Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Насосы GRUNDFOS обеспечивают комфорт загородного дома

Всё, что нужно для комфорта

С каждым годом всё больше семей предпочитают загородный дом квартире в шумном мегаполисе. В немалой степени этому способствует высокий уровень комфорта, который обеспечивают современные инженерные решения для индивидуального жилья. На сегодняшний день он не уступает удобствам городской квартиры и часто превосходит их. Однако добиться этого можно только при условии правильного подбора оборудования. Особое внимание следует уделять выбору насосов, которые обеспечивают работу всех систем: водоснабжения, канализации, отопления и вентиляции. Это наглядно иллюстрирует пример реализации проекта реального загородного дома на базе насосного оборудования GRUNDFOS.

Комфорт без компромиссов

Дом построен в одном из коттеджных посёлков в Подмосковье и рассчитан на круглогодичное проживание семьи из трёх человек. Общая площадь коттеджа — 314 м², в том числе 99 м² — подвал, 107 м² — первый этаж, 108 м² — второй. При строительстве использовали газобетонные блоки, теплоизоляция фасадов — экструдированный пенополистирол. Такое сочетание обеспечивает один из наиболее высоких показателей энергоэффективности стен, что важно как зимой (для сохранения тепла), так и летом (для защиты от жары). Подвал — монолитный бетон, также утеплённый ЭППС.

«Основными требованиями заказчика к инженерному оборудованию были надёжность и функциональность. Поэтому мы предложили хорошо известные решения, проверенные на многих объектах и зарекомендовавшие себя с лучшей стороны. Экономичность в ходе эксплуатации стала вторым по значимости пожеланием: у клиента не было цели получать материальную выгоду за счёт эксплуатации энергоэффективного оборудования. Однако в XXI веке уже нет смысла использовать морально устаревшие решения, пусть и надёжные. Сегодня мы располагаем широким спектром современных устройств, позволяющих значительно снизить нагрузку как на электрическую сеть (что немаловажно для загородного строительства), так и на кошелёк заказчика», — рассказывает Михаил Терентьев, руководитель отдела маркетинга по направлению бытового оборудования «Грундфос».

Впервые специалисты компании-подрядчика и инженеры Grundfos встретились с домовладельцем в феврале 2020 года. На разработку проектного и технического решений, их согласование и подготовку сметы ушёл месяц, и в конце марта было закуплено основное оборудование для системы отопления. Монтажные работы начались в конце мая и завершились к июлю.

Следующий этап — монтаж оборудования системы водоснабжения и котельной. Работы по её временной обвязке были завершены осенью. И к новогодним праздникам газовый котёл запустили на контур радиаторов. В начале 2021 года обвязку закончили полностью, что позволило подключить тёплые полы, контур ГВС и систему приточно-вытяжной вентиляции с подогревом воздуха. После этого осталось выполнить коммутацию электрической части и настроить автоматику котельной.

«Дом насыщен современными инженерными решениями, поэтому сложнее всего было разместить всё оборудование в отведённых для этого технических помещениях — в котельной на первом этаже и в вентиляционной камере, расположенной в подвале. Например, в котельной, кроме двух котлов, бойлера косвенного подогрева горячей воды, а также балансировочного коллектора с гидрострелкой и насосными группами, требовалось установить парогенератор для поддержания комфортного микроклимата. По сути, такой увлажнитель воздуха представляет собой конденсационный газовый котёл особой конструкции. Он кипятит воду и по специальному паропроводу подаёт пар в систему вентиляции», — объясняет Андрей Дуранов, руководитель компании «Велес-ГринХит», осуществлявшей монтаж оборудования.

Структура системы отопления

В доме используется комбинированное отопление: радиаторы, тёплый пол и подогрев приточного воздуха для принудительной вентиляции. Последним часто пренебрегают, однако именно через эту систему в малоэтажных постройках может теряться до 60% тепла, отдаваемого отопительными приборами. Подогрев приточного воздуха решает проблему.

Радиаторы установлены на всех этажах. В подвале расположены четыре отапливаемых помещения: комната отдыха (она же кабинет), мастерская, тренажёрный зал и прачечная. Их отапливают восемь радиаторов суммарной тепловой мощностью 11,4 кВт.

Первый этаж — это совмещённая со столовой большая (59,5 м²) гостиная, кухня площадью 17,9 м², прихожая с гардеробной (19 м²), санузел (4,4 м²). И 7,2 м² занимает котельная с двумя входами — из кухни и с улицы. Основным источником тепла служат шесть контуров водяного тёплого пола общей мощностью 4,8 кВт, которые уложены на площади 90 м². В дополнение к ним под окнами установлены шесть радиаторов суммарной мощностью 11,9 кВт. Кроме того, в гостиной есть камин.

