Гідрострелка для систем опалення — призначення, будову, розрахунок

При створенні автономної системи опалення однієї з найважливіших проблем завжди є ретельне балансування її роботи. Необхідно домогтися, щоб всі прилади і вузли діяли, так би мовити, «в унісон», щоб кожен з них в повній мірі справлявся зі своєю специфічною завданням, але разом з тим своїм функціонуванням не чинив негативного впливу на інші. Завдання це виглядає вельми непростий, особливо в тому випадку, коли створюється складна, розгалужена система опалення, з безліччю контурів кінцевого теплообміну.

Гідрострелка для систем опалення

Найчастіше такі контури має власні схеми термостатичного управління, свій температурний градієнт, серйозно різняться і пропускною спроможністю, і необхідним рівнем напору теплоносія. Як зв’язати таке різноманіття в єдину систему, яка працювала б як єдиний «організм»? Виявляється, є досить просте і дуже ефективне рішення. Це — гідравлічний роздільник, або як його частіше називають — Гідрострелка для систем опалення.

У цій публікації буде розглянуто для чого необхідна, як влаштована і як працює Гідрострелка, які переваги вона дає. Для самих допитливих читачів приведена інформація, що дозволяє провести самостійний розрахунок Гідрострелка.

Для чого призначена Гідрострелка системи опалення?

Зрозуміти призначення гідравлічної буде набагато легше, якщо розглянути роботу автономної системи опалення будівлі, починаючи з найпростіших схем і поступово ускладнюючи їх.

  • Отже, найпростіша за схемою система опалення з примусовою циркуляцією теплоносія.

Безумовно, дане зображення, та й наступні схеми, наводяться зі значним спрощенням — не показані деякі важливі елементи системи опалення (наприклад, розширювальний бак), які не принципові саме для розгляду призначення гідравлічної.

Спрощена схема звичайної системи опалення з примусовою циркуляцією

До — котел опалення;

Р — радіатори опалення або інші прилади високотемпературного теплообміну (конвектори). Показані в однині, «собирательно» — на ділі, звичайно, їх кількість може бути різним. В даному випадку важливо, що вони все розміщені на одному замкнутому контурі.

Н — насос, що забезпечує циркуляцію теплоносія по загальному контуру опалення.

Правильний підбір циркуляційного насоса, що враховує необхідну теплову потужність системи опалення, довжину контурів і особливості приладів теплообміну, дозволяє забезпечити стабільну, збалансовану роботу всієї схеми без жодних додаткових вузлів.

(Треба відразу зазначити, що в ряді випадків навіть у такій простій схемі також потрібна установка Гідрострелка — про це теж буде розказано нижче по тексту).

Можливо, вас зацікавить інформація про те, що собою представляють підлогові конвектори

Як правильно підібрати циркуляційний насос для системи опалення?

Система з примусовою циркуляцією завжди вигідно відрізняється своєю гнучкістю в плані регулювань режимів роботи, в питаннях економічності і ефективності функціонування. Головне — правильно за його технічними характеристиками. Про це докладніше — в спеціальній статті порталу.

  • Показана вище схема опалення хороша для невеликого будинку. Але якщо будівля велика, та ще й має два або більше рівнів, то складність системи значно зростає.

У складній системі опалення достатність одного циркуляційного насоса — дуже сумнівна

У таких випадках зазвичай застосовують колекторних схему підключення різних контурів. До загального колектору (кл) Можуть підключатися:

Р — ті ж високотемпературні контури з радіаторами причому таких контурів може бути і кілька, різної протяжності, розгалуженості і з різною кількістю приладів теплообміну.

СТП — системи водяних «теплих підлог». А тут уже — зовсім інші вимоги за рівнем температур теплоносія, тобто необхідно якісне регулювання з забезпеченням підмішування з «обратки». Протяжність покладених труб «теплої підлоги» може багаторазово перевершувати довжину високотемпературних контурів, тобто рівень гідравлічного опору також буде значно вище.

