Принцип работы гидрострелки для отопления

Принцип работы гидрострелки для отопления

Гидрострелка – это дополнительное устройство для системы отопления, которое занимается ее балансировкой и защитой. Принцип функционирования заключается в разделении гидравлических потоков, поэтому ее еще называют «гидравлический разделитель».

Корректное использование гидравлической стрелки позволяет согласовать работу всех элементов отопительной системы, повысить КПД насоса с котлом, что способствует улучшению энергоэффективности и значительно понижает расходные ресурсы (электроэнергию, топливо). Главное предназначение устройства в обеспечении экономичной и четкой работы котла.

Устройство и принцип работы

Гидрострелка представляет собой контейнер с несколькими патрубками, а также внутренними элементами. Число патрубков может быть от 4 и больше (зависит от количества контуров отопительной системы). Их местоположение определяют путем расчетов под конкретную систему.

От величины системы присоединение патрубков к контуру бывает:

  • резьбовым – используется для маленьких систем;
  • фланцевым – для больших.

Размеры устройства напрямую зависят от объемов контура и его мощности. Монтаж проводится на опорные стойки для металлических корпусов, и с помощью кронштейнов – для небольших размеров.

В качестве материала используется медь, полипропилен или нержавеющая сталь. Корпус обязательно должен быть обработан антикоррозийным средством.

Важно! Полимерные изделия можно использовать в системах с котлом мощностью от 14 до 35 кВт. Самостоятельно смонтировать подобный прибор крайне сложно.

Кроме стандартных функций, устройство может быть изготовлено с рядом дополнительных, а именно:

  1. Деаэрация – способствует устранению газов в воде, которые возникают из-за ее нагревания. Для выполнения этой функции внутри устройства устанавливают сепарирующую пластину, а ее стенки притягивают к себе газовые частицы. Вывод накопленного воздуха может быть автоматическим или же требовать ручного вмешательства.
  2. Магнитная обработка жидкости – скапливает металлические частицы и окалины. Для этого внутрь корпуса монтируют магнитные стержни, оборудованные специальными магнитами, состоящими из сплавов бора, железа, неодима.
  3. Фильтрация – устраняет и отводит из обратной воды мусор (шлам, отложения, инородные частицы). Выполняется этот процесс за счет барьерных пластин, которые устанавливают внизу корпуса.

Они способствуют улучшению работы и снижают расходы на приобретение лишних устройств, таких как: грязевики, воздухосборники или шламоотводители.

Комплектация и характерные отличия гидрострелок

Комплект разделителя зависит от внутреннего наполнения и численности контуров, на которые он рассчитан. Обязательный элемент – автоматический отводитель для воздуха 1/2, оборудованный обратным клапаном либо шаровым краном. Для установок на заказ в комплектацию входит съемная теплоизоляция.

В гидрострелках типа ГС вмонтированы элементы для устранения воздуха и шлама. В МГС (многофункциональные гидрострелки) комплекте есть магнитные стержни и возможность регулировать опору по высоте в пределах 10 см. Устройства типа ГС, МГС, flexbalance и maibes можно использовать для двухконтурных систем, но возможна их докомплектация коллектором.

Принцип работы

Существует три возможных варианта работы:

  1. Расход теплоносителя за единицу времени через котел (Q1) равен его расходу через систему отопления (Q2). Производительность при этом: Q1=Q2. Температура воды на выходе из котла и на входе в контур одинаковая. В гидрострелке отсутствует вертикальное направление потока, но на практике такое бывает крайне редко. Конструкция при этом имеет достаточный уровень суммарной мощности.
  2. Производительность котла намного выше, чем требуемая для системы отопления: Q1>Q2. В этом случае внутри гидрострелки образуется вертикальный поток воды сверху вниз, его часть переходит в линию обратки. Температура жидкости на входе в котел увеличивается, и автоматическая система начинает понижать подачу топлива, что переводит систему в экономный режим функционирования. Подобная схема характерна для летнего периода, когда не требуется отопление, а котел работает исключительно в режиме горячего водоснабжения (ГВС).
  3. Производительности котла недостаточно для системы отопления: Q1<Q2. В этой схеме в гидрострелке возникает вертикальный поток направленный снизу вверх, при котором часть потока с обратки направляется в поток подачи. Температура воды на входе в контур снижается, а ее объем возрастает. Подобный вариант рационально использовать для систем с большим количеством потребителей, например, для радиаторного отопления, теплого пола, ГВС и других.

