Как работает гидрострелка в системе отопления и для чего она нужна
Изучаем назначение гидрострелок в системах отопления
Здесь вы узнаете:
Простые системы отопления состоят из минимального количества компонентов – это небольшое количество труб, несколько радиаторов и котёл. Для небольших зданий и домовладений этого достаточно. Когда необходимо обеспечить теплом большую постройку, задача усложняется необходимостью применения дополнительного оборудования – гидрострелка для отопления обеспечит равномерное распределение тепла, избавит от перепадов давления, сбалансирует работу отопительной системы.
В этом обзоре мы рассмотрим:
В материале будут даны схемы, полезные советы, детальные пояснения – всё предельно ясно и понятно.
Что представляет собой гидрострелка
Гидрострелка – это гидроразделитель в системе отопления, устройство, предназначенное для правильного распределения теплоносителя по нескольким контурам и устройствам. Это своеобразный буферный элемент между отопительным котлом и вторичными контурами. Теплоноситель поступает из котла в гидрострелку, после чего распределяется по нескольким направлениям.
Самая простая система отопления в гидрострелке не нуждается. Здесь важно правильно подобрать циркуляционный насос и выставить скорость его работы, чтобы обеспечить требуемый напор. Теплоноситель поступает из котла в батареи, отдаёт там накопленное тепло, после чего возвращается обратно в отопительный прибор – ничего сложного и сверхъестественного. Но современное жильё строится с применением нескольких контуров и вспомогательного оборудования. Здесь присутствуют:
И здесь мы можем столкнуться с ситуацией, когда один циркуляционный насос не может протолкнуть теплоноситель по всему контуру. Вода (или антифриз) потечёт по пути наименьшего сопротивления, после чего по аналогичному пути вернётся обратно. Например, она пройдёт через близлежащий бойлер и частично проникнет в батареи, а вот на тёплые полы может и не хватить.
Гидравлическая стрелка для систем отопления призвана обеспечить должный порядок в распределении тепла по контурам и вспомогательному оборудованию. Она представляет собой предельно простой гидравлический разделитель, созданный из отрезков труб того или иного диаметра.
Конструкционные особенности гидрострелки
Устройство гидрострелки отопления настолько простое, что в ней нет буквально никаких движущихся частей, электроники и чего-либо другого. Взгляните на её схему – это круглая или прямоугольная труба, запаянная с двух сторон. Располагается она вертикально или горизонтально. С одной стороны у неё два патрубка для подключения к отопительной системе, а с другой стороны – два патрубка для подключения к котлу.
Именно так выглядит гидрострелка для одноконтурной системы отопления. Внутри самой трубы ничего нет – абсолютно, там пустое пространство, в дальнейшем заполняемое теплоносителем.
Снаружи гидрострелки видны:
Именно так устроены самые простые гидрострелки.
Гидравлическая стрелка для систем отопления на несколько контуров устроена ничуть не сложнее. Просто в ней больше патрубков для подключения вторичных контуров. Сюда же подключаются бойлеры и системы тёплых полов. К каждому подающему патрубку через краны подключаются циркуляционные насосы – по одному на каждый контур. Для контроля давления и температуры сюда ставятся термоманометры.
Гидрострелка и её назначение
Гидрострелку для отопления несложно собрать самому, используя сварочный аппарат и отрезки труб необходимой длины. Для этого необходимо найти подходящий чертёж и подобрать материалы.
Мы рассмотрели принцип работы гидрострелки отопления – она просто распределяет теплоноситель по нескольким контурам. Её главная задача заключается в том, чтобы создать идеальные условия для работы вторичного и первичного контуров. Первичный контур включает в себя отопительный котёл с трубами, подключённый к гидрострелке. Вторичные контуры – это всё остальное. При равном давлении во всём контуре котёл работает в щадящем режиме – часть нагретого теплоносителя поступает в обратную трубу, что снижает нагрузку на источник тепла.
