в котле Δpкотла | 20 кПа | Условное значение, подтвердить по заводской кривой при рабочем расходе |
| Дополнительные потери фильтра/арматуры | 8 кПа | Условное значение, уточнить по паспортам и состоянию фильтра |
2. Тепловой баланс: расход воды
Q = (ρ × cₚ / 3 600) × G × ΔT, где Q — кВт, G — м³/ч, ρ — кг/м³, cₚ — кДж/(кг·К), ΔT — К.
ρ × cₚ / 3 600 = 980 × 4,19 / 3 600 = 1,1406.
G = Q / (1,1406 × ΔT) = 970 / (1,1406 × 20) = 42,52 м³/ч.
В быстрых оценках для воды часто пишут G ≈ Q / (1,163 × ΔT), что соответствует другим упрощённым свойствам воды. При ответственных расчётах свойства воды/водно-гликолевой смеси нужно брать для действительной температуры и концентрации, иначе расход получится несколько другим.
Если те же 970 кВт передавать при ΔT = 10 К, расчётный расход возрастает вдвое: 85,04 м³/ч.
3. Скорость в выбранной трубе
A = πd²/4 = 3,1416 × 0,102² / 4 = 0,00817 м².
v = (G / 3 600) / A = (42,52 / 3 600) / 0,00817 = 1,45 м/с.
Этот показатель нужен для последующей оценки линейных и местных потерь. Проверка допустимых скоростей, шума, эрозии и материала труб — отдельная задача.
4. Сопротивление трубопровода
Используем уравнение Дарси—Вейсбаха с местными сопротивлениями:
Δpтруб = [λ × (L / d) + Σζ] × ρv²/2.
Δpтруб = [0,024 × (40 / 0,102) + 18] × 980 × 1,445² / 2 ≈ 28 064 Па = 28,06 кПа.
В этой формуле L — полная расчётная длина петли: нельзя учитывать только подающую трубу, забыв обратную.
5. Полные потери, напор и электропотребление
Δpсумм = Δpтруб + Δpкотла + Δpарматуры.
Δpсумм = 28,06 + 20 + 8 = 56,06 кПа.
Переведём перепад давления в метры столба этой воды:
H = Δpсумм / (ρg) = 56 064 / (980 × 9,81) = 5,83 м.
Если проект допускает условный 10-процентный резерв по напору, ориентир составит 5,83 × 1,10 = 6,42 м при расходе 42,52 м³/ч. Это не автоматическое требование норм и не повод бесконтрольно завышать насос. Окончательный выбор проводится по фактической кривой насоса и кривой сети, в том числе для частичных расходов.
Для проверки порядка потребления электроэнергии, если условно принять общий КПД насосного агрегата 60 %:
Pэл ≈ Δpсумм × (G/3 600) / η = 56 064 × (42,52/3 600) / 0,60 ≈ 1,10 кВт.
Это оценка по допущениям, а не электрическая характеристика конкретного насоса.
6. Что произойдёт при снижении ΔT с 20 до 10 К
При том же диаметре трубы расход и скорость приблизительно удвоятся: с 42,52 до 85,04 м³/ч и с 1,45 до 2,89 м/с. Если для наглядности удержать прежний коэффициент трения, гидравлические потери в трубах увеличатся приблизительно в четыре раза: с 28,06 до 112,26 кПа. Фактически λ и сопротивления оборудования должны быть пересчитаны для новой рабочей точки.
Вывод: решение «увеличить расход для уменьшения ΔT» может потребовать совсем другого насоса и труб, даже если мощность котла не изменилась.
7. Почему максимальные 12 метров на шильдике насоса недостаточны
В маркировке циркуляционного насоса максимальный напор часто указывается при малом или нулевом расходе. Из обозначения «80-12» не следует, что насос обеспечивает 80 м³/ч одновременно с 12 м напора. Нужна рабочая точка на графике Q–H. Для закрытой заполненной системы высоту здания нельзя механически прибавить к напору насоса как к потере по циркуляционной петле; при этом статическое давление, кавитационный запас и допустимое давление компонентов проверяются отдельно.
Инженерный вывод
При заданных учебных сопротивлениях контур 970 кВт, 80/60 °C требует примерно 42,5 м³/ч и 5,83 м напора, либо 6,42 м при условно принятом резерве 10 %. Это не готовая рекомендация модели насоса для FX1000: заводская кривая Δp котла, параметры реальных клапанов и труб и характеристики циркуляционного насоса обязательны.
Вопросы проектировщиков
Почему нельзя взять насос по мощности котла? Одинаковая тепловая мощность при ΔT10 и ΔT20 требует разного расхода. Напор зависит от сети и сопротивления оборудования.
Можно ли применять формулу 1,163 для незамерзающей жидкости? Без корректировки нельзя: у гликолевых смесей другие плотность, теплоёмкость и вязкость, которые влияют и на расход, и на гидравлические потери.
Источники: исходная паспортная полезная мощность — каталог VESSEN 2026, версия 9, стр. 8–9; Xylem Bell & Gossett, Hydronic System Design; Grundfos, hydronics. Потери 20 и 8 кПа не заявлены как подтверждённые параметры VESSEN.