Что такое гидрострелка и где её устанавливают

Правильное название этого устройства — гидравлическая стрелка или гидроразделитель. Представляет собой кусок круглой или квадратной трубы с приваренными патрубками. Внутри, как правило, ничего нет. В некоторых случаях могут стоять две сетки. Одна (вверху) для лучшего «отхождения» воздушных пузырьков, вторая (внизу) для отсева загрязнений.

Примеры гидрострелок промышленного производства

В системе отопления гидрострелка ставится между котлом и потребителями — отопительными контурами. Располагаться может как горизонтально, так и вертикально. Чаще ставят вертикально. При таком расположении в верхней части ставят автоматический воздухоотводчик, внизу — запорный кран. Через кран периодически сливается некоторая часть воды с накопившейся грязью.

Где в системе отопления ставят гидроразделитель

То есть получается, что вертикально поставленный гидроразделитель, одновременно с основными функциями, отводит воздух и дает возможность удалять шлам.

Гидравлический разделитель – как работает

Разделитель разделяет систему отопления как минимум на две части. Одна петля относится к котлу отопления, вторая петля объединяет разводку отопления дома. В каждой петле установлен циркуляционный насос.

Как работает разделитель

Имеем две петли (контура) отопления. Петля К1 с насосом N1 и петля К2 с насосом N2. Расход в петле К1 равен W1, а расход в петле К2 равен W2.

  1. Если W1=W2, то в разделителе контура смешиваются, образуя единую систему отопления, без разделения по контурам;
  2. Если W1<W2, то теплоноситель в разделителе движется снизу на вверх;
  3. Если W1>W2, то теплоноситель двигается сверху вниз.

Насос N1 создает расход в первом петле равный W1. Насос N2 создает расход во второй петле равный W2.

Схема работы

Гидроразделить функционирует по следующей схеме:

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

Обвязка двух котлов, работающих в каскаде

Преимущества использования

Применение устройства в системе отопления имеет ряд преимуществ:

  1. Гидрострелка требуется для получения гарантии о выполнении технических характеристик.
  2. С ее помощью поддерживается температурный режим и гидравлический баланс в системе.
  3. Выравнивается циркуляция во всех контурах.
  4. Происходит защита котла от тепловых ударов.
  5. Снижает расходы на топливо и электроэнергию.
  6. Понижает уровень гидравлического сопротивления.
  7. Есть возможность подключить дополнительные компоненты (расширительный бак, отводчик воздуха и т.д.).

Виды разделителей

Классификация разделителей:

  1. В зависимости от объема:
    • большие – 200-300 л.;
    • средние – от 20 до 150 л.;
    • маленькие – меньше 20 л.
  2. В зависимости от числа контуров:
    • двухконтурный;
    • многоконтурные.
  3. В зависимости от формы сечения:
    • круглые;
    • квадратные.
  4. В зависимости от расположения:
    • горизонтальные;
    • под углом;
    • вертикальные.
  5. В зависимости от положения патрубков:
    • параллельные (на одной оси);
    • чередующиеся (на разных осях).

Подбор гидрострелки

Главным пунктом при выборе гидрострелки выступает диаметр, поскольку высота особой роли не играет. Чем больше объем устройства, тем качественнее и лучше происходит выравнивание температурного режима, что особо востребовано для котлов с твердым топливом (уголь, паллеты, дрова).

Выбирая подходящую модель необходимо учитывать, сколько контуров будет к ней подключено. Чтобы узнать оптимальный вариант, следует определить мощность контура, а также объем теплоносителя. Для этого проводится гидротехнический расчет.

Расчет

Вычисления следует проводить исходя из максимального значения потока воды и уровня ее скорости в гидроразделителе и трубках.

Произвести расчет можно с помощью двух способов:

Используя значение максимально потока воды.

D=3*d=1000*√((4*G)/(π*3600*ω))=18.8*√(G/ω),(мм)

где:

D – диаметр гидрострелки, мм;

d – диаметр трубок, мм;

G – максимальное значение потока воды через стрелку, куб. м./час;

ω – максимальное значение скорости потока в гидрострелки (принимают за 0,2 м/сек.).

Используя максимальное значение мощности котла, при этом разница между температурами потоков становится 10°С.

