Гидрострелка для отопления: устройство и назначение узла, специфика расчета

Порядок выполнения расчета гидрострелки для отопления и характерные особенности оборудования

В недавнем прошлом отопительная система имела недостатки. Отопление не работало, если плохо отрегулирована одна деталь, но когда ее регулировали, то сбивалась балансировка полностью всей системы.

Сложным заданием было найти насосы для данной системы, а котлы имели тепловые колебания внутри. Но на сегодняшний день с проблемами, которые возникают при подключении котла к отопительной системе, может справиться гидравлическая стрелка для отопления.

Выполняемая функция

Гидравлическая стрелка – неотъемлемый компонент отопительной системы, который представляет собой принудительную циркуляцию и насосы на гребенках всех элементов.

Гидрострелка обеспечивает мягкую работу отопляющего котла – это главная функция этого приспособления.

Благодаря стрелке можно избежать перепадов температуры и давления, также она предотвращает термоклики (холодная вода идет обратным ходом при одновременной подаче горячей), что плохо воздействует на работоспособность котла, исключительно если он чугунный.

Гидрострелку изготавливают из трубы определенного типа (в основном квадратной). Конструкция имеет воздухоотвод.

Система включает в себя контуры, такие как:

• малый (котел, гидрострелка);
• большой (к примеру, тепловой насос).

Принцип работы

Принцип действия гидрострелки. (Для увеличения нажмите) Гидрострелка – это труба квадратного разреза. Во время работы такого приспособления устраняется воздух через отвод для воздуха.

Сам порядок отопления делится на две цепи (которые упоминались выше). Малая – это, котел-гидравлическая стрелка, большая – котел-гидравлическая стрелка-потребитель.

Когда котел предоставляет необходимое количество тепла, то жидкость в стрелке движется из стороны в сторону. Когда баланс нарушается то движение происходит по малой цепи, котел отключается, и жидкость движется пока не понизиться градус, после чего работа продолжается.

Таким образом, гидравлическая стрела балансирует цепи котла и котельной, предоставляет самостоятельную работу элементов отопления.

Статью об изготовлении гидрострелки для отопления своими руками читайте здесь.

Как рассчитать

Гидрострелки отличают по определенным параметрам:

• порядку подачи воды в систему;
• порядку отвода воды;
• местонахождению входящих или же исходящих патрубков;
• по емкости.

Для того, чтобы рассчитать диаметр гидрострелки (или же патрубка, который подводится), нужно знать некоторые значения, указанные ниже. Механизм сопоставляется, учитывая самый большой поток воды, который может прогнаться через систему и самую низкую скорость воды в гидрострелке и патрубках.

И когда собраны все вышеперечисленные данные, переходим к самим вычислениям.

Итак, с помощью калькулятора вычисляем:

насколько зависим диаметр гидравлической стрелки от водотока:

Достоинства

Подобные разграничители – это необходимый и полезный механизм, который имеет много плюсов:

• нет проблемы с нахождением величин насосного устройства;
• нет влияния друг на друга цепей котла и отопления;
• потребитель и генератор тепла имеют нагрузку только от своего потока воды;
• есть дополнительные места подключения (к примеру: расширяющего бака или отводчика воздуха).

Тепловой генератор на гидравлической стрелке создаст комфортную температуру при незначительных затратах на энергоносители. При правильном проектировании такой технологии вы сэкономите на газе около 20% и на электроэнергии до 55 %.

Устройства на гидравлических стрелках сейчас довольно широко используются. Их выбирают по специальным каталогам, при этом определяется ход воды и мощность.

Познавательную статью о гидрострелках марки Север читайте здесь.

Готовые гидрострелки обработаны специальной смесью, которая мешает проявлениям коррозии, уже имеет гидроизоляцию. Так что при возникновении проблем, проще обратиться и приобрести нужную гидрострелку. Это значительно сэкономит деньги и время.

Для чего нужна гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

В процессе эксплуатации индивидуальной системы отопления возникают проблемы, связанные с несоответствием объема потребления и производительностью котла. В некоторых режимах не исключено получение сигналов от датчиков температуры, которые повысят мощность до максимальных значений. При одновременном недостаточном потреблении носителя вторичным контуром чрезмерно возрастут тепловые нагрузки. Подобные ситуации повышают вероятность аварий.