«Важно понимать, что тёплый пол существенно эффективнее радиаторов, поскольку отдаёт тепло равномерно по всей площади помещений. К тому же он относится к категории низкотемпературных источников. Поэтому, несмотря на небольшую относительно радиаторов тепловую мощность, он служит основным средством обогрева помещений первого этажа», — поясняет Андрей Дуранов.

На втором этаже тёплый пол уложен только в двух санузлах (примерно по 5 м² каждый) и производит суммарно 0,6 кВт тепла. Три спальни (чуть больше 20 м² каждая) и холл (около 20 м²) отапливаются девятью радиаторами общей мощностью 11,4 кВт.

В отопительной системе, включая теплообменник вентиляционной камеры (его мощность составляет 10 кВт), циркулирует вода. Монтаж трубопроводов выполнен по технологии с неразборными соединениями.

Основным источником тепла является одноконтурный конденсационный газовый котёл мощностью 45 кВт с электронным управлением. Он установлен в комбинации с ёмкостным водонагревателем системы ГВС. На случай перебоев в подаче газа имеется резервный электрокотёл.

Автоматическое управление микроклиматом

Проектом предусмотрено независимое поддержание заданной пользователями температуры воздуха в каждом помещении. Для реализации этой задачи была построена модульная система с покомнатным управлением на базе комбинированных электронных терморегуляторов для тёплого пола и радиаторного отопления. Они контролируют расход теплоносителя через отопительные приборы в отдельных помещениях, регулируя его с помощью сервоприводов на коллекторах, и поддерживают таким образом выбранную пользователями температуру.

Для согласования режима работы отдельных контуров в масштабе всей отопительной системы были выбраны умные циркуляционные насосы GRUNDFOS ALPHA225–60, которые умеют измерять и анализировать меняющееся гидравлическое сопротивление системы. Они установлены в составе насосных групп на коллекторах тёплого пола и радиаторного отопления. Благодаря наличию встроенного частотного преобразователя эти насосы способны автоматически подстраивать свои рабочие параметры к потребностям системы в каждый момент времени, что позволяет избежать избыточного давления и в несколько раз снизить потребление устройствами электроэнергии.

«Работой насоса управляет встроенный интеллектуальный контроллер. установленном в системе радиаторного отопления, задействована фирменная функция AUTOADAPT, разработанная специально для отопительных систем с погодным регулированием. В этом режиме электроника непрерывно следит за колебаниями расхода и напора, которые меняются в том числе в результате работы комнатных терморегуляторов. Программа автоматически находит оптимальную на данный момент времени рабочую точку и для перехода к ней соответствующим образом меняет производительность насоса, повышая или снижая частоту вращения двигателя», — поясняет Михаил Терентьев.

Выбор нужной рабочей точки производится из загруженной в память контроллера матрицы оптимальных рабочих параметров, полученных производителем в ходе многолетних испытаний. При этом встроенный частотный преобразователь изменяет частоту вращения двигателя плавно, с шагом 1/100 диапазона регулирования, что обеспечивает высокую точность подстройки.

Насос ALPHA2, установленный в контуре тёплого пола, работает в режиме поддержания постоянного давления. Его производительность изменяется по прямой, адаптируясь к фактической нагрузке на систему отопления.

Помимо описанных режимов, насосы этого типа могут работать на поддержание пропорционального давления или фиксированной скорости вращения двигателя. Кроме того, интеллектуальный контроллер позволяет задействовать дополнительные функции:

• ночной режим. Если температура теплоносителя в подающем трубопроводе за два часа падает на 10–15°C или больше, насос автоматически переключается в экономичный режим и возвращается к нормальному при повышении температуры теплоносителя на 10°C;
• летний режим. Его запускают по завершении отопительного сезона для защиты системы отопления и ротора насоса от «закисания»: раз в сутки он будет включаться на две минуты на минимальных оборотах.

Благодаря конструкции с «мокрым» ротором, встроенной защите от сухого хода и функции надёжного запуска, которая создаёт повышенный пусковой момент для обеспечения пуска насоса после длительного простоя, ALPHA2 практически не нуждается в обслуживании.

Балансировка системы отопления

Для корректной работы сложной погодозависимой системы отопления, включающей инструменты управления микроклиматом, необходимо перед запуском в эксплуатацию выполнить гидравлическую балансировку всех её ветвей, чтобы согласовать их гидравлическое сопротивление. Это нужно, чтобы регулирование расхода теплоносителя в отдельных отопительных контурах работало эффективно.

