Владельцам индивидуальных домов при организации знакомо понятие разбалансировки после присоединения контуров к котлу. Для выравнивания давления и уменьшения его на устанавливается гидрострелка. Принцип работы, назначение и расчеты мы разберем в сегодняшнем обзоре.
Гидравлический разделитель может быть круглой или прямоугольной формы. Принцип работы практически не отличается между собой. Прямоугольная форма выглядит лучше. Круглая — больше подойдет с точки зрения организации гидравлики. Но в основном, форма практически не влияет на организацию функционирования системы.
Дополнительно, в состав гидрострелки могут быть включены:
- фильтры;
- сепараторы воздуха с отведением воздушных масс;
- краны;
- с элементами терморегулирования, которые препятствуют попаданию холодной воды в обратку контура котла;
- дополнительная ;
- шламоуловитель;
- манометр.
Корпус гидравлического разделителя может быть выполнен из низкоуглеродистой, нержавеющей стали или меди. Выпускают также гидрострелку из полипропилена. Дополнительно ее обрабатывают специальными антикоррозийными составами и теплоизолируют при необходимости.
Это следует знать! Гидроразделители из полимера можно использовать для отопительной системы, которую обслуживает котельное оборудование мощностью 13-35 кВт. Их нельзя применять для оборудования, работающего на твердых видах топлива.
Особенности монтажа гидрострелки
Гидрострелку устанавливают за котлом, при наличии коллектора – перед ним. Патрубки подключают при помощи фланцев или резьб в следующем порядке: на одной стороне разделителя их подсоединяют к выходам в порядке 1, 2, 3, на противоположной стороне в зеркальном порядке 3, 2, 1. Это не догма, в зависимости от условий расположение трубной развязки может меняться.
Наиболее часто применяется вертикальный распределитель. Это наиболее удачное расположение для отсеивания водных потоков от взвесей. Если требуют условия, его расположить можно и горизонтально.
Для крепления небольших моделей могут использоваться кронштейны. Гидрострелки с большим весом размешают на полу или подставке, чтобы не перегружать систему трубопровода.
Заключение
Итак, теперь вы знаете, что это такое: гидравлическая стрелка. В подведении итогов, можно отметить основные ее достоинства. Она надежно защищает теплообменник из чугуна от тепловых и гидроударов, упрощается подбор насосного оборудования, все оборудование работает в штатном режиме. Система отопления сбалансирована, работа контуров не влияет друг на друга.
И напоследок посмотрите видеообзоры устройства, назначения и функционирования гидрострелки:
При создании автономной системы отопления одной из важнейших проблем всегда является тщательная балансировка ее работы. Необходимо добиться, чтобы все приборы и узлы действовали, так сказать, «в унисон», чтобы каждый из них в полной мере справлялся со своей специфической задачей, но вместе с тем своим функционированием не оказывал негативного влияния на другие. Задача эта выглядит весьма непростой, особенно в том случае, когда создается сложная, разветвленная система отопления, с множеством контуров конечного теплообмена.
Зачастую такие контуры имеет собственные схемы термостатического управления, свой температурный градиент, серьезно различаются и пропускной способностью, и необходимым уровнем напора теплоносителя. Как связать такое многообразие в единую систему, которая работала бы как единый «организм»? Оказывается, есть достаточно простое и очень эффективное решение. Это – гидравлический разделитель, или как его чаще называют – гидрострелка для систем отопления.
В настоящей публикации будет рассмотрено для чего необходима, как устроена и как работает гидрострелка, какие преимущества она дает. Для самых любознательных читателей приведена информация, позволяющая провести самостоятельный расчет гидрострелки.
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, ), 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).
Как 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 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.
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.
Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляют
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 = Qо ).
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 < Qо ).
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 .
Возможно, вас заинтересует информация о том, как выбрать
Цены на гидрострелку для систем отопления
гидрострелка для отопления
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.
Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляет в системе отопления
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.
Водяная система отопления – это агрегат, постоянно и эффективно обогревающий помещения и в маленькой квартире, и в спальном микрорайоне города.
Чтобы этот агрегат работал исправно с максимальным КПД , необходимо поддерживать в разных частях этой системы давление, температуру и скорость потока теплоносителя в оптимальных пределах.
Чем больше и сложнее эта система, тем сложнее поддерживать в ней баланс параметров. Задачу управления водяным отоплением помогает решить несложная деталь – гидрострелка .