При поломках понадобится помощь специалистов

Для описания другой ситуации необходимо предположить, что установленная техническим паспортом производительность котла составляет 50 л/мин. при том, что необходимо подключить радиаторы отопления с потреблением в два раза больше. Увеличить так сильно мощность без чрезмерных нагрузок на оборудование не получится.

Следующая проблема – это взаимное влияние разных видов потребителей (теплых полов, внешнего бойлера, нескольких групп радиаторов). Для их нормального функционирования нужны разные объемы и температуры теплоносителя.    

Решать подобные задачи с применением дополнительных датчиков и настроек можно. Но это приведет к значительному усложнению конструкции и снижению общего уровня надежности. На практике опытные специалисты рекомендуют применять элегантное инженерное решение, которое подробно рассмотрено в данной статье. 

Принципы работы гидрострелок в системах отопления и основные функции

Основным назначением этого устройства является ограничение, а в идеальном варианте – исключение  гидродинамического влияния разных контуров в системе отопления друг на друга. Для этого используют специальные емкости, которые вставляют в разрыв между двумя контурами.

Типичные гидрострелки в форме цилиндра и куба в разрезе

На этой картинке изображен схематически набор оборудования с двумя насосами и подключенными радиаторами.

Система с двумя контурами

Здесь Q1 и Q2 – это расходы воды в каждом контуре. При равенстве этих величин происходит перемещение жидкости по общему полному контуру, как показано на рисунке ниже.

Стандартное перемещение по общему контуру

Далее показано, как изменяется прохождение жидкости при нарушении равновесия в потреблении:

Расход в обратке больше, чем в подаче

Расход в подаче, больше чем в обратке

Чтобы получилась качественно выполняющая свои функции гидрострелка, принцип работы, назначение и расчеты согласуют особым образом. Необходимо создать последний вариант с медленным перемещением воды внутри устройства по направлению сверху вниз. Скорость этого процесса специалисты рекомендуют ограничить уровнем 0,09-0,12 м/ сек. Это поможет решить следующие задачи:

• В таких условиях механические загрязнения будут постепенно оседать на дне емкости. При оснащении ее специальным устройством, сборником, можно будет очищать систему при проведении регламентных работ.
• Медленная скорость позволит использовать гидрострелку для отбора жидкости в другие контуры с разными температурными градиентами.     
• Она же пригодится для накопления в верней части корпуса пузырьков газа. Там можно установить автоматической устройство для удаления воздуха.

Схема применения гидрострелки в сложной системе отопления

Устройство гидрострелки отопления

На следующем снимке – стандартное изделие этой категории.

Установленный внизу вентиль предназначен для слива жидкости вместе с механическими примесями

Обратите внимание на специальное сужение в нижней части. В нем скапливаются загрязнения, не выносятся потоком жидкости далее в систему

Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух

Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух.

Гидрострелки при необходимости оснащают манометрами, вентилями и другими устройствами

Принцип работы в системе отопления

Гидрострелка помогает котлу, к которому подключена напрямую, увеличивать его мощность и скорость передачи воды. Зачем это нужно? Дело в том, что при нехватке мощности, но быстрой работе системы, котёл сильно нагревается. Как следствие — тепловой удар, т. е. воздух, начинает внутри распирать стенки котла, а что будет дальше — это физические повреждения дома, всей системы отопления и, разумеется, здоровья человека.

Такие перепады температуры и мощности случаются только в нескольких случаях: механизм отопления запустили в первый раз; теплообмен проходит техническую проверку и другие работы, заставляющие оторвать циркуляционный насос («Сердце всей тепловой организации») от основного контура или от источника горячей воды.

Фото 2. Схема подключения гидрострелки к системе отопления и принципы движения по ней теплоносителя.

Установив гидравлический разделитель, пользователь заставляет воздух или воду проходить через дополнительный пункт остывания. Таким образом, проходя через весь поток гидрострелки, горячий воздух разделяется пополам, теряя половину своей теплоты. Один поток воздуха продолжает идти в котёл, а другой вниз по трубке гидравлического разделителя, добавляясь в холодные примеси воды или газа и остывая.

