2 Схема обвязки
По поводу обвязки гидрострелки на просторах интернета можно найти много неправдивой информации. Основным заблуждением являются неправильные схемы работы. Если верить народным умельцам, то существует три варианта обвязки:
- расход теплоносителя во всех контурах пропорционально распределяется и равен его количеству в котле;
- ветки всех контуров забирают меньше жидкости, чем её находится в котле;
- расход в кольце со стороны котла больше.
Добиться идеального варианта, как предложено в первом случае, невозможно, поскольку гидравлическое сопротивление постоянно будет меняться из-за работы термостатов. Кроме этого, купить насос с точной мощностью под гидрострелку невозможно.
Роль гидрострелки в современных отопительных системах
Дабы выяснить, что собой представляет гидрострелка и какие функции она выполняет, вначале ознакомимся с особенностями работы индивидуальных отопительных систем.
Простой вариант
Самый простой вариант отопительной системы, оборудованной циркуляционным насосом, будет выглядеть примерно следующим образом.
Безусловно, данная схема существенно упрощена, поскольку многие элементы сети в ней (к примеру, группа безопасности) попросту не показаны, чтобы «облегчить» картинку для восприятия. Итак, на схеме вы можете увидеть, прежде всего, отопительный котел, благодаря которому и нагревается рабочая жидкость. Также виден циркуляционный насос, посредством которого жидкость движется по подающему (красному) трубопроводу и так называемой «обратке». Что характерно, такой насос может устанавливаться как в трубопровод, так и непосредственно в котел (последний вариант присущ больше приборам настенного типа).
Если насос грамотно подобран в плане давления и производительности, то его одного будет вполне достаточно для одноконтурной системы, следовательно, нет никакой необходимости в использовании иных вспомогательных устройств.
Более сложный вариант
Если площадь дома достаточно большая, то представленной выше схемы для него будет явно недостаточно. В таких случаях применяется сразу несколько отопительных контуров, поэтому схема будет выглядеть несколько по-другому.
Здесь мы видим, что посредством насоса рабочая жидкость поступает в коллектор, а оттуда уже передается на несколько отопительных контуров. К последним можно отнести следующие элементы.
- Контур высокой температуры (или несколько), в котором имеются коллекторы или же обычные батареи.
- Системы ГВС, оснащенные бойлером косвенного нагрева. Требования к перемещению рабочей жидкости здесь особенные, поскольку температура подогрева воды в большинстве случаев регулируется изменением расхода жидкости, проходящей через бойлер.
- Теплые полы. Да, температура рабочей жидкости для них должна быть на порядок ниже, поэтому и используются особые термостатические устройства. Тем более что контуры теплого пола имеют длину, существенно превышающую стандартную разводку.
Вполне очевидно, что один циркуляционный насос с такого рода нагрузками не справится. Безусловно, сегодня продаются высокопроизводительные модели повышенной мощности, способные создавать достаточно высокое давление, однако стоит подумать и о самом отопительном приборе – его возможности, увы, не безграничны. Дело в том, что элементы котла изначально предназначаются на определенные показатели напора и производительности. И данные показатели превышать не стоит, поскольку это чревато поломкой дорогостоящей отопительной установки.
Помимо того, сам циркуляционный насос, функционируя на пределе собственных возможностей для того, чтобы обеспечивать жидкостью все контуры сети, долго прослужить не сможет. Чего уж говорить о сильном шуме и расходе электрической энергии. Но вернемся к теме нашей статьи – к гидрострелке для отопления.
2 Основные функции
Отопительная система каждого дома состоит из нескольких частей, выполняющих разные функции. Ими могут быть, например, бойлер, подающий горячую воду в санузел с кухней, батареи и тёплые полы. Для каждого из этих потребителей тепла требуется поддержание своей оптимальной температуры. Кроме того, они могут отличаться протяжностью и толщиной труб. Из-за всего этого части отопительной системы имеют разное гидравлическое сопротивление, что может привести к возникновению дисбаланса. Для предотвращения этого их объединяют с помощью гидрострелки.
Такое разделение отопительной системы имеет ещё несколько преимуществ перед прямым подключением котла к коллектору. Среди них можно отметить следующие функции:
- Повышение КПД (коэффициента полезного действия) генератора тепла. Благодаря повторному попаданию части горячей воды в котловой контур её можно использовать повторно, за счёт чего экономится топливо и электроэнергия. Кроме того, в независимом основном контуре становится возможным более эффективное использование теплоты сгорания топлива с минимальными потерями давления и энергии.
- Решение проблемы с выбором насосов. Каждому элементу системы отопления можно будет подобрать свой проводник с разной длиной и мощностью вне зависимости от этих параметров у других теплопотребителей. Анулоид поможет минимизировать их негативное влияние друг на друга.
- Повышение срока эксплуатации котла за счёт защиты от перегревов и резких перепадов давления.
- Сохранение постоянного объёма всей котловой воды и её потоков в контурах генератора и потребителей отопления.
- Возможность подключить к системе теплообеспечения новые приборы и отдельные контуры без дополнительных трудностей.
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:
- Сгоны должны иметь симметричную хорошо прорезанную резьбу.
- Толщина стен патрубков выбирается одинаковой.
- 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.
Какие гидравлические процессы протекают в гидрострелке?
Для того чтобы были понятны причины установки гидроразделителя в систему отопления дома, необходимо понять, что же происходит с водой во время её прохождения в полости гидрострелки. Для этих целей обязательно нужно вникнуть в суть основных параметров функционирования, верно спроектированной, двух и более контурных автономных систем отопления с применением гидроразделителя.
После выполнения монтажных работ, сварки всех стыковых соединений в трубах, система отопления заполняется прохладной водой, как правило, в пределах 5 – 15 градусов.
При включении котла автоматика подключает циркуляционный насос основного контура и выполняется разжигание горелки, так как теплоноситель пока что не набрал заданную программой температуру, насосы вторичных контуров не включаются и теплоноситель движется только по первичному контуру. Таким образом, весь поток будет направлен вниз по гидрострелке, как показано на схеме (Ситуация №1).
Сразу же после того, как теплоноситель достигнет заданного температурного уровня, начинается равнозначный отбор второстепенным контуром водяного потока. В исключительном порядке, равных водяных потоков, основного и второстепенного контура, гидрострелка функционирует только лишь как воздушный отводчик и грязе-мазутоулавливатель, то есть, так как уже упомянуто выше в пунктах 3 и 4. Таким образом, происходит стандартный отопительный процесс и нагревание горячей воды для нужд вашего дома (на схеме это Ситуацию №2)
Обязательно необходимо обратить внимание, что достичь при практическом применении абсолютного равенства водяных потоков Q1=Q2 во всех контурах отопительной системы практически невозможно. Именно поэтому, в обязательном порядке необходимо устанавливать гидрострелку в системе отопления дома.
Далее автоматика будет регулировать расход во второстепенном контуре, например, когда вода в ГВС достигнет заданной температуры насос горячего водоснабжения отключится; в условиях, если термоголовки радиаторов прикрывают поток в следствии перегрева помещения на солнечной стороне, тем самым повышая гидросопротивления в этом контуре отопления, срабатывает автоматика адаптивного насоса, понижая их производительность и снижая поток Q2
Через это поток Q1-Q2 начинает движение вверх по гидрострелке (на схеме Ситуацию №3). Если в системе отопления нет гидрострелки, из-за значительного гидравлического перекоса вышли бы из строя как минимум циркуляционные насосы.
Когда автоматика котла останавливает насос основного отопительного контура, поток теплоносителя в гидрострелке стремится вверх (на схеме Ситуацию №3). Но данная ситуация бывает очень редко.
Подведём краткие итоги. Учитывая вышеизложенное можно сказать, что установка гидрострелки в системе отопления вашего дома жизненно необходима, если у вас 2 и более контуров отопления и котел имеет теплообменник из чугуна.
