Как подобрать насос по напору и расходу: формулы, таблицы, примеры расчёта

Подбор циркуляционного или повышающего насоса — задача, которую нельзя решать «на глаз». Неправильно выбранный агрегат либо не обеспечит требуемую производительность системы, либо будет работать в нештатном режиме, быстро выйдя из строя. Особенно критично это для систем отопления, ГВС и ХВС в частных домах, где даже небольшая ошибка в расчёте приводит к перерасходу электроэнергии, шуму, гидравлическим ударам или недостаточному прогреву помещений. Чтобы избежать этих проблем, необходимо чётко определить два ключевых параметра: расход (объём жидкости, который должен прокачиваться за единицу времени) и напор (давление, которое насос должен создать для преодоления гидравлических сопротивлений). В этой статье разберём, как профессонально рассчитать эти величины правильно — с формулами, таблицами и практическими примерами.

Что такое расход и напор: базовые понятия для инженера и монтажника

Прежде чем переходить к расчётам, важно чётко понимать физический смысл терминов.

• Расход (Q) — это объём жидкости, проходящий через сечение трубы за единицу времени. Измеряется в м³/ч или л/мин. В контексте отопления он напрямую связан с тепловой нагрузкой: чем больше тепла нужно передать, тем больше теплоносителя требуется прокачать.
• Напор (H) — это энергия, которую насос сообщает жидкости для преодоления сопротивлений в системе. Измеряется в метрах водяного столба (м.в.ст.). Это не давление в привычном понимании, а эквивалент высоты столба воды, который насос способен «поднять».

Напор складывается из нескольких компонентов: геодезического (разница высот между точками), статического (давление в расширительном баке или водопроводе) и динамического (потери на трение и местные сопротивления). В замкнутых системах отопления геодезический и статический напоры часто взаимно компенсируются, поэтому основное внимание уделяется гидравлическим потерям.

Расчёт расхода насоса: формулы и практические зависимости

Расход насоса определяется не «желанием», а тепловой мощностью системы и температурным графиком. Для систем отопления основная формула выглядит так:

Q = Q_t / (c · ρ · ΔT)

Где:

• Q — объёмный расход, м³/ч
• Q_t — тепловая мощность системы, кВт
• c — удельная теплоёмкость воды (≈ 4,19 кДж/(кг·°C))
• ρ — плотность воды (≈ 1000 кг/м³ при 20°C)
• ΔT — разница температур между подающим и обратным трубопроводами, °C

Упрощённая версия для воды при ΔT = 20°C:
Q ≈ 0,86 · Q_t / ΔT → при ΔT = 20°C: Q ≈ 0,043 · Q_t

Пример: дом площадью 150 м² с теплопотерями 15 кВт, ΔT = 20°C.
Q = 0,86 · 15 / 20 = 0,645 м³/ч

Важно: при использовании антифриза (пропиленгликоль, этиленгликоль) плотность и теплоёмкость снижаются, поэтому расход нужно корректировать в сторону увеличения на 10–20%.

Для систем водоснабжения расход определяется нормами водопотребления (СП 30.13330.2020). Например, одновременная работа душа (0,15 л/с), кухонной мойки (0,12 л/с) и стиральной машины (0,1 л/с) даёт суммарный расход ≈ 0,37 л/с = 1,33 м³/ч. При этом учитывается коэффициент одновременности — не все точки водоразбора работают одновременно.

Расчёт напора: как определить гидравлические потери в системе

Напор насоса должен компенсировать суммарные потери давления в самом «тяжёлом» контуре системы. В замкнутых системах (отопление, ГВС) это — контур с наибольшей протяжённостью и наибольшим количеством арматуры.

Основная формула для расчёта потерь на трение в прямом участке трубы:

ΔP_t = λ · (L / D) · (ρ · v² / 2)

Где:

• λ — коэффициент гидравлического трения (зависит от шероховатости и числа Рейнольдса)
• L — длина участка, м
• D — внутренний диаметр трубы, м
• v — скорость потока, м/с

На практике инженеры используют удельные потери давления R (Па/м или мм.в.ст./м), которые уже включают влияние скорости и диаметра. Для стандартных стальных, медных или полимерных труб существуют таблицы значений R в зависимости от расхода и диаметра.

Кроме потерь на трение, учитываются местные сопротивления:

• Тройники;
• Колена;
• Вентили;
• Фильтры;
• Теплообменники.

Каждый элемент имеет коэффициент ζ (дзета), и потери рассчитываются как:
ΔP_m = ζ · (ρ · v² / 2)

Общие потери: H = Σ(ΔP_t + ΔP_m) / (ρ · g) → перевод в метры водяного столба.

Упрощённый метод для частных домов:
H ≈ 0,015 · L · (1 + K)

Где:

• L — длина самого длинного контура «туда и обратно», м
• K — коэффициент, учитывающий арматуру (обычно 0,3–0,5 для типового дома)

Пример: двухэтажный дом, длина контура до самого удалённого радиатора — 40 м.
H ≈ 0,015 · 40 · 1,4 = 0,84 м.в.ст.
Однако на практике рекомендуется брать запас 20–30%, итого H ≈ 1,1 м.в.ст.

Для систем водоснабжения напор рассчитывается иначе:
H = H_гео + H_потерь + H_{свободный}

• H_гео — разница высот между насосом и самой высокой точкой водоразбора
• H_потерь — гидравлические потери в трубах и арматуре
• H_{свободный} — остаточный напор в точке (обычно 5–10 м.в.ст. для комфортного давления)

Таблицы подбора: как использовать каталоги производителей

Производители насосов (Grundfos, Wilo, DAB, Lowara и др.) предоставляют гидравлические характеристики в виде графиков Q–H. По горизонтали — расход, по вертикали — напор. Каждая кривая соответствует определённой модели или скорости вращения (для насосов с фиксированной скоростью — одна кривая, с регулируемой — несколько).

Правило подбора:

Рабочая точка (Q, H) должна находиться в центральной трети характеристики насоса. Если точка близка к началу или концу кривой — насос будет работать неэффективно, с повышенным шумом и износом.

Таблицы в каталогах часто содержат данные для воды при 20°C. При использовании других жидкостей (антифриз, масла) требуется коррекция по вязкости и плотности. Производители предоставляют коэффициенты пересчёта или онлайн-калькуляторы.

Совет:

При подборе насоса для отопления с погодозависимым регулированием лучше выбирать модель с электронной регулировкой скорости (например, Grundfos ALPHA3). Это позволяет автоматически адаптировать напор под текущие потребности, экономя до 60% электроэнергии.

Практические примеры расчёта для типовых систем

Пример 1: циркуляционный насос для отопления частного дома

• Площадь дома: 200 м²
• Теплопотери: 20 кВт
• ΔT = 20°C
• Материал труб: полипропилен, диаметр основной магистрали — 25 мм
• Длина самого длинного контура: 50 м (туда и обратно)
• Арматура: 8 колен, 2 тройника, 1 фильтр, 1 кран

Расход:
Q = 0,86 · 20 / 20 = 0,86 м³/ч

Напор:
Удельные потери для трубы Ø25 мм при Q = 0,86 м³/ч ≈ 120 Па/м = 0,012 м.в.ст./м
Потери на трение: 50 м · 0,012 = 0,6 м.в.ст.
Местные сопротивления (примерно):

• Колено (ζ ≈ 0,3) × 8 → эквивалентно 2,4 м трубы
• Тройник (ζ ≈ 0,5) × 2 → 1 м
• Фильтр и кран — ≈ 2 м

Итого эквивалентная длина: 50 + 5,4 ≈ 55,4 м
H = 55,4 · 0,012 ≈ 0,67 м.в.ст.
С запасом 25%: H ≈ 0,85 м.в.ст.

Подходящий насос: Grundfos UPS 25-40 (напор до 4 м, но с возможностью понижения скорости) или Wilo Star-Z 25/4. Однако оптимальнее выбрать насос с автоматикой — например, Grundfos ALPHA2 25-60, который сам подстроит напор под реальные условия.

Пример 2: повысительный насос для водоснабжения квартиры

• Высота подъёма: 12 м (4 этаж)
• Длина трубы: 25 м
• Диаметр: 20 мм
• Точки водоразбора: душ, кухня, стиралка
• Расход: 0,3 л/с = 1,08 м³/ч
• Свободный напор: 5 м.в.ст.

Напор:
H_гео = 12 м
H_потерь: для Ø20 мм при Q = 1,08 м³/ч → R ≈ 250 Па/м = 0,025 м.в.ст./м
Потери: 25 м · 0,025 = 0,625 м
Местные сопротивления — ≈ 3 м эквивалента
Итого потери: ≈ 0,625 + 0,3 = 0,9 м.в.ст.
H = 12 + 0,9 + 5 = 17,9 м.в.ст.

Выбираем насос с напором не менее 18 м и расходом ≥ 1,1 м³/ч — например, DAB Aqualine 200 M или Wilo PB-201EA.

Распространённые ошибки при подборе насоса

• Завышение напора «на всякий случай» — приводит к шуму, кавитации, избыточному давлению в системе и перерасходу энергии.
• Игнорирование вязкости теплоносителя — при использовании антифриза насос может не выдать требуемый расход.
• Подбор по диаметру резьбы — «насос 1¼ дюйма» не означает, что он подходит для вашей системы. Ключевые параметры — Q и H.
• Отсутствие запаса по расходу — в условиях сильных морозов система может не справиться с теплопотерями.
• Неправильное расположение рабочей точки — насос работает на краю характеристики, что снижает КПД и срок службы.

Заключение: как не ошибиться при выборе

Подбор насоса по напору и расходу — это не искусство, а инженерный расчёт. Даже в типовом частном доме нельзя полагаться на «стандартные» решения без проверки. Используйте приведённые формулы, сверяйтесь с таблицами производителей, учитывайте реальные условия эксплуатации. Если система сложная (многоконтурная, с буферной ёмкостью, тёплыми полами), лучше выполнить гидравлический расчёт в специализированной программе (например, Danfoss Grundfos GO, HERZ, или даже Excel с правильными коэффициентами).

Помните: правильно подобранный насос — это не только комфорт, но и экономия на электричестве, снижение риска аварий и увеличение срока службы всей системы. Если вы не уверены в расчётах — обращайтесь к специалистам. В нашей компании выполняют бесплатный подбор насосного оборудования с учётом всех параметров вашей системы: от тепловой схемы до характеристик воды.