Как рассчитать диаметр гидрозатвора D, описано в следующем разделе данной публикации. Пока же стоит отметить, что это соотношение диаметров выбрано не произвольно. Одна из главных задач — обеспечить вертикальную скорость потока 0,1 ÷ 0,2 м/с, не более. Почему это необходимо:
Что такое гидрострелка (гидравлический разделитель) в системе отопления
Проектирование собственной системы отопления — дело непростое. Даже если ее «спланировали» монтажники, необходимо учесть множество тонкостей. Во-первых, проконтролировать их работу, а во-вторых, оценить необходимость и целесообразность их предложений. В последние годы, например, много пропагандируется гидромост отопления. Это небольшое дополнение, установка которого стоит немалых денег. В некоторых случаях оно очень полезно, в других — без него вполне можно обойтись.
Правильное название этого устройства — гидравлический сепаратор. Он представляет собой круглую или квадратную трубу со сварными соединениями. Внутри обычно ничего нет. В некоторых случаях может быть две сетки. Одна (верхняя) для лучшего «выпуска» пузырьков воздуха, другая (нижняя) — для отсеивания примесей.
В системе отопления водяной мост размещается между котлом и потребителями — отопительными контурами. Он может располагаться как горизонтально, так и вертикально. Наиболее распространенное расположение — вертикальное. В этом случае автоматический воздухоотводчик находится вверху, а запорный клапан — внизу. Часть воды с накопившейся грязью регулярно сливается через кран.
Таким образом, видно, что вертикально установленный водоотделитель, помимо своих основных функций, также выпускает воздух и обеспечивает удаление осадка.
Назначение и принцип работы
Для разветвленных систем с несколькими насосами необходим гидростатический коллектор. Он обеспечивает подачу теплоносителя ко всем насосам, независимо от их производительности. Другими словами, он обеспечивает гидравлическую развязку насосов отопления. По этой причине его также называют гидравлическим разделителем.
Гидромост устанавливается, когда в системе имеется несколько насосов: один в контуре котла, а другие в контурах отопления (радиаторы, теплые полы, косвенный водонагреватель). Их производительность регулируется таким образом, чтобы насос котла мог перекачивать немного больше теплоносителя (10-20%), чем требуется для остальной системы.
Зачем нужен водяной насос для системы отопления? Давайте рассмотрим пример. В системе отопления с несколькими насосами, они часто имеют разную мощность. Часто один насос во много раз мощнее. Все насосы должны быть установлены рядом друг с другом — в коллекторном блоке, где они гидравлически соединены. Если один мощный насос работает на полную мощность, все остальные контуры остаются без хладагента. Такое случается постоянно. Чтобы избежать подобных ситуаций, в системе отопления устанавливают гидростатический разделитель. Второй вариант — распределить насосы на большое расстояние.
Режимы работы
Теоретически для системы гидростатического отопления возможны три режима работы. Они показаны на рисунке ниже. В первом случае насос котла перекачивает ровно столько теплоносителя, сколько требуется всей системе отопления. Это идеальная ситуация, которая редко встречается на практике. Мы объясним почему. Современная система отопления регулирует свою работу в зависимости от температуры теплоносителя или температуры в помещении. Представим, что все было идеально рассчитано, клапаны отрегулированы и после регулировки достигнуто равенство. Но через некоторое время рабочие параметры котла или одного из отопительных контуров меняются. Система адаптируется к новой ситуации, и уравнение производительности прерывается. Таким образом, этот процесс может занять всего несколько минут (или меньше).
Второй режим — когда расход в отопительных контурах выше, чем мощность котлового насоса (средний рисунок). Эта ситуация опасна для системы и не должна возникать. Это возможно, если насосы были выбраны неправильно. В частности, мощность котлового насоса слишком низкая. В этом случае обратка подается в контуры вместе с нагретой водой из котла, чтобы обеспечить необходимый расход. Это означает, что контуры на выходе из котла, например, при температуре 80 °C, после подачи холодной воды заполняются, например, 65 °C (фактическая температура зависит от дефицита расхода). После прохождения через нагреватели температура теплоносителя снижается на 20-25 °C. Это означает, что температура теплоносителя, поступающего в котел, составляет в лучшем случае 45 °C. По сравнению с мощностью 80 °C, температурная дельта для обычного котла (не конденсационного) очень высока. Такая работа не является нормальной, и котел очень быстро выйдет из строя.
Для чего нужен гидравлический разделитель в системе отопления
Чтобы понять назначение водонагревателя, следует помнить о том, как работает автономная система отопления в целом.
- В простейшем варианте систему с принудительной циркуляцией можно представить так.
Схема сильно упрощена. Например, расширительный бак и элементы группы безопасности не показаны, просто для «упрощения» картины.
K — это котел, который обеспечивает теплоноситель.