Зачем нужна гидрострелка в системе отопления
В системе отопления, гидрострелка — это связующее звено между двумя отдельными контурами по передаче тепла и она полностью нейтрализует динамическое влияние между контурами. У нее есть два назначения:
- Первое — она исключает гидродинамическое влияние, при отключении и включении некоторых контуров в системе отопления, на весь гидродинамический баланс. Например, при использовании радиаторного отопления, теплых полов и нагрева бойлера, имеет смысл разделять каждый поток на отдельный контур, для исключения влияния друг на друга.(смотрите)
- Второе — при небольшом расходе теплоносителя — она должна получить большой расход для второго, искусственно созданного контура. Например, при использовании котла с расходом 40 л/мин, система отопления получается по расходу больше в 2-3 раза (расходует 120 л/мин). В таком случае целесообразно первый контур установить контуром котла и систему развязки отопления установить вторым контуром. Вообще, разгонять котел больше чем предусматривается производителем котла экономически нецелесообразно, в таком случае увеличивается и гидравлическое сопротивление, оно либо не дает необходимый расход, либо увеличивает нагрузку движения жидкости, это приводит к повышенному энергопотребления насоса.
По какому принципу работает гидрострелка
Циркуляция теплоносителя в первом контуре создается при помощи первого насоса. Вторым насосом создается циркуляция через гидрострелку во втором контуре. Таким образом теплоноситель перемешивается в гидрострелке. Если расход в обоих контурах у нас одинаковый, то теплоноситель беспрепятственно проникает из контура в контур, создавая как бы единый, общий контур. В таком случае не создается вертикального движения в гидрострелке или это движение приближено к нулю. Если расход во втором контуре больше чем в первом, то в гидрострелке происходит движение теплоносителя снизу вверх и при увеличенном расходе в первом контуре — сверху вниз.
Рассчитывая и настраивая гидрострелку, нужно добиться минимального вертикального движения. Экономический расчет показывает, что это движение не должно превышать 0.1 м/с.
Зачем снижать вертикальную скорость в гидрострелке?
Гидрострелка служит и как отстойник мусора в системе, при малых вертикальных скоростях мусор постепенно оседает в гидрострелке, выводясь из системы отопления.
Создание естественной конвекции теплоносителя в гидрострелке, таким образом холодный теплоноситель уходит вниз, а горячий устремляется вверх. Таким образом создается необходимый температурный напор. При использовании теплого пола, можно во второстепенном контуре получить пониженную температуру теплоносителя, а для бойлера более высокую, обеспечив быстрый нагрев воды.
Уменьшение гидравлического сопротивления в гидрострелке,
Выделение из теплоносителя микроскопических пузырьков воздуха, тем самым выводя его из системы отопления через авто воздушник.
Как узнать, что нужна гидрострелка
Как правило, гидрострелку ставят в домах, площадь которых более 200 кв.м., в тех домах, где сложная система отопления. Там где используется распределение теплоносителя на несколько контуров. Такие контура желательно делать независимыми от других в общей системе отопления. Гидрострелка позволяет создать идеально стабильную систему отопления и распространять тепло по дому в нужных пропорциях. При использовании такой системы распределение тепла по контурам становится точным и отклонения от настроенных параметров исключены.
Преимущества использования гидрострелок.
Защита чугунных теплообменников исключая тепловой удар. В обычной системе, без использования гидрострелки, создается резкое повышение температуры, при отключении некоторых веток и последующий приход уже холодного теплоносителя. Гидравлическая стрелка дает постоянный расход котла, уменьшая разницу температур между подачей и обраткой.
Повышается долговечность и надежность котельного оборудования за счет стабильной работы без перепадов температуры.
Отсутствие разбалансированности и создание гидравлической устойчивости системы отопления. Именно гидрострелка позволяет увеличить дополнительный расход теплоносителя, что очень трудно добиться установкой дополнительных насосов.
Какие конструкции гидрострелок бывают: некоторые примеры подобных устройств
Подобные приспособления могут иметь два типа конструкций:
- вертикальная – такая гидравлическая стрелка помогает удалить шлам и излишний воздух из теплоносителя;
- горизонтальная – применяется, когда в системе имеется отдельная система фильтрации и удаление воздуха и различных частиц не требуется.
Вертикальная гидравлическая стрелка на 4 контура
Интересно, что в последнее время стали довольно распространены гидрострелки из полипропилена. При условии, что вся система выполнена из того же материала, это избавляет от необходимости фильтрации теплоносителя. Ведь в пластиковых трубах никак не может образоваться коррозия, что позволяет использовать теплоноситель даже с избытком воздуха – никакого вреда это системе отопления не наносит.
Как правильно подключить гидроразделитель
Простейшая схема подключения гидрострелки в системе отопления следующая:
- Котел имеет два отвода на подачу и обратку теплоносителя.
- На подающий трубопровод, устанавливается циркуляционный насос. Сразу после насоса, устанавливается разделитель, образующий малый контур отопления. Насос обеспечивает бесперебойное движение жидкости в гидравлическом разделителе.
- Участок трубопровода между стрелкой и котлом на обратке, делят установкой обратного клапана в системе отопления, что предотвращает рециркуляцию.Обвязка котла с гидрострелкой, для сложных систем отопления, предусматривает необходимость подключения коллекторов.
Движение воды в гидрострелке, происходит принудительным способом. Давление нагнетает установленный циркуляционный насос. В открытой системе отопления, разделитель не будет работать.
В чём плюсы и минусы использования гидроразделителя
Несмотря на встречающееся мнение, гидроразделитель, это неотъемлемое условие для длительной и бесперебойной работы системы отопления с несколькими контурами. Одна из главных особенностей и функций устройства, нивелирование давления между контурами.
Работа гидравлического разделителя в системе с естественной циркуляцией, теоретически возможна, но теряет свой смысл. Основное применение приходится на разводку закрытого типа с принудительным движением теплоносителя.
Преимущества гидрострелки в отопительной системе
Установка гидроразделителя решает несколько проблем системы отопления:
- Нивелирование давления в контурах отопления. В системах с несколькими подающими трубопроводами, тяжело достичь одинаковых параметров скорости циркуляции теплоносителя. Циркуляционные насосы имеют разную производительность и скорость движения. При одновременном включении всех контуров отопления, некоторые из них могут полностью прекратить работать из-за недостаточного давления. После попадания вовнутрь гидравлического разделителя, происходит потеря давления, нивелирование параметров, что приводит к равномерному распределению тепловых потоков. Регулировка гидрострелки осуществляется автоматически, по мере включения и выключения циркуляционного оборудования датчиками.
- Снижение разницы температур – гидроразделитель выполняет функцию первичного контура обогрева. По нему циркулирует теплоноситель до тех пор, пока не достигнет необходимой температуры нагрева.
- Дополнительные функции – ёмкость выполняет задачи отстойника, фильтра грубой очистки и воздухоотводчика.
Недостатки гидравлической стрелки
Первый и самый главный недостаток гидроразделителя в том, что большинство из его функций, выполняют другие узлы, уже установленные в систему. После подключения группы безопасности, задачей стрелки остается только нивелирование давления и температуры на подающем и обратном трубопроводе.
- Второй недостаток – увеличение сопротивления при циркуляции теплоносителя, после установки гидравлического разделителя. Последствие монтажа модуля – снижение равномерности прогрева трубопровода, необходимость в постоянном использовании циркуляционного насоса. Без нагнетания давления в системе отопления, котел перестает работать. Соответственно, система обогрева становится энергозависимой и требует подключения источника бесперебойного питания.
- Высокая стоимость устройства – самые простые модули, обойдутся, начиная от 11 тыс. руб. Для двухэтажного здания площадью около 200 м², потребуется приобрести стрелку за 60-80 тыс. руб. Гидравлический разделитель для промышленного применения, обойдется уже в 125-250 тыс. руб.