Гидрострелкой называют вертикальный металлический сосуд
, установленный между котлом и остальной отопительной системой.
Эта деталь имеет множество синонимов : бутылка, гидроразделитель, гидрораспределитель, гидроколлектор и др.
Как правило, гидроразделитель соединен с системой четырьмя патрубками . С одной стороны к ним присоединяют прямой и обратный патрубки котла, а с другой – подающую и обратную трубу отопительной системы.
В больших домах с большим количеством радиаторов к гидрострелке вместо подающей и обратной трубы присоединяют подающий и обратный коллектор , с помощью которых происходит раздача и сбор потоков теплоносителя.
Через гидрораспределитель к отопительному агрегату иногда присоединяют несколько параллельно работающих котлов. В этом случае количество патрубков увеличивается .
Некоторые фирмы-производители отопительного оборудования обязательно включают в набор деталей для монтажа гидрораспределитель . Эта деталь входит не только в стандартные наборы для агрегатов определенной мощности, но и может быть рассчитана для отопительной системы по специальному заказу.
Принцип работы гидрострелки
При запуске, выходе на заданный режим и отключении обогрева в системе водяного отопления возможны различные аварийные ситуации
.
Одна из них называется тепловым ударом . После запуска котла теплоноситель нагревается и поступает в батареи.
Однако батареи заполнены холодным теплоносителем, который вытесняется из них и поступает в уже нагретый котел. Резкое и неравномерное охлаждение труб теплообменника котла приводит к их деформации .
Чугунные теплообменники обладают повышенной хрупкостью и особенно чувствительны к быстрому неравномерному нагреву. При запуске отопления без гидроразделителя они часто трескаются и выходят из строя.
Вероятность выхода из строя отопительного оборудования значительно возрастает, если:
- систему быстро запускают в начале сезона при низкой температуре или после остановки и срочного ремонта;
- по какой-либо причине отключаются насосы;
- часть контуров перекрыта.
Многоконтурный отопительный агрегат страдает одним существенным недостатком : в случае перекрытия части контуров давление и скорость потока в работающих контурах повышается, что может приводить к перегреву и повреждениям.
Важно: гидрострелка в многоконтурной системе отопления исключает резкие колебания давления и скорости потока, и, следовательно, негативное взаимовлияние контуров.
Кроме основной функции регуляции давления и скорости потока гидроразделитель собирает пузырьки воздуха и механические примеси, мигрирующие по трубам. Воздух удаляется из системы через клапан в верхней части, а шлам – через кран в нижней части гидрострелки.
Благодаря этой очистительной функции замедляется окисление металла в местах контакта с теплоносителем, что увеличивает срок службы и снижает вероятность поломки таких деталей:
- батарей;
- запорно-регулирующей арматуры (краны, задвижки, перепускные клапаны и др.);
- насосов;
- теплообменников.
Отопление в начале сезона начинают при температуре от +5 до +15°С
. После того, как завершится монтаж или ремонт и система наполнится теплоносителем, запускают котел и включают циркуляционный насос.
Нагретая примерно до +60°С жидкость поступает в батареи, а вместо нее в котел подается вода температурой около +10°С. Возникает опасность теплового удара и разрушения деталей котла.
Если между котлом и коллекторами смонтирована гидрострелка, часть потока горячего теплоносителя не отправляется в радиаторы, а смешивается с холодным и возвращается на подогрев. Таким образом, разность температур теплоносителя между подающим и обратным трубопроводами уменьшается и опасность разрушения котла ликвидируется.
После разогрева жидкости во всей системе основная ее часть поступает в радиаторы. Далее гидрораспределитель выполняет функцию очистителя воды от воздуха и шлама. Однако этими функциями роль гидрострелки не ограничивается.
Агрегат работает в разных режимах в зависимости от температуры воздуха на улице. Во время оттепели потребность в обогреве уменьшается. Термоголовки радиаторов уменьшают просвет или перекрывают поток теплоносителя полностью.
Гидравлическое сопротивление системы растет, поэтому основной поток теплоносителя направляется не в батареи, а через гидрострелку в котел. Автоматика котла отключает нагрев, а вода циркулирует через гидрораспределитель.
Когда температура в комнатах упадет ниже нормы , термоголовки открывают клапаны, пропуская поток в батареи, и автоматика снова включает нагрев.
Важно: гидрострелка постоянно принимает участие в перераспределении потоков и сглаживает разницу температур в отопительной системе.
Способы расчета
Для отопительной системы определенной мощности можно подобрать в магазине подходящий набор деталей. Гидрораспределитель входит в такой набор, и рассчитывать его параметры не нужно.
Но при самостоятельном монтаже нужно рассчитать размеры гидрострелки перед изготовлением, чтобы отопительный агрегат работал с максимальной эффективностью.
Существует два способа расчета :
- способ трех диаметров;
- способ чередующихся патрубков.
Первый способ реализован формулой :
где D – внутренний диаметр гидрострелки, мм;
d – внутренний диаметр патрубков, мм;
P – мощность котла в кВт;
с – теплоемкость воды (4183 Дж/кг · град);
W – скорость движения теплоносителя через поперечник гидрострелки (рекомендуется 0,2 м/с);
ΔT – разница температур между подачей и обраткой.
Как видим, диаметр гидроразделителя равен тройному диаметру любого из патрубков. Существует также зависимость между расходом насоса и диаметром подающего патрубка :
где D – диаметр подающего патрубка в мм;
Q – расход насоса в м³/с;
В систему водяного отопления для дома площадью 200 м² и более обязательно нужно включать гидрострелку. Агрегаты меньшей мощности, рассчитанные на меньшую площадь, можно снабжать этим прибором по желанию. В любом случае работа отопительной системы улучшается.
Гидрораспределитель можно купить в наборе. Для сложных и мощных систем приходится делать индивидуальный расчет этого прибора. Расчет делают по специальной программе.
Как работает гидравлический разделитель, смотрите на видео ниже:
Схему работы системы отопления с гидрострелкой, зачем она нужна и какие бывают, узнайте из видео:
Отопительные системы в современном их виде – это сложные сооружения, оснащённые разным оборудованием. Их эффективная работа сопровождается оптимальной балансировкой всех входящих в их состав элементов. Гидрострелка для отопления призвана обеспечивать баланс. С ее принципом действия стоит разобраться, согласны?
Мы расскажем о том, как работает гидравлический разделитель, какими преимуществами обладает оснащенный им отопительный контур. В представленной нами статье описаны правила установки и подключения. Приведены полезные рекомендации по эксплуатации.
Гидрострелку для отопления чаще называют гидравлическим разделителем. Отсюда становится понятным, что эта система предназначена для внедрения в схемы отопления.
В отоплении предполагается использование нескольких контуров, например, таких как:
- линии с группами радиаторов;
- система тёплого пола;
- горячее водоснабжение через бойлер.
При отсутствии гидрострелки для такой системы отопления придётся либо делать тщательно просчитанный проект каждого контура, либо оснащать каждый контур индивидуальным .
Но даже в этих случаях нет полной уверенности достижения оптимального баланса.
Примерно такой можно рассматривать классическую конструкцию гидравлических разделителей, сделанных на базе круглых или прямоугольных труб. Простое, но эффективное решение, кардинально меняющее состояние отопительной системы с участием котла
Между тем решается задача просто. Необходимо всего лишь применить гидравлический разделитель в схеме – гидрострелку. Таким образом, все входящие в систему контуры будут оптимально разделены без риска гидравлических потерь в каждом из них.
Гидрострелка – название «обиходное». Правильному наименованию соответствует определение – «гидравлический разделитель». С конструктивной точки зрения устройство выглядит куском обычной полой трубы (круглого, прямоугольного сечений).
Оба торцевых среза трубы заглушены металлическими блинами, а по разным сторонам корпуса имеются входные/выходные патрубки (по паре на каждой стороне).
Натуральный вид изделий – гидравлических стрелок, выполненных из трубы прямоугольного сечения и круглой. Оба варианта показывают высокую эффективность. Однако гидрострелки на базе круглых труб всё-таки рассматриваются более предпочтительным вариантом
Традиционно завершение монтажных работ по является началом следующего процесса – тестирования. Созданная конструкция сантехники заполняется водой (Т = 5 – 15°С), после чего запускается отопительный котёл.
До того момента, пока теплоноситель не прогрет до требуемой температуры (заданной программой котла), водяной поток «крутится» циркуляционным насосом первичного контура. Циркуляционные насосы второстепенных контуров не подключены. Теплоноситель направлен по гидрострелке от горячей стороны к холодной (Q1 > Q2).
При условии достижения заданной температуры, активируются второстепенные контуры системы отопления. Потоки теплоносителя основного и второстепенных контуров выравниваются. Гидрострелка в таких условиях функционирует только как фильтр и отводчик воздуха (Q1 = Q2).
Функциональная схема действия классической гидравлической стрелки для трёх разных режимов работы котла. Схема наглядно указывает распределение тепловых потоков для каждого отдельно взятого режима работы котельного оборудования
Если какая-то часть (например, контур теплых полов) отопительной системы достигает заданной точки прогрева, отбор теплоносителя второстепенным контуром временно прекращается. Циркуляционный насос отключается автоматикой, а поток воды направляется через гидрострелку от холодной стороны на горячую (Q1 < Q2).
Расчётные параметры гидрострелки
Главным опорным параметром для расчёта является скорость теплоносителя на участке вертикального движения внутри гидрострелки. Обычно рекомендуемое значение не более 0,1 м/сек, при любом из двух условий (Q1 = Q2 или Q1 < Q2).
Малая величина скорости обусловлена вполне разумными выводами. При такой скорости находящийся в составе водяного потока мусор (шлам, песок, известняк и т.п.) успевает оседать на дно трубы гидрострелки. К тому же за счёт низкой скорости успевает формироваться необходимый температурный напор.
Два конструктивных вида гидрострелок, на которые обычно проводятся расчёты: 1 – по трём диаметрам; 2 – по чередованию патрубков. Независимо от принятия той или иной методики, базовые параметры расчётов всегда типичные – расход теплоносителя по контурам и параметр скорости
Малая скорость передачи теплоносителя способствует лучшему отделению воздуха от воды для последующего вывода через воздухоотводчик гидравлической системы разделения. В общем, стандартный параметр выбран с учётом всех значимых факторов.
Для расчётов часто используется так называемая методика трёх диаметров и чередующихся патрубков. Здесь конечный расчётный параметр – значение диаметра разделителя.
Исходя из полученного значения, вычисляются все иные требуемые значения. Однако чтобы узнать размер диаметра гидроразделителя, нужны данные:
- по расходу на первом контуре (Q1);
- по расходу на второстепенном контуре (Q2);
- скорость вертикального тока воды по гидрострелке (V).
По сути, эти данные для расчёта всегда имеются.
К примеру, расход на первом контуре составляет 50 л/мин. (из технической характеристики насоса 1). Расход на втором контуре равен 100 л/мин. (из технической характеристики насоса 2). Значение диаметра гидрострелки вычисляется формулой:
Формула для расчёта диаметра трубы гидрострелки в зависимости от параметров расхода теплоносителя (расход по характеристикам насоса) и скорости вертикального протока
где: Q – разница расходов Q1 и Q2; V – скорость вертикального протока внутри стрелки (0,1 м/сек.), π – постоянная величина 3,14.
Между тем диаметр гидравлического разделителя (условный) допустимо выбирать, пользуясь таблицей примерных стандартных величин.
| Величина мощности котла, кВт | Входной патрубок, мм | Диаметр гидрострелки, мм |
| 70 | 32 | 100 |
| 40 | 25 | 80 |
| 25 | 20 | 65 |
| 15 | 15 | 50 |
Параметр высоты для устройства разделения тепловых потоков не критичен. Фактически высоту трубы можно брать любую, но с учётом уровней подвода входящих/исходящих трубопроводов.
Схемное решение по сдвигу патрубков
Классический вариант гидравлического разделителя предполагает создание патрубков симметрично расположенных относительно один другого. Однако практикуется также схемный вариант несколько иной конфигурации, где патрубки располагаются несимметрично. Что это даёт?
Схема изготовления гидравлического разделителя, в котором патрубки вторичного контура несколько смещены относительно патрубков первичного контура. По мнению изобретателей (и доказано практикой), этот вариант видится более продуктивным по фильтрации частиц и отделению воздуха
Как показывает практическое применение несимметричных схем, в этом случае происходит более эффективное отделение воздуха, а также достигается лучшая фильтрация (отстой) взвешенных частиц, присутствующих в теплоносителе.
Количество соединений на гидрострелке
Классическая схемотехника определяет подвод четырёх трубопроводов на конструкцию гидравлического разделителя. Отсюда неизбежно появляется вопрос о возможности увеличения числа входов/выходов. В принципе, такой конструктивный подход не исключается. Однако эффективность схемы снижается с увеличением числа подводов/отводов.
