Гидрострелка для отопления: конструкция и алгоритм работы гидравлического распределителя

Принцип работы гидрострелки в системе отопления частного дома

Поток теплоносителя проходит разделитель со скоростью 0,1-0,2 м/с. Котловой насос разгоняет горячую воду до 0,7-0,9 м/с. Рекомендованный скоростной режим дает представление о том, для чего нужна гидрострелка для отопления.

Изменение объема и направления движения гасит скорость водяных потоков при минимальной потере тепловой энергии в системе. Ламинарное движение потока приводит к тому, что гидравлическое сопротивление внутри корпуса практически отсутствует. Буферная зона разделяет котел и цепь потребителя. Насос каждого из отопительных контуров работает автономно, не нарушая гидравлический баланс.

Принцип работы гидрострелки в схеме отопления с 4-х ходовым смесителем

Схемы гидрострелки для отопления (режим работы):

Нейтральный режим работы гидроразделителя, при котором напор, расход, температура и тепловая энергия подачи — обратки соответствуют расчетным параметрам системы. Насосное оборудование обладает достаточной суммарной мощностью. Ламинарное движение потока в гидрострелке обеспечивает процессы деаэрации и осаждения взвешенных частиц.

Нейтральный режим работы гидроразделителя

Схема отражает принцип работы гидрострелки отопления, при котором котел не обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить расход во второстепенном контуре. Дефицит расхода приводит к подмесу холодного теплоносителя. Разница температур подачи/обратки приводит к срабатыванию термодатчиков. Автоматика выведет теплогенератор на максимальный режим горения, однако потребитель не получает достаточного количества теплоты. Система отопления разбалансирована, возникает угроза теплового удара.

Если котел не обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить расход во второстепенном контуре, возникает угроза теплового удара

Объемный поток первичного контура больше, чем расход теплоносителя зависимой цепи. Вариант, при котором котел функционирует в оптимальном режиме. При розжиге агрегата или параллельном отключении насосов вторичных контуров, теплоноситель циркулирует через гидрострелку по первичному (малому) контуру. Температура обратки, которая поступает в котел, выравнивается подмесом из подачи. Достаточный объем теплоносителя поступает потребителю.

Объемный поток первичного контура больше, чем расход теплоносителя зависимой цепи — котел функционирует в оптимальном режиме

Обязательное условие: производительность, которой обладает циркуляционный насос первичного (котлового) контура на 10% больше, чем суммарный максимальный напор насосов во второстепенном контуре.

Использование

Обычно гидравлический разделитель устанавливают в следующих случаях:

1. Если в доме большая, мощная система отопления с большим количеством радиаторов, но при этом с небольшим водяным контуром отопительного котла. Если такая система работает без гидрострелки, то, во-первых, ее очень сложно отбалансировать, если вообще возможно, во-вторых, создается большая нагрузка на насос котла отопления, что выводит его быстро из строя.
2. Если система отопления комбинированная из нескольких контуров: батареи отопления, теплый пол, бойлер косвенного нагрева. В таких системах отопления без гидравлического разделителя при отключении одного контура может возникнуть разбалансировка системы отопления с резким повышением температуры теплоносителя. Это также неблагоприятно влияет на работу котла.
3. При использовании в системе отопления двух и более отопительных котлов для увязки их в одну систему отопления.

Благодаря установке гидрострелки в систему отопления можно получить такие положительные изменения:

1. Равномерный прогрев всех батарей системы отопления. При хорошей правильнойбалансировке можно установить оптимальный тепловой режим в отопительной системе.
2. Согласованная работа контуров водяного пола, отопительных батарей и бойлера косвенного нагрева.
3. Возможность удалять накопившуюся грязь и лишний воздух в системе отопления. С помощью спускного крана и автоматического воздушного клапана на гидрострелке можно удалять различный шлак из системы отопления.
4. Можно согласовать работу двух котлов, при этомне используя сложное громоздкое оборудование.