При этом, существующая типичная схема изготовления разделителя показывает, что, в сущности – это простое устройство, не имеющее сложного функционала с минимальным значением в системе отопления. Не удивительно, что достаточно многие отечественные потребители, отказываются от покупки фирменных устройство в пользу изготовления кустарных аналогов.
В пользу покупки гидроразделителя, есть несколько доводов: это требование гарантийного обслуживания некоторых моделей котлов, многоконтурная система отопления сложного типа, не будет работать без разделителя.
Принцип работы гидравлического разделителя в системе отопления
Принцип работы гидравлической стрелки построен на изменении не только объема, но и направления движения теплоносителя в системе. За счет разницы температур внутри разделителя остывший теплоноситель находится снизу. Чем выше по цилиндру, тем больше его температура. Если патрубки распределения расположены правильно, то такая система обеспечит нужный нагрев для каждого из отдельно взятых контуров, независимо от их количества и численности насосов и котлов.
Принцип работы гидрострелки с коллектором
Мнение эксперта
Андрей Павленков
Инженер-проектировщик ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование) ООО “АСП Северо-Запад”
“Многие производители котлов мощностью выше 50 кВт предоставляют гарантийное обслуживание своих изделий только при наличии в системе отопления гидрострелки. В противном же случае в гарантийном ремонте владельце будет отказано.”
Говоря простыми словами, принцип работы такого устройства заключается в балансировке разницы температур различных контуров и котлов.
Проблемы старых технологий
Многие знают, что котлы без подключенных насосов часто напрямую подключаются к коллектору, и именно вместо такого варианта чаще всего используется такая гидрострелка с коллектором (схема изготовления ниже). Из котлов с насосами эти устройства просто-напросто вынимались, вследствие чего устанавливались на каждый отдельный отопительный контур, но на самом деле такой вариант можно использовать далеко не в любых ситуациях, так как, если на данный момент на котел пока еще остается гарантия, то в таком случае из него нельзя будет удалять насосы, а если же речь идет о чугунном котле, то в случае такого демонтажа его комплектующих при первом включении отопления могут лопнуть даже отдельные секции котла, не выдержав такой разницы температур.
Теоретические расчёты коллекторов на прочность
Расчет на прочность основных элементов, работающих под давлением, сводится к определению толщин стенок. Расчет цилиндрических элементов — труб и коллекторов производят по одной и той же формуле. Она получена на основании анализа напряженного состояния цилиндра, находящегося под внутренним давлением.
Если рассечь коллектор поперек оси и, отбросив переднюю часть, заменить ее действие осевыми напряжениями σz (рис.2а), то последние будут равны
(1)
Рисунок 2 — Напряжения действующие в цилиндрическом коллекторе: а — осевые σz; б –тангенциальные σt
В этом уравнении сила, действующая на днища и растягивающая коллектор вдоль образующей, равна:
(2)
где Dвн — внутренний диаметр, м;
р — давление в коллекторе.
Площадь, воспринимаемая эти силы (на Рис. 2, а заштрихована).
(3)
где
4 Монтаж полипропиленового агрегата
Гидрострелку своими руками по чертежам можно просто вмонтировать, поскольку в детальной схеме будет указано, где и что нужно подключать. Если использовать котёл с максимальной мощностью 40 кВт, тогда желательно совместно с ним применять двух- или четырехконтурные коллекторы.
В корпусе, где установлены гидрострелка и коллектор, нет дополнительных перегородок. Жидкость с теплом проходит постоянно от котла в коллектор. Тепло от гребёнки из пластика забирается с помощью насосов. Если упростить буфер и сделать его из ПВХ, то он будет занимать намного меньше места.
Подключая гидравлический разделитель, необходимо правильно определить его потребность. Бывают ситуации, когда он нужен, но иногда его применение нецелесообразно. В последнем случае, установив гидрострелку, удается значительно повысить бюджет постройки, хотя этого можно и не делать. Что касается полипропиленовых конструкций, то следует утвердить единое правило, что их использовать с твердотопливными котлами нельзя. Но сделать их как специалисту, так и новичку из трубы ППР будет несложно.
