Для чего нужен гидравлический разделитель в системе отопления? | Блог
Оглавление
Что такое гидрострелка и где её устанавливают
Устройство, принцип работы, назначение
Устройство
Принцип работы
Назначение
Подключение
Что такое гидрострелка и где её устанавливают
Гидравлический разделитель монтируется в магистраль между первичным контуром котла и контуром теплопотребления. Через патрубки разделителя проходят трубы подачи и обратки.
Рис. Гидравлическая стрелка с горизонтально расположенным коллектором на 5 контуров
Устройство, принцип работы, назначение
Основные задачи гидравлического разделителя – исключить влияние насосов контуров отопления друг на друга в процессе переключения между режимами работы и защитить котел от холодной обратки.
Устройство
Конструкция представляет собой прямоугольный или круглый трубчатый корпус. Расположение устройства не имеет значения.
Рис. Гидравлический разделитель 4 м3/час, тип: SDG-0015 STOUT вертикального расположения
Вертикальный монтаж намного удобнее. Вверху можно расположить автоматический отводчик для спуска воздуха, а внизу кран для сгона шлама, скапливаемого внизу.
От корпуса прибора отходят 4 патрубка. Два патрубка подключены к циркуляционному котловому контуру, а два к вторичному отходящему контуру теплопотребления.
В некоторых случаях в корпусе располагаются фильтрующие сетки. Первая (верхняя) сепарирует воздух. Вторая (нижняя) отделяет шлам. Однако чаще всего устройство выпускается пустым, без сеток, потому что они очень быстро засоряются и не несут своей функции.
Принцип работы
Чтобы понять зачем нужна гидравлическая стрелка, разберемся с режимами работы системы, в которой она будет задействована.
Режим работы заключается в соотношении расходов тепла от теплоносителя контура котла к расходам температуры системы теплопотребления. В теории соотношение бывает, как одинаковым, что маловероятно, так и нет. Расход температуры от котла может быть больше или меньше.
Первый режим
Даже при идеально подобранном сопротивлении контуров и производительности насоса, расходы можно уравнять, но идеально одинакового режима все равно не будет. Потому что при закрытой вдруг термоголовке или включении бойлера равенство исчезает. То есть равенства между температурой теплоносителя котла и расхода температуры системы на практике нет.
Второй режим работы – аварийный.
В случае неравенства расходов теплогенератор начинает работать в конденсационном режиме. В стандартном котле в камере сгорания появляется конденсат. Главный минус – котел лопнет.
Второй недостаток. Невозможность отправить в систему теплопотребления тепло, отданное теплогенератором, потому что нагретый теплоноситель все время смешивается с жидкостью в обратке.
Последний режим – оптимальный.
Лишний теплоноситель в процессе возврата нагревает жидкость в обратке, когда она остыла, чтобы при возвращении не навредила теплогенератору.
Назначение
Теоретически гидрострелка призвана поддержать правильный режим работы котла. Разница протоков теплогенератора с потребительскими контурами обеспечит движение теплоносителя в гидравлической стрелке сверху вниз с небольшой расчетной скоростью одна десятая метра в секунду (дециметр в секунду).
Если ее умножить на площадь сечения разделителя, то можно вычислить объем возвращенного в обратку теплоносителя.
Полученный результат обеспечит подогрев обратного коллектора и предотвратит температурный шок теплогенератора.
Однако нужно ли гидравлическое разделение – это вопрос, ведь сколько тепла производит котел, столько и получает потребитель.
Обычный байпас – трубка с краном между подачей и обраткой, по которой перемещается нагретая жидкость, легко защитит котел.
Подключение
Гидрострелка нужна для единственной цели. Она требуется для корректной работы контуров отопления, в которых есть насосы. Если насос в системе один, роль гидравлической стрелки – нулевая.
Рассмотрим пример с двумя насосами разной производительности, которые работают в системе. Один из насосов превышает параметрами другой.
Более мощный насос в трубе подачи будет создавать разряжение, а в обратке – более высокое, чем по норме, давление. Это чревато тем, что насос с более низкой производительностью не сможет запустить свой контур и забрать себе теплоноситель, чтобы потом отправить его в обратку. Контур отопления не работает.
Подключение гидрострелки производится в участок магистрали с нулевым сопротивлением, которое уравняет давление в коллекторах, а насос будет свободно работать.
На сайте компании STOUT представлены несколько моделей гидравлических стрелок, которые выполнят свою роль в системе отопления с несколькими отопительными контурами и насосами.
Все модели обеспечены сопроводительной документацией с подробным описанием подключения и устройства.
Поделиться:
Гидрострелка для отопления – назначение и основные параметры
Система отопления – это достаточно сложный «организм» для эффективного функционирования которого требуется добиться максимального согласования, балансировки работы всех его элементов. Добиться такой «гармонии» — не так просто, особенно если система сложная, разветвленная, включающая несколько контуров, различающихся и по принципу работы, и по температурному режиму. Кроме того, отопительные контуры отдельные приборы теплообмена могут иметь свои устройства автоматической регулировки и обеспечения работы, которые своим вмешательством не должны оказывать влияния на функциональные возможности «соседей».
Гидрострелка для отопленияСуществует несколько подходов к достижению подобного «унисона», но одним из наиболее простых и эффективных способов является совсем несложное, но очень эффективное устройство – гидравлический разделитель, или, как его чаще называют, гидрострелка для отопления.
Что это за элемент, каков принцип его работы, как его правильно рассчитать и смонтировать – в настоящей публикации.
Чтобы разобраться в предназначении гидрострелки, давайте вспомним, как вообще работает автономная система отопления.
- В простейшем варианте систему с принудительной циркуляцией можно представить так.
Схема приведена с большим упрощением. Так, на ней не показаны расширительный бак и элементы группы безопасности, просто из соображений «облегчения» рисунка.
К – котел, обеспечивает нагрев теплоносителя.
N1 – циркуляционный насос, благодаря работе которого теплоноситель перемещается по трубам подачи (красные линии) и «обратки» (синие линии). Насос может быть установлен на трубе или же быть входить в конструкцию котла – особенно это характерно для настенных моделей.
