Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

Содержание

Всем известно, что топливо для производства тепла всегда становится дороже. Тяжело помыслить себе жизнь проживающего в России без обогревающего комплекса дома. Любой здравомыслящий житель желает узнать: что сделать, чтобы модернизировать систему отопления коттеджа. Абсолютно в каждом уколке РФ необходимо в зимний период обогревать дом. На данном веб портале собрано большое количество разных систем отопления дачи, которые используют совершенно различные принципы извлечения тепловой энергии. Каждую систему отопления можно монтировать комбинационно или самостоятельно.

Традиционная система подсоединения котлов к отопительным системам обладала несколькими существенными недостатками. Она не работала в наилучших условиях и расчетных параметрах, если необходимо было отрегулировать ее – то вся система разбалансировалась. Насосы было сложно подобрать для такой системы, а внутри котла могло быть множество сильных тепловых колебаний. С этими всеми недостатками сегодня борется гидрострелка для отопления.

Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

Смонтированная гидрострелка для отопления

Сегодня это – один из наиболее востребованных видов оборудования. Гидравлическая стрелка представляет собой компенсационную камеру, которая делает связанные между собой гидравлически отопительные контуры независимыми.

Назначение

Гидрострелка для отопления является неизменным элементом систем, которые имеют принудительную циркуляцию носителя тепла и насосы, которые установлены на гребенке для каждого пользователя.

Основная функция гидрострелки – это обеспечить экономичную и плавную работу котла.

Все перепады давления и расхода носителя тепла благодаря гидрострелке устраняются. Так, обеспечивается скорое реагирование основного отопительного оборудования на изменения показателей расхода и температурного режима.

При помощи такого устройства, как гидравлическая стрелка для отопления, можно запросто избавиться от опасного явления – «термоклина» (горячая подача и холодный обратный ход), которое очень пагубно влияет на целостность котла, особенно – из чугуна.

Принцип функционирования

Гидрострелка для отопления в разрезе представляет собой отрезок полой трубы с квадратным сечением. Работает такое устройство очень просто. Воздух сепарируется и устраняется автоматическим отводчиком воздуха. Отопительная система разбивается на 2 разных контура – большой и малый. Малый контур представляет собой котел/гидрострелку, а большой – котел/гидрострелку/потребитель.

Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

Схема работы гидравлической стрелки

Когда отопительный котел обеспечивает количество носителя тепла, которое равно его потреблению, то в гидрострелке жидкость идет только горизонтально. Если это равновесие нарушается, то носитель тепла идет в малый контур, после чего увеличивается температура перед котлом. Котел на такие изменения реагирует отключением, а носитель тепла продолжает двигаться до того момента, пока температура понизится до определенного значения. Затем котел опять включается. Таким образом, гидроразделитель в системе отопления обеспечивает баланс контуров котла и котельной, при этом гарантируя независимую работу каждого отдельного контура.

Определение размеров и подбор гидрострелки

Единственным размером для определения при выборе гидравлической стрелки для отопления является диаметр стрелки (диаметр подводящих патрубков). Устройство подбирается на основе максимально возможного потока воды в системе (м 3 /час) и обеспечения минимума скорости воды в гидрострелке и подводящих патрубках.

Заметим, что рекомендуемая наибольшая скорость хода воды через поперечное сечение гидрострелки равняется около 0.2 м/сек.

Расчет гидрострелки для отопления использует следующие величины:

  1. D – диаметр гидрострелки, мм;
  2. d – диаметр подводящих патрубков, мм;
  3. G – макс. проток воды через стрелку, м 3 /час;
  4. w – макс. скорость хода воды через поперечное сечение гидроразделителя, м/сек (ориентировочно 0,2 метра в секунду);
  5. с – теплоемкость носителя тепла;
  6. P – макс. мощность устанавливаемого котла, кВт;
  7. ΔT – задаваемая разность температур между подаванием и возвращением системы отопления, °С (= примерно 10°С).

На основе данных величин приведем несколько формул:

  1. Зависимость диаметра гидрострелки от макс. протока воды в системе:Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелокили

Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

  • Зависимость диаметра гидрострелки от максимальной мощности котла.
  • Если вы еще не выбрали насосы, то примерно оценить размеры гидрострелки можно еще и по максимальной мощности котельного оборудования. Нужно задать разность температур между подаванием и возвращением отопительной системы примерно на 10 градусов.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Преимущества гидрострелки

    Гидравлический разделитель в системе отопления – это эффективное устройство, результаты работы которого обладают рядом достоинств:

    • Отпадает проблема при нахождении параметров насоса отопления во вторичном контуре и исполнительного элемента;
    • Нет определенного гидравлического взаимовлияния контура котла и контуров отопления;
    • Генераторы тепла и потребители тепла нагружаются только собственными объемными потоками воды;
    • Исполнительные компоненты со стороны контура отопления такого устройства, как гидравлический распределитель для отопления, функционируют оптимально (при верном определении параметров);
    • Есть места подключения для расширительного бака и быстродействующего отводчика воздуха;
    • Есть возможность подключать разнообразные компоненты дополнительного оснащения.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Принципиальная схема подключения гидравлической стрелки к контурам отопления

    Если вы хотите создать в доме комфортную температуру при минимальных расходах на энергоносители, то самым лучшим решением будет оборудование теплогенераторной на основе гидравлической стрелки.