Классический способ балансировки представляет собой крайне трудоёмкий процесс: нужно вручную поочерёдно измерять температуру каждого нагревательного элемента, перекрывая все другие, самостоятельно анализировать результат и подгонять настройку балансировочных клапанов. Это требует от монтажника крепких нервов, опыта и очень-очень много времени.

Циркуляционные насосы GRUNDFOS ALPHA2 позволяют существенно упростить процесс благодаря наличию встроенной функции помощи в настройке балансировочных вентилей. В рассматриваемом коттедже площадью 314 м² на выполнение этой задачи требуется не более трёх часов, в то время как правильная балансировка обычным способом у профессионала заняла бы в лучшем случае целый день.

Для балансировки с ALPHA2 нужно скачать на смартфон бесплатное приложение Grundfos GO Balance и с помощью компактного Bluetooth-модуля ALPHA Reader установить связь с насосом. Задав программе параметры системы отопления (площадь помещений, число и тип отопительных приборов, оптимальную температуру для каждой комнаты и т. д.), необходимо запустить процесс и следовать инструкциям. В результате приложением будут рассчитаны настройки для балансировочных клапанов на коллекторах тёплого пола и радиаторного отопления.

Схема работы котельной

В рассматриваемой системе вторичные отопительные контуры увязаны с котловым через гидравлический разделитель — гидрострелку. Она уравнивает перепад давления между подающим и обратным контурами и обеспечивает независимость циркуляции в каждом из них, «развязывая» их по расходу и температуре. При этом насосы первичного и вторичных контуров не оказывают влияния друг на друга, что упрощает подбор оборудования. В качестве котлового насоса в первичном контуре системы использован GRUNDFOS UPMM 25–85130 — встроенный циркуляционный насос, который управляется автоматикой котла по сигналу ШИМ. Насос UPMM 25–85130 является OEM-продуктом и делается индивидуально для каждого производителя котлов.

Загрузку бойлера косвенного нагрева горячей воды для системы ГВС, подачу теплоносителя в теплообменник венткамеры и обогрев предусмотренной проектом бани (на момент подготовки этого материала она ещё не была оборудована) обеспечивают циркуляционные насосы GRUNDFOS ALPHA1 L 25–60. Это младшие представители интеллектуальной серии ALPHA, которые отличаются минимальным набором встроенных функций, но предусматривают возможность внешнего управления от входного ШИМ-сигнала. Благодаря этому они могут быть подключены к контроллерам климатической системы, котла и пр.

В зависимости от задачи ALPHA1 L может работать в трёх режимах: с фиксированной скоростью (частотой вращения); пропорционального давления — для компенсации гидравлических потерь; поддержания постоянного давления.

За рециркуляцию воды в системе ГВС отвечает насос GRUNDFOS COMFORT 15–14 B PM, разработанный специально для решения этой задачи. Серию COMFORT отличают энергоэффективный двигатель нового поколения на постоянных магнитах, сферический ротор и оптимизированная компоновка гидравлической части. Благодаря этим конструктивным особенностям устройство потребляет не более 7 Вт электрической мощности и работает бесшумно. Выполненная из латуни проточная часть насоса не подвержена коррозии, а его внешний кожух изготовлен из термоизолирующего материала. Применение в системе ГВС такого решения не только экономит электроэнергию, но и позволяет снизить потребление горячей воды на 16 тысяч литров в год (в семье из трёх человек).

Водоснабжение

Подбор насосной установки для системы водоснабжения осуществляется исходя из количества точек водоразбора в доме и особенностей имеющегося источника воды, предназначенной для бытовых нужд. В данном случае это поселковый водопровод, что несколько упростило задачу водоподготовки, поскольку позволило обойтись без сложной и громоздкой системы обезжелезивания и фильтрации, необходимой при использовании артезианской воды. Однако нестабильное давление в подающей магистрали в течение дня могло колебаться в диапазоне 2–4 бар. Поэтому было необходимо решение для поддержания в системе постоянного давления, в том числе с учётом переменного расхода (чтобы напор воды во всех точках водоразбора оставался неизменным, независимо от того, сколько кранов открыто).

Такую возможность обеспечивает автоматическая самовсасывающая насосная установка GRUNDFOS SCALA2, специально разработанная для водоснабжения частного дома. Это готовое к использованию комплектное решение для универсального применения, способное работать как установка повышения давления в посёлках с централизованным водоснабжением или подавать воду из неглубоких (максимальная высота всасывания — 8 м) колодцев, скважин или накопительных резервуаров.