На замкнутом контуре труб врезаны радиаторы отопления (РО), обеспечивающие теплообмен – тепловая энергия теплоносителя передаётся в помещения дома.
При правильном подборе циркуляционного насоса по производительности и создаваемому напору в простейшей одноконтурной системе отопления, его может быть вполне достаточно в единственном экземпляре, и особой нужды в установке дополнительных устройств вроде бы и нет. Будет по этому поводу замечание – несколько позднее.
Циркуляционные насос – важнейший элемент системы отопления
Хотя и существуют схемы с естественной циркуляцией теплоносителя, следует все же установить циркуляционный насос – это резко поднимет эффективность работы системы отопления. Как выбрать циркуляционный насос для отопления, как просчитать оптимальные параметры прибора – 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 данном рисунке показано, что насос обеспечивает движение теплоносителя через коллектор (Кл), откуда он разбирается на несколько разных контуров.
— Один или несколько высокотемпературных контуров с обычными радиаторами или конвекторами (РО).
— Водяные теплые полы (ВТП), для которых уже температура теплоносителя должна быть значительно ниже, значит будут задействованы специальные термостатические устройства. Сенсорная длина контуров теплых полов также обычно превышает в несколько раз обычную радиаторную разводку.
— Система обеспечения дома горячей водой с установкой бойлера косвенного нагрева (БКН). Здесь – совершенно особые требования к циркуляции теплоносителя, так как обычно изменением расхода протекающего через бойлер теплоносителя регулируется и температура нагрева горячей воды.
Справится ли наш единственный насос с такой нагрузкой, с таким расходом теплоносителя? Наверное, нет. Конечно, существуют модели высокой производительности и мощности, с большими показателями создаваемого напора, но не беспредельны возможности и самого котла. Его теплообменник и внутренние патрубки рассчитаны на определенную производительность и создаваемое давление, и завышать эти значения – не следует, так как это вполне может привести к выходу из строя дорогостоящей котельной установки.
Да и сам насос, если будет работать постоянно на пике своих возможностей, обеспечивая теплоносителем все контуры разветвлённой системы, вряд ли прослужит долго. Это не говоря даже о повышенной шумности мощного оборудования и немалом расходе электроэнергии.
- Какой выход – устанавливать на каждый контур собственный циркуляционный насос, рассчитанный по параметрам своей «подсистемы», которую он обслуживает.
Чтобы такая системы работала стабильно, необходим очень точный расчет насосного оборудования. Но даже это, скорее всего, не сделает столь сложную схему равновесной. Насосы, как правило, увязаны с системами термостатического регулирования каждого из контуров, то есть их текущие, на данный момент, эксплуатационные характеристики – величины изменяющиеся.
Один контур временно приостанавливает свою работу, другой, наоборот, включается. Не исключены варианты одновременного функционирования или, наоборот, временного простоя всех насосов. Циркуляция в одном контуре может создать инерционное, «паразитное» перемещение теплоносителя в другом, там, где это в настоящий момент не требуется – и так далее, разнообразных вариантов может быть немало.
В итоге это нередко приводит к недопустимому перегреву теплых полов, к неравномерности отопления различных помещений, к «запиранию» контуров и к другим негативным явлениям, которые сводят на нет старания хозяев создать высокоэффективную систему.
А хуже всего в этом случае насосу, установленному около котла – вся нестабильность параметров системы в первую очередь отражается на его работе, и в конечном итоге – на «раздерганном», не поддающимся точным регулировкам функционировании котла. А ведь нередко в крупных домах устанавливаются каскадно два и более котлов – управление такой системой становится вообще чрезвычайно сложной, почти невыполнимой задачей.
Все это вызывает быстрый износ дорогостоящего оборудования.
- А выход, оказывается, совсем прост – необходимо разделить всю гидравлическую систему не только на контуры конечного потребления, через коллектор, но и выделить отдельный контур котла.
Именно эту функцию и выполняет гидравлическая стрелка (ГС). Это нехитрое устройство устанавливается между котлом и коллектором.
Правильное полное название гидрострелки – гидравлический разделитель. Стрелкой ее назвали, по всей видимости, потому, что она способна перенаправлять гидравлические потоки теплоносителя, обеспечивая сбалансированность всей системы в целом.
Конструкция обычной гидрострелки — чрезвычайно простаКонструктивно этот элемент представляет собой полую трубу круглого или прямоугольного сечения, заглушенную с обоих торцов, с двумя парами патрубков – выходных, для подачи, и входных – для трубы «обратки».
По сути, образуются два взаимосвязанных, но, по сути – независимых друг от контура: малый конур котла и большой, включающий коллектор со всеми разветвлениями на остальные контуры.
В каждом из этих двух контуров свой расход и скорость движения теплоносителя, которые не оказывают сколь-нибудь значимого влияния друг на друга. Обычно показатель Q1 – величина стабильная, так как насос котла работает постоянно на одних оборотах, Q2 – изменяющаяся по ходу текущей работы системы отопления.
Диаметр трубы подбирается таким образом, чтобы создавался участок пониженного гидравлического сопротивления, что позволяет выровнять давление в малом контуре, поставить его вне зависимости от работы или простоя рабочих контуров. В целом это приводит к сбалансированной работе каждого из участков системы отопления, к плавному, не подверженному скачкам давления и температуры функционированию котельного оборудования и всей системы в целом.
Как работает гидравлический разделительВ принципе, возможны три режима функционирования гидравлического разделителя.
| Иллюстрация | Описание режима работы гидрострелки |
|---|---|
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 . По сути, можно охарактеризовать так, что «спрос» на воду превышает то, что может «предложить» котел. Ситуация достаточно часто встречающаяся, когда одновременно задействовано большинство контуров. В этом случае образуется вертикальный восходящий поток от патрубка обратки большого контура к патрубку подачи.  Перемещаясь вверх, вертикальный поток перемешивается с горячим теплоносителем, поступающим от котла. Температурный режим: t1 > 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 разделитель может выполнить еще ряд 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.