Бгвс — цією абревіатурою відзначений бойлер непрямого нагріву, який забезпечує роботу автономної системи гарячого водопостачання. І знову — зовсім інші вимоги до забезпечення циркуляції через нього теплоносія. Крім того, управління нагрівом води в бойлері найчастіше проводиться саме включенням і відключенн
ям цієї циркуляції.

Навіть у недосвідченого в подібних питаннях читача повинно виникнути закономірне сумнів — а чи зможе з усією цією різнобічної системою впоратися єдиний насос? По всій видимості — немає. Навіть якщо придбати модель підвищеної продуктивності, проблема не вирішиться. Крім того, це негативно позначиться і на роботі котла — завищувати параметри допустимої витрати і тиску, закладені виробником — це значить знижувати довговічність дорогого устаткування.

Крім того, кожен з підключений контурів відрізняється ще й своєю власною продуктивністю і необхідним напором. Тобто узгодженості в одночасному функціонуванні — не буде.

Здавалося б — вихід очевидний — забезпечити кожен з контурів «персональним» циркуляційним насосом, який за своїми характеристиками відповідав би специфічним вимогам конкретної ділянки системи.

Проста установка окремих насосів на різні по функціональності контури системи — проблеми не вирішує!

Але, виявляється, така міра зовсім не вирішує питання. Навіть навпаки — відмінності в параметрах окремих контурів ще більше погіршують розбалансованість подібної схеми, і чималі проблеми можуть виникнути вже в інших проявах.

Щоб все контури працювали коректно, потрібно точна узгодженість всіх встановлених циркуляційних насосів. А цього досягти неможливо хоча б з тих міркування, що в подібних системах з кількісним та якісним регулюванням рівня нагріву поточна продуктивність і напір — величини змінні.

Наприклад, в роботі системи спостерігається певна стабільність. Але в якийсь момент на одному з контурів теплої підлоги досягнутий максимальний нагрів. Відрегульований термостатичний клапан перекриває до мінімуму або навіть повністю закриває надходження теплоносія ззовні, з колектора, а циркуляція здійснюєте по замкнутому колу. Інший схожий приклад — з системи гарячого водопостачання проведений забір розігрітій води, замість неї в ємність надійшла холодна, і насос цього контуру автоматично запущений, щоб заповнити спад температури в бойлері.

Будь-яка з цих чи подібних до них ситуацій обов’язково призведе до взаємного впливу на інші контури. Це може виражатися в скачках напору, в появі «паразитних» потоків, в перевищенні допустимих температур на «теплих підлогах», в повному замиканні окремих контурів і т.п. Варіанти можуть бути різні, але однозначно — негативні. У будь-якому випадку система стає малокерованою.

Насос, що стоїть в обв’язки котла (Нк), На якому в першу чергу буде позначатися вся ця «раздерганность» системи, навряд чи прослужить довго. А що ще гірше — такі стрибки будуть викликати абсолютно непотрібні часті цикли запуску і зупинки самого котла, що значно знизить його експлуатаційний ресурс, закладений виробником.

  • Колектор виконує роль роздільника гідравлічних систем кожного з контурів системи. А якщо ще «надати автономію» та контуру котла? Тобто прийти до такого стану, при якому котел створював необхідний обсяг розігрітого теплоносія, але кожен з контурів міг би забирати рівно стільки, скільки потрібно в поточний момент.

Це — цілком здійсненне завдання, якщо виділити із загальної схеми «малий» котельної контур. Саме таку функцію і виконує гідравлічний роздільник, який іменується по-іншому Гідрострелка (на схемі — ГС). Таку назву, по всій видимості, за нею закріпилася за аналогією з залізничними стрілками — вона здатна здійснювати перенаправлення потоків теплоносія в потрібний зараз напрямку.

Невелике і нескладне, здавалося б, доповнення, а злагоджена робота системи кардинально змінюється

Пристрій звичайного гідравлічної — надзвичайно просте. Це невеликий резервуар круглого або прямокутного перерізу, заглушений з торців, в який врізані пари патрубків — для підключення до котла і окремо — до колектора (або безпосередньо до контуру опалення).

Пристрій Гідрострелка: придумати що-небудь простіше — напевно, неможливо. А разом з тим — схема надзвичайно ефективна!