Недостатки применения гидрострелки:

1. Необходимость работать только на системах отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя;
2. Нужно устанавливать дополнительный циркуляционный насос на каждый контур.

Гидрострелку в системе отопления устанавливают строго вертикально, для того чтобы внизу собирался осадок, а вверху выходил воздух из системы отопления.

Схемы изготовления

Гидрострелки промышленного изготовления стоят недешево и многие изготавливают их своими руками. При этом нужно сделать предварительные расчеты. Основные расчетные размеры показаны на рисунке ниже.

Схема гидрострелки с основными расчетными размерами

Как видно из рисунка, диаметр самой гидрострелки принимают равным трем диаметрам входных патрубков, поэтому расчеты сводятся в основном к определению диаметра гидрострелки.

На рисунке показаны два варианта гидрострелок. Назначение второго варианта лучше первого тем, что вода при переходе подающего трубопровода освобождается от пузырьков воздуха, а при обратном поступлении – лучше избавляется от шлама.

Расчет сводится в основном к определению диаметра гидрострелки:

где:

• D – диаметр гидрострелки в мм;
• d – диаметр входного патрубка в мм, обычно принимают равным D/3;
• 1000 – переводной коэффициент метров в мм;
• P – мощность котла в кДж;
• π – число пи = 3,14;
• С – теплоемкость теплоносителя (вода – 4,183 кДж/кг·С°);
• W – максимальная вертикальная скорость движения воды в гидрострелке, м/с, обычно принимают равной 0,1 м/с;
• ΔТ – разница температур теплоносителя на входе и выходе котла, С°.

Также расчет можно выполнить по такой формуле:

где:

• Q – расход теплоносителя, м³/с;
• V – скорость движения воды в гидрострелке, м/с;

Также для расчета диаметра гидрострелки есть такая формула:

где:

• G – расход, м³/час;
• W – скорость движения воды, м/с;

Высота гидрострелки может быть любой и ограничиваться разве что высотой потолка в помещении.

Если сделать диаметр гидрострелки достаточно большим, то можно получить два в одном: гидрострелку и теплоаккумулятор, так называемый емкостной разделитель.

Схема емкостного разделителя в системе отопления

Как видно из рисунка, гидрострелка такого типа имеет большой объем, порядка 300 литров и более, поэтому способна, кроме выполнения своей основной задачи, еще и накапливать тепло. Использование гидрострелки такого типа особенно оправдано при отоплении твердотопливным котлом, так как способно сглаживать температурные скачки котла отопления и сохранять тепловую энергию котла после окончания горения довольно длительное время.

Нужно знать некоторые нюансы при использовании такого типа гидрострелки:

1. Во-первых, такую гидрострелку необходимо утеплить, поскольку в противном случае она будет отапливать котельную, а не отдавать тепло в систему отопления.
2. Котел будет выдавать меньшую мощность. Это объясняется тем, что требуется большая температура теплоносителя, а на котлах установлена автоматика, которая будет автоматически уменьшать его мощность для снижения температуры на выходе.

Совмещение коллектора отопления с гидрострелкой

Небольшие дома обогревает котел, в который встроен насос. Вторичные контуры присоединяют к котлу через гидрострелку. Независимые контуры жилых домов с большой площадью (от 150 м2) подключают через гребенку, гидроразделитель будет громоздким.

Распределительный коллектор монтируют после гидрострелки. Устройство состоит из двух независимых частей, которые объединяют перемычки. По количеству вторичных контуров врезают попарно расположенные патрубки.

Распределительная гребенка облегчает эксплуатацию и ремонт оборудования. Запорная и регулирующая арматура системы теплоснабжения дома находится в одном месте. Увеличенный диаметр коллектора обеспечивает равномерный расход между отдельными контурами.

Применение гидрострелки убережет котел от теплового удара

Разделитель и компланарная распределительная гребенка образуют гидравлический модуль. Компактный узел удобен для стесненных условий небольших котельных.