При всех своих достоинствах этот металл все же обладает существенным недостатком – механической и термической хрупкостью. Резкий перепад температуры с большой амплитудой может привести к появлению трещины в чугунной детали.
Таким образом, при розжиге системы отопления в холодное время года может возникнуть очень существенная разница температур – в топке и в трубе обратки. Прогрев теплоносителя в большом контуре займет немало времени, и этот период является весьма критичным для чугунного теплообменника. А вот если контур «укоротить», то есть запустить через гидравлический разделитель, нагрев теплоносителя осуществится гораздо быстрее, и вероятность деформации теплообменника котла будет минимальной.
Цены на гидравлический разделитель STOUT
Гидравлический разделитель STOUT
Кстати, некоторые производители котельного оборудования с чугунными теплообменниками прямо указывают на необходимость установки гидрострелки – нарушение этих требований влечет прекращение гарантийных обязательств.
- Резкое расширение объема в трубе гидрострелки и вызванное этим падение скорости движения жидкости вполне можно дополнительно «поставить на службу».
- Полностью исключить газообразование в теплоносителе – практически невозможно, поэтому в системе отопления устанавливаются спускные краны Маевского или автоматические воздухоотводчики – в группе безопасности, на радиаторах отопления и т.
п. Очень эффективным, за счет большого объема, сепаратором воздуха способен стать и гидравлический разделитель. Для этого на него сверху врезают автоматический воздухоотводчик (поз. 1). Кроме того, на моделях заводского производства часто внутри цилиндра устанавливается специальная мелкоячеистая сетка, которая способствует активному отделению растворенного воздуха от жидкости с последующим выпуском его через отводчик. - Резкое замедление скорости потока способствует гравитационному оседанию твердых взвесей, появление которых вполне вероятно в теплоносителе. Если снизу установить кран (поз. 2), то появится возможность регулярно очищать систему от скопившегося шлама.
п. Очень эффективным, за счет большого объема, сепаратором воздуха способен стать и гидравлический разделитель. Для этого на него сверху врезают автоматический воздухоотводчик (поз. 1). Кроме того, на моделях заводского производства часто внутри цилиндра устанавливается специальная мелкоячеистая сетка, которая способствует активному отделению растворенного воздуха от жидкости с последующим выпуском его через отводчик.Как видно из изложенного, конструкция гидравлического разделителя – достаточно незамысловата. Тем не менее, она должна подчиняться определенным правилам.
В продаже в специализированных магазинах можно встретить немало предложений, разных размеров и конфигураций, то есть имеется возможность подобрать модель, максимально по своим параметрам подходящую под имеющуюся или планируемую систему отопления. Нередко встречаются оригинальные модели, которые конструктивно совмещают и сам гидравлический разделитель, и коллектор для подключения контуров. Иногда можно увидеть гидрострелки и вообще необычной звездчатой конфигурации.
Разнообразные варианты гидравлических разделителей заводского изготовленияОднако, если посмотреть на стоимость этих изделий, то наверняка возникнет мысль о возможности самостоятельного изготовления. И вправду, для хозяина дома, знакомого со слесарными и сварочными работами смонтировать гидравлический разделитель – не должно составить особого труда. Главное, соблюсти рекомендуемые размерные параметры, которые обеспечат оптимальную функциональность прибора.
Классическая схема гидравлического разделителя основывается на правиле «трех диаметров».
Как это выглядит – показано на схеме.
Диаметры, безусловно, показывают внутренний, условный проход, вне зависимости от толщины стенок.
Другая схожая схема — с патрубками, чередующимися по высоте. Ее пропорции показаны на второй схеме.
Схема с чередованием патрубков по высотеСчитается, что «ступенька вниз» для подачи будет способствовать лучшей сепарации газов, а «ступенька вверх» на обратке эффективнее отделяет твёрдые взвеси.
Как рассчитать диаметр гидрострелки D – будет рассказано в следующем разделе публикации. А пока что стоить заметить, что подобное соотношение диаметров выбрано неслучайно. Одна из главных целей – обеспечить скорость вертикальных потоков в пределах 0,1 ÷ 0,2 м/с, не более. Для чего это нужно:
- Минимальная скорость обеспечивает максимальную очистку теплоносителя от шлама, способствует лучшей сепарации воздуха.
- При небольшой скорости обеспечивается наиболее качественная естественная конвекция горячего, из подачи, и остывшего, из «обратки» теплоносителя. Это создает определенную температурную градацию по высоте – подобным свойством нередко пользуются применяя гидрострелка в качестве коллектора с разным температурным напором — отдельно для высокотемпературных (радиаторы или бойлер) и низкотемпературных («теплые полы») контуров. Такой подход позволяет снизить нагрузки на терморегулирующее оборудование, повысить общую эффективность каждого из контуров и всей системы в целом.
Это создает определенную температурную градацию по высоте – подобным свойством нередко пользуются применяя гидрострелка в качестве коллектора с разным температурным напором — отдельно для высокотемпературных (радиаторы или бойлер) и низкотемпературных («теплые полы») контуров. Такой подход позволяет снизить нагрузки на терморегулирующее оборудование, повысить общую эффективность каждого из контуров и всей системы в целом.Следует сказать, что вертикальное расположение гидрострелки, хотя и считается «классическим», но отнюдь не является догмой. Если не брать в расчет функции отделения из теплоносителя воздуха и сбора твердых взвесей, то, в зависимости от конкретных условий расположения труб в системе отопления, можно принять и горизонтальный вариант. Причем, даже расположение патрубков подачи и обратки котлового и отопительного контуров тоже может меняться. Несколько примеров представлено на схеме ниже.
При таком расположении гидравлического разделителя требование к минимизации скорости потока в нем уходит на «второй план» — отделения осадков не требуется, а смешивание происходит за счет встречного направления потоков из первичного котлового контура и контура отопления. Это позволяет задействовать при изготовлении трубы меньшего диаметра. Но при этом необходимо создать условия, чтобы обеспечивалось качественное перемешивание. Для этого подающий и обратный патрубки каждого их контуров должны быть разнесены на расстояние, не менее чем четыре диаметра d, и при этом при любом диаметре патрубка эта дистанция не может быть менее 200 мм.