И наоборот, если холодной воды вышло из котла слишком много, то лишние слои успевают прогреться, и на выходе потребитель получает нужную температуру. Примерно так работает вся система. Теперь разберём всё наглядно.

Для чего применяется гидрострелка

Гидравлический разделитель — гидрострелка

Необходимость применения гидравлического разделителя обусловлена различием гидродинамических режимов работы отопительного оборудования. Используют гидрострелку в системах отопления, имеющих различные комплексы потребления тепла. Чаще всего выделяют три направления распределения теплоты:

1. Радиаторное отопление;
2. Система водяных теплых полов;
3. Бойлер косвенного нагрева.

Все указанные системы имеют различный режим работы. Радиаторное отопление работает в основном в стабильном режиме. При наличии автоматических терморегулирующих устройств на приборах отопления расход теплоносителя может меняться.

Система «теплый пол» работает по обособленной схеме в низкотемпературном режиме. Регулирование происходит на первом этапе с помощью термостатического смесителя, далее возможно регулирование контуров балансировочными вентилями. Кроме этого, теплые полы имеют собственный насос и значительное гидравлическое сопротивление.

Бойлер ГВС работает в циклическом режиме, имеет наименьшее сопротивление. Как правило, оснащается циркуляционным насосом.

Разнообразие гидравлических и температурных режимов работы не позволяет обеспечить стабильную работу всего комплекса в целом. Насос, встроенный в котел или смонтированный отдельно, не может обеспечить равноценные условия работы для всех ветвей системы. Чаще всего просто не хватает мощности для преодоления гидравлических сопротивлений трубопроводов и приборов системы.

Насос естественным образом будет осуществлять циркуляцию по пути наименьшего сопротивления – через бойлер. Следующей ветвью (при отключении бойлера) будут радиаторы. Обеспечить необходимым количеством теплоносителя теплые полы становится труднее всего.

Режим работы котла в такой системе приобретает скачкообразный характер, что негативно сказывается на всем оборудовании.

Решить проблему установкой более мощного насоса удается с трудом. При мощном насосе теплоноситель преодолевает теплообменник котла, не успевая качественно получать теплоту. При этом увеличивается расход электроэнергии (на работу насоса), повышается потребление топлива из-за некачественного отбора теплоты сгорания.

При работе нескольких котлов в каскаде также возникает рассогласование режимов работы автоматики и циркуляции теплоносителя.

 Котлы, оснащенные чугунными теплообменниками топок, крайне негативно реагируют на резкие температурные перепады. Это обусловлено физическими свойствами чугуна. Многие производители ставят обязательным условием применение гидрострелки, в ином случае они снимают гарантийные обязательства на свои изделия.

Решением всех этих технических трудностей является установка в систему гидравлического разделителя (гидрострелки).

Как работает гидрострелка в разных случаях

Принцип работы гидрострелки различается в зависимости от целей её использования и типа систем, в которые она установлена.

Отопление с 4-х ходовым смесителем

Чтобы описать схему работы отопления с 4-х ходовым смесителем, для начала нужно представить квадрат, на каждой стороне которого находятся отверстия равные по ширине. Из всех этих отсеков протекает либо холодная, либо горячая вода.

В системе существует всего 3 режима: полностью открытый, полностью закрытый и промежуточный. Начнём разбор с полностью закрытого.

Как мы знаем тёплые потоки воздуха или горячей воды выходят прямиком из котла, а холодные потоки из системы отопления (вода вышла из котла, сделала круг и остыла).

Если вся система закрыта, т. е. не работает, то тёплая вода постоянно переливается через гидравлический разделитель, никуда не уходя, протекая постоянно по одному кругу и возвращаясь обратно в котёл.

Та же самая ситуация происходит и с холодным потоком воды или воздуха, который не нагревается заново, оставаясь холодным до открытого режима. Эти жидкости не смешиваются и не передают друг другу тепло, циркулируя строго по своему контуру.