    Заметим, что экономический эффект, если сравнивать с традиционными отопительными системами, очень даже ощутим: если система на базе гидрораспределителя спроектирована верно, то вы сэкономите на газе 25%, а на электрической энергии – 50% (при отоплении на газу).

    Готовые гидравлические разделители

    В настоящее время очень часто можно встретить применение пользователями уже готовых гидравлических стрелок, которые представлены в продаже. Так, стрелка выбирается по каталогу в зависимости от того, какая у вас будет мощность (кВт) и максимальный ход воды (литров в час).

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Готовые гидравлические разделители

    Одно из устройств, которое может значительно улучшить работу системы отопления, а при мощности котлов более 35 кВт является обязательным к установке, — гидравлическая стрелка. Другие названия этого оборудования «гидравлический разделитель». Многие монтажные и проектные фирмы часто забывают о его применении. И напрасно. Ведь только с установкой гидравлической стрелки можно добиться стабильной работы отопительной системы с несколькими насосами.

    Суть проблемы

    В современных системах отопления теплоноситель циркулирует принудительно. Насос прокачивает его через теплообменник котла откуда по подающим трубопроводам он перемещается к отопительным приборам, отдает тепло и по обратке возвращается назад. Если отапливаемая площадь небольшая, циркуляционный насос один и его производительности достаточно для стабильной подачи теплоносителя, никаких проблем не возникает. Другое дело, если система состоит из нескольких отопительных контуров (зон) на каждом из которых установлен отдельный циркуляционный насос. В этом случае возникает ряд проблем

    возникновение паразитных течений и, как следствие, ненужный прогрев радиаторов отопления сложности в подборе оборудования и гидравлической балансировке системы

    Конструкция и принцип работы гидравлической стрелки

    Гидравлический разделитель устроен достаточно просто и представляет собой трубу с четырьмя патрубками и дополнительными присоединениями для воздухоотводчика, слива грязи, контрольных приборов и т. п. Два патрубка предназначены для входа/выхода теплоносителя котлового контура, вторые два для отопительного. Гидравлические стрелки известных производителей, типа AFRISO, DANFOSS, GIACOMINI, TIEMME, MEIBES и других комплектуются теплоизоляцией, хотя это и не обязательно. Диаметр гидравлической стрелки и размещение патрубков специально рассчитывается и зависит от мощности котла и требуемого протока.

    Главная задача гидравлической стрелки — разделение котлового и отопительного контуров. Как видно на рисунке ниже, в системе отопления без гидравлической стрелки давление между Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок подающим и возвратным коллекторами меняется в зависимости от количества работающих насосов. В то время, как с гидравлическим разделителем давление практически постоянно равно нулю независимо от работы насосного оборудования. Его значение определяется гидравлическим сопротивлением стрелки и является очень малой (до 0,5 м.вод.ст.), постоянной величиной. В такой схеме, котловой и отопительный контуры работают независимо, а циркуляционные насосы отдельных отопительных зон, независимо от того какие из них в работе, не оказывают негативного влияния на общую функциональность системы. Проще говоря, каждый насос обслуживает только свой контур и не «продавливает» теплоноситель на другие.

    Подбор и расчет гидравлической стрелки

    Гидравлический разделитель может работать в нескольких режимах. Наиболее распространенный, соответствующий традиционной отопительной системе, когда выходная Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелоктемпература первичного (котлового) контура равна входной температуре вторичного (отопительного) контура. При этом суммарная производительность циркуляционных насосов отопительных контуров должна быть не выше производительности котлового насоса. Использование гидравлической стрелки в таком варианте не оказывает влияния на расчет системы отопления. Радиаторы, конвекторы, теплый пол рассчитываются традиционным способом по температуре теплоносителя от котла, без учета корректировок на работу гидравлического разделителя.

    Для самостоятельного изготовления или заказа гидравлической стрелки потребуется определить единственный размер — диаметр входного/выходного патрубка (d). Конструкцию гидравлических разделителей по методу трех диаметров и чередующихся патрубков можно посмотреть на рисунке ниже.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Основные параметры, которые влияют на расчет гидравлической стрелки это максимальная скорость движения теплоносителя через поперечное сечение и максимального протока в системе отопления. Максимальную скорость движения через сечение гидравлической стрелки рекомендуется принимать 0,2 м/сек.