По суті, утворюється два (або більше) абсолютно незалежних контурів. Так, вони взаємопов’язані по теплопередачі, але ось циркуляція в кожному з них підтримується своя, оптимально підходить для конкретних умов в поточний момент часу. Тобто і витрата (назвемо його умовно Q) теплоносія, і створюваний напір (N) — в кожному з розділених контурів — свої.

Циркуляційні потоки в «малому» контурі котла і в контурах опалення стають незалежними, що не впливають один на одного

Як правило,
показники продуктивності в контурі котла стабільні (Qк) — циркуляційний насос працює в заданому оптимальному режимі, найбільш «щадному» для котельного обладнання. Перетин самого роздільник забезпечує мінімальний гідравлічний опір в «малому» контурі, що робить циркуляцію в ньому абсолютно незалежною від тих процесів, які відбуваються в даний момент в інших відділах системи опалення. Такий режим роботи котла, без стрибків тиску, без багаторазових частих циклів пуску і зупинки — це запорука його багаторічної безаварійної експлуатації.

Можливо, вас зацікавить інформація про те, що собою представляють радіатори опалення біметалеві

Як функціонує Гідрострелка в системі опалення?

Три основні режими роботи гідравлічної

Якщо не брати до уваги різні проміжні варіанти, схему дії Гідрострелка можна вичерпно описати трьома основними режимами її роботи:

  • режим перший

Система практично знаходиться в рівновазі. Витрата «малого» котла практично не відрізняється від сумарного значення витрат всіх контурів, підключених до колектора або безпосередньо до Гідрострелка (Qк = Q о).

Рівноважний стан системи. На практиці таке трапляється вкрай рідко, особливо, якщо система включає кілька незалежних контурів опалення

Теплоносій не затримується в Гідрострелка, а проходить крізь неї по горизонталі, практично не створюючи вертикального переміщення.

Температура теплоносія на патрубках подачі (Т1 і Т2) — однакова. Природно, така ж ситуація і на патрубках, підключених до «обратке» (Т3 і Т4).

У такому режимі Гідрострелка, по суті, не робить ніякого впливу на функціонування системи. Але подібне рівноважний стан — вкрай рідкісне явище, яке може відчуватися лише епізодично, так як вихідні параметри системи завжди мають тенденцію до динамічного зміни — на цьому заснована вся система її термостатичного регулювання.

  • режим другий

У поточний момент склалося так, що сумарний витрата на контурах опалення перевищує витрата в контурі котла (Qк < Q о).

Якщо в якийсь момент склалося так, що витрата на колекторі перевищив сталий витрата котла, то циркуляція «великого кола» в основному замкнеться через Гідрострелка

Цілком нормальна, досить часто зустрічається на практиці ситуація, коли всі підключені до колектора контури саме в цей момент вимагають максимальної витрати теплоносія. Звичайними словами — миттєвий попит на теплоносій перевищив то, що може видати контур котла. Система при цьому не зупиниться і не розбалансує. Просто в Гідрострелка сам по собі сформується висхідний по вертикалі потік від патрубка «обратки» колектора до патрубка подачі. Одночасно до цього потоку у верхній області гідравлічної буде проводитися підмішування гарячого теплоносія, що циркулює по «малому» контуру. Температурний баланс: Т1 > Т2, Т3 = Т4.

  • режим третій

Цей режим функціонування гідравлічної є, по суті, основним — в грамотно спланованою і правильно змонтованої системи опалення саме він і стане превалюючим.

Такий режим роботи в добре налагодженій системі опалення буде переважаючим

Витрата теплоносія в «малому» контурі перевищує аналогічний сумарний показник на колекторі, або, іншими словами, «попит» на необхідний обсяг став нижче «пропозиції». (Qк > Qo).

Причин тому може бути чимало:

— Апаратура термостатичного регулювання на контурах знизила або навіть тимчасово припинила надходження теплоносія з колектора подачі на прилади теплообміну.

— Температура в бойлері непрямого нагріву досягла максимальної, а забору гарячої води давно не було — циркуляція через бойлер припинена.

— Відключені на якийсь час або на тривалий період окремі радіатори або навіть контури (необхідність профілактики або ремонту, немає потреби опалювати тимчасово не використовуються приміщення і інші причини).

— Система опалення вводиться в дію поступово, з поступовим включенням окремих контурів.

Жодна з перерахованих причин ніяк негативно чи не позначиться на загальній функціональності системи опалення. Надлишок обсягу теплоносія вертикальним низхідним потоком просто буде йти в «обратку» малого контуру. По суті, котел стане забезпечувати кілька надлишковий обсяг, а кожен з контурів, підключених до колектора або безпосередньо до Гідрострелка, буде забирати рівно стільки, скіл
ьки потрібно в даний момент.

Температурний баланс при такому режимі роботи: Т1 = Т2, Т3 > Т4.

Можливо, вас зацікавить інформація про те, як вибрати електрокотел для опалення будинку 100 квадратних метрів

Додаткові можливості Гідрострелка

Крім згаданих вище режимів роботи, Гідрострелка здатна виконувати ще кілька корисних функцій.

  • Після входу в основний циліндр гідравлічної, за рахунок різкого збільшення обсягу, швидкість потоку падає. Це сприяє осіданню нерозчинних суспензій, які можуть з’явитися в теплоносії за час його переміщення по трубах і радіаторів. Знизу Гідрострелка нерідко монтується кран, щоб періодично зливати з системи накопичився осад.
  • Та ж причина — різке зниження швидкості потоку, дає можливість ще й відокремити від рідини газові бульбашки. Зрозуміло, що в системі зазвичай передбачаються воздухоотводчики в групі безпеки і крани Маєвського на радіаторах, але зайвий сепаратор — ніколи не зашкодить, особливо на виході з котла, де газоутворення при високотемпературному нагріванні повністю виключити не можна.

Гідравлічний чан заводського виробництва — зверху передбачений автоматичний, а знизу — кран для видалення скупчився шламу

Виробники опалювального обладнання при виготовленні гідравлічних роздільників навіть передбачають спеціальні сіточки всередині основного циліндра — так сепарація проходить більш якісно. Ну а зверху Гідрострелка в такому випадку встановлюється автоматичний.

  • На початку статті говорилося, що навіть в найпростішій системі опалення Гідрострелка може зіграти корисну роль. Це стосується систем, оснащених котлами з чавунним теплообмінником.

При всіх перевагах чавуну, є у цього металу «ахіллесова п’ята»: в силу своєї крихкості не любить він ні механічних, ні термічних ударів. Різкий перепад температури, коли на вході в теплообмінник — холодна вода, а в області впливу полум’я показники в багато разів вище, може призвести до появи тріщин. Значить, цей критичний період «розгону» слід звести до мінімуму.

В цьому і надає допомогу гідравлічний роздільник. Нагрівання невеликого обсягу в «малому» контурі при запуску системи — багато часу не займе. На у потім можна послідовно відкривати циркуляцію і в інших будках теплообміну.

Цікаво, що деякі виробники котельного обладнання з чавунними теплообмінниками прямо обумовлюють це питання в інструкції по експлуатації. Підключення такого котла безпосередньо до колектора цілком може спричинити за собою відмову від виконання виробником своїх гарантійних зобов’язань.

Можливо, вас зацікавить інформація про те, що собою являє байпас в системі опалення

Основні параметри гідравлічної

Отже, ми побачили, що принципова конструкція гідравлічної — надзвичайно проста. Правда, мова велася і буде в основному вестися далі про «класичну» компонуванні цього елемента системи — вертикальний циліндр в бічними патрубками. Справа в тому, що в асортименті магазинів і майстрів-умільців нерідко зустрічаються і більш складні моделі, наприклад, відразу об’єднані з колектором. Правда, це ніяк не міняє ні принципу роботи, ні основних розмірних пропорцій роздільник.

Це — та ж Гідрострелка, просто конструктивно вже об’єднана з колектором

Незважаючи на простоту пристрою, параметри гідравлічної все одно повинні відповідати певним вимогам. І якщо майстерний господар будинку, який має непогані слюсарні та зварювальні навички, збереться самостійно виготовляти Гідрострелка, йому слід знати, від чого відштовхуватися.

Увага! Всі зазначені нижче діаметри труб — це діаметри не зовнішні, а внутрішні, тобто умовного проходу!

  • «Класична» компонування звичайної Гідрострелка базується на «правило трьох діаметрів». Тобто діаметр патрубків — втричі менше діаметра головного циліндра роздільник. Патрубки розташовуються діаметрально протилежно, а їх розміщення по висоті Гідрострелка також прив’язане до базового діаметру. Зрозуміліше це показано на схемі нижче:

Ця схема гідравлічної вважається «класичної»

  • Практикується і деяка зміна розташування патрубків — своєрідної «драбинкою». У цьому випадку схема набуває такого вигляду:

Кілька змінена схема — зі ступінчастим становищем патрубків

Ця зміна направлено в основному на більш ефективне видалення газу і нерозчинного осаду. При русі по трубі подачі невелика зміна напрямку потоку те
плоносія зигзагоподібно вниз сприяє більш якісному видалення бульбашок газу. На зворотному потоці, навпаки, сходинка вгору, і це полегшує видалення твердих включень. А крім того, таке розташування сприяє кращому змішуванню потоків.

А звідки взялися ці пропорції? Вони обрані з тим розрахунком, щоб забезпечити швидкість вертикального потоку (висхідного або спадного) в діапазоні від 0,1 до 0,2 метрів в секунду. Перевищувати цей поріг — не можна.

Чим менше швидкість вертикального потоку — тим ефективніше буде сепарація повітря і шламу. Але це навіть не головна причина. Чим повільніше переміщення — тим якісніше, повноцінніше відбувається змішування потоків з різною температурою. У підсумку по висоті Гідрострелка утворюється температурний градієнт, що теж можна «поставити на службу».

  • Якщо система опалення включає контури з різним температурним режимом, то є сенс застосувати навіть Гідрострелка, яка стане виконувати роль колектора, причому на різних парах патрубків буде свій температурний напір. Це значно знизить навантаження на термостатичні пристрою, зробить всю систему більш керованою, ефективної та економічної.

Для любителів самостійного виготовлення — нижче розташована рекомендована схема збірки подібної Гідрострелка з трьома різнотемпературними виходами на контури опалення. Чим ближче пара патрубків до центру, тим менше температурний напір в трубі подачі, і тим менше різниця температур в подачі і обратки. Наприклад, для радіаторів оптимальний режим — 75 градусів в подачі з різницею Δt = 20 ºС, а для теплої підлоги буде досить 40 ÷ 45 з Δt = 5 ºС.

Гідрострелка, що виконує роль колектора з температурним градієнтом по висоті

  • Якщо переглядати публікації про системи опалення, то можна помітити, що використовуються і гідравлічні роздільники горизонтального розташування. У таких варіантах, звичайно, вже і мови не йде про сепарації повітря або шламу. А розташування патрубків може істотно відрізнятися — для ефективної конвекції теплоносія часто застосовуються схеми навіть у зустрічним напрямком потоків «малого» і опалювального контуру. Кілька подібних прикладів наведено на ілюстрації:

Варіанти конструкції гідравлічної горизонтального розташування

При бажанні можна виготовити і такий гідравлічний роздільник, наприклад, з міркувань більш компактного розміщення обладнання в котельні. Зустрічний напрямок потоків, до речі, дає можливість дещо зменшити діаметр труб. Але при цьому повинні дотримуватися деякі вимоги до конструкції:

— Між патрубками одного контуру (неважливо, якого), необхідно дотримуватися відстань не менше 4d.

— При застосуванні першого правила слід мати на увазі те, що якщо вхідні патрубки мають діаметр менше 50 мм (а так трапляється дуже часто), то в будь-якому випадку відстань не повинна бути менше 200 мм.

Завершуючи розгляд питання конструкції гідравлічної стрілки, можна додати наступне. Домашні умільці часто виготовляють такі пристрої навіть з поліпропіленових труб. При цьому вони відступають від «канонів» компонування, і виконують роздільник, наприклад, у формі решітки. При такому підході цілком можна виготовити Гідрострелка і з труб діаметром в 32 мм. Правда, по частині якості змішання подібна конструкція буде поступатися однокорпусному.

