Гидроразделитель в системе отопления для чего нужен
Принцип работы гидрострелки в системе отопления
Гидрострелка ( гидравлический разделитель ) – устройство, предназначенное для разделения потоков теплоносителей контура котла (котлов) и контуров потребления теплоты в системе отопления. Принцип его работы основан на обеспечении независимости работы отопительного оборудования. Материал публикации рассмотрит вопросы необходимости применения, общее устройство и методики расчета гидрострелки.
Для чего применяется 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:
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.
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).
Устройство и принцип действия гидрострелки
Классическое устройство гидрострелки – полый сосуд, имеющий две пары патрубков. Первая пара служит для подключения котла (или каскада котлов), вторая – для присоединения системы потребления. Внутренний объем сосуда круглого или прямоугольного сечения служит зоной гидравлического разделения, разряжения и смешивания потоков разнотемпературных теплоносителей.
В верхней части устройства устанавливают воздухоотводчик, нижняя служит грязеуловителем. В гидрострелке циркулирует два потока теплоносителя – поток котлового (первичного) контура и поток системы потребления (вторичного контура). При различных режимах работы оборудования величина потоков меняется. Происходит либо прямая подача от котла, либо смешивание потоков с разной температурой.
Гидрострелка подбирается из расчета снижения скорости теплоносителя до диапазона 0,1 – 0,2 м/с. Прим этой скорости практически отсутствует гидравлическое сопротивление, гидродинамический режим принимает ламинарный характер, происходит наиболее качественный тепломассообмен между контурами.
Отключение, изменение режима работы любой зоны отопительного оборудование приобретает лишь косвенное влияние на работу котла и системы в целом. Обеспечивается гидравлическое разделение, снижающее нагрузку на теплогенератор, отопительные приборы, насосное оборудование, коммуникации.
Гидравлический разделитель имеет три режима работы:
Режим 1. Прямой тепломассообмен потоков теплоносителя первичного и вторичного контура. Стабильная тепловая нагрузка потребления равна постоянному значению тепловой мощности котлоагрегата. Смешивания теплоносителей практически не происходит, движение приобретает ламинарный режим, происходит отделение воздуха, примесей и так далее. Режим работы котла – постоянный, на средней нагрузке.
Режим 2. Котел работает с максимальной нагрузкой, при этом не может обеспечить все потребности системы. Происходит полная передача потока из первичного контура котла с подмешиванием воды из обратки вторичного контура. При этом общая температура снижается для всех потребителей.
Режим 3. Оптимальный режим работы характеризуется наличием необходимой тепловой мощности котла, обеспечением экономного, «щадящего» режима работы. В этом режиме происходит смешивание прямого и обратного потоков первичного контура, температура поднимается. Котел останавливается при достижении заданной температуры, режим его работы приобретает циклический характер.
Гидравлический разделитель имеет и более сложные конструктивные конфигурации. Устройство оснащается сетчатыми элементами в верхней зоне для качественного отделения воздуха. Внутри изделия выполняются перфорированные перегородки вертикального или горизонтального направления для более эффективного разделения потоков.
Гидрострелки часто комбинируются с распределительными коллекторами. При этом коллекторы иногда входят в конструкцию моноблока, могут подключаться независимые.
Производятся изделия в виде комбинации разделителя и коллектора. При этом реализуется зонный температурный отбор теплоносителя для различных отопительных блоков.
Расчет гидравлического разделителя
Существует большой ряд типоразмеров гидрострелок. Подбор устройств производится по расчетным показателям. При этом диаметр патрубков первичного контура должен соответствовать диаметру патрубков котла. При подключении каскада котлов сечение патрубков гидрострелки должно быть не менее суммы сечений патрубков котлов.
Основная формула, применяемая для расчета диаметра сосуда разделителя:
P – тепловая мощность котла, кВт;
∆t – разница температур между подачей и обраткой, для автономных систем принимается 10 0 С.
Формула справедлива для движения теплоносителя со скоростью 0,15 м/с. Для режимов движения 0,1 и 0,2 м/с поправочные коэффициенты составляют соответственно 54 и 40.
Далее применяется правило 3d = D. Расчетный диаметр патрубков равен величине D/3. Расстояние между патрубками, от патрубков до верхней и нижней точек гидрострелки также должно составлять не менее 3d.
