Pompes de circulation pour systèmes de chauffage

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Dans cet article: L’histoire des pompes de circulation dispositif et principe de fonctionnement; types de pompes pour le chauffage; comment choisir une pompe de circulation; où et comment installer la pompe de chauffage.

Pompes de circulation pour systèmes de chauffage

Si la surface totale des locaux chauffés est de plusieurs centaines de mètres carrés et si ces mêmes mètres occupent plusieurs étages, un chauffage classique basé sur la circulation naturelle du liquide de refroidissement ne suffira pas. Et ce n’est pas surprenant – la pression dans les systèmes à circulation naturelle ne dépasse pas 0,6 MPa. Il n’y a que deux façons d’augmenter la pression et d’améliorer la circulation de l’eau dans de tels systèmes de chauffage: construire un système fermé avec des tuyaux de grand diamètre ou y introduire une pompe de circulation. Les tuyaux de grand diamètre ne seront pas bon marché, c’est donc la meilleure solution pour chauffer des zones de 100 à 150 m2 – pompe de circulation.

Pompes de chauffage – histoire

Il y a un siècle, les ingénieurs ont tenté de résoudre le problème de la circulation du liquide de refroidissement dans les systèmes de chauffage à eau, en essayant de confier en quelque sorte cette tâche à une pompe à moteur électrique. Mais les moteurs électriques existant au début du XXe siècle avaient des contacts ouverts, la pénétration d’eau sur eux entraînait des accidents immédiats.

Dans les années 1920, l’ingénieur allemand Gottlob Bauknecht, fondateur de la société Bauknecht, a créé le premier moteur électrique hermétique. Quelques années plus tard, Wilhelm Oplander, propriétaire et fondateur de Wilo, a créé une pompe de circulation utilisant un moteur électrique Bauknecht. Dans la pompe Oplender «sèche», l’entraînement du moteur à la roue axiale installée dans le coude du tuyau était assuré par un arbre scellé avec des joints de presse-étoupe. Wilhelm Oplender a appelé sa pompe de circulation « accélérateur de circulation », de 1929 à 1955, des pompes de cette conception ont été produites et utilisées dans les systèmes de chauffage en Europe et aux États-Unis partout.

Le principal inconvénient de la pompe de circulation Opleder était le joint de presse-étoupe, qui s’use rapidement aux moindres irrégularités sur la surface de l’arbre, et le matériau de la boîte à garniture n’était pas particulièrement durable. Remplacement fréquent de la garniture de presse-étoupe, surface de l’arbre nécessaire meulage et polissage périodiques.

Il y a 70 ans, la première pompe de circulation «humide» a été créée – elle a été inventée par Karl Rutchi, un ingénieur suisse et fondateur de Rutschi pumpen AG. Le moteur électrique de la pompe Ryutchi était monté sur un genou, à travers lequel l’eau était pompée, et était scellé de manière fiable. Dans ce cas, l’eau a reçu le rôle de lubrifiant.

Pompes de chauffage

Plus tard, le genou, le long duquel passait le liquide de refroidissement, a été remplacé par un «escargot»; à partir de ce moment, «l’escargot» est utilisé dans la conception de toutes les pompes modernes pour les systèmes de chauffage.

Appareil et principe de fonctionnement

Les pompes de circulation ont une spécialisation étroite – elles sont conçues pour la circulation forcée du caloporteur (eau) dans les systèmes de chauffage fermés. Dans leur structure, ils s’apparentent à des pompes de drainage: un corps en métaux ou alliages inoxydables (acier, fonte, aluminium, laiton ou bronze); rotor en acier ou céramique; l’arbre du rotor est équipé d’une roue-roue; moteur de rotor.