Если в системе стоит маломощный котёл, а отопление отличается высокой ёмкостью, создаются условия для подачи теплоносителя из обратной трубы в подающую, минуя котёл (частично). Оборудование в этом случае работает практически на износ – теплообменники могут прийти в негодность в самые сжатые сроки.
Равномерное распределение тепла
Идеально сбалансированное отопление – это равномерная температура во всём доме, равное давление во вторичных контурах и сбалансированная нагрузка на котёл. В этом случае задача гидрострелки проста – она «раздаёт» теплоноситель на несколько контуров, в каждом из которых установлен циркуляционный насос. Регулируя его производительность и подачу теплоносителя, можно добиться равномерной температуры во всём доме.
Принцип работы гидрострелки
Балансировка по давлению
Дисбаланс в системе отопления может сказаться на стабильности её работы. Длинному контуру необходимо одно давление, более короткому – другое. То же самое относится к тёплым полам и бойлерам. Если бы в системе стоял один большой насос сразу на все контуры, в отдельных местах были бы перегрузки – может порвать трубы или теплообменник в накопительном водонагревателе. Гидрострелка распределит давление и позволит правильно сбалансировать все контуры.
Работа с несколькими котлами
Существуют системы отопления с двумя или даже тремя котлами (бывает и больше). Такие решения позволяют отапливать довольно большую площадь или использовать один из котлов в качестве резерва. Если используется не последовательное, а параллельное подключение оборудование, то это делается через гидрострелку. Заодно это способствует нейтрализации взаимного влияния вторичных контуров друг на друга.
Гидрострелка позволяет достичь баланса в системах отопления любой сложности. Два или три котла, пяти или семь контуров – степень может быть различной. Также раскрывается потенциал по расширению системы. Например, в будущем сюда можно подключить ещё один бойлер, полотенцесушитель, летнюю кухню с отдельным контуром отопления. Все эти работы могут выполняться даже на ходу, без остановки котельного оборудования с сохранением обогрева здания.
Как устанавливается гидрострелка
Оптимальный вариант установки гидрострелки – вертикально. Обычно в нижней части располагаются краники для слива воды. В этой же части оседает всякий мусор, циркулирующий по отоплению. Аккуратно открываем кран – и он сливается. Горячий теплоноситель подаётся в верхнюю часть, в то время как обратная труба располагается ниже. То же самое относится к патрубкам для подключения вторичных контуров – они монтируются аналогичным образом.
Покупные модели
Типичным примером является коллектор «Север-М5». Он работает в системах отопления мощностью до 70 кВт. Стоимость агрегата – около 9,5 тыс. рублей.
Гидрострелка в системе отопления – это распределительный гидравлический прибор, созданный для распределения теплоносителя по нескольким контурам. Его установка рекомендована в случаях, если мощность используемого котла составляет свыше 50 кВт. Также стрелка применяется в сложных разветвлённых системах со множеством вторичных контуров – она нужна для балансировки. Её можно купить или собрать самостоятельно.
Проще всего купить гидрострелку в уже готовом заводском исполнении. Самая простая модель, например, SINTEK ST-35 обойдётся в 2700 рублей, если брать напрямую у производителя. Она выдерживает давление до 6 бар и может ставиться в системах отопления с мощностью обогрева до 35 кВт.
Коллектор отопления с гидрострелкой на 5 контуров предназначен для разветвлённых систем, о которых говорилось выше. К нему можно подключить бойлер косвенного нагрева, тёплые полы в ванной, кухне и прихожей, а также три основных контура – на первом этаже, в цокольном этаже, а также в мансарде.
Прочее магазинное оборудование:
Готовых гидрострелок – тысячи, есть из чего выбрать.
Преимущества магазинных гидрострелок вполне очевидны. В первую очередь они характеризуются безупречным качеством сборки. Оборудование должно выдерживать солидное давление – до 3-4 атмосфер для автономного отопления и до 20-25 атмосфер для общедомового отопления. Оно изготавливается из проверенных сортов стали, созданных для постройки отопительного оборудования и прочих систем.
Сборка гидрострелки своими руками
Самостоятельная сборка производится в несколько шагов:
Для расчёта лучше всего использовать специализированные калькуляторы, учитывающие множество параметров. В самом простом случае воспользуйтесь нашими расчётами.
Внутренний диаметр d зависит от мощности котла P и разницы между подачей и обраткой ∆t. Делим мощность в киловаттах на разницу температур, извлекаем из полученной цифры квадратный корень и умножаем полученное значение на 49 – получаем диаметр гидрострелки. Высота трубы составляет 6 диаметров, а расстояние между патрубками составляет двойной внутренний диаметр трубы.
В интернете существует немало чертежей гидрострелок, как простых, так и совмещённых с коллекторами. Они позволят собрать то, что нужно, причём с минимальными расчётами. В любом случае, при сборке и внедрении гидрораспределителя, специалисты советуют получить хоть какие-то знания по балансировке систем отопления. Что касается систем обогрева крупных зданий, то здесь задачу подбора гидрострелки и балансировки отопления следует доверить профильным специалистам.
Собрать гидрострелку для отопления своими руками из полипропилена можно, но делать так не рекомендуется – она может не выдержать нагрузки, если будет использоваться в больших отопительных системах. Тем не менее многие мастера это практикуют.
Гидрострелка принцип работы и предназначение
Пролог.
Данный очерк Вам расскажет принцип работы и назначение гидравлического разделителя (гидрострелки) в системе отопления, а также положительные и отрицательные моменты в применении данного устройства.
Данное устройство желательно применять при многоконтурных системах отопления, с его помощью производится балансирование гидродинамических параметров. Гидравлический тепло-разделитель дает возможность со 100% вероятностью исключить взаимное влияние между различными контурами и обеспечивает их стабильную работу на необходимых режимах.
Гидрострелка в системе отопления, при правильном расчете ее гидравлических параметров, выполняет и дополнительную функцию – производит очистку теплоносителя от всевозможных примесей (например, ржавчина и песок). Также с помощью гидравлического разделителя из теплоносителя удаляется растворенный в нем воздух, что замедляет окисление металлических деталей. Все это значительно увеличивает срок службы отопительного оборудования (циркуляционные насосы, запорная арматура, всевозможные датчики, радиаторы отопления, теплообменник котла и прочее оборудование).
Давайте рассмотрим плюсы установки «гидрострелки«:
· возможность установки и параллельной работы двух и более котлов, например, котла на дровах и электрического котла;
· установку настенного котла и монтаж нескольких контуров отопления. Типичный случай: настенный одноконтурный котел (со встроенным циркуляционным насосом), контур радиаторов (или несколько контуров), контура теплого пола, установку бойлера косвенного нагрева;
· применение гидравлического разделителя автоматически балансирует разную нагрузку расхода теплоносителя по всем контурам отопления, снижая риск неверного подбора насосов.
· большим плюсом применения гидравлического разделителя является постоянная циркуляция теплоносителя внутри котлового контура, независимо от работы насосов системы отопления, это снижает тепловые удары при работе котла, так как постоянная циркуляция снижает риск перегрева теплообменника, особенно у настенных котлов. Что значительно улучшает режим работы котла.
Главное правило суммарный расход котловых насосов должен быть больше, чем суммарный расход насосов на контурах отопления.
Что касается минусов применения гидравлического разделителя, то их не так много, но рассмотреть их необходимо:
· небольшие финансовые затраты на применение гидрострелки, в связи с удорожанием конструкции системы отопления.
· самодельную гидрострелку не желательно применять, либо необходимо точно и правильно произвести ее расчет, что потребует знаний в гидродинамике.
· стоимость работы по монтажу гидравлического разделителя, является незначительной величиной.
Типовая схема без гидрострелки показана на рисунке 1:
На рисунке представлено:
3) Данная система проста в понимании, насосы котлов КН1 и КН2 могут работать одновременно (или не одновременно) и подают нагретый теплоноситель от котлов в систему отопления. Далее горячий теплоноситель попадает в коллектор, а затем в контура на коллекторе, откуда с помощью насосов поступает в соответствующие зоны, при включении насоса бойлера и на бойлер. При этом все насосы включаются только тогда, когда этого требует режим работы системы: если требуется нагревать горячую воду включится насос Н4, в это время может включится любой из насосов Н2 или Н3.