Также гидрострелку подбирают по гидродинамическим характеристикам (производительности) насосов обоих контуров. Формула расчета:
∑ QСО – суммарная производительность циркуляционных насосов вторичного контура;
QК – производительность котлового насоса, м 3 /час.
Дальнейший расчет производится по правилу 3d = D.
Применение гидрострелки в многоконтурной системе отопления – качественное техническое решение. Принцип работы и устройство гидравлического разделителя позволяют обеспечить стабильный как в гидравлическом, так и в температурном плане режим работы оборудования. Отсутствие предельных нагрузок, скачкообразного режима позволят отопительному оборудованию работать без неполадок длительное время.
Гидрострелка для отопления: принцип работы и назначение
Гидравлический разделитель — устройство, овеянное множеством мифов. Чтобы разобраться, с какими задачами гидрострелка действительно способна справляться, а какие её свойства — лишь необоснованные заявления маркетологов, предлагаем подробно рассмотреть принцип действия этого узла и его назначение.
Как устроена гидрострелка
Гидрострелка представляет собой колбу с установленным в верхней части автоматическим воздухоотводчиком. На боковой поверхности корпуса врезаются патрубки для присоединения магистральных труб отопления. Внутри гидрострелка абсолютно полая, в нижней части может врезаться резьбовой патрубок для установки шарового крана, предназначение которого — слив отстоявшегося шлама со дна разделителя.
По сути своей гидравлическая стрелка — это шунт, закорачивающий потоки подачи и обратки. Целью работы такого шунта является выравнивание температуры теплоносителя, а также его расхода в генерирующей и распределительной частях гидравлической системы отопления. Для получения реального эффекта от гидросепаратора требуется тщательный расчёт его внутреннего объёма и мест врезки патрубков. Однако большинство представленных на рынке устройств изготавливается серийно без адаптации под конкретную систему отопления.
Часто можно встретить мнение, что в полости колбы обязательно должны присутствовать дополнительные элементы, такие как рассекатели потока или сетки для фильтрации механических примесей или отделения растворённого кислорода. В реальности такие способы модернизации не демонстрируют сколь-нибудь значимой эффективности и даже наоборот: например, при засорении сетки гидрострелка полностью перестаёт работать, а вместе с ней и вся система отопления.
Какие возможности приписывают гидросепаратору
В среде инженеров-теплотехников встречаются диаметрально противоположные мнения по поводу необходимости установки гидрсотрелок в системах отопления. Масла в огонь подливают заявления производителей гидротехнического оборудования, сулящие увеличение гибкости настройки режимов работы, повышение КПД и эффективности теплоотдачи. Чтобы отделить зёрна от плевел, для начала рассмотрим абсолютно беспочвенные заявления о «выдающихся» способностях гидравлических сепараторов.
КПД котельной установки никак не зависит от устройств, установленных после присоединительных патрубков котла. Полезное действие котла целиком и полностью заключено в преобразовательной способности, то есть в процентном отношении тепла, выделенного генератором, к теплу, поглощённому теплоносителем. Никакие специальные методы обвязки не могут повысить КПД, он зависит только от площади поверхности теплообменника и корректного выбора скорости циркуляции теплоносителя.
Многорежимность, которая якобы обеспечивается установкой гидрострелки, это также абсолютный миф. Суть обещаний сводится к тому, что при наличии гидрострелки можно реализовать три варианта соотношений расхода в генераторной и потребительской части. Первый — абсолютное выравнивание расхода, что на практике как раз возможно только при отсутствии шунтирования и наличии в системе только одного контура. Второй вариант, при котором в контурах расход больше, чем через котёл, якобы обеспечивает повышенную экономию, однако в таком режиме по обратке в теплообменник неизбежно поступает переохлаждённый теплоноситель, что порождает ряд негативных эффектов: запотевание внутренних поверхностей камеры сгорания или температурный шок.
Также существует ряд доводов, каждый из которых представляет бессвязный набор терминов, но по сути своей не отражающий ничего конкретного. К таковым относятся повышение гидродинамической стабильности, увеличение срока службы оборудования, контроль за распределением температуры и иже с ними. Также можно встретить утверждение, что гидроразделитель позволяет стабилизировать балансировку гидравлической системы, что на практике оказывается прямо противоположным. Если при отсутствии гидрострелки реакция системы на изменение протока в любой её части неизбежна, то при наличии разделителя она ещё и абсолютно непредсказуема.