Пример смонтированной горизонтальной гидрострелкиГидрострелка не обязательно всегда является сварной стальной конструкцией. Можно встретить немало примеров, когда мастера их изготавливают из медных труб или даже из полипропилена – такое устройство вообще будет стоить совсем недорого.
Правда, при использовании пластика температурный режим в системе отделения не должен превышать максимальных 70 °С.
Можно встретить и совсем неожиданные решения. Так, например, гидравлический разделитель выполняют из труб небольшого диаметра, придавая ему вид решетки. При таком подходе вполне можно ограничиться полипропиленовыми или даже металлопластиковыми трубами Ø 32 мм.
Решетчатый гидравлический разделитель из труб небольшого диаметраСледуя этому же принципу, некоторые мастера устанавливают вместо такой решетки несколько секций старого ненужного радиатора отопления. С функцией гидравлического разделителя такое устройство справится в полной мере. Правда, необходимо учесть то, что неизбежны большие тепловые потери. Придётся продумать качественную термоизоляцию подобной импровизированной гидрострелки.
Расчет стандартного гидравлического разделителяПредлагаемые в продаже готовые гидравлические разделители рассчитаны на определенную мощность системы отопления.
Но если принято решение самостоятельно изготовить эту, в принципе, несложную конструкцию, то важно рассчитать базовые параметры – минимальный диаметр самой гидрострелки и диаметры подводящих патрубков. После этого, руководствуясь схемами, представленными выше, несложно будет составить собственный чертеж.
Ниже будут представлены два варианта расчета гидравлического разделителя «классического» вертикального типа.
Расчет от мощности системы отопленияСуществует универсальная формула описывающая зависимость расхода теплоносителя от общей потребности в тепловой мощности, теплоемкости теплоносителя и разницы температур в трубах подачи и «обратки»
Q = W / (с × Δt)
Q – расход, л/час;
W – мощность системы отопления, кВт
с – теплоемкость теплоносителя (для воды – 4,19 кДж/кг×°С или 1,164 Вт×ч/кг×°С или 1,16 кВт/м³×°С)
Δt – разница температур на подаче и «обратке», °С.
Вместе с тем, расход при движении жидкости по трубе равен:
Q = S × V
S – площадь поперечного сечения трубы, м²;
V — скорость потока, м/с.
S = Q / V= W / (с × Δt × V)
Опытным путем доказано, что для оптимального смешивания в гидравлическом разделителе, для качественного отделения воздуха и выпадения в осадок шлама, скорость в нем должна быть не выше 0,1 – 0,2 м/с. Раз уж выбрана единица измерения час, то умножаем на 3600 секунд. Получается 360 – 720 м/час. Можно взять усредненное значение – 540 м/час
Если расчет производится для воды, то можно сразу ввести несколько исходных значений, чтобы упростить формулу
S = W / (1,16 × Δt × 540) = W / (626 × Δt)
Определив сечение, по формуле площади круга несложно определить и требуемый диаметр.
D = √ (4×S/π) = 2 × √ (S/π)
Подставляем значения:
D = 2 × √ (W / (626 × Δt × π)) = 2 × √ (W / (1966 × Δt)) = 2 × 0,02255 × √(W/Δt)
= 0,0451 × √(W/Δt)
Так как значение будет получено в метрах, что не совсем удобно, можно перевести его сразу в миллиметры, умножив на 1000.
В итоге формула примет такой вид:
- D = 45,1 √(W/Δt) – для скорости потока в трубе гидрострелки в 0,15 м/с.
Несложно просчитать и значения для верхнего и нижнего предела допустимой скорости потока:
- D = 55,2 √(W/Δt) – для скорости в 0,1 м/с;
- D = 39,1 √(W/Δt) – для скорости в 0,2 м/с.
Определив диаметр гидрострелки, несложно вычислить и диаметры входных и выходных патрубков.
Быстро провести расчеты поможет встроенный калькулятор, размещенный ниже:
Калькулятор расчета рекомендуемых параметров гидрострелки по мощности и разнице температурПерейти к расчётам
Укажите запрашиваемые значения и нажмите кнопку “Рассчитать параметры гидрострелки”
Укажите ожидаемую скорость вертикального перемещения теплоносителя в гидрострелке
0,1 м/с 0,15 м/с 0,2 м/с
Укажите максимальную мощность системы отопления, кВт
Укажите температурный режим работы системы отопления – температуру в подаче и в “обратке”
Температура подачи
Температура “обратки”
Расчет параметров гидрострелки на основании производительности насосовЕсть и другой способ определить требуемые минимальные размерные параметры гидравлического разделителя.
В этом случае за исходные величины будут браться величины производительности насосов в контуре котла и всех контуров отопления и, при наличии, горячего водоснабжения.
Как уже было понятно из описания принципа работы гидрострелки, ее основное предназначение – не перегружать насосное оборудование котельной установки, обеспечивая при этом должный расход теплоносителя во всех контурах отопления. Так на практике и получается, что суммарная производительность всех насосных установок всегда выше аналогичного показателя насоса, обеспечивающего циркуляцию непосредственно через котел.
В самом «пиковом» варианте, когда одновременно задействованы все насосы во всех контурах, суммарная производительность через гидрострелку стане равна разнице:
Q = ∑Qот. – Qкот.
∑Qот. – суммарная производительность всех насосов на контурах отопления и, если есть, на бойлере косвенного нагрева, м³/час
Qкот. – производительность циркуляционного насоса в малом контуре котла отопления.
м³/час.
Вернемся вновь в формулам, которые рассматривались выше.