D=3*d=1000*√((4*P)/(π*c*ω*∆T))=17.4*√(P/(ω*∆T)),(мм)

где:

D – диаметр гидрострелки, мм;

d – диаметр трубок, мм;

с – теплоемкость носителя тепла;

P – максимальное значение мощности котельного оборудования, кВт;

∆Т – Разница между температурой подачи и обратки, °С.

Сделав вычисления, вы узнаете, какой диаметр устройства необходим для отопительной системы. Полученная величина является минимальным значением, которое можно использовать. Если диаметр буде выше его, то система продолжит нормально функционировать, если ниже – возможна катастрофа.

Схема подключения гидрострелки отопления

Как правильно подобрать гидрострелку

Правильный выбор гидрострелки, обеспечивает плавную работу котла, отсутствие перегрева теплоносителя и комфортный обогрев помещений. При подборе подходящего разделителя, учитывают несколько факторов:

  1. Материал.
  2. Количество контуров.
  3. Расчеты по тепловой мощности и пропускной способности.

Традиционно, разделители изготавливали из нержавейки. Металл, отличает небольшой вес и способность сопротивляться окислению и ржавчине, несмотря на качество используемого теплоносителя. Современные гидравлические разделители, производят из полипропилена. Корпус обходится дешевле, не имеет сварных швов, проще устанавливается и нейтрален к агрессивным жидкостям: антифризу и незамерзайке.

Как рассчитать гидравлическую стрелку

Расчёт гидрострелки для отопления, лучше предоставить специалисту. Как показывает практика, самостоятельные вычисления без соответствующих инженерных навыков, зачастую выполняются с ошибками, влияющими на работоспособность системы.

Существует несколько формул для расчета гидрострелки:

  • Для вычисления диаметра, в зависимости от пропускной способности системы отопления:
  • Расчет по мощности котла:
  • Расчет оптимальных размеров гидроразделителя:

Формула для расчета гидрострелки требует знания следующих показателей:

  • D – диаметр разделителя.
  • Q – расход теплоносителя (м³/с).
  • V – вертикальная скорость потока (м/с).
  • π – константа, равная 3,14.
  • P – мощность котла (Дж).
  • C – теплоёмкость теплонесущей жидкости (вода 4,183 кДж/(кг*°C))
  • ΔT – разность температур на подаче и обратке трубопровода.
  • W – скорость циркуляции теплоносителя.

Методика расчета с помощью специальных формул, дает точный результат, но требует определенной квалификации того, кто делает вычисления. Подбор гидрострелки для системы отопления, учитывает еще один фактор: количество отводов.

Существует правило трех диаметров: расстояние между патрубками делают больше или меньше их тройной величины диаметра. При патрубке с сечением 50 мм, соседние отводы делают не ближе чем 150 мм. Гидрострелка на 3 контура, соответственно будет не меньше 500 мм. Разделитель на 4 контура от 700 мм длиной. Такие пропорции обеспечивают максимально качественное перемешивание теплоносителя.

Какую гидрострелку выбрать

При самостоятельном изготовлении гидрострелки, добиться таких же показателей, как у заводской продукции, крайне сложно. Если есть такая возможность, лучше подобрать разделитель одного из следующих брендов:

  • Meibes MHK.
  • Caleffi.
  • Magra WST.
  • Vaillant WH.
  • Valtec.
  • Север.
  • Sinus.
  • GIDRUSS.

Предлагаемые гидрострелки оптимизированы под работу и конфигурацию большинства европейских и отечественных котлов. Производители в технической документации указывают критерии, облегчающие подбор подходящего оборудования.

Сделать подобную гидрострелку своими руками сложно и требует проведения предварительных теплотехнических расчетов по формулам, приведенным выше.

Купить или сделать своими руками?

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

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

Качество самодельного изделия может быть «не очень»

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

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

Подключение устройства

Устанавливать гидрострелку необходимо недалеко от котла. К верхним патрубкам подсоединяется труба с подачей от котла, на которой дополнительно монтируют циркуляционные насосы (один до гидрострелки, другой – после), к нижним патрубкам – поток холодной воды (обратка).

Монтировать устройство следует вертикально, чтобы было место для накопления и отвода воздуха и шлама.

Важно! Использование циркуляционных насосов позволяет ускорить движение потока и снизить уровень конденсата, оседающего на металлических участках котла.

Для котельного оборудования с твердым топливом используют трехходовой термостатический клапан, который монтируется на концах выходных патрубков.