Реальная область применения
Тем не менее, термогидравлический разделитель — устройство далеко не бесполезное. Это гидротехнический прибор и принцип его действия достаточно подробно описывается в специальной литературе. Гидрострелка имеет вполне определённую, пусть и достаточно узкую область применения.
Важнейшая польза от гидроразделителя — возможность согласовать работу нескольких циркуляционных насосов в генераторной и потребительской части системы. Часто случается, что подключенные к общему коллекторному узлу контуры снабжаются насосами, производительность которых отличается в 2 и более раз. Наиболее мощный насос при этом создаёт разницу давлений настолько высокую, что забор теплоносителя остальными устройствами циркуляции оказывается невозможным. Несколько десятков лет назад эта проблема решалась так называемым шайбованием — искусственным занижением протока в потребительских контурах путём вваривания в трубу металлических пластин с различным диаметром отверстий. Гидрострелка шунтирует подающую и обратную магистраль, за счёт чего разрежение и избыточное давление в них нивелируются.
Второй частный случай — избыточная производительность котла по отношению к потреблению контуров распределения. Такая ситуация характерна для систем, в которых ряд потребителей работает не на постоянной основе. Например, к общей гидравлике могут быть привязаны бойлер косвенного нагрева, теплообменник бассейна и отопительные контуры зданий, которые отапливаются лишь время от времени. Установка гидрострелки в таких системах позволяет поддерживать номинальную мощность котла и скорость циркуляции всё время, при этом излишек нагретого теплоносителя поступает обратно в котёл. При включении дополнительного потребителя разница расходов снижается и излишек уже направляется не в теплообменник, а в открытый контур.
Гидрострелка также может служить коллектором генераторной части при согласовании работы двух котлов, особенно если их мощность существенно отличается. Дополнительным эффектом от работы гидрострелки можно назвать защиту котла от температурного шока, но для этого расход в генераторной части должен превышать расход в сети потребителей не менее чем на 20%. Последнее достигается путём установки насосов соответствующей производительности.
Схема подключения и монтаж
Гидравлическая стрелка имеет схему подключения, столь же простую, как и собственное устройство. Большая часть правил относится не столько к подключению, сколько к расчёту пропускной способности и расположению выводов. Тем не менее, знание полной информации позволит провести монтаж корректно, а также убедиться в пригодности выбранной гидрострелки для её установки в конкретную систему отопления.
Первое, что нужно чётко усвоить — гидрострелка будет работать только в системах отопления с принудительной циркуляцией. При этом насосов в системе должно быть как минимум два: один в контуре генерационной части, и хотя бы один в потребительской. При прочих условиях гидравлический разделитель будет играть роль шунта с нулевым сопротивлением и, соответственно, закоротит собой всю систему.
Пример схемы подключения гидрострелки: 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности котла; 3 — расширительный бак; 4 — циркуляционный насос; 5 — гидравлический разделитель; 6 — автоматический воздухоотводчик; 7 — запорные вентили; 8 — кран слива; 9 — контур № 1 бойлер косвенного нагрева; 10 — контур № 2 радиаторы отопления; 11 — трёхходовой кран с электроприводом; 12 — контур № 3 тёплый пол
Следующий аспект — размеры гидрострелки, диаметр и расположение выводов. В общем случае диаметр колбы определяется исходя из наибольшего расчётного протока в магистрали. За максимум может приниматься расход теплоносителя либо в генерационной, либо в потребительской части системы отопления согласно данным гидравлического расчёта. Зависимость диаметра колбы разделителя от протока описывается соотношением расхода к скорости протока теплоносителя через колбу. Последний параметр фиксированный и, в зависимости от мощности котельной установки, может варьироваться от 0,1 до 0,25 м/с. Частное, полученное при вычислении указанного соотношения, нужно умножить на поправочный коэффициент 18,8.
Диаметр патрубков подключения должен составлять 1/3 от диаметра колбы. При этом вводные патрубки располагаются от верха и низа колбы, а также друг от друга на расстоянии, равном диаметру колбы. В свою очередь выходные патрубки располагаются так, чтобы их оси были смещены относительно осей вводов на два собственных диаметра. Описанными закономерностями определяется общая высота корпуса гидрострелки.
Гидрострелка подключается к прямому и возвратному магистральному трубопроводам котла или нескольких котлов. Разумеется, при подключении гидрострелки не должно быть и намёка на сужение условного прохода. Это правило вынуждает использовать в обвязке котла и при подключении коллектора трубы с очень значительным условным проходом, что несколько осложняет вопрос оптимизации компоновки оборудования котельной и повышает материалоёмкость обвязки.