Installée dans le système de chauffage, la pompe aspire l’eau d’un côté et la pompe dans la canalisation de l’autre en raison de la force centrifuge résultant de la rotation de la roue – un vide se produit dans le tuyau d’entrée et une compression sur le tuyau de sortie. Avec un fonctionnement uniforme de la pompe, le niveau de liquide de refroidissement dans le vase d’expansion ne change pas, c.-à-d. il ne sera pas possible d’augmenter la pression dans le système de chauffage avec lui – une pompe de surpression est nécessaire pour effectuer cette tâche. La tâche de la pompe de circulation est d’aider le liquide de refroidissement à surmonter la résistance apparaissant dans certaines sections des systèmes de chauffage.

Types de pompes de circulation

Fondamentalement, les pompes de chauffage sont divisées en deux types – «sèche» et «humide».

Dans les structures du premier type, le rotor n’entre pas en contact avec l’eau pompée, sa partie travaillante est séparée du moteur électrique par des joints toriques réalisés le plus souvent en agglomérat de carbone, moins souvent en acier inoxydable ou en céramique, en oxyde d’aluminium ou en carbure de tungstène (le matériau du joint d’extrémité dépend du type de liquide de refroidissement). Lorsque le moteur de la pompe est démarré, les joints toriques tournent les uns par rapport aux autres – entre les anneaux polis et soigneusement ajustés, il y a une fine couche de film d’eau, qui scelle la connexion en raison de la différence de pression dans l’atmosphère externe et dans le système de chauffage (la pression est plus élevée dans le système de chauffage). Le ressort pousse d’une bague d’étanchéité à une autre, pendant le fonctionnement, les bagues s’usent et s’emboîtent automatiquement, leur durée de vie sera d’au moins 3 ans – elles sont plus efficaces que la garniture de presse-étoupe, qui nécessite une lubrification et un refroidissement constants. L’efficacité des pompes de circulation à rotor sec peut atteindre 80%. Par rapport aux pompes «humides», les pompes à rotor sec font un bruit fort pendant le fonctionnement, elles sont donc installées dans une pièce séparée avec une bonne isolation phonique..

Types de pompes de circulation

Lors de l’utilisation de pompes à rotor sec avec garnitures mécaniques coulissantes, vous devez surveiller attentivement la présence de matières en suspension dans l’eau pompée et l’état de poussière dans l’air de la pièce où la pompe est installée. Le fonctionnement d’une pompe «sèche» provoque des turbulences d’air attirant les particules de poussière – les particules de poussière et les matières en suspension dans le liquide de refroidissement peuvent endommager les surfaces des bagues d’étanchéité, altérant leur étanchéité.

Quel que soit le type de joint, qu’il s’agisse d’un presse-étoupe ou d’une garniture mécanique coulissante, lors du fonctionnement d’une pompe « sèche », ils sont détruits, ils ont donc besoin de la présence de liquide pour jouer le rôle de lubrifiant – en l’absence de celui-ci, la destruction de la garniture mécanique est inévitable.

Les pompes «sèches» sont divisées en trois types: horizontales (cantilever), verticales et en bloc. Pour les pompes du premier type, le tuyau de dérivation d’aspiration est situé du côté d’extrémité de la « volute », et le tuyau de dérivation de refoulement est situé radialement sur le corps. Le moteur électrique des pompes à console est monté horizontalement.

Les pompes verticales (en ligne) sont équipées des mêmes buses d’alésage situées le long du même axe. L’emplacement du moteur électrique dans la conception de ces pompes est vertical.

Le liquide de refroidissement entre dans le bloc pompe dans le sens de l’axe, il est libéré dans le sens radial.