Рассмотрим возможный вариант с большим количеством патрубков в отличие от классики и сделаем анализ работы гидравлической разделительной системы для таких условий монтажа.
Схема разделителя многоканального распределения тепловых потоков. Этот вариант позволяет обслуживать более объёмные системы, но при условии возрастания количества патрубков более четырёх, эффективность системы в целом резко снижается
В данном случае тепловой поток Q1 полностью поглощается тепловым потоком Q2 для состояния системы, когда величина расхода для этих потоков фактически равноценна:
В том же состоянии системы тепловой поток Q3 по значению температуры приблизительно равен средним значениям Тср., протекающим по линиям обратки (Q6, Q7, Q8). В то же время отмечается незначительная разница температур в линиях с Q3 и Q4.
Если тепловой поток Q1 становится равным по тепловой составляющей Q2+Q3, отмечается распределение температурного напора в следующей зависимости:
Т1=Т2, Т4=Т5,
тогда как
Т3= Т1+Т5/2 .
Если же тепловой поток Q1 становится равным сумме тепла всех остальных потоков Q2, Q3, Q4, в таком состоянии уравниваются все четыре температурных напора (Т1=Т2=Т3=Т4).
Многоканальная разделительная система на четыре входа/четыре выхода, довольно часто применяемая на практике. Для обслуживания отопительных систем частного хозяйства такое решение вполне удовлетворяет по технологическим параметрам и стабилизации работы котла
При таком положении дел на многоканальных системах (более четырёх) отмечаются следующие факторы, оказывающие негативное влияние на работу устройства в целом:
- сокращается естественная конвекция внутри гидравлического разделителя;
- снижается эффект естественного смешивания подачи с обраткой;
- общая эффективность системы стремится к нулю.
Получается, что отход от классической схемы с увеличением числа отводных патрубков практически полностью нивелирует рабочее свойство, каким должна обладать гирострелка.
Гидравлический разделитель без фильтра
Конструкция стрелки, где исключается присутствие функций воздухоотделителя и фильтра-отстойника, тоже несколько отходит от принятого стандарта. Между тем на такой конструкции можно получить два потока с разными скоростями движения (динамически независимые контуры).
Нестандартное конструктивное решение изготовления гидрострелки. Отличается от классики тем, что здесь нет функций фильтрации и вывода воздуха. К тому же распределение тепловых потоков имеет схему перпендикулярного транспорта, чем достигается развязка по скорости
Например, есть тепловой поток контура котла и тепловой поток контура (радиаторов). Нестандартной конструкцией, где перпендикулярное направление потоков, скорость потока второстепенного контура с приборами нагрева значительно возрастает.
По контуру котла, напротив, движение замедлено. Правда это чисто теоретический взгляд. Практически необходимо испытывать в конкретных условиях.
Чем полезна гидрострелка?
Необходимость применения классической конструкции гидравлического разделителя очевидна. Более того, на системах с котлами внедрение этого элемента становится обязательным действием.
Установка гидрострелки в систему, обслуживаемую котлом, обеспечивает стабильность потоков (расхода теплоносителя). В результате полностью устраняется риск возникновения и скачков температуры.
Примеры гидрострелок в классическом простом исполнении на базе пластиковых трубопроводов. Теперь такие конструкции можно встретить даже чаще, чем металлические. Эффективность действия практически такая же как у металлических, но факт экономии на устройстве и внедрении в систему
Для любой обычной , сделанной без гидравлического разделителя, отключение части линий неизбежно сопровождается резким подъёмом температуры контура котла по причине малого расхода. В то же время имеет место возврат сильно охлаждённого обратного потока.
Появляется риск образования гидроударов. Такие явления чреваты быстрым выходом котла из строя и значительно сокращают срок службы оборудования.
Для бытовых систем в большинстве случаев удачно подходят пластиковые конструкции. Этот вариант применения видится более экономным по установке.
К тому же использование фитингов делает возможным производить монтаж и подключение пластиковых гидрострелок без сварки. С точки зрения обслуживания подобные решения также приветствуются, так как гидравлический разделитель, установленный на фитингах легко снять в любой момент.
Выводы и полезное видео по теме
Видео о практическом применении: когда возникает необходимость в установке гидрострелки, а когда она не нужна.