О сепарационных коллекторах
Напоследок кратко коснёмся темы многовыводных гидрострелок, также известных как сепколлы. По сути своей это коллекторная группа, в которой подающий и возвратный разветвитель объединены разделителем. Такого рода устройства крайне полезны при согласовании работы нескольких контуров отопления с разной нормой расхода и температурой теплоносителя.
Сепарационный коллектор вертикального монтажа позволяет обеспечить градиент температур в выходных патрубках за счёт смешивания порций теплоносителя. Это делает возможным прямое подключение, к примеру, бойлера косвенного нагрева, радиаторной группы и петель тёплого пола без смесительной группы: разница температур между соседними выводами сепколла будет естественным образом поддерживаться в пределах 10–15 °С в зависимости от режима циркуляции. Однако стоит помнить, что такой эффект возможен только если возвратный патрубок генераторной части расположен выше возвратных отводов потребителей.
В качестве итога дадим важную рекомендацию. Для большинства бытовых систем отопления мощностью до 100 кВт установка гидравлического разделителя не требуется. Гораздо более правильным решением будет подобрать производительность циркуляционных насосов и согласовать их работу, а для защиты котла от температурного шока связать магистрали трубкой-байпасом. Если же проектная либо монтажная организация настаивают на установке гидрострелки, это решение обязательно должно обосновываться технологически.
Гидроразделитель в системе отопления для чего нужен
Гидрострелка. Нужна или нет?
Гидрострелка. Нужна или нет?
На просторах интернета и в профессиональной среде не стихают споры о применении гидравлического разделителя (гидрострелки) в системе отопления.
То ли по неграмотности, то ли не думая, пихают это славное устройство и куда надо, и куда не надо. Люди, которым всё это ставят, доверяют “профи” и не задумываются о том, что им установили и зачем.
Цель данной статьи – уберечь от ненужного и порекомендовать нужное ещё на стадии проекта и расчета системы отопления, которую вам пока ещё только предлагают установить. Или минимальными средствами исправить уже смонтированную систему отопления.
Постараюсь объяснить все понятным простому обывателю языком и не влезать в безумные расчеты, хотя совсем без них, к сожалению, не получится.
Для чего нужна гидрострелка?
Гидрострелка, или гидравлический разделитель, применяется для выравнивания температуры теплоносителя, а также для его расхода в генерирующей (котловой) и распределительной (система отопления, теплые полы, ГВС) частях.
Другими словами, нужно сделать так, чтобы тепла нагретого котлом теплоносителя хватало для всех потребителей.
На картинке изображена гидрострелка в разрезе. Левые патрубки подключаются к котлу, те, что уходят вверх, – к системе отопления.
При “нехватке” теплоносителя от котла в систему отопления забирается часть обратной ( остывшей) воды.
Как видно, гидравлический разделитель – это не просто бочка с выводами. Там ещё присутствуют сепаратор для сбора и отвода воздуха, грязеулавливатель и специальная конструкция стенок для разделения потоков теплоносителя.
Для того чтобы понять, нужна ли вам конкретно гидрострелка, нужно определить, какой будет стоять котёл и как будет работать собственно система отопления.
Проходные диаметры
Для сильно упрощенного расчета определим проходные диаметры каждой части системы отопления. Опять же для упрощения не будем брать в расчет толщину стенок трубы и считать будем по присоединительным размерам.
Справа представлена наглядная картинка, на которой в масштабе изображены проходные диаметры напольного котла, распределительной гребёнки и радиаторов отопления.
Понятно, что даже при полностью открытых клапанах радиаторов система может без потерь обеспечить 25 радиаторов с полной теплоотдачей!
Другими словами, если у вас менее 25 радиаторов или контуров теплого пола (1 радиатор = 1 контур), вам гидрострелка точно не нужна!
Сейчас мне начнут указывать на гидравлические сопротивления труб, фитингов и прочего… Посчитайте, господа, и поймете, что на общую картину это повлияет не более чем на 3-5 %. Результаты своих расчетов можете проверить по “Таблицам Шевелёва”. Очень грамотный гидравлик был в нашем Отечестве!
Котел и обвязка котельной
Ниже представлена схема обвязки котельной с применением гидрострелки.