S = W / (с × Δt × V)
Мощность, как уже было показано выше, равна:
W = Q × с × Δt
Значит,
S = (Q × с × Δt) / (с × Δt × V) = Q / V
Отсюда осталось совсем немного для определения диаметра:
D = √ (4×S/π) = 2 × √ (Q /(π × V)) = 2 × √ ((∑Qот. – Qкот.) / (π × V))
Уточнить паспортные характеристики установленного или планируемого к установке насосного оборудования – несложно. Единственное, при расчетах не забывайте приводить значение производительности к единым величинам — м³/час, а скорость потока через гидрострелку – к м/час. Полученный результат останется привести к миллиметрам, умножив на 1000.
Можно сразу упростить формулу, введя константы и рекомендуемую скорость потока, как и в первом расчете. В итоге получаются следующие выражения:
При скорости вертикального потока равной:
- 0,1 м/с: D = 59,5 × √ (∑Qот. – Qкот.)
- 0,15 м/с: D = 48,6 × √ (∑Qот. – Qкот.)
- 0,2 м/с: D = 42,1 × √ (∑Qот. – Qкот.)
– Qкот.)Эти соотношения заложены в размещенный ниже калькулятор:
Калькулятор расчета параметров гидрострелки исходя из производительности насосовПерейти к расчётам
Укажите запрашиваемые данные и нажмите кнопку “Рассчитать параметры гидрострелки”
Укажите ожидаемую скорость вертикального перемещения теплоносителя в гидрострелке
0.1 м/с 0.15 м/с 0.2 м/с
Укажите удобную единицу измерения производительности насосов
м³ в час литров в минуту
Последовательно укажите производительность всех насосов в контурах отопления и горячего водоснабжения.
Указываете числом в единицах измерения, которые были выбраны выше.
В качестве десятичного разделителя применяется точка.
При отсутствии насоса – оставлять поле незаполненным
Насос №1
Насос №2
Насос №3
Насос №4
Насос №5
Насос №6
Укажите производительность насоса (насосов) в малом контуре котла (котлов)
Насос котла №1
Насос котла №2
Рассчитанные величины являются минимальными. Если диаметр будет выше, то никакой беды от этого не случится – плавность работы системы отопления только выиграет. А вот заужение ниже расчетной величины – недопустимо!
Естественно, при приобретении или самостоятельном изготовлении гидравлического разделителя ориентируются на стандартные диаметры труб, но только приведенные от полученных результатов обязательно в большую сторону.
ЗаключениеПодводя итоги публикации, отметит еще раз основные достоинства системы отопления, оснащенной гидравлическим разделителем:
- Чугунный теплообменник котла получает надежную защиту от тепловых ударов. Что продлевает срок службы котельного оборудования.
- Намного упрощается подбор насосов. Для каждого контура модно приобрести прибор необходимой производительности, и это не потребует установки мощного насоса в контуре котла – гидрострелка в полной мере нивелирует этот дисбаланс.
- Расход теплоносителя через котел отличается стабильностью, то есть оборудование всегда работает в штатном оптимальном режиме, без скачков давления и температуры.
- Вся система отопления в целом получается сбалансированной, все контуры независимы и не оказывают значимого влияния один на другой.
- Появляется возможность удаления шлама и газов.
Что продлевает срок службы котельного оборудования.И напоследок – еще один видео-сюжет о значимости гидрострелки в системе отопления:
Видео: Насколько важна гидрострелка в разветвлённой системе отопления?idronics Гидравлическая сепарация: новые методы реализации устоявшейся концепции
- idronics Гидравлическая сепарация: новые методы реализации устоявшейся концепции
org/ListItem”>
ДомГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ
Новое оборудование обеспечивает множество функций и простую установку
Важным преимуществом водяного отопления является возможность создания нескольких независимо контролируемых зон внутри здания. Часто это делается путем подачи и возврата каждой цепи зоны из общего набора заголовков, как показано на рисунке 1.9.0011
Такое расположение трубопроводов распространено в традиционных водяных системах, где используется источник тепла с малым гидравлическим сопротивлением (например, чугунный котел). Такие котлы и коллекторный трубопровод большего диаметра, соединяющий их с зональными контурами, создают очень небольшое сопротивление потоку и, таким образом, могут обеспечивать относительно высокие скорости потока с минимальными помехами между зональными контурами.
Короче говоря, гидравлические характеристики этих систем редко создают проблемы.
Времена изменились: Сегодня многие водяные системы используют в качестве источника тепла компактные котлы. Эти котлы имеют гораздо более высокое сопротивление потоку по сравнению с чугунными котлами. Если такой бойлер просто заменить бойлером с малым сопротивлением потоку, показанным на рис. 1, могут возникнуть проблемы, прежде всего помехи между одновременно работающими циркуляционными насосами. Схема на рис. 2 иллюстрирует ситуацию, которой следует избегать.
Разработчик такой системы может предположить, что поток в каждом контуре зоны зависит от гидравлического сопротивления его трубопровода и циркуляционного насоса в этом контуре. По сути, при таком мышлении каждая цепь зоны рассматривается как «автономная цепь», на которую не влияют соседние цепи.
Это упрощение игнорирует тот факт, что общий поток всех зональных контуров должен проходить через источник тепла с высоким сопротивлением.
Последний будет выступать в роли «узкого места» потока и значительно снизит поток внутри контура каждой зоны. Чем больше зональных цепей работает одновременно, тем хуже эффект узкого места. Возникающее в результате падение потока через контуры отдельных зон может привести к недогреву, что, вероятно, приведет к жалобам на неадекватную подачу тепла в некоторых зонах.
Разделяй и властвуй: Решением этой проблемы является гидравлическое разделение. Короче говоря, это концепция предотвращения взаимодействия потока в одном контуре с потоком в другом контуре. Когда существует гидравлическое разделение между контурами, проектировщик может правильно представить каждый контур как отдельный объект и спроектировать его соответствующим образом. Это не только упрощает системный анализ, но и предотвращает ранее описанные проблемы помех потока.
Хотя термин «гидравлическое разделение», возможно, является новым для многих проектировщиков водяных систем в Северной Америке, это не новое открытие в технологии водяного отопления.
