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.
Разделение гидравлических потоков
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 циркуляционным насосом.
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 устройству системы отопления 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 теплоносителем 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).
Роль гидрострелки в современных отопительных системах
Дабы выяснить, что собой представляет гидрострелка и какие функции она выполняет, вначале ознакомимся с особенностями работы индивидуальных отопительных систем.
Простой вариант
Самый простой вариант отопительной системы, оборудованной циркуляционным насосом, будет выглядеть примерно следующим образом.
Безусловно, данная схема существенно упрощена, поскольку многие элементы сети в ней (к примеру, группа безопасности) попросту не показаны, чтобы «облегчить» картинку для восприятия. Итак, на схеме вы можете увидеть, прежде всего, отопительный котел, благодаря которому и нагревается рабочая жидкость. Также виден циркуляционный насос, посредством которого жидкость движется по подающему (красному) трубопроводу и так называемой «обратке». Что характерно, такой насос может устанавливаться как в трубопровод, так и непосредственно в котел (последний вариант присущ больше приборам настенного типа).
Обратите внимание! Еще в замкнутом контуре имеются отопительные радиаторы, благодаря которым и осуществляется теплообмен, то есть генерируемое тепло передается в помещение. Если насос грамотно подобран в плане давления и производительности, то его одного будет вполне достаточно для одноконтурной системы, следовательно, нет никакой необходимости в использовании иных вспомогательных устройств
Если насос грамотно подобран в плане давления и производительности, то его одного будет вполне достаточно для одноконтурной системы, следовательно, нет никакой необходимости в использовании иных вспомогательных устройств.
Более сложный вариант
Если площадь дома достаточно большая, то представленной выше схемы для него будет явно недостаточно. В таких случаях применяется сразу несколько отопительных контуров, поэтому схема будет выглядеть несколько по-другому.
Здесь мы видим, что посредством насоса рабочая жидкость поступает в коллектор, а оттуда уже передается на несколько отопительных контуров. К последним можно отнести следующие элементы.
- Контур высокой температуры (или несколько), в котором имеются коллекторы или же обычные батареи.
- Системы ГВС, оснащенные бойлером косвенного нагрева. Требования к перемещению рабочей жидкости здесь особенные, поскольку температура подогрева воды в большинстве случаев регулируется изменением расхода жидкости, проходящей через бойлер.
- Теплые полы. Да, температура рабочей жидкости для них должна быть на порядок ниже, поэтому и используются особые термостатические устройства. Тем более что контуры теплого пола имеют длину, существенно превышающую стандартную разводку.
Вполне очевидно, что один циркуляционный насос с такого рода нагрузками не справится. Безусловно, сегодня продаются высокопроизводительные модели повышенной мощности, способные создавать достаточно высокое давление, однако стоит подумать и о самом отопительном приборе – его возможности, увы, не безграничны. Дело в том, что элементы котла изначально предназначаются на определенные показатели напора и производительности. И данные показатели превышать не стоит, поскольку это чревато поломкой дорогостоящей отопительной установки.
Помимо того, сам циркуляционный насос, функционируя на пределе собственных возможностей для того, чтобы обеспечивать жидкостью все контуры сети, долго прослужить не сможет. Чего уж говорить о сильном шуме и расходе электрической энергии. Но вернемся к теме нашей статьи – к гидрострелке для отопления .
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.
Применение гидрострелки с твердотопливным оборудованием
При использовании твердотопливного агрегата подключение гидравлического разделителя осуществляют в месте входа – выхода. Данный вариант подсоединения нагревательного устройства разного типа обеспечивает подбор оптимального и индивидуального температурного режима для всех компонентов в отдельности.
Сегодня потребители, разобравшись с тем, как работает гидрострелка на отопление, отдают предпочтение уже готовой продукции, которая представлена в продаже. Выбирают гидроразделитель по каталогу, основываясь на мощности агрегате и максимальном потоке воды.
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:
Q1=Q2.
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.
Гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты
Итак, что же называется гидрострелкой в отопительной системе частного дома? Температурный и гидравлический буфер, который обеспечивает процессы корреляции температур обратки и подачи, упорядоченный максимальный проток теплоносителя, называется гидрострелкой. Для чего же нужна гидравлическая стрелка?
Очень просто можно объяснить, для чего нужна в отопительной системе гидрострелка? Владельцы частных домов хорошо знают, что такое разбалансировка теплоснабжения. Современные котлы имеют меньший по объему контур. В то же время расход потребителя при циркуляции – меньше. С помощью гидрострелки можно отделить ее работу от теплогенератора вторичной цепи, увеличить надежность и качество работы системы.
Гидроразделитель в системе отопления
Чтобы понять, для чего нужна в системе отопления гидрострелка, нужно назвать ряд преимуществ систем отопления с гидравлическим терморазделителем. Прежде всего, разделитель является обязательным условием производителей оборудования для гарантии технического обслуживания на котел мощностью до 50 киловатт и больше. С помощью вспомогательного узла обеспечивается максимальный проток с ламинарным течением теплоносителя. Постоянно поддерживается температурный и гидравлический баланс в отопительной системе. Гидрострелка и контур отопления подключается параллельно. Это создает минимальные потери давления, производительности и тепла. Патрубки подачи и обратки расположены по коленному принципу. Это обеспечивает температурный градиент вторичных контуров. Если подобрать оптимально гидрострелку для отопления, то можно защитить котел от разницы температур подачи и обратки.
Предохраняется оборудование от теплового удара. Гидравлическая стрелка увеличивает коэффициент полезного действия котла. Кроме того, обеспечивается вторичная циркуляция части теплоносителя в котловом контуре. Топливо и электроэнергия экономится. Сохраняется постоянный объем котловой воды. При необходимости можно с помощью разделителя компенсировать дефицит расхода во второстепенном контуре. Если насосы имеют высокую мощность, то их влияние можно с помощью полого разделителя снизить. Нагрузка подается на вторичный контур и котел.
Гидродинамические процессы в системе стабилизируются принципом работы гидрострелки. Для того чтобы продлить срок эксплуатации насоса, нужно своевременно удалять механические примеси из теплоносителя. Кроме того, продлевается эксплуатационный срок датчиков, счетчиков, вентилей. При делении потоков (независимый контур потребителя и контур теплогенератора) гидрострелка обеспечивает максимальное использование теплоты сгорания топлива.
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 отопительных приборов (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 гидроударов 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 водяной отопительной системы, 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 системы из полимерных труб 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.