обвязка котельной с применением гидрострелки
Данная обвязка подразумевает 2 контура со смесителем ( 1 контур отопления, 1 контур теплого пола ) и контур ещё чего – нибудь (без смесителя), например, вентиляции или бассейна. Нагрузка на этот контур обычно максимальная.
Часто на этот контур подключают бойлер. Это большая ошибка, т.к система должна работать с приоритетом на ГВС и имеет другой температурный режим.
В режиме нагрева бойлера остальные потребители должны отключаться.
З-х ходовые смесители ( 1 и 2) переключают котёл на подогрев бойлера.
Насос N1 работает в постоянном режиме для обеспечения загрузки гидрострелки или подогрева ГВС.
Производительность насоса N1 должна быть не менее 80% от суммарной производительности насосов N2, N3 и N4.
Именно по причине малой производительности насоса применять гидравлический разделитель на настенных котлах не имеет смысла!
Если суммарная производительность всех насосов распределительной гребёнки будет сильно выше, чем производительность насоса гидрострелки, то возможен сильный перекос распределения в пользу обратной воды.И система не сможет набрать нужной температуры для отопления.
Ниже на картинках приведены варианты такой перегрузки. На одной из них – вид из тепловизора на то, как не работает гидрострелка. При этом мощность котла ещё имеет огромный запас.
Для гидравлической развязки целесообразно применять пластинчатые теплообменники.
Плюсом является некритичность к подбору режимов насосов, а также полное гидравлическое разделение контуров, что сказывается на безопасности системы. Также возможно применение разных типов теплоносителей в контурах котла и системы отопления.
К минусам я бы отнес стоимость и необходимость регламентного обслуживания 1 раз в 1-5 лет для очистки от отложений.
Распределение контуров системы отопления.
Ниже оптимальная, на мой взгляд, схема распределения контуров отопления, подходящая для 80% строений до 500 м2.
Если сравнить две схемы (верхнюю и эту), очевидно, что последняя значительно проще. К тому же она и более эффективна!
Немного опишу, как это работает.
Теплоноситель от котла, имеющий температуру либо установленную вручную, либо ограниченную погодозависимой автоматикой, подается на распределительную гребёнку, на которой с помощью 3-х ходовых клапанов устанавливается необходимая температура контура.
Учитывая, что 3-х ходовой клапан для регулировки использует часть обратки контура, гидравлическая нагрузка на котёл ещё уменьшается. Таким образом, в случае нехватки объема теплоносителя от котла можно компенсировать его увеличением температуры теплоносителя.
Теплый пол работает в низкотемпературном режиме и нагружает котёл ( гидравлически) меньше, чем контур отопления.
При переходе на нагрев бойлера смеситель №1 переводит всю мощность котла на ГВС.
Также можно увидеть, что отсутствует насос загрузки гидрострелки. Помимо цены насоса нет ещё и постоянного потребления электричества. А это 50- 200 kWa в месяц, в зависимости от мощности.
Пару слов о том, что такое 3-х ходовой смеситель или клапан.
Принцип действия показан слева, внешний вид – справа.
3-х ходовой клапан. Принцип работы. 
3-х ходовой клапан. Внешний вид
Клапан смешивает два потока (красная и синяя стрелка) и выдает нужную температуру в контур. Управляется он либо вручную, либо с помощью специального привода
Думаю, что мне удалось доходчиво объяснить плюсы и минусы разных вариантов компоновки системы отопления и и обвязки котлов.
Пишите комментарии, делитесь в соц. сетях.
Надеюсь, эта статья была для Вас полезной!
Про Денис Александрович
2 комментария
Денис Александрович
Алексей доброго времени суток! Вы всё правильно поняли! Если у вас котёл со встроенным насосом, то насос загрузки бойлера можно убрать из схемы или отключить встроенный насос.
Алексей
Если я правильно понял, то в выше приведенной “Схеме распределения контуров отопленияl без гидравлического разделителя” отдельный насос на контур котел-коллектор не нужен.
Потому как в большинстве предложений его ставят или используют встроенный для создания циркуляции именно по этому контуру.
Написать отзыв Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Наш магазин!
Kolomaki официальный дилер в Москве
Наши статьи по разделам:
Последние статьи:
Комментарии:
Форумы
Что бы зарегистрировать постройку, вам необходимо получить технический план
Когда и зачем вам может понадобиться регистрация жилого дома?