Минусы и особенности работы такой системы:
I. Ввиду того, что насосы могут работать независимо друг от друга, из-за этого постоянно меняется расход через контура и коллектор;
III. Из-за того, что каждый насос включается/выключается по собственному режиму, система никогда не будет работать в каком-то определенном запроектированном режиме, заложить при монтаже оптимальный режим невозможно;
IV. В определенный момент возможно отключение всех насосов (когда нет необходимости прогревать дом). В результате теплообменники котлов могут нагреться до критической температуры быстро, что сокращает ресурс теплообменника котла. А также при включении насосов, остывший теплоноситель поступает в обратную линию котлов. Из-за разницы температур подачи котла (высокая температура) и обратной линии (холодная, остывшая в системе отопления, так как насосы были выключены) возможно разрушение чугунных теплообменников котлов и образование гидроударов;
В случае, при котором контур «зона 2» имеет большую тепловую мощность, требуется установка более мощного насоса Н2, при работе этот насос (с высоким расходом) заберет большую часть теплоносителя, остальные насосы на контурах «зона 1», «зона 3» и контур водонагревателя вынуждены работать в неоптимальном режиме, преодолевая работу мощного насоса Н2, при этом данные контура будут недополучать горячего теплоносителя.
Поэтому подбор насосов КН1 и КН2 и насосов в остальных зонах, становится крайне затруднен (так как нет постоянного расчетного режима работы контуров отопления), практически, подобрать напор и расход этих насосов, чтобы суммарный напор КН1 и КН2 был выше dР, невозможно, так как насосы зон 2-4 будут работать не постоянно и напор и расход будет постоянно меняться.
Чтобы избежать сложности с подбором насосов и вывести систему на оптимальный режим работы, применяют гидравлический разделитель (гидрострелку), который уравновешивает работу системы, поддерживает постоянные расходы в котловом контуре и контурах системы отопления.
Типовая схема с гидрострелкой показана на рисунке 2 ниже:
Система практически не меняется. Добавляется гидравлический разделитель между котлами (источниками тепла) и системой отопления с коллектором.
Принцип работы гидрострелки.
Гидрострелка отделяет котловые контура от контуров потребителей, которые подключаются к коллектору (контура радиаторные, теплые полы, водонагреватели и тд.). Благодаря конструкции гидрострелки разница перепадов давления между подающей линией и обратной линией системы отопления к котлам практически равна нулю.
Постоянно работающий насос КН1 и Кн2 обеспечивает постоянный расход теплоносителя через котел, это снижает разницу температуры теплоносителя выходящего из котла и приходящего обратно, вдобавок снижает риск разрушения чугунного теплообменника котла практически до нуля (0,001%).
Работа гидрострелки в разных режимах.
Существует три основных режима, в которых работает гидравлический разделитель. В зависимости от включения и выключения потребителей системы отопления изменяется и режим работы гидрострелки или гидрострелки модульного типа (гидрострелка + коллектор). Итак, что происходит после запуска? После запуска системы отопления, пока теплоноситель не набрал необходимую температуру – жидкость циркулирует по малому кругу и весь поток движется вниз по гидрострелке.
После того как температура теплоносителя выйдет на необходимый рабочий режим гидравлического разделителя, во вторичный контур отопления, с равномерным разбором, при уравнении входящих и исходящих потоков, гидрострелка работает как воздухо-отводчик и очищает теплоноситель от грязи.
Заметим, что полного равенства между двумя потоками достичь практически не возможно, отсюда и следует 100 процентная целесообразность установки гидрострелки.
На рисунках 3-5 представлены эти режимы:
Суммарный расход насосов котлов равен суммарному расходу насосов системы отопления. Этот режим достигается редко. В этом случае весь теплоноситель, нагреваемый котлом попадает в систему отопления к потребителям.