После установки необходимо подключить гидроразделитель. Для этого понадобится заполнить все жидкостью и включить котел. Сначала вода будет циркулировать по малому кругу (до гидрострелки), так как насосы при недостаточной температуре не подсоединяются. Затем после прогревания жидкости и включения насосов вторичного контура, она начнет циркулировать по большому кругу.

Гидрострелка своими руками

Гидравлический распределитель можно изготовить самостоятельно из труб подходящего диаметра, металлического бака и др. Понадобится лишь приварить патрубки, а также верхнее и нижнее дно.

Важно! Сварка должна быть на высоком уровне, чтобы внутрь не попал мусор. Поэтому обратитесь к профессиональному сварщику.

Пошаговое руководство:

  1. Рассчитайте диаметр труб, по приведенным выше формулам.
  2. Составить схематический чертеж устройства. При этом учитывайте, что контейнер следуют разделить на несколько промежутков:
    • Дистанция от дна к первому нижнему патрубку должна быть около 10-15 см, чтобы в нем собирался шлам;
    • Дистанция от верха к первой трубке сверху должна быть тоже около 10 см, для накопления воздуха.
    • Вход и выход верхних патрубков регламентирован температурным градиентом. Верхние трубки могут располагаться параллельно друг к другу или чередоваться. Важно! Если патрубки находятся на одной оси, то за счет прямого потока, отвод воздуха очень слаб, из-за чего возникают воздушные пробки.
    • Чем выше располагается патрубок верхнего вывода, тем больше температура поступающего потока. Важно! Если верхний выходной патрубок расположен ниже чем входной, то вода в него будет поступать только после того как полностью прогреется.
    • Входная трубка вверху не должна быть в самой верхней точке, поскольку в устройстве не будет двигаться горячий поток и вода не сможет смешиваться.
  3. Провести сварочные работы.
  4. Проверить герметичность устройства, закрыв отверстия и наполнив его водой. Затем оставить в таком состояние на сутки. Если протечек нет, устройство можно монтировать.

Если верхний выходной патрубок расположен ниже чем входной, то вода в него будет поступать только после того как полностью прогреется

Схемное решение по сдвигу патрубков

Классический вариант гидравлического разделителя предполагает создание патрубков симметрично расположенных относительно один другого. Однако практикуется также схемный вариант несколько иной конфигурации, где патрубки располагаются несимметрично. Что это даёт?

Схема изготовления гидравлического разделителя, в котором патрубки вторичного контура несколько смещены относительно патрубков первичного контура. По мнению изобретателей (и доказано практикой), этот вариант видится более продуктивным по фильтрации частиц и отделению воздуха

Как показывает практическое применение несимметричных схем, в этом случае происходит более эффективное отделение воздуха, а также достигается лучшая фильтрация (отстой) взвешенных частиц, присутствующих в теплоносителе.

Количество соединений на гидрострелке

Классическая схемотехника определяет подвод четырёх трубопроводов на конструкцию гидравлического разделителя. Отсюда неизбежно появляется вопрос о возможности увеличения числа входов/выходов. В принципе, такой конструктивный подход не исключается. Однако эффективность схемы снижается с увеличением числа подводов/отводов.

Рассмотрим возможный вариант с большим количеством патрубков в отличие от классики и сделаем анализ работы гидравлической разделительной системы для таких условий монтажа.

Схема разделителя многоканального распределения тепловых потоков. Этот вариант позволяет обслуживать более объёмные системы, но при условии возрастания количества патрубков более четырёх, эффективность системы в целом резко снижается

В данном случае тепловой поток Q1 полностью поглощается тепловым потоком Q2 для состояния системы, когда величина расхода для этих потоков фактически равноценна:

Q1=Q2.

В том же состоянии системы тепловой поток Q3 по значению температуры приблизительно равен средним значениям Тср., протекающим по линиям обратки (Q6, Q7, Q8). В то же время отмечается незначительная разница температур в линиях с Q3 и Q4.

Если тепловой поток Q1 становится равным по тепловой составляющей Q2+Q3, отмечается распределение температурного напора в следующей зависимости:

Т1=Т2, Т4=Т5,

тогда как

Т3= Т1+Т5/2.

Если же тепловой поток Q1 становится равным сумме тепла всех остальных потоков Q2, Q3, Q4, в таком состоянии уравниваются все четыре температурных напора (Т1=Т2=Т3=Т4).