    Расчет диаметра гидравлического разделителя, опустив предварительные математические выкладки, можно выполнить двумя способами:

    По максимальному протоку теплоносителя в отопительной системе

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    D — диаметр гидравлической стрелки, мм

    G — максимальный проток через разделитель, куб. м./час

    w — максимальная скорость движения теплоносителя через сечение гидравлической стрелки, рекомендуется 0,2 м/сек

    По максимальной мощности котельного оборудования при разнице температур подачи и обратки 10 град. С

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    D — диаметр гидравлической стрелки, мм

    P — максимальная мощность отопительного котла/котлов, кВт

    ∆T — разница температур подающего и возвратного теплоносителя, град. С

    Например, если мощность котла 50 кВт и система рассчитана под радиаторный обогрев с режимом 75/65 (∆T=10град. С.), то диаметр гидравлической стрелки будет равен

    Гидрострелка предназначена для регулировки давлений и температур в системе отопления между котловым контуром и контуром потребителя. В свою очередь, контур потребителя может быть разделен на несколько контуров: бойлер ГВС, радиаторы отопления, теплый пол и другие

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Гидрострелка (гидравлическая стрелка, гидравлический разделитель) является каналом между контуром котла и контуром системы отопления, и способствует уменьшению инерционности системы (зависимости контуров друг от друга) по температурному режиму, по расходу теплоносителя и по давлению.

    При грамотном расчете гидрострелки все элементы системы отопления работают согласованно, что приводит к увеличению КПД котла и насосов, вследствие чего увеличивается энергоэффективность и снижаются расходы на топливо и электроэнергию. При расчете гидрострелки требуется правильно распределить потоки теплоносителя и выбрать скорость его течения в патрубках и корпусе гидравлического разделителя.

    Гидрострелка изготавливается в виде вертикальной или горизонтальной емкости с патрубками и внутренними элементами. Количество патрубков зависит от числа контуров системы и может иметь четыре и более. Расположение патрубков гидрострелки определяется расчетом. Изготавливаются они с резьбовым (для малых систем) или фланцевым присоединением к контурам системы отопления.

    Помимо указанных выше функций, гидравлическая стрелка конструктивно может быть изготовлена со следующими дополнительными функциями. деэрация, фильтрация, магнитная обработка воды.

    Деаэрация — улавливание и отведение растворенных в воде газов, образовавшихся в результате нагрева воды.

    Фильтрация — улавливаение и отведение шлама, отложений или иных инородных включений из воды.

    Магнитная обработка воды — улавливает частицы металла, окалины из воды, обрабатывет воду магнитным полем.

    Наличие данных функций в гидрострелке позволяет избежать дополнительных расходов на закупку воздухосборников. грязевиков и шламоотводителей. Корпус гидрострелки желательно изолировать, для избежания тепловых потерь.

    В данной статье хотелось бы осветить такой неотъемлемый элемент современной котельной как гидравлическая стрелка или гидравлический разделитель.

    Можно с уверенностью сказать, что необходимость применения этого оборудования вытекла из практики эксплуатации котельных.

    Традиционная система подключения отопительных котлов к отопительным системам имела ряд серьезных недостатков:

    1. Система отопления не работает в оптимальных условиях и расчетных параметрах
    2. При необходимости произвести регулировку, происходит разбалансировка всей системы
    3. Сложность подбора насосов
    4. Внутри котла могут происходит сильные тепловые колебания, что отрицательно сказывается на работе котла и сокращает срок службы оборудования.
    5. Насосы могут выйти из строя (влияние дополнительных контуров может заставить насосы работать в неоптимальном или нештатном режиме

    Устранить все вышеперечисленные недостатки помогает гидравлическая стрелка

    Зачем нужна гидрострелка?

    Если вы обладатель небольшой системы отопления может сложится впечатление, что этот элемент системы не для вас. Однако, если вы обладаете чугунным котлом, гидравлическая стрелка может защитить теплообменник от тепловых ударов.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    В приведенном выше рисунке указанно несколько контуров. Каждый из приведенных контуров имеет свои тепловые режимы. Сложность такой схемы заключается в том, что при желании подключить других потребителей возникает разбалансировка системы, и задача подобрать котловые и зональные насосы усложняется. При такой схеме различие в температурах подающей и обратной линии может достигать больших значений.

    Отличным решением для устранения всех вредных факторов применяется гидравлическая стрелка.

    С применением гидрострелки схема приобретает следующий вид.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Принцип действия гидравлической стрелки

    Из рисунка легко заметить, что основной функцией гидрострелки является отделения первичного (котлового) контура от вторичного, при этом изменение давления во вторичном контуре, практически не влияет на первичный контур.

    Также, как было указанно раньше, применение гидрострелки просто необходимо при использовании чугунных котлов, так как при запуске котла нагрев теплообменника происходит значительно быстрее, чем любого из контуров отопления. Вследствие этого может произойти тепловой перепад, что может привести к образованию трещины в теплообменнике.