Монтажные выпуски предусмотрены для обвязки звездочкой:

• низконапорный контур теплых полов подключают снизу;
• высоконапорный контур радиаторов — сверху;
• теплообменник — сбоку, на противоположной стороне от гидрострелки.

На рисунке представлена гидрострелка с коллектором. Схема изготовления предусматривает установку балансировочных клапанов между коллекторами подачи/обратки:

Схема гидрострелки с коллектором

Регулирующая арматура обеспечивает максимальный проток и напор на дальних от гидрострелки контурах. Балансировка снижает процессы неправильного дросселирование потока, позволяет добиться расчетной подачи теплоносителя.

Сделать гидрострелку отопления своими руками может специалист, обладающий достаточным запасом знаний в теплотехнике, опытом и навыками работы (электрогазосварка, слесарное дело, работа с ручным электроинструментом). Многочисленные интернет-сайты предлагают пошаговые инструкции по изготовлению гидрострелки для отопления, видео ролики также смогут помочь в этом процессе.

Размеры коллектора отопления с гидрострелкой

Теоретические знания помогут составить схемы и чертежи гидрострелки отопления, сделать индивидуальный заказ оборудования в специализированной организации, проконтролировать работу подрядчика. Доверять изготовление ответственных узлов системы отопления непрофессионалам опасно для жизни и здоровья. Следует помнить о том, что испорченное по вине владельца оборудование гарантийному ремонту и возврату не подлежит.

Гидрострелка и необходимость ее установки в отопительные системы

Пожалуй, стоит уточнить, что гидрострелка – это не официальное название устройства. Правильно оно называется «гидравлический разделитель». Причем официальная версия, нам кажется, точнее отображает его суть и принцип работы.

А теперь постараемся разобраться, когда же возникает необходимость установки гидрострелки.

Простые одноконтурные системы

В простых отопительных системах составных компонентов довольно мало. В их составе, как правило, имеются:

• во-первых, котел, обеспечивающий нагрев теплоносителя;
• во-вторых, циркуляционный насос, гарантирующий перемещение теплоносителя в трубах подачи и обратки;
• в-третьих, радиаторы, непосредственно обеспечивающие обогрев помещений.

Подобные системы, в принципе, не нуждаются в каких-то дополнительных элементах типа гидрострелки.

Многоконтурные отопительные системы

Одноконтурные системы отопления, в принципе, не удовлетворяют потребностям, возникающим в довольно больших жилых домах. В результате приходится прибегать к созданию систем многоконтурных. Например, могут обустраиваться контуры для:

• радиаторов отопления;
• теплых водяных полов;
• горячего водоснабжения.

И это далеко неполный перечень контуров, в которых может возникать необходимость.

Однако один-единственный циркулярный насос явно не в силах справиться сразу со всеми контурами. Более того, возможности котла также не беспредельны. Если возможности этих двух элементов будут превышены, они запросто могут выйти из строя.

В принципе, можно было бы каждый контур снабдить своим собственным циркуляционным насосом. Но в этом случае возникает другая проблема. Потому что система окажется разбалансированной. То есть проблема перейдет уже в другую плоскость: возникнет необходимость точного расчета насосного оборудования. Да и проблема с котлом окажется при этом нерешенной.

Выходом из этой ситуации является гидрострелка. То есть такое устройство, которое:

• во-первых, через коллектор разделяет гидравлическую систему на контуры потребления;
• во-вторых, выделяет собственный контур котла.

Как правило, гидрострелку устанавливают на стыке котла и коллектора.

Что происходит в системе, когда устанавливается гидрострелка

Как мы уже отметили, гидрострелка – это более привычное для всех наименование устройства, которое правильно называется гидравлический разделитель. Имя стрелки оно получило, вероятно, потому что перенаправляет потоки теплоносителя, в результате чего балансируется вся система в целом.