При промежуточном режиме эти жидкости начинают смешиваться. При этом температура часто бывает немного выше средней, потому что весь пар, накопленный за период закрытого режима, выходит наружу и начинает согревать холодные потоки. Таким образом, обычно нагревают полы, чтобы ноги не жгло.

В открытом режиме протоки горячей и холодной воды вновь не пересекаются, но компенсируют утраты друг друга. Что это значит. Представим опять квадрат. Потоки горячего воздуха или воды выходят из одного края и входят в систему отопления, в то время как холодная жидкость, выходя из нее движется в стороны котла, где согревается. И такой процесс восполнения постоянно горячей воды холодной и наоборот почти вечный двигатель, если не учитывать, что тепло безвозвратно уходит.

Для нейтрального режима работы

Идеальным режимом работы гидроразделителя является тот момент, когда количество горячей и холодной воды примерно одинаково и не требует регуляции.

Обычно это случается, когда котёл работает постоянно и без перебоев — очень редко, потому что всегда существует погрешность.

Котёл не обладает достаточной мощностью

Основываясь на этой проблеме, и ставят термодатчик, или, в нашем случае, гидрострелку. Получив сигнал от встроенного термодатчика, гидравлический разделитель переходит в разные режимы: либо в открытый, либо в закрытый.

Внимание! Это обеспечивает безопасность котла, который может в одночасье просто расколоться от перепадов температур и давления. Перегоняя воду, охлаждая или нагревая, гидрострелка помогает котлу справиться с уравновешиванием термодинамики, чтобы продолжить работу

Поток на первичном контуре объёмнее, чем расход теплоносителя

Как уже рассказывалось выше, в случае, если горячий поток слишком сильно разогрет для вхождения в котёл, то через гидрострелку он попадает в систему, гарантирующую разделение потока на две части, вторая будет охлаждаться и уйдёт в систему отопления вместе с холодной водой или паром, а горячая часть сильно сократиться и перестанет представлять угрозу для и так горячего котла.

Как подобрать параметры

Подбирается гидравлический разделитель с учетом максимально возможной скорости потока теплоносителя. Дело в том, что при высокой скорости движения жидкости по трубам она начинает шуметь. Чтобы не было этого эффекта, максимальная скорость принимается равной 0,2 м/с.

Параметры, нужные для гидроразделителя

По максимальному потоку теплоносителя

Чтобы рассчитать диаметр гидрострелки по этому методу, единственное, что нужно знать — это максимальный поток теплоносителя, который возможен в системе и диаметр патрубков. С патрубками все просто — вы же знаете, какой трубой будете делать разводку. Максимальный поток, который может обеспечить котел, мы знаем (есть в технических характеристиках), а расход по контурам зависит от их размера/объема и определяется при подборе контурных насосов. Расход на все контуры складывается, сравнивается с мощностью котлового насоса. Большая величина подставляется в формулу для расчета объема гидрострелки.

Формула расчета диаметра гидравлического разделителя для системы отопления в зависимости от максимального потока теплоносителя

Приведем пример. Пусть максимальный расход в системе 7,6 куб/час. Допустимая максимальная скорость берется стандартная — 0,2 м/с, диаметр патрубков 6,3 см (трубы на 2,5 дюйма). В этом случае получаем: 18,9 * √ 7,6/0,2 = 18,9 * √38 = 18,9 * 6,16 = 116,424 мм. Если округлить, получаем, что диаметр гидрострелки должен быть 116 мм.

По максимальной мощности котла

Второй способ — подбор гидравлической стрелки по мощности котла. Оценка будет приблизительной, но ей можно доверять. Нужна будет мощность котла и разница температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе.

Расчет гидрострелки по мощности котла

Расчет также несложный. Пусть максимальная мощность котла — 50 кВт, дельта температур — 10°C, диаметры патрубков такие же — 6,3 см. Подставив цифры, получаем — 18,9 * √ 50 / 0,2 * 10 = 18,9 * √ 25 = 18,9* 5 = 94,5 мм. Округлив, получаем диаметр гидрострелки 95 мм.

Как найти длину гидрострелки

С диаметром гидроразделителя для отопления определились, но надо знать еще и длину. Ее подбирают в зависимости от диаметра подключаемых патрубков. Есть два вида гидрострелок для отопления — с отводами, расположенными один напротив другого и с чередующимися патрубками (располагаются со сдвигом один относительно другого).

Определяем длину гидрострелки из круглой трубы

Рассчитать длину в этом случае легко — в первом случае это 12d, во втором — 13d. Для средних систем можно и диаметр подобрать в зависимости от патрубков — 3*d. Как видите, ничего сложного. Рассчитать можно самостоятельно.

Устройство гидрострелки

В продаже есть гидроразделители разной формы и размера. В любом случае устройство гидрострелки максимально простое. Независимо от конфигурации и габаритов прибора его конструкция соответствует определенным принципам. Также в продаже есть универсальные модели, объединяющие в себе коллектор и разделитель.

Разделитель имеет цилиндрический корпус, от которого отходят несколько патрубков. При желании его можно изготовить самостоятельно. Обычно гидроразделитель устанавливается вертикально, но это не обязательно. Такое расположение является классическим, потому что при вертикальной установке проще отводить газы и удалять нерастворимый осадок. В большинстве случае это сварная конструкция из металлических труб. Но такое устройство можно сделать из отрезков медных или полипропиленовых труб.

Купить или сделать своими руками?

Как говорили, готовая гидрострелка для отопления стоит немало — 200-300$ в зависимости от производителя. Чтобы снизить затраты, возникает закономерное желание сделать ее самостоятельно. Если варить умеете, никаких проблем — купили материалы и сделали. Но при этом надо учесть следующие моменты:

• Резьба на сгонах должна быть хорошо прорезанной и симметричной.
• Стенки отводов одинаковой толщины.

Вроде, очевидные вещи. Но вы удивитесь, как сложно найти четыре нормальных сгона с нормально сделанной резьбой. Далее, все сварные швы должны быть качественными — система будет работать под давлением. Сгоны приварены строго перпендикулярно к поверхности, на нужном расстоянии. В общем, не такая простая это задача.

Если сами пользоваться сварочным аппаратом не умеете, придется искать исполнителя. Найти его совсем непросто: либо дорого просят за услуги, либо качество работы, мягко говоря, «не очень». В общем, многие решают купить гидрострелку, несмотря на немалую стоимость. Тем более, в последнее время, отечественные производители делают не хуже, но намного дешевле.

Купить или изготовить своими руками

Готовый комплект гидрострелки европейской сборки с вспомогательным оборудование в торговой сети стоит от 200 до 300 долларов США.

Пользователь, который приобретет такую конструкцию, получит все преимущества ее работы в системе теплоснабжения: экономию топлива, надежный тепловой и гидравлический режим в сети и долговечность основного котельного оборудования.

Простая схема гидравлического разделителя

Заводская сборка решает не только вопросы распределения, но и защиты системы от гидроударов, коррозии и отложения шлама во внутренних поверхностях нагрева. Все узлы конструкции тщательно рассчитаны, изготовлены по современной технологии и настроены в заводских условиях.

Тем домашним мастерам кто хочет сэкономить на распределителях, имеют слесарный опыт и всю необходимую оснастку можно посоветовать выполнить гидрострелку самостоятельно, благо сегодня в интернете существует достаточно подробные методики и схемы изготовления. Устройство относится к сложным гидравлическим изделиям и при выполнении их необходимо учесть следующее:

1. Сгоны должны иметь симметричную хорошо прорезанную резьбу.
2. Толщина стен патрубков выбирается одинаковой.
3. Качество сварных швов должно быть высокое.

Как подобрать гидрострелку

Гидрострелка эффективно работает, только если правильно подобрана. Базовыми характеристиками при выборе распределителя являются тепловая мощность котла и суммарный часовой расход воды для всех КО . Он не должен превышать часовой расход воды через котловой контур.

Далее обращают внимание на конструктивные особенности гидрострелки:

• форма сечения — квадратная либо круглая
• число патрубков: 4, 6 или 8 входов/выходов;
• вариант исполнения подачи/отвода воды;
• метод установки патрубков — на общей оси либо с чередованием.