Установка заключена в компактный корпус и может быть установлена в помещении или на улице. Она оснащена встроенным частотным преобразователем и интеллектуальным контроллером, который следит за давлением в системе и плавно регулирует частоту вращения электродвигателя при увеличении или снижении расхода. Это обеспечивает постоянный напор во всех точках водоразбора, независимо от потребления других пользователей.

Домовладелец может настроить комфортное для семьи давление в диапазоне от 1,5 до 5,5 бара с шагом 0,5 бара. Встроенный датчик на выходе насоса контролирует его и при необходимости подаёт сигнал на частотный преобразователь, который повышает или снижает обороты электродвигателя. Это позволяет менять производительность оборудования.

Помимо частотного преобразователя и датчика давления, насосная установка оснащена обратными клапанами на подающем и всасывающем патрубках и небольшим гидробаком. Она имеет защиту от сухого хода, утечек в системе и перегрева двигателя, функцию антицикличности и опцию ограничения времени непрерывной работы.

Выбор типоразмера насосной установки производился исходя из количества точек водоразбора. Всего их в доме 14:

• стиральная машина и мойка в прачечной;
• посудомоечная машина и мойка на кухне;
• душ, раковина и унитаз в санузле первого этажа;
• душ, раковина и унитаз в гостевом санузле на втором;
• ванна, унитаз и две раковины в хозяйском санузле.

Однако очевидно, что при такой конфигурации системы одновременно могут быть задействованы не более восьми точек водоразбора. Поэтому, а также с учётом этажности дома (включая подвал) была выбрана насосная установка SCALA23–45, обеспечивающая номинальный напор 27 м водяного столба при суммарном расходе воды в системе до 3 м³/ч. Такой насос способен обеспечить комфортное использование одновременно до 10 точек водоразбора на трёх этажах.

Канализация и дренаж

При устройстве канализации в числе прочего было необходимо обеспечить водоотвод для стиральной машины и мойки, расположенных в подвале, то есть ниже уровня земли. Для этого в помещении прачечной разместили компактную бытовую канализационную насосную установку SOLOLIFT2 C-3. Она позволяет подключить одновременно до трёх сантехнических приборов и способна перекачивать горячие стоки с температурой до +75°C (кратковременно — до +90°C), что необходимо для использования стиральной машины. Канализационные насосные установки серии SOLOLIFT2 позволяют перекачивать стоки на расстояние до 90 м по горизонтали или поднимать на высоту до 6 м, в зависимости от конфигурации системы, обеспечивая при этом производительность до 8 м³/ч (137 л/мин).

Для защиты от подтопления в подвале установили дренажный насос GRUNDFOS Unilift KP 150 AV 1. Корпус из нержавеющей стали, охлаждение двигателя перекачиваемой жидкостью, а также использование сдвоенных уплотнений рабочего вала и графитовых подшипников с жидкостной смазкой делает эту серию оборудования особенно износостойкой и позволяет эксплуатировать её в сложных условиях без технического обслуживания.

Насос Unilift KP 150 AV 1 способен перекачивать загрязнённые стоки с твёрдыми включениями размером до 10 мм, его максимальный расход составляет 2,3 л/с, а максимальный напор — 5,3 м. Это эффективное решение для осушения подвала в случае паводка или аварии в системе водоснабжения. Особенностью данной модели является наличие вертикального реле уровня жидкости, что, в отличие от версии с поплавковым выключателем, позволяет размещать насос в дренажном приямке даже небольшого размера.

Справка о концерне GRUNDFOS

Концерн GRUNDFOS, ведущий мировой производитель насосного оборудования[1], был основан в 1945 г. в Дании. На данный момент 83 подразделения Концерна находятся в 56 странах мира. Общий объём производства — более 17 млн насосов в год.

В России насосы GRUNDFOS известны с начала 1960-х годов. Первая поставка осуществлена в 1962 году. В 1998 году была основана дочерняя компания ООО «ГРУНДФОС». Первая очередь завода по производству насосного оборудования «ГРУНДФОС Истра» (г. Истра, Московская область) запущена в 2005 году, а в 2011-м завершено строительство второй очереди.

В 2021 году ООО «ГРУНДФОС» представлено 26 представительствами во всех федеральных округах РФ. Насосы GRUNDFOS работают как на водоканалах Москвы, Санкт-Петербурга, Ростова-на-Дону, Воронежа, Хабаровска, Сыктывкара, Подольска, Иванова, Ярославля и ряда других городов, так и на иных объектах ЖКХ и ряде крупнейших российских промышленных предприятий, аэропортов и спортивных сооружений.

[1] По объёму продаж центробежных насосов в мире в 2016 году, по данным IHS Markit от 2017 года.