Така конструкція гідравлічної також цілком має «право на існування»

Можна зустріти і зовсім «екзотичні» конструкції. Так, один з майстрів як Гідрострелка встановив дві секції звичайного чавунного радіатора опалення. Немає слів — з завданням гідравлічного поділу потоку такий пристрій цілком впорається. Але подібний підхід зажадає ще й дуже надійної термоізоляції пристрою, інакше на ньому виявляться абсолютно непродуктивні втрати тепла.

Можливо, вас зацікавить інформація про те, як промити систему опалення в багатоквартирному будинку 

Розрахунок параметрів «класичної» Гідрострелка

Запропоновані вище схеми — це чудово. Але ось як точно визначитися з конкретними значеннями цих самих D і d?

Пропонуємо два варіанти розрахунку. Перший базується на потужності системи опалення. Другий — на продуктивності циркуляційних насосів, встановлених в контурі котла і у всіх контурах теплообміну.

Чи не станемо втомлювати зацікавленого читача низкою формул. Краще запропонувати йому скористатися можливостями розміщених нижче онлайн-калькуляторів, які зроблять необхідні розрахунки швидко і точно.
Результат буде показаний в міліметрах — рекомендовані мінімальні внутрішні діаметри труб для виготовлення самої Гідрострелка і патрубків підключення контурів. Далі — відповідно до запропонованих вище в публікації схемами залишиться визначитися з іншими розмірами.

Калькулятор розрахунку параметрів гідравлічної на підставі потужності котла

У полях введення даних необхідно вказати:

  • Швидкість вертикального переміщення потоку.
  • Максимальну розрахункову потужність системи опалення.
  • Температурний режим роботи «малого» контуру, тобто рівень температур в подачі і «обратки» безпосередньо біля котла опалення.

Калькулятор розрахунку параметрів гідравлічної на підставі продуктивності циркуляційних насосів

Вихідними даними є:

  • Бажана швидкість вертикального переміщення потоку в Гідрострелка.
  • Продуктивність всіх насосів, які забезпечують роботу «великих» контурів опалення гарячого водопостачання, підключених до гідравлічного роздільника.
  • Продуктивність насоса «малого» контуру, тобто забезпечує роботу котла. Якщо в системі встановлюються два котла, і передбачається, що вони можуть підключатися одночасно, то необхідно вказати продуктивність обох насосів. Якщо ж спарена робота не планується, то вказується найбільш продуктивний насос.

Зверніть увагу: у моделей циркуляційних насосів різних брендів можуть зазначатися параметри продуктивності, виражені або в кубометрах на годину, або в літрах за хвилину. Для зручності користувача передбачена можливість вибору потрібних одиниць виміру. Але при цьому вони, природно, повинні бути єдиними для всіх насосів, що беруть участь в розрахунку.

короткі підсумки

Переваги використання гідравлічної

На закінчення статті має сенс ще раз підкреслити ті переваги, які дає установка в систему опалення нескладного і недорогого пристрою — гідравлічної:

  • Вирівнюється робота котла. Витрата теплоносія через його теплообмінник — завжди стабільний, без стрибків тиску і температури. Довговічність котла від цього тільки зростає.
  • Система опалення з різноплановими контурами стає легко керованою — кожному контуру нескладно поставити індивідуальні параметри, і це ніяк не позначиться на роботі «сусідів».
  • Якщо котел має чавунний теплообмінник, то установка Гідрострелка захистить його від різких «теплових ударів», що в результаті збільшить термін експлуатації дорогого устаткування.
  • Чи не буде великих проблем з вибором насосів. Кожному контуру підбирається свій, виходячи з наявних потреб і без оглядки на інші контури. А «диригувати» усім цим «оркестром» стане гідравлічний роздільник. Крім того, відпадає необхідність придбання циркуляційного насоса підвищеної потужності для установки в контурі котла.
  • Важливими можуть стати і додаткові можливості по видаленню газів, і очищення теплоносія від нерозчинних забруднень.

Ссылка на основную публикацию