В конструктивном отношении данный элемент – это ничто иное как полая труба, сечение которой может быть круглым или прямоугольным. Причем торцы этой трубы заглушены. Более того, на трубе имеются две пары патрубков:

• выходные, обеспечивающие подачу;
• входные, к которым подключаются трубы обратки.

При установке гидрострелки появляются два взаимосвязанных контура, способные функционировать практически без взаимной зависимости.

Один из этих контуров малый, то есть тот, который относится к котлу. Второй большой контур включает в себя коллектор, от которого отходят ответвления к остальным подконтурам. То есть к системам, в состав которых входят приборы теплообмена.

Причем расход теплоносителя и скорость его движения в каждом контуре свои

И, что важно, друг на друга они практически не влияют. При этом поток теплоносителя в котловом контуре остается почти неизменным

Поток же, обеспечивающий работу отопительных подконтуров, изменяется в зависимости от условий функционирования отопительной системы.

Диаметр трубы подбирают так, чтобы возникал участок с пониженным гидравлическим сопротивлением. В результате давление малого контура выравнивается. Более того, оно оказывается независимым от функционирования рабочих контуров или их простоя.

Если в системе имеется гидрострелка, происходит балансировка всех участков отопительной системы. Кроме того, котельное оборудование работает плавно, не завися от температурных скачков и скачков давления.

Как работает гидрострелка

В принципе, гидравлический разделитель может работать в трех следующих режимах:

Равновесное состояние системы

Если система работает в равновесном режиме, то наблюдается равенство следующих трех параметров:

• напор, создаваемый насосом в малом контуре, и напор во всех подконтурах отопления (Q₁=Q₂);
• температура на входе подачи и на ее выходе (t₁=t₂);
• температура на входе обратки и на ее выходе (t₃=t₄).

Величина вертикального перемещения теплоносителя минимальна. Или оно может вовсе отсутствовать.

Но практически подобная ситуация встречается крайне редко. Потому что параметры функционирования отопительных подконтуров постоянно изменяются.

Расход теплоносителя в отопительных подконтурах превышает дебит насоса котла

То есть речь идет о ситуации, когда Q₁<Q₂. Если говорить проще, то в данной ситуации «спрос» на теплоноситель превышает «предложение» котла.

Данная ситуация встречается довольно часто. Она возникает, потому что одновременно задействуются сразу несколько подконтуров.

Если такое происходит, то возникает восходящий поток в сторону патрубка подачи. В ходе перемещения поднимающийся поток смешивается с горячей жидкостью, поступающей от котла.

Соотношение температур имеет следующий вид:

• t₁>t₂;
• t₃=t₄.

Дебит насоса котла превышает расход в отопительных подконтурах

То есть речь идет о диаметрально противоположной ситуации. Если ее отобразить символами, то это будет Q₁ > Q₂. Иными словами, «предложение» котла превышает «спрос» подконтуров на теплоноситель.

Подобная ситуация может иметь место, если:

• сработала термостатическая аппаратура подконтуров отопления или бойлера косвенного нагрева, что временно отключило подачу теплоносителя;
• временно отключен какой-то подконтур из-за отсутствия необходимости в отоплении;
• подконтуры временно отключены для выполнения ремонтно-профилактических работ;
• котельное оборудование запущено при постепенном ступенчатом подключении рабочих подконтуров.

Однако в данной ситуации не происходит совершенно ничего критичного. Потому что работа контура котла проходит в основном «на себя». То есть основная масса теплоносителя перекачивается по контуру малого круга.

Если же говорить о гидравлическом разделителе, то в нем образуется вертикально направленный нисходящий поток. При этом расклад температур таков: t₁ = t₂, t₃ > t₄.

При наличии такого режима температура обратки довольно быстро достигает порога срабатывания автоматики отключения оборудования котла. В результате обеспечивается рациональность использования топлива.