Концепция первичного/вторичного трубопровода, возможно, является самой известной формой гидравлического разделения, используемой в настоящее время в гидротехнической промышленности Северной Америки. Он основан на использовании двух очень близко расположенных тройников, как показано на рис. 3.9.0011
Поскольку тройники расположены очень близко друг к другу, падение давления между ними из-за потери напора практически равно нулю. Следовательно, давление на боковом отверстии каждого тройника почти одинаково. Поскольку между тройниками нет перепада давления, практически отсутствует тенденция к развитию потока во вторичном контуре, даже если поток проходит через тройники в первичном контуре. Поэтому говорят, что вторичный контур «гидравлически отделен» от первичного контура. Поток будет развиваться во вторичном контуре только тогда, когда работает вторичный циркулятор.
Эта концепция может быть распространена на несколько вторичных контуров, обслуживаемых общим первичным контуром, как показано на рис.
4. Каждый вторичный контур, включая вторичный контур через котел, соединяется с первичным контуром с помощью пары близко расположенных тройников для обеспечивают гидравлическое разделение.
Конфигурация, показанная на рис. 4, более точно называется последовательной первичной/вторичной системой. При таком подходе все вторичные контуры последовательно располагаются вокруг общего первичного контура.
Хотя между всеми контурами существует гидравлическое разделение, имеет место часто нежелательный эффект — падение температуры подаваемой воды от одного вторичного контура к другому всякий раз, когда два или более вторичных контура работают одновременно. Хотя бывают ситуации, в которых это падение температуры не представляет проблемы, оно добавляет сложности, которые предусмотрительные проектировщики должны оценить и компенсировать.
Конфигурация трубопровода, показанная на рис. 5, известна как параллельная первичная/вторичная система. Здесь основная петля разделена на два или более «переходных моста».
В каждом переходном мосту есть пара близко расположенных тройников, которые обеспечивают гидравлическую изоляцию между каждым вторичным контуром, а также первичным контуром.
На рис. 7 показано место установки устройства в типичной водяной системе отопления.
Геометрические пропорции гидравлического сепаратора важны для правильной работы. Во многих гидравлических сепараторах используется соотношение 1:3 между размером соединения трубопровода и диаметром вертикального цилиндра. Это обеспечивает надлежащее перемешивание в гидравлическом сепараторе (когда поток в контуре котла отличается от потока в распределительном контуре). Эти пропорции также обеспечивают относительно низкую скорость потока внутри вертикального цилиндра, что сводит к минимуму падение давления, позволяя пузырькам воздуха подниматься вверх, а частицы грязи оседать на дно.
Дефлектор специальной конструкции, расположенный в верхней части вертикального цилиндра в некоторых гидравлических сепараторах, также способствует удалению воздуха.
Перфорированная поверхность этой перегородки позволяет пузырькам воздуха сливаться и подниматься над зоной потока. Затем пузырьки улавливаются в верхней камере сепаратора и выбрасываются через вентиляционное отверстие поплавкового типа в верхней части устройства.
Множество преимуществ: Как следует из названия, гидравлический сепаратор обеспечивает гидравлическое разделение. Он делает это, используя те же физические принципы, что и в близко расположенных тройниках первичной/вторичной системы трубопроводов.
Также важно понимать, что некоторые гидравлические сепараторы имеют дополнительные функции, а именно разделение воздуха и отделение осадка. В системах с близко расположенными тройниками для гидравлического разделения эти функции требуют дополнительных компонентов. Приобретение и установка таких компонентов обычно дороже по сравнению с «многофункциональным» гидравлическим сепаратором, который выполняет все три функции в одном устройстве, как показано на рисунке 8.
Отдельные компоненты также требуют больше места для установки и увеличивают тепловыделение системы. потери по отношению к одинарному гидросепаратору с изолирующей рубашкой.
Варианты потока: Температура на двух выходных отверстиях гидравлического сепаратора (например, отверстия 2 и 3 на рис. 6) зависит от температуры на двух входных отверстиях
(например, отверстия 1 и 4 на рис. 6) а также расходы как в контуре котла, так и в распределительной системе.
Возможны три случая:
1. Расход в распределительной системе равен расходу в контуре котла. 2. Расход в системе распределения больше, чем расход в контуре котла.
3. Расход в распределительной системе меньше расхода в контуре котла.
Мы рассмотрим каждый случай, используя базовую термодинамику, которая управляет всеми ситуациями смешивания.
Дело №1. Распределительный расход равен расходу котла: В этом случае, который обычно является скорее исключением, чем нормой, расход и температура на выходе из выпускного отверстия распределительной системы (порт 2) гидравлического сепаратора практически такие же, как температура горячая вода поступает во входной порт котла (порт 1), как показано на рис.
9.
Очень малое смешивание происходит, потому что потоки уравновешены. Горячая вода, поступающая в порт 1, остается в верхней части гидравлического сепаратора из-за ее плавучести. Большинство пузырьков воздуха, поступающих в порт 1 или образующихся внутри гидравлического сепаратора, поднимаются к верхней части устройства и выбрасываются через вентиляционное отверстие.
Аналогичная ситуация с нижними портами сепаратора. Поскольку потоки уравновешены, температура на выходе, возвращаемая в котел из порта 3, равна температуре, возвращающейся из распределительной системы в порт 4. Опять же, в сепараторе происходит очень незначительное смешивание. Частицы грязи, поступающие в сепаратор через порт 4, будут стремиться оседать на дно сепаратора, откуда их можно будет периодически вымывать через сливной клапан.
Если в системе используется обычный (без конденсации) котел, проектировщик должен убедиться, что температура воды на обратной стороне распределительной системы достаточно высока, чтобы предотвратить постоянную конденсацию дымовых газов внутри котла.
Дело №2. Расход распределительной системы больше, чем расход котла: Поскольку расход в контуре котла и распределительной системе неодинаков, в гидравлическом разделителе происходит смешивание. В этом случае часть более холодной воды, возвращающейся из распределительной системы, движется вверх через сепаратор и смешивается с горячей водой, поступающей из котла, как показано на рисунке 10.9.0011
Это смешивание снижает температуру воды, подаваемой в распределительную систему. Это не обязательно плохо, но дизайнер должен осознавать, что это может произойти.