    Применение гидрострелки, позволяет уменьшить контур отопления котла и обеспечить разницу температур в подающем и обратном трубопроводе не выше 45 гр.С.

    Внутри гидравлического разделителя может происходить перемешивание входящей и возвратной воды и он может работать в трех режимах.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Определение размеров гидравлической стрелки

    Единственный размер, который необходимо определить при подборе разделителя – это диаметр разделителя (или диаметр подводящих патрубков). Гидравлический разделитель подбирается, исходя из максимально возможного протока воды в системе (куб. м/час) и обеспечения минимальной скорости воды в разделителе и в подводящих патрубках. Рекомендуемая максимальная скорость движения воды через поперечное сечение гидравлического разделителя составляет примерно 0,2 м/сек.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Размеры гидравлического разделителя

    Используемые математические обозначения:

    D – диаметр гидравлического разделителя, мм;

    d – диаметр подводящих патрубков, мм;

    G – максимальный проток воды через разделитель, куб. м/час;

    w – максимальная скорость движения воды через поперечное сечение гидравлического разделителя, м/сек (ориентировочное значение составляет примерно 0,2 м/сек);

    с – теплоемкость теплоносителя, в данном примере – теплоемкость воды (константа);

    P – максимальная мощность устанавливаемого котельного оборудования, кВт;

    ?T — задаваемая разность температур между подачей и возвратом системы отопления, °С (принимаем равной примерно 10°С).

    Опуская несложные математические выкладки, получаем следующие формулы:

    1. 1)Зависимость диаметра гидравлического разделителя от максимального протока воды в систем

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Пример. Согласно схеме на рисунке 2 после подбора насосов получились следующие значения для максимальных режимов. В котельном контуре расход воды через каждый из котлов составил 3,2 куб. м /час. Итоговый расход воды в котельном контуре составляет:

    3,2+3,2=6,4 куб. м/час.

    В отопительном контуре имеем:

    — первая зона системы отопления – 1,9 куб. м/час;

    — вторая зона системы отопления – 1,8 куб. м/час;

    — низкотемпературная зона – 1,4 куб. м /час;

    — бойлер ГВС – 2,3 куб. м/час.

    Итоговый расход воды через отопительный контур в пиковом режиме составляет:

    1,9+1,8+1,4+2,3=7,6 куб. м/час.

    Пиковый расход воды в отопительном контуре выше расхода воды в котловом контуре, поэтому размеры гидравлического разделителя определяем по расходу в отопительном контуре.

    Ориентировочный диаметр разделителя получился равным 116 мм.

    2) Зависимость диаметра гидравлического разделителя от максимальной мощности устанавливаемого котельного оборудования.

    Если насосы еще не подобраны, то примерно оценить размеры гидравлического разделителя можно по максимальной мощности устанавливаемого котельного оборудования, задав разность температур между подачей и возвратом системы отопления равной примерно 10°С.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Пример. Согласно схеме на рисунке 2 будут использоваться два котла с максимальной мощностью каждого – 49 кВт.

    Описание принципа работы, назначения и расчёта гидрострелок

    Ориентировочный диаметр разделителя получился равным 121 мм.

    Для чего предназначена гидрострелка системы отопления?

    Понять предназначение гидравлического разделителя будет намного легче, если рассмотреть работу автономной системы отопления здания, начиная с простейших схем и постепенно усложняя их.

    • Итак, самая простая по схеме система отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя.

    Безусловно, данное изображение, да и последующие схемы, приводятся со значительным упрощением – не показаны некоторые важные элементы системы отопления (например, расширительный бак), которые не принципиальны именно для рассмотрения предназначения гидравлического разделителя.

    К – котел отопления;

    Р – радиаторы отопления или другие приборы высокотемпературного теплообмена (конвекторы). Показаны в единственном числе, «собирательно» — на деле, конечно, их количество может быть различным. В данном случае важно, что они все размещены на одном замкнутом контуре.

    Н – насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя по общему контуру отопления.

    Правильный подбор циркуляционного насоса, учитывающий необходимую тепловую мощность системы отопления, длину контуров и особенности приборов теплообмена, позволяет обеспечить стабильную, сбалансированную работу всей схемы безо всяких дополнительных узлов.

    (Надо сразу отметить, что в ряде случаев даже в такой простой схеме также требуется установка гидрострелки – об этом тоже будет рассказано ниже по тексту).

    gis3Как правильно подобрать циркуляционный насос для системы отопления?

    Система с принудительной циркуляцией всегда выгодно отличается своей гибкостью в плане регулировок режимов работы, в вопросах экономичности и эффективности функционирования. Главное – правильно подобрать циркуляционный насос по его техническим характеристикам. Об этом подробнее – в специальной статье портала.

    • Показанная выше схема отопления хороша для небольшого дома. Но если здание большое, да еще и имеет два или более уровней, то сложность системы значительно возрастает.

    В таких случаях обычно применяют коллекторную схему подключения различных контуров. К общему коллектору (Кл) могут подключаться:

    Р – те же высокотемпературные контуры с радиаторами причем таких контуров может быть и несколько, различной протяжённости, разветвленности и с разным количеством приборов теплообмена.

    СТП – системы водяных «теплых полов». А здесь уже – совершенно иные требования по уровню температур теплоносителя, то есть необходимо качественное регулирование с обеспечением подмеса из «обратки». Протяженность уложенных труб «тёплого пола» может многократно превосходить длину высокотемпературных контуров, то есть уровень гидравлического сопротивления также будет значительно выше.

    Бгвс – этой аббревиатурой отмечен бойлер косвенного нагрева, который обеспечивает работу автономной системы горячего водоснабжения. И вновь – совершенно иные требования к обеспечению циркуляции через него теплоносителя. Кроме того, управление нагревом воды в бойлере чаще всего производится именно включением и отключением этой циркуляции.

    Даже у неопытного в подобных вопросах читателя должно возникнуть закономерное сомнение – а сможет ли со всей этой разносторонней системой справиться единственный насос? По всей видимости – нет. Даже если приобрести модель повышенной производительности, проблема не решится. Кроме того, это негативно скажется и на работе котла – завышать параметры допустимого расхода и давления, заложенные производителем – это значит снижать долговечность дорогостоящего оборудования.

    Кроме того, каждый из подключенный контуров отличается еще и своей собственной производительностью и необходимым напором. То есть согласованности в одновременном функционировании – не будет.

    Казалось бы — выход очевиден – снабдить каждый из контуров «персональным» циркуляционным насосом, который  по своим характеристикам отвечал бы специфическим требованиям конкретного участка системы.

    Но, оказывается, такая мера вовсе не решает вопроса. Даже наоборот – различия в параметрах отдельных контуров еще более усугубляют разбалансированность подобной схемы, и немалые проблемы могут возникнуть уже в иных проявлениях.

    Чтобы все контуры работали корректно, требуется точнейшая согласованность всех установленных циркуляционных насосов. А этого достичь невозможно хотя бы из тех соображения, что в подобных системах с количественным и качественным регулированием уровня нагрева текущая производительность и напор – величины переменные.

    Например, в работе системы наблюдается определенная стабильность. Но в какой-то момент на одном из контуров теплого пола достигнут максимальный нагрев. Отрегулированный термостатический клапан перекрывает до минимума или даже полностью закрывает поступление теплоносителя извне, из коллектора, а циркуляция осуществляете по замкнутому кругу. Другой похожий пример – из системы горячего водоснабжения произведен забор разогретой воды, вместо нее в емкость поступила холодная, и насос этого контура автоматически запущен, чтобы восполнить падение температуры в бойлере.

    Любая из этих или подобных им ситуаций обязательно приведет к взаимному влиянию на другие контуры. Это может выражаться в скачках напора, в появлении «паразитных» потоков, в превышении допустимых температур на «тёплых полах», в полном запирании отдельных контуров и т.п. Варианты могут быть разные, но однозначно – негативные. В любом случае система становится малоуправляемой.

    Насос, стоящий в обвязке котла (Нк), на котором в первую очередь будет сказываться вся эта «раздерганность» системы, вряд ли прослужит долго. А что еще хуже – подобные скачки будут вызывать абсолютно не нужные частые циклы запуска и остановки самого котла, что значительно снизит его эксплуатационный ресурс, заложенный производителем.

    • Коллектор выполняет роль разделителя гидравлических систем каждого из контуров системы. А если еще «предоставить автономию» и контуру котла? То есть прийти к такому положению, при котором котел создавал необходимый объем разогретого теплоносителя, но каждый из контуров мог бы забирать ровно столько, сколько требуется в текущий момент.

    Это – вполне выполнимая задача, если выделить из общей схемы «малый» котловой контур. Именно такую функцию и выполняет гидравлический разделитель, который именуется по-другому гидрострелкой (на схеме – ГС). Такое название, по всей видимости, за ней закрепилось по аналогии с железнодорожными стрелками – она способна осуществлять перенаправление потоков теплоносителя в нужный в настоящий момент направлении.

    Устройство обычного гидравлического разделителя – чрезвычайно простое. Это небольшой резервуар круглого или прямоугольного сечения, заглушенный с торцов, в который врезаны пары патрубков – для подключения к котлу и отдельно – к коллектору (или непосредственно к контуру отопления).

    По сути, образуется два (или больше) совершенно независимых контуров. Да, они взаимосвязаны по теплопередаче, но вот циркуляция в каждом из них поддерживается своя, оптимально подходящая для конкретных условий в текущий момент времени. То есть и расход (назовём его условно Q) теплоносителя, и создаваемый напор (N) – в каждом из разделенных контуров — свои.

    Как правило, показатели производительности в контуре котла стабильны (Qк) – циркуляционный насос работает в заданном оптимальном режиме, наиболее «щадящем» для котельного оборудования. Сечение самого разделителя обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление в «малом» контуре, что делает циркуляцию в нем совершенно независимой от тех процессов, которые происходят в данный момент в других отделах системы отопления. Такой режим работы котла, без скачков давления, без многократных частых циклов пуска и остановки – это залог его многолетней безаварийной эксплуатации.

    Как функционирует гидрострелка в системе отопления?

    Три основных режима работы гидравлического разделителя

    Если не принимать в расчет различные промежуточные варианты, схему действия гидрострелки можно исчерпывающе описать тремя основными режимами ее работы:

    • Режим первый

    Система практически находится в равновесии. Расход «малого» котлового контура практически не отличается от суммарного значения расходов всех контуров, подключенных к коллектору или непосредственно к гидрострелке (Qк = ).

    Теплоноситель не задерживается в гидрострелке, а проходит сквозь нее по горизонтали, практически не создавая вертикального перемещения.

    Температура теплоносителя на патрубках подачи (Т1 и Т2) – одинакова. Естественно, такая же ситуация и на патрубках, подключенных к «обратке» (Т3 и Т4).

    В таком режиме гидрострелка, по сути, не оказывает никакого влияния на функционирование системы. Но подобное равновесное положение – крайне редкое явление, которое может замечаться лишь эпизодически, так как исходные параметры системы всегда имеют тенденцию к динамическому изменению – на этом основана вся система ее термостатического регулирования.

    • Режим второй

    В текущий момент сложилось так, что суммарный расход на контурах отопления превышает расход в контуре котла (Qк < ).

    Вполне нормальная, достаточно часто встречающаяся на практике ситуация, когда все подключённые к коллектору контуры именно в этот момент требуют максимального расхода теплоносителя. Обыденными словами – сиюминутный спрос на теплоноситель превысил то, что может выдать контур котла. Система при этом не остановится и не разбалансируется. Просто в гидрострелке сам по себе сформируется восходящий по вертикали поток от патрубка «обратки» коллектора к патрубку подачи. Одновременно к этому потоку в верхней области гидравлического разделителя будет производиться подмес горячего теплоносителя, циркулирующего по «малому» контуру. Температурный баланс: Т1 > Т2, Т3 = Т4.

    • Режим третий

    Этот режим функционирования гидравлического разделителя является, по сути, основным – в грамотно спланированной и правильно смонтированной системе отопления именно он и станет превалирующим.

    Расход теплоносителя в «малом» контуре превышает аналогичный суммарный показатель на коллекторе, или, иными словами, «спрос» на необходимый объем стал ниже «предложения». (Qк > Qo).

    Причин тому может быть немало:

    — Аппаратура термостатического регулирования на контурах снизила или даже временно прекратила поступление теплоносителя из коллектора подачи на приборы теплообмена.

    — Температура в бойлере косвенного нагрева достигла максимальной, а забора горячей воды давно не было – циркуляция через бойлер прекращена.

    — Отключены на какое-то время или на длительный период отдельные радиаторы или даже контуры (необходимость профилактики или ремонта, нет нужды отапливать временно неиспользуемые помещения и иные причины).

    — Система отопления вводится в действие ступенчато, с постепенным включением отдельных контуров.

    Ни одна из перечисленных причин никак негативно не скажется на общей функциональности системы отопления. Излишек объема теплоносителя  вертикальным нисходящим потоком просто будет уходить в «обратку» малого контура. По сути, котел станет обеспечивать несколько избыточный объем, а каждый из контуров, подключенных к коллектору или напрямую к гидрострелке, будет забирать ровно столько, сколько требуется в настоящий момент.

    Температурный баланс при таком режиме работы: Т1 = Т2, Т3 > Т4.

    Дополнительные возможности гидрострелки

    Помимо упомянутых выше режимов работы, гидрострелка способна выполнять еще несколько полезных функций.

    • После входа в основной цилиндр гидравлического разделителя, за счет резкого увеличения объема, скорость потока падает. Это способствует оседанию нерастворимых взвесей, которые могут появиться в теплоносителе за время его перемещения по трубам и радиаторам. Снизу гидрострелки нередко монтируется кран, чтобы периодически сливать из системы скопившийся осадок.
    • Та же причина – резкое снижение скорости потока, дает возможность еще и отделить от жидкости газовые пузырьки. Понятно, что в системе обычно предусматриваются воздухоотводчики в группе безопасности и краны Маевского на радиаторах, но лишний сепаратор – никогда не повредит, особенно на выходе из котла, где газообразование при высокотемпературном нагреве полностью исключить нельзя.

    Производители отопительного оборудования при изготовлении гидравлических разделителей даже предусматривают специальные сеточки внутри основного цилиндра – так сепарация проходит более качественно. Ну а сверху гидрострелки в таком случае устанавливается автоматический воздухоотводчик.

    • В начале статьи говорилось, что даже в простейшей системе отопления гидрострелка может сыграть полезную роль. Это касается систем, оснащенных котлами с чугунным теплообменником.

    При всех достоинствах чугуна, есть у этого металла «ахиллесова пята»: в силу своей хрупкости не любит он ни механических, ни термических ударов. Резкий перепад температуры, когда на входе в теплообменник – холодная вода, а в области воздействия пламени показатели во много раз выше, может привести с появлению трещин. Значит, этот критический период «разгона» следует свести к минимуму.

    В этом и оказывает помощь гидравлический разделитель. Нагрев небольшого объема в «малом» контуре при запуске системы – много времени не займет. На у затем можно последовательно открывать циркуляцию и в остальных конурах теплообмена.

    Интересно, что некоторые производители котельного оборудования с чугунными теплообменниками прямо оговаривают этот вопрос в инструкции по эксплуатации. Подключение такого котла напрямую к коллектору вполне может повлечь за собой отказ от выполнения производителем своих гарантийных обязательств.

    Основные параметры гидравлического разделителя

    Итак, мы увидели, что принципиальная конструкция гидравлического разделителя – чрезвычайно проста. Правда, речь велась и будет в основном вестись далее о «классической» компоновке этого элемента системы – вертикальный цилиндр в боковыми патрубками. Дело в том, что в ассортименте магазинов и мастеров-умельцев нередко встречаются и более сложные модели, например, сразу объединенные с коллектором. Правда, это никак не меняет ни принципа работы, ни основных размерных пропорций разделителя.

    Несмотря на простоту устройства, параметры гидравлического разделителя все равно должны отвечать определенным требованиям. И если мастеровитый хозяин дома, имеющий неплохие слесарные и сварочные навыки, соберется самостоятельно изготавливать гидрострелку, ему следует знать, от чего отталкиваться.

    Внимание! Все указанные ниже диаметры труб – это диаметры не внешние, а внутренние, то есть условного прохода!

    • «Классическая» компоновка обычной гидрострелки базируется на «правиле трех диаметров». То есть диаметр патрубков – втрое меньше диаметра главного цилиндра разделителя. Патрубки располагаются диаметрально противоположно, а их размещение по высоте гидрострелки также привязано к базовому диаметру. Понятнее это показано на схеме ниже:
    • Практикуется и некоторое изменение расположения патрубков – своеобразной «лесенкой». В этом случае схема приобретает следующий вид:

    Это изменение направлено в основном на более эффективное удаление газа и нерастворимого осадка. При движении по трубе подачи небольшое изменение направления потока теплоносителя зигзагообразно вниз способствует более качественному удалению пузырьков газа. На обратном потоке, наоборот, ступенька вверх, и это облегчает удаление твердых включений. А кроме того, такое расположение способствует лучшему смешению потоков.

    А откуда взялись эти пропорции? Они выбраны с тем расчётом, чтобы обеспечить скорость вертикального потока (восходящего или нисходящего) в диапазоне от 0,1 до 0,2 метров в секунду. Превышать этот порог – нельзя.

    Чем меньше скорость вертикального потока – тем эффективнее будет сепарация воздуха и шлама. Но это даже не главная причина. Чем медленнее перемещение – тем качественнее, полноценнее происходит смешивание потоков с разной температурой. В итоге по высоте гидрострелки образуется температурный градиент, что тоже можно «поставить на службу».

    • Если система отопления включает контуры с разным температурным режимом, то есть смысл применить даже гидрострелку, которая станет выполнять роль коллектора, причем на разных парах патрубков будет свой температурный напор. Это значительно снизит нагрузку на термостатические устройства, сделает всю систему более управляемой, эффективной и экономичной.

    Для любителей самостоятельного изготовления – ниже расположена рекомендуемая схема сборки подобной гидрострелки с тремя разнотемпературными выходами на контуры отопления. Чем ближе пара патрубков к центру, тем меньше температурный напор в трубе подачи, и тем меньше разница температур в подаче и обратке. Например, для радиаторов оптимальный режим – 75 градусов в подаче с разницей Δt = 20 ºС, а для теплых полов будет достаточно 40÷45 с Δt = 5 ºС.

    • Если просматривать публикации про системы отопления, то можно заметить, что используются и гидравлические разделители горизонтального расположения. В таких вариантах, конечно, уже и речи не идет о сепарации воздуха или шлама. А расположение патрубков может существенно отличаться – для эффективной конвекции теплоносителя часто применяются схемы даже во встречным направлением потоков «малого» и отопительного контура. Несколько подобных примеров приведено на иллюстрации:

    При желании можно изготовить и такой гидравлический разделитель, например, из соображений более компактного размещения оборудования в котельной. Встречное направление потоков, кстати, дает возможность несколько уменьшить диаметр труб. Но при этом должны соблюдаться некоторые требования к конструкции:

    — Между патрубками одного контура (неважно, какого), должно соблюдаться расстояние не менее 4d.

    — При применении первого правила следует иметь в виду то, что если входные патрубки имеют диаметр менее 50 мм (а так случается очень часто), то в любом случае расстояние не должно быть менее 200 мм.

    Завершая рассмотрение вопроса конструкции гидравлической стрелки, можно добавить следующее. Домашние умельцы зачастую изготавливают такие устройства даже из полипропиленовых труб. При этом они отступают от «канонов» компоновки, и выполняют разделитель, например, в форме решетки. При таком подходе вполне можно изготовить гидрострелку и из труб диаметром в 32 мм. Правда, по части качества смешения подобная конструкция будет уступать однокорпусной.

    Можно встретить и совсем «экзотические» конструкции. Так, один из мастеров в качестве гидрострелки установил две секции обычного чугунного радиатора отопления. Нет слов – с задачей гидравлического разделения потока такое устройство вполне справится. Но подобный подход потребует еще и очень надежной термоизоляции устройства, иначе на нем проявятся совершенно непродуктивные теплопотери.

    Расчет параметров «классической» гидрострелки

    Предложенные выше схемы – это замечательно. Но вот как точно определиться с конкретными значениями этих самых D и d?

    Предлагаем два варианта расчета. Первый базируется на мощности системы отопления. Второй – на производительности циркуляционных насосов, установленных в контуре котла и во всех контурах теплообмена.

    Не станем утомлять заинтересованного читателя чередой формул. Лучше предложить ему воспользоваться возможностями размещённых ниже онлайн-калькуляторов, которые произведут необходимые расчеты быстро и точно. Результат будет показан в миллиметрах – рекомендуемые минимальные внутренние диаметры труб для изготовления самой гидрострелки и патрубков подключения контуров. Далее – в соответствии с предложенными выше в публикации схемами останется определиться с остальными размерами.

    Калькулятор расчета параметров гидравлического разделителя на основании мощности котла

    В полях ввода данных необходимо указать:

    • Скорость вертикального перемещения потока.
    • Максимальную расчетную мощность системы отопления.
    • Температурный режим работы «малого» контура, то есть уровень температур в подаче и «обратке» непосредственно около котла отопления.

    Калькулятор расчета параметров гидравлического разделителя на основании производительности циркуляционных насосов

    Исходными данными являются:

    • Желательная скорость вертикального перемещения потока в гидрострелке.
    • Производительность всех насосов, которые обеспечивают работу «больших» контуров отопления горячего водоснабжения, подключённых к гидравлическому разделителю.
    • Производительность насоса «малого» контура, то есть обеспечивающего работу котла. Если в системе устанавливаются два котла, и предполагается, что они могут подключаться одновременно, то необходимо указать производительность обоих насосов. Если же спаренная работа не планируется, то указывается наиболее производительный насос.

    Обратите внимание: у моделей циркуляционных насосов различных брендов могут указываться параметры производительности, выраженные или в кубометрах в час, или в литрах в минуту. Для удобства пользователя предусмотрена возможность выбора нужных единиц измерения. Но при этом они, естественно, должны быть едиными для всех насосов, участвующих в расчете.

    Краткие итоги

    Преимущества использования гидравлического разделителя

    В заключение статьи имеет смысл еще раз подчеркнуть те преимущества, которые дает установка в систему отопления несложного и недорогого устройства – гидравлического разделителя:

    • Выравнивается работа котла. Расход теплоносителя через его теплообменник – всегда стабилен, без скачков давления и температуры. Долговечность котла от этого только возрастает.
    • Система отопления с разноплановыми контурами становится легко управляемой – каждому контуру несложно задать индивидуальные параметры, и это никак не скажется на работе «соседей».
    • Если котел имеет чугунный теплообменник, то установка гидрострелки защитит его от резких «тепловых ударов», что в итоге увеличит срок эксплуатации дорогостоящего оборудования.
    • Не будет больших проблем с выбором насосов. Каждому контуру подбирается свой, исходя из имеющихся потребностей и без оглядки на другие контуры. А «дирижировать» всем этим «оркестром» станет гидравлический разделитель. Кроме того, отпадает необходимость приобретения циркуляционного насоса повышенной мощности для установки в контуре котла.
    • Немаловажными могут стать и дополнительные возможности по удалению скопившихся газов и очистке теплоносителя от нерастворимых загрязнений.

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.