Les pompes de chauffage «humides» diffèrent des pompes sèches en ce que, dans leur conception, la roue est immergée dans le liquide de refroidissement avec le rotor, tandis que le liquide de refroidissement remplit les fonctions de lubrification et de refroidissement du moteur en marche. Une coupelle métallique séparant le rotor et le stator, dont le matériau est de l’acier inoxydable, assure l’étanchéité de la partie du moteur électrique sous tension. Le rotor d’une pompe «humide» pour les systèmes de chauffage est en céramique, les roulements sont en céramique ou en graphite, le boîtier est généralement en fonte – pour les systèmes de chauffage, les pompes de circulation «humides» dans un boîtier en laiton ou en bronze sont mieux adaptées. Comparées aux pompes «sèches», les pompes «humides» sont moins bruyantes, ne nécessitent pas d’entretien pendant des années et sont plus faciles à réparer et à régler. Mais leur principal et important inconvénient est leur faible rendement, ne dépassant pas 50%. La raison des faibles performances des pompes «humides» est liée au fait qu’il sera pratiquement impossible de sceller le manchon séparant le stator et le fluide de refroidissement avec un diamètre de rotor plus grand. C’est précisément en raison du faible rendement que les pompes de type «humide» sont utilisées pour la plupart pour améliorer la circulation dans les systèmes de chauffage de courte longueur, c.-à-d. en chauffage domestique.

Types de pompes de circulation

Les pompes de circulation modernes «humides» sont de conception modulaire. Il existe cinq modèles de ce type: corps de pompe; moteur électrique avec stator; boîte avec borniers; Roue de travail; une cartouche contenant un rotor et un arbre avec roulements. Un seul bloc de cartouche facilite l’élimination de l’air accumulé dans le corps de la pompe lors du démarrage, et la conception modulaire elle-même facilite les travaux de réparation – il vous suffit de remplacer le module défectueux par un nouveau.

En conséquence, la capacité, les pompes «humides» pour le chauffage sont équipées de moteurs électriques monophasés et triphasés. Les pompes sont fixées à la canalisation du système de chauffage avec un raccord fileté ou à bride – son type dépend de la capacité de la pompe.

L’eau des pompes à rotor humide jouant le rôle de lubrifiant, l’eau doit constamment s’écouler vers les roulements à travers le manchon séparant le liquide de refroidissement et le stator. La seule façon de garantir une lubrification suffisante des roulements est la position strictement horizontale de l’arbre – toute autre position de l’arbre entraînera un dysfonctionnement de la pompe et deviendra bientôt inutilisable.

Pompes à chaleur – comment les choisir

Tout d’abord, calculons la quantité de liquide de refroidissement qui passe dans la chaudière par minute. La plupart des fabricants de chaudières recommandent d’utiliser une méthode de calcul simple – assimilant la puissance de la chaudière au débit d’eau, c.-à-d. à une puissance de 30 kW, 30 litres d’eau traverseront la chaudière par minute. Lors du calcul du débit du liquide de refroidissement par rapport à une section spécifique de l’anneau de circulation, nous utiliserons la même méthode: nous connaissons la puissance des radiateurs de chauffage, et en conséquence le débit d’eau est calculé.

L’étape suivante consiste à calculer le débit du liquide de refroidissement dans la canalisation, en fonction du diamètre des tuyaux à partir desquels il est construit:

  • dans des tuyaux d’un diamètre? po le débit d’eau sera de 5,7 l / min;
  • dans des tuyaux d’un diamètre? pouces, le débit d’eau sera de 15 l / min;
  • dans les tuyaux d’un diamètre de 1 pouce, la consommation d’eau sera de 30 l / min;
  • dans des tuyaux d’un diamètre de 1? po la consommation d’eau sera de 53 l / min;
  • avec un diamètre de tuyau de 1? po la consommation d’eau sera de 83 l / min;
  • avec un diamètre de tuyau de 2 pouces, le débit d’eau sera de 170 l / min;
  • avec un diamètre de tuyau de 2? pouce, la consommation d’eau sera de 320 l / min.

La vitesse de déplacement du liquide de refroidissement est prise comme 1,5 m par seconde – en règle générale, c’est une vitesse suffisante pour l’eau dans les systèmes de chauffage.

Calculons la puissance de la pompe pour le chauffage en partant du fait qu’une hauteur de 0,6 m est nécessaire pour une section de dix mètres de la canalisation – en conséquence, pour un système de chauffage de cent mètres, une pompe sera nécessaire pour créer une hauteur de 6 mètres. Selon les résultats obtenus, la pompe doit être sélectionnée.

Si votre système de chauffage utilise des tuyaux d’un diamètre plus petit que ceux indiqués ci-dessus, vous devez augmenter la puissance de la pompe réglée, car la résistance hydraulique qu’ils contiennent sera plus élevée. Et vice versa – avec un diamètre de tuyaux plus grand, une pompe de circulation moins puissante est nécessaire.

Le calcul ci-dessus des caractéristiques de la pompe pour les systèmes de chauffage est plutôt arbitraire et simple – si un calcul est nécessaire pour un système de chauffage de longue longueur et de construction complexe, il serait alors plus correct de se tourner vers des spécialistes du domaine de l’ingénierie thermique. Vous ne pourrez pas calculer indépendamment pour un système de chauffage complexe et à plusieurs niveaux! Mais, si vous décidez néanmoins d’essayer, la formule de calcul est donnée dans SNiP 2.04.05-91 *.

Pompe de circulation avec caractéristiques minimales – puissance 30 W, hauteur maximale 2 m, débit d’eau 2 m3/ h, avec une connexion en pouces – coûte en moyenne 4 300 roubles. Les plus grands fournisseurs de pompes domestiques et industrielles pour systèmes de chauffage sur le marché russe sont les italiens «DAB», «Lowara», «Ebara» et «Pedrollo», «Grundfos» (Danemark), «Wilo» (Allemagne). En règle générale, les fabricants russes produisent des pompes industrielles, il n’y a pas de pompes de circulation domestiques dans leur gamme de produits.

Veuillez noter que vous ne pourrez pas choisir une pompe adaptée à 100% – chaque système de chauffage a ses propres caractéristiques et les pompes sont une unité produite en série avec des paramètres moyens. Le choix d’un modèle de pompe avec une puissance excessive que ce qui est vraiment nécessaire provoquera du bruit dans les tuyaux pendant le fonctionnement. Par conséquent, il vaut la peine de choisir le modèle de pompe qui a plusieurs modes de fonctionnement réglables et de définir empiriquement le mode dans lequel la pompe fonctionne le plus efficacement. Il sera correct de choisir une pompe dont la puissance dépasse de 5 à 10% la puissance requise pour ce système de chauffage.

Choix du site et installation de la pompe de circulation

La pompe «humide» peut être installée à la fois dans le tuyau de retour et dans le tuyau d’alimentation. La popularité de l’installation sur la conduite de retour est associée aux anciens modèles de pompes – elles n’étaient installées que sur la conduite de retour, car le passage d’eau plus froide à travers eux a prolongé la durée de vie du presse-étoupe, du rotor et des roulements.

Pendant le fonctionnement de la pompe, différentes pressions sont créées dans la canalisation avant le vase d’expansion et dans la canalisation après celui-ci: dans le premier cas, compression, dans le second, vide. La pression statique créée par le vase d’expansion affectera le fonctionnement du système de chauffage avec une pompe de circulation. Il faut tenir compte du fait que la pression hydrostatique dans la zone de refoulement de la pompe sera supérieure à la pression d’eau normale (au repos). En revanche, dans la partie du système de chauffage à partir de laquelle la pompe aspire le liquide de refroidissement, la pression sera réduite, son niveau peut non seulement descendre à la pression atmosphérique, mais également conduire à un vide. Les pressions différentielles dans le système de chauffage peuvent faire bouillir l’eau et l’air peut être libéré ou aspiré..

Pompes à chaleur

La circulation du liquide de refroidissement dans le système de chauffage ne sera pas perturbée si une condition est prise en compte dans sa construction – en tout point de la zone d’aspiration, la pression hydrostatique ne doit être que excessive. La conformité peut être obtenue des manières suivantes:

  1. Soulevez le vase d’expansion de 0,8 m au-dessus du point le plus élevé du tuyau de chauffage. Cette méthode est la plus simple si le système de chauffage passe de la circulation naturelle à la circulation forcée, cependant, sa mise en œuvre n’est possible qu’avec une hauteur suffisante du grenier et il faudra bien isoler le vase d’expansion;
  2. Placer le vase d’expansion en haut de la canalisation afin d’amener la section supérieure du système de chauffage dans la zone de refoulement de la pompe. Les systèmes de chauffage modernes (cette technique leur est applicable), conçus à l’avance pour la circulation forcée, sont construits avec une pente de pipeline «vers la chaudière», et non «à partir de celle-ci», comme dans les systèmes de chauffage à circulation naturelle. Les objectifs sont les suivants: les bulles d’air avec cette construction de la pente se déplaceront le long du courant d’eau, emportées par la pression de la pompe de circulation, c’est-à-dire le mouvement à contre-courant des bulles d’air, qui est courant dans les systèmes de circulation naturelle, ne sera pas possible. En conséquence, le point le plus élevé du système de chauffage ne sera pas sur la colonne montante principale, mais sur le plus éloigné. C’est à vous d’utiliser ou non cette méthode, cependant, modifier le système de chauffage existant car cela sera difficile, et construire un nouveau système basé sur elle n’est pas tout à fait pratique, car il existe des moyens plus simples;
  3. Transfert de la conduite avec un vase d’expansion de la colonne montante d’alimentation et son insertion dans la conduite de retour à proximité de la pompe de circulation, devant sa conduite d’aspiration. Avec une telle reconstruction du système de chauffage existant, nous obtiendrons des conditions optimales pour le fonctionnement de la circulation forcée de la pompe;
  4. Cette méthode ne convient pas à tous les modèles de pompe – connexion de la pompe de circulation à la section d’alimentation de la canalisation, directement derrière le point d’entrée du vase d’expansion. Extérieurement, une telle modification du système de chauffage existant semble simple, mais la température du liquide de refroidissement dans cette section du circuit de chauffage sera particulièrement élevée – assurez-vous avant que ce modèle de pompe puisse vraiment résister à des conditions de fonctionnement aussi défavorables..

Après avoir décidé du lieu d’installation de la pompe, nous procédons à l’installation elle-même. Vous aurez besoin d’un filtre grossier, d’un clapet anti-retour (pour les systèmes fermés sous pression), d’un by-pass et de clés (de 19 à 36 mm) – tous les éléments pour le diamètre fileté de la pompe. Sur le tuyau principal, entre l’entrée et la sortie de la dérivation de coupure, il est nécessaire d’installer une vanne d’arrêt sur son diamètre. C’est particulièrement pratique si le modèle de pompe sélectionné a des filetages détachables, sinon vous devrez les acheter séparément.

La dérivation utilisée dans les systèmes de chauffage est une petite section de la canalisation installée en parallèle avec les vannes d’arrêt et de contrôle, sa tâche est de mettre le système de chauffage en circulation naturelle en cas de panne de courant et de panne de la pompe. Pour le fonctionnement normal des appareils de chauffage, le diamètre du tuyau de dérivation doit être égal au diamètre de la colonne montante dans laquelle il coupe.

La procédure d’installation des dispositifs sur la dérivation, dans le sens du liquide de refroidissement: filtre, clapet anti-retour (si nécessaire) et pompe de circulation. Les entrées de dérivation dans la colonne montante doivent se faire à travers les robinets d’arrêt – lorsque le système est mis en circulation naturelle et en cas de panne des dispositifs sur la dérivation, ces vannes sont fermées, le robinet sous la dérivation s’ouvre.

Pour un fonctionnement efficace de la pompe «humide» et pour éviter l’accumulation d’air, la dérivation est installée strictement horizontalement. Juste au cas où, parmi les appareils installés sur la dérivation, un purgeur d’air automatique peut être installé – n’importe où, pas important, mais en position verticale. Les avantages d’un purgeur d’air automatique par rapport au robinet Mayevsky classique, qui sont équipés de certains radiateurs de chauffage – la libération et l’arrêt ultérieur de cet appareil sont effectués automatiquement et la vanne de conception Mayevsky doit être dévissée et vissée manuellement.

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