Формулу 1 можно использовать для расчета температуры смеси (T2), подаваемой в распределительную систему при этих условиях.
Формула 1
Где: f4 = расход, возвращающийся из распределительной системы (галлонов в минуту) f1 = расход, поступающий из котла (котлов) (галлонов в минуту) T4 = температура жидкости, возвращающейся из распределительной системы (oF) T1 = температура жидкость, поступающая из котла (oF)
Формула 1 действительна как для воды, так и для других системных жидкостей при условии, что все жидкости, поступающие и выходящие из гидравлического сепаратора, одинаковы.
Его также можно использовать с любым последовательным набором единиц измерения расхода и температуры.
Вот пример использования Формулы 1. Предположим, что система распределения, содержащая несколько одновременно работающих циркуляционных насосов, работает с общим потоком 25 галлонов в минуту. Вода возвращается из распределительной системы при температуре 120°F и поступает в порт 4 гидравлического сепаратора. При этом расход котла составляет 10 галлонов в минуту, а температура воды, подаваемой на порт 1, составляет 160°F. Какова температура смешанной воды, выходящей из порта 3 и направляемой на сторону подачи распределительной системы? И какая температура воды, возвращающейся в котел?
Температура смешанной воды находится по формуле 1:
Обратите внимание, что температура воды, подаваемой в распределительную систему (136°F), значительно ниже температуры воды, подаваемой из бойлера (160°F). Это результат смешивания в гидравлическом сепараторе.
Поскольку в нижней части сепаратора не происходит смешивания, температура воды, возвращающейся в котел, такая же, как и при возврате из распределительной системы: 120oF.
Если скорость сжигания котла должна регулироваться на основе температуры подачи в распределительную систему, обязательно, чтобы датчик температуры, обеспечивающий
информацию о температуре подачи в модулирующий контроллер, располагался после выходного отверстия распределительной системы (порт 2) гидравлический сепаратор.
Случай №3: Расход в распределительной системе меньше, чем расход в котле: Опять же, поскольку расход на противоположных сторонах гидравлического сепаратора неодинаков, внутри сепаратора произойдет смешивание. При этом часть горячей воды, поступающей из котлового контура, движется вниз через сепаратор и смешивается с холодной водой, поступающей из распределительной системы, как показано на рисунке 11.9.0011
Это состояние возникает, когда мощность котла (временно) превышает текущую нагрузку системы. Проще говоря, тепло поступает в систему быстрее, чем нагрузка отводит тепло. Это приводит к относительно быстрому увеличению температуры обратной линии котла.
Если используется модулирующий котел, это приведет к относительно быстрому снижению расхода топлива, поскольку система пытается достичь теплового равновесия.
В этом сценарии температура возврата в котел (T3) может быть рассчитана по формуле 2:
Формула 2
Где:
T3 = температура жидкости, возвращаемой в котел (ки) (oF) f1 = расход на входе из котла (котлов) (галлонов в минуту) f2, f4 = расход распределительной системы (галлонов в минуту)
T1 = температура жидкости, поступающей из котла (котлов) (oF) T4 = температура жидкости, возвращающейся из распределительной системы (oF)
Вот пример: Предположим, что температура на подаче в котел составляет 170oF, а расход котла в порт 1 гидравлического сепаратора составляет 15 галлонов в минуту. Вода возвращается из распределительной системы и поступает в порт 4 гидравлического сепаратора при температуре 100°F и расходе 10 галлонов в минуту. Какая температура воды возвращается в котел?
Подстановка этих рабочих условий в формулу 2 дает:
Обратите внимание, что температура на входе в котел примерно на 23°F выше, чем температура возврата распределительной системы.
Это опять-таки происходит из-за перемешивания в гидравлическом сепараторе.
Если в системе используется обычный (неконденсирующийся) котел, можно считать повышение температуры возврата котла выгодным, поскольку оно отдаляет рабочие условия котла от потенциальной конденсации дымовых газов. Однако этот эффект повышения температуры может быстро ослабнуть, если поток через распределительную систему увеличивается (т. е. включается больше цепей нагрузки) или если температура обратного трубопровода распределительной системы
пс. Использование только гидравлического сепаратора ни при каких обстоятельствах не предотвращает конденсацию дымовых газов. Единственным способом обеспечения такой защиты является установка автоматических смесительных устройств на контурах нагрузки, которые контролируют температуру обратки котла и уменьшают расход горячей воды, когда это необходимо, чтобы не допустить падения температуры обратки котла ниже заданной минимальной температуры. Эта концепция показана на рис.
12.
Здесь впрыскивающий насос с регулируемой скоростью представляет собой смесительное устройство, которое контролирует температуру на входе в котел и уменьшает поток горячей воды в низкотемпературную распределительную систему, когда это необходимо для предотвращения конденсации дымовых газов внутри котла. Обратите внимание, что инжекторный насос с переменной скоростью подключен параллельно циркуляционному насосу с фиксированной скоростью, обслуживающему контур нагрузки с более высокой температурой. Это возможно благодаря очень низкому перепаду давления в гидросепараторе, а также низкому перепаду давления в коллекторах с правой стороны гидросепаратора. Смешивание, необходимое для повышения температуры возврата котла, происходит в гидросепараторе, а не в тройнике ниже по потоку в первичной/вторичной системе. Для нагнетательного насоса и циркуляционного насоса с фиксированной скоростью требуется обратный клапан для предотвращения обратного потока.
Размер и применение: Гидравлические сепараторы должны иметь надлежащие размеры для обеспечения надлежащего разделения гидравлической жидкости, воздуха и грязи.
Чрезмерно высокие скорости потока будут препятствовать этим функциям.
Подобрать размер очень просто. Сначала определите максимальный расход, который будет иметь место как в контуре котла, так и в распределительной системе, затем отметьте большее из этих значений. Затем найдите в таблице ниже размер трубного соединения гидравлического сепаратора, необходимый для работы с таким максимальным расходом.