Назначение гидрострелки. Видео

Про устройство, назначение и принцип работы гидрострелки рассказывает видео ниже.

Гидравлический разделитель считается одним из самых удачных решений для регулирования системы отопления. Несмотря на свои недостатки, такие как, например, необходимость использования дополнительных насосов и невозможность работать в безнапорном режиме, использование гидрострелки в системе отопления имеет ряд достоинств. Она лучше всех справляется с распределением гидравлического сопротивления и температурного градиента в сети отопления, при этом ее можно изготовить своими руками из подручных средств. Этого не скажешь, например, о трехходовом клапане, для изготовления которого нужен как минимум токарный станок. Да и последующие эксплуатационные издержки сводятся к минимуму. Так что гидравлический разделитель можно считать одним из лучших средств для регулирования системы отопления по соотношению цена/функциональность.

Устройство гидрострелки отопления

Гидроразделитель — вертикальный полый сосуд из труб большого диаметра (квадратного профиля) с эллиптическими заглушками по торцам. Размеры разделителя обусловлены мощностью (кВт) котла, зависят от количества и объема контуров.

Тяжелый металлический корпус устанавливают на опорные стойки, чтобы не создавать линейное напряжение на трубопровод. Компактные устройства крепят к стене, располагают на кронштейнах.

Гидрострелка из нержавеющей стали

Патрубок гидрострелки и отопительный трубопровод соединяют с помощью фланцев или резьбы.

Автоматический клапан воздухоотводчика располагают в верхней точке корпуса. Осадок удаляют через вентиль или специальный клапан, который врезан снизу.

Материал для изготовления гидрострелки — низкоуглеродистая или нержавеющая сталь, медь, полипропилен. Корпус обрабатывают антикоррозийным составом, покрывают теплоизоляцией.

Гидравлическая стрелка «Meibes»

Другие полезные функции гидрострелки

В перечисленных выше режимах гидрострелка демонстрирует свои основные возможности. Но кроме этого, она способна справляться и с другими задачами.

При наличии чугунного теплообменника в котле

Гидравлический разделитель очень полезен тогда, когда теплообменник в котле является чугунным.

В принципе, чугун обладает целым набором неоспоримых достоинств. Но у него есть и важный недостаток – механическая и термическая хрупкость. То есть резкие температурные перепады могут стать причиной растрескивания чугунных деталей.

Розжиг системы отопления зимой, в принципе, становится причиной существенного скачка температуры. Причем этот скачек наблюдается как в топке, так и в трубах обратки. В объемном контуре прогрев теплоносителя занимает немало времени. В результате этот период может явиться довольно критичным для чугунных теплообменников.

Но большой контур можно как бы укоротить. Используя для этого гидрострелку. В итоге прогрев теплоносителя происходит существенно быстрее. Поэтому вероятность деформации котлового теплообменника сводится к минимуму.

Отделение твердых взвесей и сепарация воздуха

Резкие замедления скорости движения теплоносителя, в принципе, способствуют оседанию твердых примесей. Если в нижней части гидрострелки установить кран, то он позволит выводить скапливающийся шлам.

В системах отопления применяются различные способы борьбы с газообразованием в теплоносителе. Одним из них может стать, например, автоматический воздухоотводчик, устанавливаемый в верхней точке гидравлического разделителя.

Для чего нужна гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

Многие системы теплоснабжения в частных домовладениях отличаются разбалансировкой. Гидрострелка позволяет разделить контур отопительного агрегата и вторичный контур отопительной системы. Это позволяет повысить качество и надежность системы.

Особенности работы устройства

Выбирая гидрострелку, нужно внимательно изучить принцип работы, назначение и расчеты, а также узнать достоинства прибора:

• разделитель необходим для гарантии выполнения технических характеристик;
• устройство поддерживает температурный и гидравлический баланс;
• параллельное подсоединение обеспечивает минимальные потери тепловой энергии, производительности и давления;
• защищает котел от теплового удара, а также выравнивает циркуляцию в контурах;
• позволяет сэкономить топливо и электроэнергию;
• сохраняется постоянный объем воды;
• снижает гидравлическое сопротивление.