Суммарный расход насоса котла меньше, суммарного расхода насосов контуров отопления. Этот режим возможен, когда котел не справляется с нагрузкой. В таком случае котел работает в максимальном режиме и постоянно подогревает теплоноситель.
При наличии нескольких котлов суммарный расход насосов котлов меньше, суммарного расхода насосов контуров отопления. В таком режиме один из нескольких котлов и его насос выключается, так как хватает работы одного котла, при этом необходимый теплоноситель насосы контуров отопления через гидрострелку забирают из обратной трубы отопления. Тем самым расход в котловом контуре остается постоянным, соответствующим необходимой величине для работы котла.
Суммарный расход контуров отопления меньше расхода обеспечиваемого насосами котлов. Наиболее часто встречающийся режим, при котором насосы котлов подобраны верно и имеют чуть больший расход, чем требуется системе отопления. В этом режиме обеспечиваются все необходимые условия для работы системы отопления в экономичном режиме котла. Гидрострелка в таком варианте играет защитную роль котлов, так как подмес горячего теплоносителя в гидрострелке, создает минимальный перепад температур в обратной линии котла, а необходимое количество теплоносителя поступает в контура отопления. Этот режим является самым оптимальным, таким образом его принимают при проектировании системы.
Мощность гидрострелки должна быть выше суммарной мощности применяемого котла.
Когда нужно применять гидрострелку:
· при применении котла со встроенным насосом и несколькими контурами системы отопления со своими насосами. В большинстве случаев это: настенный котел со встроенным насосом и несколькими контурами отопления (радиаторы, теплый пол, бойлер);
· применение чугунного котла или котлов, работающих в паре, с несколькими контурами отопления со своими насосами, в этом случае обеспечивается защита котлов от перепада температур и постоянный расход теплоносителя;
· применение прямых контуров отопления (режим включения/выключения насосов), без применения трехходовых смесительных клапанов
Назначение и принцип действия гидравлической стрелки для отопления
Чтобы различные контуры, узлы и приборы в разветвленных сложных системах отопления работали слажено, нужны устройства, которые будут регулировать их работу. Гидрострелка для отопления позволяет объединить разрозненные контуры в единую систему и наладить бесперебойную работу. Гидравлический разделитель имеет простое устройство. Если рассмотреть принцип его работы, можно понять, в каких режимах работает гидрострелка и какие дополнительные возможности у нее есть. Не менее важно правильно выполнить расчет разделителя и совместить его с коллектором.
Что такое гидрострелка?
Если в многоконтурной сложной отопительной системе установить насосное оборудование значительной мощности, то даже оно не сможет справиться с разными условиями и параметрами функционирования сети. Такие несоответствия в работе разных контуров будут негативно влиять на работу нагревательного котла и сокращать сроки службы дорогого оборудования.
Разветвленные отопительные сети не могут работать слаженно по причине того, что у каждого контура своя производительность и напор. Но даже если каждый контур укомплектовать собственным циркуляционным насосом с учетом параметров магистрали, то проблема разрозненности системы только обострится. Это приведет к разбалансировке сетей, потому что у каждого отопительного контура будут свои параметры.
Для решения проблемы один общий котел должен подогревать требуемое количество теплоносителя, но каждый контур должен получать из коллектора требуемое ему количество подогретой жидкости. В этом случае функции разделителя гидравлической системы выполняет коллектор. Гидроразделитель нужен для выделения из общего контура котлового потока. Другое название гидроразделителя – гидрострелка или ГС (гидравлическая стрелка).
Такое название устройства произошло от аналогии с железнодорожной стрелкой. Как ж/д стрелка разводит поезда в нужном направлении, так и гидрострелка распределяет потоки теплоносителя по отдельным контурам. Внешне устройство напоминает отрезок трубы круглого или прямоугольного сечения с торцевыми заглушками. Приспособление соединяется посредством трубопровода с коллектором и котлом и имеет несколько патрубков в боковой части.
Как работает гидравлический разделитель?