Многоканальная разделительная система на четыре входа/четыре выхода, довольно часто применяемая на практике. Для обслуживания отопительных систем частного хозяйства такое решение вполне удовлетворяет по технологическим параметрам и стабилизации работы котла

При таком положении дел на многоканальных системах (более четырёх) отмечаются следующие факторы, оказывающие негативное влияние на работу устройства в целом:

  • сокращается естественная конвекция внутри гидравлического разделителя;
  • снижается эффект естественного смешивания подачи с обраткой;
  • общая эффективность системы стремится к нулю.

Получается, что отход от классической схемы с увеличением числа отводных патрубков практически полностью нивелирует рабочее свойство, каким должна обладать гирострелка.

Гидравлический разделитель без фильтра

Конструкция стрелки, где исключается присутствие функций воздухоотделителя и фильтра-отстойника, тоже несколько отходит от принятого стандарта. Между тем на такой конструкции можно получить два потока с разными скоростями движения (динамически независимые контуры).

Нестандартное конструктивное решение изготовления гидрострелки. Отличается от классики тем, что здесь нет функций фильтрации и вывода воздуха. К тому же распределение тепловых потоков имеет схему перпендикулярного транспорта, чем достигается развязка по скорости

Например, есть тепловой поток контура котла и тепловой поток контура отопительных приборов (радиаторов). Нестандартной конструкцией, где перпендикулярное направление потоков, скорость потока второстепенного контура с приборами нагрева значительно возрастает.

По контуру котла, напротив, движение замедлено. Правда это чисто теоретический взгляд. Практически необходимо испытывать в конкретных условиях.

Чем полезна гидрострелка?

Необходимость применения классической конструкции гидравлического разделителя очевидна. Более того, на системах с котлами внедрение этого элемента становится обязательным действием.

Установка гидрострелки в систему, обслуживаемую котлом, обеспечивает стабильность потоков (расхода теплоносителя). В результате полностью устраняется риск возникновения гидроударов и скачков температуры.

Примеры гидрострелок в классическом простом исполнении на базе пластиковых трубопроводов. Теперь такие конструкции можно встретить даже чаще, чем металлические. Эффективность действия практически такая же как у металлических, но факт экономии на устройстве и внедрении в систему

Для любой обычной водяной отопительной системы, сделанной без гидравлического разделителя, отключение части линий неизбежно сопровождается резким подъёмом температуры контура котла по причине малого расхода. В то же время имеет место возврат сильно охлаждённого обратного потока.

Появляется риск образования гидроударов. Такие явления чреваты быстрым выходом котла из строя и значительно сокращают срок службы оборудования.

Для бытовых систем в большинстве случаев удачно подходят пластиковые конструкции. Этот вариант применения видится более экономным по установке.

К тому же использование фитингов делает возможным производить монтаж системы из полимерных труб и подключение пластиковых гидрострелок без сварки. С точки зрения обслуживания подобные решения также приветствуются, так как гидравлический разделитель, установленный на фитингах легко снять в любой момент.

Стоимость

Цена на изделия зависит от нескольких факторов:

  • мощности;
  • объема;
  • материала;
  • количества контуров, которые необходимо подключить;
  • фирмы производителя;
  • раскрученности торговой марки.

Приблизительная стоимость гидравлических стрелок отечественного производства:

  • СЕВЕР-60, мощностью до 50 кВт – 2560 рублей;
  • СЕВЕР-220, мощностью до 500 кВт – 25500 рублей;
  • Gidruss GR-150-40, мощность до 150 кВт – 8300 рублей.
  • Warme WGR80 с отводами под воздушный клапан и грязевик, мощностью до 80 кВт – от 3700 рублей, мощностью до 122 КВт – от 6000 рублей.

Приблизительная стоимость гидравлических стрелок зарубежного производства:

  • Meibes MHK 32 с мощностью до 70 кВт – 13800 рублей (производитель Германия).
  • Bosch HW 50 с мощностью до 105 кВт – 12000 рублей (производитель Германия).

Блиц-советы

  1. Установка устройства является обязательным условием для получения гарантии от производителя на все комплектующие системы отопления.
  2. Для сложных систем с несколькими контурами, обязательно необходимы такие элементы как: температурный датчик, манометр и линия запятки системы.
  3. Устройство просто незаменимо для чугунных котлов, поскольку защищает их от резких тепловых ударов.
  4. Для котлов с твердым топливом целесообразно использовать гидроразделитель с объемом в 100-300 литров.

Гидрострелка – неотъемлемый элемент в сложных системах отопления.


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *