Pompy w instalacji grzewczej

Pompa obiegowa
Zadaniem każdej pompy jest przetworzenie energii mechanicznej na energię kinetyczną lub potencjalną cieczy. Oznacza to, że ruchomy element pompy przekazuje swą energię pompowanej cieczy, dzięki czemu może ona płynąć (zmiana energii kinetycznej) bądź jej ciśnienie zwiększa się (zmiana energii potencjalnej).
Pompa obiegowa instalacji grzewczej wprawia w ruch wodę grzewczą i nadaje jej tak wysokie ciśnienie, by dotarła do najbardziej oddalonego grzejnika.

Pompa obiegowa jest pompą wirową (z kolei często spotykaną odmianą jest pompa odśrodkowa).

Głównym elementem takiej pompy jest wirnik (najczęściej łopatkowy), którego ruch wokół własnej osi powoduje zwiększenie momentu obrotowego transportowanej cieczy, a tym samym - jej energii. Wirniki wykonywane mogą być jako odlewy żeliwne (tradycyjnie), ale znacznie częściej materiał ten jest zastępowany przez wysokowartościowe tworzywa sztuczne - kompozyty.

Pompa może wystąpić jako dławnicowa (pompowana ciecz jest oddzielona od silnika) i bezdławnicowa (wirnik silnika jest omywany tłoczoną cieczą). W instalacjach domowych najczęściej występują pompy bezdławnicowe. Oznacza to, że praca „na sucho” jest szkodliwa dla wirnika!
Pompy są zasilane za pomocą energii elektrycznej – małe pompy najczęściej wymagają zasilania jednofazowego (230/240 V, częstotliwość 50 Hz).

Parametry pompy
Pompa obiegowa (podobnie jak każda) opisywana jest przez dwa parametry: wysokość podnoszenia i wydajność. Wysokość podnoszenia to ciśnienie, które pompa musi nadać tłoczonej cieczy. Wartość ta jest podawana w metrach słupa wody (umownie stosuje się określenie metr).

1 metr słupa wody to ciśnienie, które wywiera słup wody o wysokości 1 m (dla gęstości wody wynoszącej 1000 kg/m³). Odpowiada to wartości ciśnienia 9810 Pa.

Wartość wysokości podnoszenia dla pompy wynika przede wszystkim ze strat ciśnienia związanych
z przepływem wody przez rury i armaturę. Można tu wyróżnić:

• straty liniowe - spadek ciśnienia powodowany przez chropowatość rur
  i lepkość wody;
• straty miejscowe związane z obecnością kształtek - przede wszystkim trójników i kolanek oraz armatury - przede wszystkim zaworów, szczególnie zaworów bezpieczeństwa - w ich obrębie pojawiają się lokalne zawirowania, które powodują spadek ciśnienia cieczy.

Na wartość wysokości podnoszenia pompy wpływ ma także różnica wysokości między kotłem (źródłem ciepła) a najwyżej położonym grzejnikiem oraz różnica temperatur wody na powrocie
i zasilaniu. Ponieważ wynikająca z tego tzw. grawitacyjna różnica ciśnień jest stosunkowo mała,
w większości obliczeń (szczególnie przy budynkach niższych) można pominąć tę wartość.

Wydajność pompy (podawana w m³/h) związana jest z ilością wody, którą pompa musi podać do instalacji grzewczej, a więc ze strumieniem przepływu dla całej instalacji.

Charakterystyka pompy to wykres przedstawiający zależność wysokości podnoszenia pompy od jej wydajności. Jeśli trzeba dobrać pompę do rzeczywistej instalacji, trzeba znaleźć na charakterystyce punkt pracy – czyli punkt, który odpowiada jednocześnie danej wysokości podnoszenia i danej wydajności. Punkt ten powinien leżeć na krzywej wyznaczającej charakterystykę. Nie musi odpowiadać dokładnie rzeczywistemu punktowi pracy – np. wysokość podnoszenia może być większa niż rzeczywiście potrzebna - ale powinien być możliwie blisko – zapewnia to nie tylko skuteczną, ale i optymalną pracę pompy.

Często charakterystyka jest w postaci kilku krzywych - oznacza to, że pompa może pracować w kilku trybach (różne prędkości obrotowe wirnika). Trzeba wówczas pamiętać, by prędkość obrotowa wirnika pompy była właściwa (zgodna  z wybraną krzywą) – zbyt mała spowoduje, że pompa nie będzie pracować wydajnie; zaś zbyt duża – że nie będzie pracowała optymalnie.

W niektórych pompach regulacja obrotów jest płynna – takie pompy reagują na zmiany warunki pracy w instalacji (otwieranie i zamykanie zaworów) i utrzymują stałe ciśnienie. Wówczas charakterystyka jest w postaci obszaru pod krzywą.
Dla małych pomp domowych wysokości podnoszenia sięgają 8 m, a wydajność – 12 m³/h.
Pompa ma też określone parametry pracy:

• zakres temperatur tłoczonego czynnika. Jest to zazwyczaj od 2 do 100 (110)ºC,
• maksymalne ciśnienie robocze. Jest to zazwyczaj 1 MPa (10 bar). Pompa musi być zabezpieczona przed nadmiernym wzrostem ciśnienia przez zawór bezpieczeństwa.

Pompa cyrkulacyjna
W instalacji przygotowującej ciepłą wodę użytkową występuje pompa cyrkulacyjna. Jej zadaniem jest zapewnienie ciągłego obiegu wody użytkowej (cyrkulacji) od urządzenia grzewczego do odbiornika. Pompa taka zapewnia utrzymanie stałej temperatury wody.

Pompa cyrkulacyjna jest podobna do pompy obiegowej – jest to niewielka, najczęściej bezdławnicowa pompa wirowa, o podobnej charakterystyce. Ponieważ jej zadaniem jest tylko pokonanie oporów instalacji, cechuje się niewielką wysokością podnoszenia.
Nieco inne są też  parametry pracy:

• zakres temperatur wynosi od -10 do 65ºC,
• maksymalne ciśnienie robocze (podobnie jak dla pomp obiegowych to zazwyczaj 1 MPa
  (10 bar).

Przed pompą cyrkulacyjną powinien być zainstalowany zawór zwrotny.