Значимость гидрострелки в распределении тепловых потоков переоценить сложно. Это действительно необходимое оборудование, которое следует устанавливать на каждой системе индивидуального отопления и ГВС.
Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке, публикуйте фото по теме статьи, задавайте вопросы. Расскажите о том, как оснащали систему отопления гидрострелкой. Опишите, как изменилась работа сети после ее установки, какие плюсы приобрела система после включения этого устройства в схему.
О гидравлических разделителях для отопления на просторах интернета в буквальном смысле ходят легенды. Им приписывают множество «чудодейственных» свойств и функций. Но цель данной статьи – не развенчание мифов, а пояснение истинного назначения этого отопительного элемента и принципа его работы. Также любителям систем из ППР мы расскажем, как рассчитывается и устанавливается гидрострелка из полипропилена и можно ли ее сделать своими руками.
Для чего нужна гидрострелка
Если у вас в доме планируется монтаж простой системы отопления закрытого типа, где задействовано не более 2 циркуляционных насосов, то гидравлический разделитель вам точно не понадобится.
Когда контуров и насосов – три, при этом один из них предназначен для работы с бойлером косвенного нагрева, то и здесь можно обойтись без гидрострелки. Задуматься о разделении отопительных контуров надо в ситуации, когда схема выглядит следующим образом:
Примечание. Здесь показаны 2 котла, работающих в каскаде. Но это не принципиально, котел может быть и один.
В представленной схеме гидрострелки нет, но без ее монтажа тут явно не обойтись. Есть 4 контура, в которых действует столько же насосов разной производительности. Самый мощный из них создаст в подающем коллекторе разрежение, а в обратном – повышенное давление. При одновременной работе насосу меньшей производительности просто не хватит сил на преодоление этого разрежения и он не сможет отобрать теплоноситель на свой контур. По итогу ветвь не будет функционировать, поскольку насосы мешают друг другу.
Важно. Даже если паспортная производительность насосных агрегатов одинакова, то гидравлическое сопротивление ветвей всегда будет разным. Соответственно, реальный расход теплоносителя в каждом контуре все равно отличается, идеально выверить систему невозможно.
Чтобы устранить перепад давления ΔР, возникающий между коллекторами и дать возможность всем насосам спокойно отбирать нужное количество теплоносителя, в схему включается гидрострелка. Она представляет собой полую трубу расчетного сечения, чьей задачей является создание зоны нулевого давления между теплогенератором и несколькими потребителями. Как действует этот элемент в схеме обвязки котла, описано в следующем разделе.
Схема обвязки с котлом
Чтобы понять, как работает гидрострелка в системе отопления с несколькими контурами, мы предлагаем изучить схему ее обвязки с котлом, представленную ниже:
Теперь оба коллектора связаны между собой перемычкой, уравнивающей давление в подающей и обратной магистрали. Благодаря этому в каждый контур поступит столько теплоносителя, сколько нужно. При этом важно обеспечить такой же расход теплоносителя со стороны теплогенератора, иначе его температура на стороне потребителей может стать недопустимо низкой.
В интернете очень популярна схема гидрострелки (показана выше), изображающая 3 рабочих режима:
- суммарный расход теплоносителя в контурах потребителей и со стороны котла одинаков;
- отопительные ветви отбирают большее количество воды, чем ее обращается в котловом контуре;
- расход в кольце со стороны теплогенератора больше.
В действительности у гидрострелки режим работы один-единственный, он изображен на схеме под номером 3. Добиться идеального режима (№1) невозможно, так как гидравлическое сопротивление ветвей потребителей все время меняется из-за работы термостатов, да и подобрать так точно насосы нереально. По схеме №2 действовать нельзя, потому что тогда большая часть теплоносителя станет обращаться по кругу со стороны потребителей.
Это приведет к понижению температуры в системе отопления, ведь со стороны котла в гидрострелке будет подмешиваться мало горячей воды. Чтобы поднять эту температуру, придется выводить теплогенератор на максимальный режим, что не способствует стабильной работе системы в целом. Остается вариант №3, при котором в коллекторы идет достаточное количество воды требуемой температуры. А уж понизить ее в контурах – задача трехходовых клапанов.
Функция гидрострелки в системе отопления лишь одна – создание зоны с нулевым давлением, откуда смогут отбирать теплоноситель любое число потребителей. Главное, - обеспечить необходимый расход со стороны источника тепла. Для этого реальная производительность котлового насоса должна быть немного больше суммы расходов на всех ветвях потребителей. Подробнее обо всех нюансах рассказано и показано на видео:
Схема изготовления гидрострелки с коллектором
Прежде чем купить гидрострелку или приступить к ее изготовлению своими руками, не помешает изучить устройство данного элемента. Оно очень простое: полая труба круглого или прямоугольного сечения снабжена несколькими патрубками с разных сторон для присоединения к отопительной сети. Причем патрубки для подключения подачи расположены, как правило, в верхней части трубы, а обратки – в нижней.
Примечание. Указанный способ подключения актуален при вертикальном монтаже гидрострелки. В то же время ее можно устанавливать и в горизонтальном положении.
Чаще всего для отопления применяется гидравлический разделитель, чье устройство предусматривает установку коллектора. Они даже продаются одним комплектом, а изготавливаются из таких материалов:
- низкоуглеродистая сталь;
- нержавеющая сталь;
- из полипропилена.
Существуют и более сложные модели, оборудованные не только воздухоотводчиком и сливным штуцером, но и гильзами для присоединения контрольных приборов и датчиков, а также различными сеточками и пластинами. Они служат для очистки теплоносителя и разделения потоков. Подобная гидрострелка, чье устройство изображено на чертеже, имеет приличную стоимость и требует периодического обслуживания:
Среди домашних мастеров принято делать гидрострелку из металлической трубы, но в силу немалой популярности и дешевизны полипропилена эта тенденция меняется. Ведь даже изготовленный из ППР элемент вместе с коллектором стоит немалых денег. Поэтому все чаще люди предпочитают сделать разделитель из полипропилена в домашних условиях, чем покупать его в магазине. Для этого нужна ППР труба соответствующего диаметра, тройники по числу будущих патрубков и 2 заглушки.
Поскольку диаметр трубы для изготовления гидрострелки довольно велик, то потребуется приобрести к сварочному аппарату соответствующую насадку, а при пайке выдержать достаточный промежуток времени. В принципе, сложного ничего нет, тройники соединяются между собой отрезками труб, а с торцов ставятся заглушки. Другое дело, что подобный разделитель может выглядеть не очень эстетично, да и не во всякой системе его можно эксплуатировать.
Дело в том, что теплогенераторы на твердом топливе часто могут выходить на максимальный режим работы, при котором температура воды близка к 90-95 °С. Конечно, полипропилен ее выдержит, но в нештатной ситуации (например, когда отключат электричество) температура на подаче может резко подскочить и до 130 °С. Это случается из-за инертности твердотопливных котлов, поэтому вся обвязка к ним, включая гидрострелку, должны быть металлическими. Иначе вас ждут плачевные последствия, как на фото:
Расчет гидрострелки
Разделитель для любой отопительной системы подбирается либо изготавливается по 2 параметрам:
- число патрубков для подключения всех контуров;
- диаметр либо площадь поперечного сечения корпуса.
S = G / 3600 ʋ, где:
- S – площадь сечения трубы, м2;
- G – расход теплоносителя, м3/ч;
- ʋ — скорость потока, принимается равной 0.1 м/с.
Для справки. Столь невысокая скорость течения воды внутри гидравлического разделителя обусловлена необходимостью обеспечить зону практически нулевого давления. Если скорость увеличить, то возрастет и давление.
Значение расхода теплоносителя определяется ранее, исходя из потребной тепловой мощности отопительной системы. Если вы решили подобрать или купить элемент круглого сечения, то произвести расчет диаметра гидрострелки по площади сечения достаточно просто. Берем школьную формулу площади круга и определяем размер трубы:
Выполняя сборку самодельной гидрострелки, надо расположить патрубки на определенном расстоянии друг от друга, а не как попало. Ориентируясь на диаметр подключаемых труб, вычисляют расстояние между врезками, пользуясь одной из схем:
Заключение
Планируя установить гидравлический разделитель, важно понимать, когда он нужен, а когда нет. Ведь подобное оборудование значительно повысит стоимость монтажа вашей системы. Что касается идеи поставить либо сделать гидрострелку из полипропилена, надо уяснить, что ее совместное использование с твердотопливным котлом невозможно. Спаять же ее из трубы и тройников ППР для специалиста не составит труда.