N1 — циркуляционный насос, который перемещает теплоноситель по трубам подачи (красные линии) и возврата (синие линии). Насос может быть установлен в воздуховоде или встроен в котел — это относится, в частности, к настенным моделям.
Радиаторы (RH) устанавливаются в замкнутом контуре трубопровода для теплообмена — тепловая энергия теплоносителя передается в помещения дома.
Если правильно подобрать циркуляционный насос по производительности и высоте в простейшей одноконтурной системе отопления, то в отдельных случаях его может быть вполне достаточно, и, казалось бы, нет особой необходимости в установке дополнительного оборудования. Комментарий на эту тему будет дан позднее.
Циркуляционные насосы — важный элемент системы отопления
Хотя существуют системы с естественной циркуляцией теплоносителя, следует установить циркуляционный насос — это резко повысит эффективность системы отопления. Как выбрать циркуляционный насос для отопления и как рассчитать оптимальные параметры устройства — в специальной публикации нашего портала.
- Для небольшого дома такой простой схемы может быть вполне достаточно. Но в здании побольше часто приходится использовать несколько контуров отопления. Усложним схему.
На этом рисунке видно, что насос обеспечивает движение теплоносителя через коллектор (Cl), откуда он разделяется на различные контуры. Этими контурами могут быть:
— Один или несколько высокотемпературных контуров с обычными радиаторами или радиаторами (RO).
— Водяной теплый пол (WBH), где температура среды уже должна быть намного ниже, что означает использование специальных термостатических устройств. Сенсорная длина контуров напольного отопления также обычно многократно превышает обычную разводку радиаторов.
— Бытовая система горячего водоснабжения с установкой косвенного водонагревателя (IHP) предъявляет особые требования к циркуляции теплоносителя, поскольку температура горячей воды обычно регулируется расходом теплоносителя, проходящего через бойлер.
Сможет ли наш единственный насос справиться с такой нагрузкой при таком расходе? Скорее всего, нет. Конечно, существуют модели с большой мощностью, высокой производительностью и большим напором, но возможности самого котла не безграничны. Теплообменник и его внутренние трубы рассчитаны на определенную мощность и давление, и не рекомендуется завышать эти значения, так как это может привести к повреждению дорогостоящей системы котла.
Как работает гидравлический разделитель
В принципе, существует три возможных режима работы гидравлического разделителя.
| Рисунок | Описание работы гидравлического сепаратора |
|---|---|
 |
Это – практически идеальное, равновесное состояние системы. Напор, созданный насосом малого контура котла равен суммарному напору всех контуров отопления (Q1 = Q2). Температура на входе и выходе подачи равны (t1 = t3). Аналогичная ситуация и на патрубках «обратки» (t2 = t4). Вертикальное перемещение теплоносителя минимально или даже вовсе отсутствует. На практике такая ситуация если и встречается, то крайне редко, эпизодически, так как параметры работы контуров отопления имеют тенденцию к периодическому изменению. |
 |
Ситуация вторая. Суммарный расход теплоносителя в контурах отопления превышает аналогичный показатель насоса котла (Q1 t3, t2 = t4. |
 |
Ситуация диаметрально противоположная – расход в малом контуре (не изменяясь номинально) стал выше, чем суммарно в контурах отопления (Q1 > Q2). «Предложение» превысило «спрос» на теплоноситель. Типичные причины такой ситуации: – срабатывание термостатической аппаратуры на контурах отопления или на бойлере косвенного нагрева, временно выключающей подачу теплоносителя. – временное полное отключение одного или нескольких контуров из-за невостребованности в отоплении тех или иных помещений. – временный вывод из эксплуатации контуров для проведения ремонтных или профилактических работ. – запуск котельного оборудования для прогрева, с постепенным ступенчатым подключением рабочих контуров. Ничего критичного не происходит – контур котла работает в большей части «на себя», перекачивая основной объем теплоносителя по малому кругу. В самой гидрострелке образуется вертикальный нисходящий поток, от подачи к «обратке». Температурный режим: t1 = t3, t2 > t4. При таком режиме работы температура в «обратке» достаточно быстро доходит до порога срабатывания автоматического отключения котельного оборудования, чем достигается рациональное использование топлива. |
Гидравлический сепаратор имеет ряд других полезных функций.
- Прежде всего – обещанное замечание про систему отопления не самого разветвленного типа. Гидрострелка может стать полезным, а иногда даже – и обязательным элементом в том случае, если теплообменник котла изготовлен из чугуна.
Несмотря на свои преимущества, этот металл обладает главным недостатком — механической и термической хрупкостью. Резкое изменение температуры в широком диапазоне может вызвать трещину в чугуне. Это означает, что при запуске системы отопления в холодное время года может возникнуть очень большая разница температур — в печи и в обратном трубопроводе. Предварительный нагрев теплоносителя в большом контуре занимает очень много времени, и этот период очень критичен для чугунного теплообменника. Если же контур «укорочен», т.е. проходит через гидравлический разделитель, теплоноситель нагревается гораздо быстрее, и теплообменник котла деформируется как можно меньше.