Насос котельного оборудования разгоняет циркулирующий теплоноситель до скорости 0,7-0,9 м/с, но через гидравлический разделитель для отопления жидкость проходит 0,1-0,3 м в секунду. Снижение скорости потока происходит из-за изменения направления тока жидкости и ее объема, проходящего через определенный отрезок трубопровода. Но такое снижение скорости не сказывается на теплопотерях в контуре.
Гидравлическая стрелка имеет принцип работы, который основан на том, что внутри корпуса прибора практически отсутствует гидравлическое сопротивление ламинарного потолка жидкости. Это позволяет сохранить скорость движения теплоносителя и уменьшить тепловые потери сети. По сути, гидрострелка – это буферная зона, разделяющая нагревательный котел и потребительскую цепь. В итоге каждый насос может работать автономно, не вызывая разбалансировку гидравлического равновесия.
Режимы работы
Гидроразделитель в системе отопления может работать в трех режимах:
Дополнительные функции гидрострелки
Благодаря особому принципу работы гидравлического разделителя в системе отопления устройство может иметь дополнительные возможности:
Устройство гидрострелки
В продаже есть гидроразделители разной формы и размера. В любом случае устройство гидрострелки максимально простое. Независимо от конфигурации и габаритов прибора его конструкция соответствует определенным принципам. Также в продаже есть универсальные модели, объединяющие в себе коллектор и разделитель.
Стоит знать! Классическая гидрострелка конструируется с учетом правила «3-х диаметров». При определении диаметра берут внутреннее сечение без учета толщины стенок.
Разделитель имеет цилиндрический корпус, от которого отходят несколько патрубков. При желании его можно изготовить самостоятельно. Обычно гидроразделитель устанавливается вертикально, но это не обязательно. Такое расположение является классическим, потому что при вертикальной установке проще отводить газы и удалять нерастворимый осадок. В большинстве случае это сварная конструкция из металлических труб. Но такое устройство можно сделать из отрезков медных или полипропиленовых труб.
Расчет гидроразделителя для отопительных систем
При расчете гидрострелки для отопления учитывают расход теплоносителя и необходимую тепловую мощность контура. При проведении расчетов также важно учитывать теплоемкость циркулирующей жидкости, а также разницу температур носителя в трубах отведения и подачи. Обычно для расчета используют следующую формулу, позволяющую определить диаметр гидроразделителя:
Как совмещается коллектор с гидрострелкой?
Для устройства системы отопления небольшого частного дома используется нагревательное оборудование со встроенным насосом. Если к котельному агрегату подсоединяются вторичные контуры, то требуется провести установку гидрострелки в системе отопления. Для подключения отопительных контуров построек с площадью, превышающей 150 м², используют специальные гребенки, а не обычный гидроразделитель, который в таком случае получится очень громоздким.
При устройстве отопительной магистрали сначала подключают гидрострелку, а потом распределительный коллектор. Это приспособление состоит из двух отдельных частей, соединенных перемычками. Количество парных патрубков будет таким же, как и число контуров, то есть для каждого контура понадобится по паре патрубков.
Благодаря распределительной гребенке ремонт и эксплуатация отопительных сетей упрощаются. Удобно и то, что запорная и регулирующая арматура расположены в одном месте. Коллектор имеет увеличенный диаметр, что способствует равномерному распределению теплоносителя по контурам.
Гидравлический модуль состоит из коллектора и гидроразделителя. Такая компактная конструкция не занимает много места, что очень важно в небольшой котельной.
Для устройства обвязки используется несколько монтажных выпусков:
Между подающим и обратным коллектором вмонтирован балансировочный клапан. За счет наличия регулирующей арматуры можно настроить нужное давление теплоносителя на самом дальнем контуре и отрегулировать поток. Балансировочные клапаны позволяют более равномерно распределять потоки теплоносителя для удовлетворения спроса каждого контура.
Прежде чем самостоятельно сконструировать гидроразделитель, проводят необходимые расчеты, делают чертежи и схемы. Подобная работа под силу только мастеру, разбирающемуся в теплотехнике и имеющему необходимые навыки монтажных работ.