Гидрострелка для систем отопления - назначение, устройство, расчет

StroiManual

Гидрострелка для систем отопления - назначение, устройство, расчет

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, 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).

  • 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 = 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).

— 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 t = 20 С, а для теплых полов будет достаточно 4045 с t = 5 С.

  • 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.

видео

Автор: Николай Стрелковский

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Инженерные коммуникации":

  1. 09.01.18 Балансировочный клапан. Классификация, типы, правила монтажа
  2. 03.01.18 Расчет и подбор циркуляционного насоса
  3. 20.12.17 Как выбрать радиаторы отопления биметаллические и их технические характеристики
  4. 18.12.17 Давление в автономной системе отопления, регулировка давления.
  5. 11.11.17 Крепление металлопластиковых труб с помощью клипс
  6. 20.08.17 Как работает группа безопасности в системе отопления
  7. 26.06.17 Гидрострелка для систем отопления - назначение, устройство, расчет
  8. 10.03.17 Cистемa отопления ПЛЭН
  9. 08.03.17 Чем же так хороши центробежные насосы Eterna серии SP?
  10. 03.03.17 Система отопления одноэтажного частного дома своими руками.
Прыг: 01 02 03 04 05 06 07