Какие возможности приписывают гидросепаратору
Среди инженеров-теплотехников существуют диаметрально противоположные мнения о необходимости установки гидравлических клапанов в системах отопления. Этому способствуют заявления производителей гидравлических клапанов, обещающих большую гибкость, более высокую эффективность и лучшие показатели теплопередачи. Чтобы отделить пшеницу от плевел, давайте сначала рассмотрим совершенно необоснованные заявления о «необыкновенных» возможностях гидравлических точек.
Производительность котельной системы не зависит от оборудования, установленного после подключения котла. Польза от котла заключается исключительно в его эффективности преобразования, т.е. в соотношении между теплом, вырабатываемым генератором, и теплом, поглощаемым теплоносителем. КПД нельзя увеличить с помощью специальных трубопроводов, он зависит только от площади поверхности теплообменника и правильного выбора скорости циркуляции хладагента.
Многофункциональность, которую якобы гарантирует установка гидростатического коллектора, также является абсолютным мифом.
Суть обещания заключается в том, что одна гидрочасть может реализовать три различных расхода в производящей и потребительской частях.
Первый — абсолютное выравнивание потока, что на практике возможно только при отсутствии байпаса и наличии только одного контура в системе. Второй вариант, когда расход в контурах больше, чем в котле, как утверждают, приводит к большей экономии, но в этом режиме переохлажденный хладагент неизбежно попадает в теплообменник через обратку, что имеет ряд негативных последствий: Запотевание внутренних поверхностей камеры сгорания или температурный шок.
Существует также ряд аргументов, каждый из которых представляет собой абстрактный набор терминов, но в действительности не отражает ничего конкретного. К ним относятся большая гидродинамическая стабильность, более длительный срок службы оборудования, контроль распределения температуры и тому подобное.
Можно также утверждать, что гидростатический сепаратор может стабилизировать равновесие гидравлической системы, что на практике является прямо противоположным. Если в отсутствие коллектора реакция системы на изменение расхода в любой части системы неизбежна, то в присутствии сепаратора она также совершенно непредсказуема.
Фактическая область применения
Однако термогидравлический сепаратор отнюдь не бесполезен. Это гидравлическое устройство, режим работы которого подробно описан в технической литературе. Гидравлический сепаратор имеет четко определенную, хотя и очень узкую, область применения.
Важнейшим преимуществом гидроразделителя является возможность согласования работы нескольких циркуляционных насосов в генераторной и потребительской секциях системы. Часто контуры, подключенные к общему коллектору, оснащены насосами, отличающимися по производительности в 2 и более раз.
В этом случае более мощный насос создает настолько большой перепад давления, что всасывание теплоносителя из остальной части циркуляционной системы становится невозможным. Несколько десятилетий назад эта проблема решалась с помощью так называемого шимминга — искусственного уменьшения расхода в контурах потребления путем вваривания в трубу металлических пластин с разными диаметрами отверстий.
Схема подключения и монтаж
Гидравлический ручной тормоз имеет схему подключения, которая так же проста, как и само устройство. Большинство правил касаются не столько подключения, сколько расчета мощности и размещения клемм. Однако знание всей этой информации позволит вам правильно установить прибор и убедиться, что выбранный вами водонагреватель подходит для установки в вашу конкретную систему отопления.
Первое, что следует помнить, — гидростатический коллектор будет работать только в системе отопления, находящейся под давлением. В системе должно быть как минимум два насоса: один в контуре производителя и как минимум один в контуре потребителя. В противном случае гидравлический разделитель действует как байпас с нулевым сопротивлением и тем самым закорачивает всю систему.
Пример схемы подключения гидравлического управления: 1 — котел, 2 — группа безопасности котла, 3 — расширительный бак, 4 — циркуляционный насос, 5 — гидравлический разделитель, 6 — автоматический вентилятор, 7 — запорные клапаны, 8 — сливной кран, 9 — контур №1 косвенного нагрева, 10 — контур №2 радиаторов, 11 — электрический трехходовой клапан, 12 — контур №3 напольного отопления.
Следующий аспект — это размер гидростатического коллектора, диаметр и расположение выходов. Как правило, диаметр поршня определяется исходя из наибольшего расчетного расхода в сети. Максимальным значением может быть расход в генерирующей или потребляющей части системы отопления, в зависимости от гидравлического расчета.
Связь между диаметром поршня сепаратора и скоростью потока описывается соотношением между скоростью потока и скоростью прохождения теплоносителя через поршень. Последний параметр является постоянным и может изменяться в пределах от 0,1 до 0,25 м/с в зависимости от мощности котельной системы. Коэффициент, полученный в результате расчета вышеуказанного соотношения, необходимо умножить на поправочный коэффициент 18,8.
Диаметр соединительных патрубков должен составлять 1/3 диаметра трубы. Впускные и выпускные отверстия должны располагаться сверху и снизу поршня на расстоянии, равном диаметру поршня. Выхлопные отверстия должны быть расположены так, чтобы их валы были смещены относительно впускных валов на два собственных диаметра. Описанные формы определяют общую высоту корпуса водовода.
Гидрант подключается к прямой и обратной сети котла или нескольких котлов. Разумеется, в соединении гидранта не должно быть признаков сужения номинального диаметра. Это правило требует использования труб с очень большим номинальным диаметром в соединении между котлом и коллектором, что затрудняет оптимальное проектирование котельной системы и увеличивает расход материала труб.
Методы расчета гидрострелки в системе отопления частного дома
Как самостоятельно рассчитать систему гидравлического подъема в частной системе отопления? Вы можете рассчитать необходимые размеры по формулам или определить диаметр с помощью правила «3D».
- Формула определяет диаметр (D) по максимальной пропускной способности гидравлического разделителя (расчеты по паспортным данным на котел):
- Формула определяет диаметр гидрострелки по мощности теплогенератора. ΔT разница температур подачи/обратки — 10°C:
- Диаметр патрубка, входящего в гидрострелку или распределительный коллектор:
| Обозначение | Расшифровка символа | Единица измерения |
| D | Диаметр корпуса гидрострелки | мм |
| d | Диаметр патрубка | мм |
| P | Максимальная мощность, которой обладает котел (паспортные данные котла) | кВт |
| G | Максимальный проток (пропускная способность, расход) через гидроразделитель за час | м 3 /час |
| π | Постоянное значение (3,14) | |
| ω | Максимальная вертикальная скорость теплоносителя через разделитель (0,2) | м/сек |
| ΔT | Разница температур подачи — обратки (паспортные данные котла) | °C |
| C | Теплоемкость воды (относительная единица) | Вт/(кг°C) |
| V | Скорость теплоносителя через вторичные контуры | м/с |
| Q | Максимальный расход в контуре потребителя | м 3 /ч |
Совмещение коллектора отопления с гидрострелкой
Небольшие дома отапливаются котлом со встроенным насосом. Вторичные контуры подключаются к котлу через водонагреватель. Отдельные контуры домов большой площади (150 м2 и более) подключаются к котлу через нагревательный резистор, так как водонагреватель мгновенного действия довольно громоздок.
Похожая статья:
Какие трубы для напольного отопления самые лучшие и практичные? Технические характеристики каждого типа труб, используемых для напольного отопления.
Распределительный коллектор устанавливается после водоразборного коллектора. Устройство состоит из двух независимых частей, соединенных поперечными распорками. Количество вторичных контуров определяется количеством точек ответвления в парах.
Распределительный коллектор облегчает эксплуатацию и обслуживание. Контур системы отопления и компоненты управления расположены в одном месте. Увеличенный диаметр коллектора обеспечивает равномерный поток между отдельными контурами.
Использование гидростатического коллектора защищает котел от теплового удара.
Распределитель потока и коллектор коллектора образуют гидравлический узел. Компактный блок подходит для стесненных условий в небольших котельных.
Для звездообразного трубопровода предусмотрены монтажные отводы:
- низконапорный контур теплых полов подключают снизу;
- высоконапорный контур радиаторов — сверху;
- теплообменник — сбоку, на противоположной стороне от гидрострелки.
На рисунке показан гидростатический коллектор с коллектором. Схема конструкции предусматривает установку линейных регулирующих клапанов между подающим и обратным коллектором:
Схема коллектора с коллектором
Линейные регулирующие клапаны обеспечивают максимальный расход и максимальную высоту на противоположной стороне коллектора. Балансировка предотвращает недостаточное дросселирование потока и достигает расчетного расхода.
Важно! Автономные системы отопления — это системы, работающие с высокой температурой среды под давлением (гидростатический коллектор для отопления частного дома в том числе).
Построить гидротермальную систему отопления своими руками может профессионал, имеющий достаточный запас знаний в области теплотехники, опыт и навыки (газосварка, слесарные работы, работа с ручным электроинструментом). Многочисленные сайты предлагают пошаговые инструкции по изготовлению водонагревателя для отопления, видеоролики также могут помочь в этом процессе.
Размеры водонагревателя
Теоретические знания помогут вам составить схемы и планы водонагревателя, заказать оборудование по отдельности в профессиональной организации и проконтролировать работу подрядчика. Доверять важные части системы отопления неспециалисту опасно для вашей жизни и здоровья. Помните, что оборудование, поврежденное по вине владельца, не подлежит ремонту или возврату по гарантии.