Функционирование прибора с четырех ходовым смесителем

Особенности работы гидрострелки позволяют нормализовать гидродинамические процессы в системе.

Устройство гидрострелки отопления

Прежде, чем купить гидрострелку для отопления нужно разобраться в устройстве конструкции.

Внутреннее устройство современного оборудования

Гидроразделитель представляет собой вертикальный сосуд из труб большого диаметра со специальными заглушками по торцам. Размеры конструкции зависят от протяженности и объема контуров, а также от мощности. При этом металлический корпус устанавливается на опорные стойки, а изделия небольшого размера крепятся на кронштейнах.

Подсоединение к отопительному трубопроводу производится с помощью резьбы и фланцев. В качестве материала для гидрострелки применяется нержавеющая сталь, медь или полипропилен. При этом корпус обрабатывается антикоррозийным веществом.

Особенности конструкции

Дополнительные функции оборудования

Принцип работы, назначение и расчеты гидрострелки можно узнать и выполнить самостоятельно. В новых моделях присутствуют функции сепаратора, разделителя и регулятора температуры. С помощью терморегулирующего клапана обеспечивается градиент температур для вторичных контуров. Устранение кислорода из теплоносителя позволяет уменьшить риск эрозии внутренних поверхностей оборудования. Удаление лишних частиц увеличивает срок службы рабочего колеса.

Внутри устройства есть перфорированные перегородки, которые делят внутренний объем пополам. При этом не создается дополнительное сопротивление.

На схеме показано устройство в разрезе

Принцип работы гидрострелки в системах отопления

От скоростного режима теплоносителя зависит выбор гидрострелки. При этом буферная зона отделяет отопительную цепь и котел отопления.

Существуют следующие схемы подключения гидрострелки:

нейтральная схема работы, при которой все параметры соответствуют расчетным значениям. При этом конструкция обладает достаточной суммарной мощностью;

Использование контура теплого пола

определенная схема применяется, если котел не обладает достаточной мощностью. При недостатке расхода требуется подмес охлажденного теплоносителя. При разнице температур срабатывают термодатчики;

Схема системы отопления

 объем потока в первичном контуре больше, чем расходование теплоносителя в второстепенной цепи. При этом отопительный агрегат функционирует в оптимальном режиме. При отключении насосов во втором контуре теплоноситель перемещается через гидрострелку по первому контуру.

Вариант использования гидрострелки

Производительность циркуляционного насоса должна быть на 10 % больше, чем напор насосов во втором контуре.

Особенности работы системы

В данной таблице продемонстрированы некоторые модели и их стоимость.

Изображение	Модели	Свойства	Стоимость, руб.
	Cidruss TПК -40-20*3	Низколегированная сталь. Мощность отопительной системы – 40 кВт. Максимальная температура теплоносителя 110 градусов.	5 680
	Север – 60 К2 AISI	Соединяет два контура отопления, коллектор и гидравлический усилитель. Гарантийный срок 5 лет. Мощность – 50 кВт.	7 180
	IVR Гидравлическая стрелка	Максимальное давление – 6 бар. Материал – сталь. Максимальная температура – 110 градусов.	8 700
	Meibes ВТ 25 до 50 кВт.	Подходит для отопительной системы закрытого типа. Рабочее давление – 6 бар. Максимальная температура – 110 градусов.	15 200
	Valtec	Мощность -104. Корпус выполнен из бронзы. В комплекте воздухоотводчик, стальные кронштейны и шаровые краны.	16 500
	Эверест, фланцевый гидравлический разделитель.	Предназначен для защиты чугунного оборудования от тепловых ударов.	13 900
	Гидрострелка Watts	Материал изготовления – высоколегированная сталь	11 800

Расчет устройства