Коллекторный трубопровод, соединяющий распределительную сторону гидросепаратора, должен быть рассчитан на скорость потока 4 фута в секунду или менее при условиях максимального расхода. Все трубопроводы коллектора также должны быть как можно короче, чтобы свести к минимуму падение давления.
Убедитесь, что все контуры нагрузки с отдельными циркуляционными насосами снабжены соответствующими обратными клапанами. Это необходимо для предотвращения обратного потока, а также миграции тепла через этот контур, вызванного плавучестью, когда его циркулятор выключен. Допустимы внутренние подпружиненные обратные клапаны, входящие в комплект некоторых циркуляционных насосов, а также обратные клапаны потока или подпружиненные обратные клапаны, установленные на стороне нагнетания циркуляционных насосов.
Стандартный поворотный обратный клапан не обеспечивает защиту от прямой миграции тепла и не подходит для этой цели.
Гидравлические сепараторы — идеальный способ подключения новых котлов, особенно с теплообменниками с высоким сопротивлением потоку, к существующим распределительным системам. Они устраняют потенциальные узкие места потока, которые могут возникнуть в системах, где в противном случае полный поток распределительной системы направлялся бы через котел. Их способность собирать и утилизировать отложения также делает их идеальными для старых систем, где отложения встречаются чаще. Это особенно актуально для систем, которые когда-то работали на паре, а затем были переведены на горячую воду.
HydroLink: Принцип гидравлического разделения в сочетании с одинаковой температурой воды, подаваемой в распределительные контуры, желателен как в больших, так и в малых гидравлических системах.
Как уже говорилось, гидросепаратор Caleffi идеально подходит для средних и больших систем.
Доступные в настоящее время модели могут работать со скоростью потока до 485 галлонов в минуту с размерами трубопровода от 1 до 6 дюймов.
Для небольших систем Caleffi также предлагает HydroLink, как показано на рис. 14.
В этом изделии предусмотрена камера для гидравлического отделения контура котла от распределительных контуров. Он также представляет собой автономную коллекторную станцию, которая питает до четырех независимо управляемых контуров нагрузки
с одинаковой температурой подачи. Эти элементы и эквивалентные им трубопроводы показаны на рис. 15.
Важнейшей деталью HydroLink является камера гидравлического разделения на левой стороне устройства. Эта камера отделена от коллекторных камер перегородкой с двумя близко расположенными отверстиями. Учитывая их размер и расположение, эти отверстия действуют аналогично паре близко расположенных тройников, устраняя любую значительную разницу давлений между верхней и нижней камерами коллектора.
Это препятствует тому, чтобы поток в контуре котла индуцировал поток в любом из распределительных контуров, соединенных с коллекторной камерой.
На рис. 16 показано функциональное сходство между Hydro Separator в более крупной системе с коллекторами, построенными на месте, и HydroLink в системе меньшего размера.
Гидравлические сепараторы и гидролинки Caleffi в настоящее время устанавливаются в жилых и коммерческих гидравлических системах по всей Северной Америке.
На рис. 17 показан небольшой (размер трубы 1 дюйм) гидросепаратор, установленный в системе отопления жилого дома. Корпус сепаратора заключен в облегающую изоляционную оболочку для минимизации потерь тепла в механическое помещение. Этот гидросепаратор устанавливается между модулирующим котлом и распределительной системой отопления помещений, содержащей несколько зональных циркуляционных насосов.
На рис. 18 показан 4-дюймовый гидросепаратор, установленный в более крупной коммерческой системе, где он обеспечивает связь между системой с несколькими котлами и несколькими независимо управляемыми распределительными контурами.
На рис. 19 показана четырехконтурная система HydroLink, установленная в системе отопления жилого дома. Подобно гидросепаратору на рис. 17, эта система HydroLink оснащена облегающим изоляционным кожухом для минимизации потерь тепла. В этой системе он обеспечивает гидравлическое разделение между высокопроизводительным котлом и несколькими независимо управляемыми зонами распределения тепла, каждая со своим циркуляционным насосом.
Резюме: Гидравлическое разделение, при правильном выполнении, позволяет нескольким независимо управляемым циркуляционным насосам сосуществовать в системе без помех. При использовании в виде гидросепаратора или гидролинка также достигаются дополнительные преимущества равномерной температуры подачи, разделения воздуха и грязи. Эти устройства устраняют необходимость в циркуляционном насосе первичного контура, что снижает затраты на установку и эксплуатацию системы. Благодаря подходящей паронепроницаемой изоляционной оболочке устройства Hydro Separator или HydroLink также могут обеспечивать эти преимущества как в системах с охлажденной, так и с горячей водой.
Это действительно современный способ достижения синергии функциональности и простоты установки.
UniQube SQ-BP – Solarico
Резервуар-накопитель послойного сепаратора
UniQube SQ-BP
Резервуар-накопитель сепаратора в сочетании с устройством послойного разделения идеально подходит для гидравлического разделения контура источника тепла и контура отопления, что позволяет легко контролировать циркуляцию насосов и увеличивает срок их службы.
Его функциональность основана на принципе гидравлического сепаратора.
- Автономный резервуар для хранения
- Буферный накопительный бак
- Бак для хранения гидравлического сепаратора
Запрос цитаты
- Описание
- Технические характеристики
- Загрузки
- Сертификаты
- Видео
Описание
Гидравлический накопительный бак-сепаратор с послойной функцией
Накопительный сепаратор в сочетании с узлом стратификации идеально подходит для гидравлического разделения контура источника тепла и контура отопления, что обеспечивает простоту управления циркуляционными насосами и увеличивает срок их службы.
Его функциональность основана на принципе гидравлического сепаратора.
- устройство для стратификации тепла
- гидравлический разделитель между контуром источника тепла и контуром отопления
- с двумя втулками для датчиков
- полиуретановая высококачественная изоляция, специально предназначенная для очень ограниченной пожароопасности, класс B2 в соответствии с DIN 4102
- все фланцы заменяемы, и при необходимости его можно переоборудовать на любой другой тип резервуара