Эксперты советуют для настенных котлов и гидрострелки приобретать уже готовые конструкции с манометрами, воздушником и отстойником для очистки водяного контура от шлама.

Схема работы

Гидроразделить функционирует по следующей схеме:

1. Поток воды от котла попадает в гидрострелку, где меняет свое направления и снижает скорость.
2. В результате изменений выделяется воздух, который постепенно накапливается вверху корпуса. Воздух периодически отводится.
3. Затем поток направляется согласно одной из вышеописанных схем, по контуру потребителя.
4. Охлажденная вода возвращается в гидрострелку и проходит сквозь разделительные перегородки, где очищается от шлама.
5. Шлам накапливается снизу корпуса и периодически отводится.
6. Очищенная вода обратно попадает в котел.

Обвязка двух котлов, работающих в каскаде

Назначение и функции гидроразделителя

Особенности работы систем водяного отопления

В индивидуальных системах водяного отопления довольно часто используются различные потребители теплоты, среди них основными являются следующие:

• 1. Система приборов отопления различного типа;
• 2. Комплексы водяного напольного отопления (теплые полы и теплые стены);
• 3. Емкостное оборудование для горячего водоснабжения – БКН (бойлер косвенного нагрева);
• 4. Дополнительные – теплообменные аппараты приточной вентиляции, бассейнов и другие.

Каждый из указанных потребителей тепла имеет свой обособленный гидравлический и температурный алгоритм работы.

• Бойлеры косвенного нагрева ГВС работают в высокотемпературном режиме – это необходимо для быстрого нагрева воды при ее интенсивном потреблении, оборудование имеет минимальное значение гидравлического сопротивления по тракту теплоносителя.
• Блок отопительных приборов (радиаторов, конвекторов, регистров) работает на средних температурах и отличается средними значениями гидравлического сопротивления.
• Теплые полы обладают самым высоким сопротивлением в системе и функционируют в низкотемпературном режиме – температура воды здесь не превышает 55С.

Также следует отметить, что каждый потребитель тепла работает в различном режиме – если радиаторы имеют чаще всего довольно стабильный, постоянный характер работы, то БКН и водяные теплые полы имеют циклический режим. Определенная нестабильность и цикличность может наблюдаться и у батарей – при условии оснащения их термостатической арматурой, работающей в автоматическом режиме.

В системе отопления

Все указанные обстоятельства обычно негативно отражаются на общей работе системы – котел может постоянно работать на предельной нагрузке или часто включаться/выключаться – это вызывает повышенный износ оборудования и снижение срока его службы. Если говорить о потребителях тепла, то здесь также может наблюдаться снижение качества работы – прежде всего колебания температуры теплоносителя.

Назначение гидростреки

Гидрострелка предназначена для разделения потоков циркулирующего теплоносителя в зависимости от нагрузки и мощности котлоагрегата на 2 области – котловой первичный контур и вторичный контур потребителей тепла. Это позволяет наладить нормальный режим работы котла (или группы теплогенераторов, соединенных каскадом), обеспечивает эффективный режим работы каждого отдельного вида потребителей тепла – отопительных приборов, БКН системы горячего водоснабжения и комплексов водяных теплых полов.

Гидрострелка Gidruss

Следует отметить, что циркуляционный насос котла (встроенный в агрегат или установленный отдельно) обычно не гарантирует обеспечения качественной циркуляции теплоносителя в системе с большим числом потребителей – поэтому каждый блок потребления обычно оснащается независимым насосом (узел теплых полов – в обязательном порядке, БКН – в соответствии со схемой подключения).

Таким образом, основными функциями гидрострелки в системе автономного отопления являются:

• 1. Разделение циркуляции теплоносителя на первичный и вторичный контуры;
• 2. Снижение взаимного влияния потребителей тепла;
• 3. Поддержание нормального гидравлического и температурного режима работы теплогенерирующего и нагревательного оборудования – котла, отопительных приборов, теплых полов и бойлера ГВС, различных теплообменников;
• 4. Частично – воздухоудаление и отделение твердых частиц из потока теплоносителя;
• 5. Выполнение функции распределительных коллекторов – при наличии соответствующего количества патрубков.