ρ       кг/м ³       – плотность воды при макс. температура среды

c _p      кДж/кг K   – удельная теплоемкость воды при макс. температура среды, выход гидроразделителя

Объем и удельная теплоемкость при различной температуре воды

0003

Данные:

P _K = 130 кВт Система котла.

Процедура:

1. Расчет номинального расхода гидравлического сепаратора:

2. Выберите номинальный диаметр и тип:

SP, SPP или лист данных SPD или

Спецификации / номинальный скорость потока Таблица

– Номинальный диаметр гидравлического сепаратора: DN65

. /150, SPP 65/200 или SPD 65/200

3. Обозначение гидроразделителя:

СП 65/150          – гидроразделитель

СПП 65/200       – гидравлический сепаратор с уменьшенным центром отверстий

SPD 65/200       – гидравлический сепаратор с регулируемым центром отверстий

idronics Гидравлическая сепарация: новые методы реализации устоявшейся концепции

org/BreadcrumbList”> 1

Дом

1. idronics Гидравлическая сепарация: новые методы реализации устоявшейся концепции

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ

Новое оборудование обеспечивает множество функций и простую установку

Важным преимуществом водяного отопления является возможность создания нескольких независимо контролируемых зон внутри здания. Часто это осуществляется путем подачи и возврата контура каждой зоны из общего набора коллекторов, как показано на рис. 1. 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 во многих водяных системах в качестве источника тепла используются 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. 3.9.0003

Поскольку тройники расположены очень близко друг к другу, перепад давления между ними из-за потери напора практически равен 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.

Несмотря на то, что 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.

Возможности расхода: 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.

Перемешивание происходит очень редко, поскольку 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 и на нижних портах 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 котловом контуре 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 10.9.0003

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 мощность котла должна регулироваться на основе температуры подачи в распределительную систему, необходимо, чтобы датчик температуры,

предоставляющий 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 11.9.0003

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(ы) (oF) f1 = расход на входе из котла(ов) (гал/мин) 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 23oF выше, чем температура возврата распределительной системы. Это опять-таки происходит из-за перемешивания в гидравлическом сепараторе.

Если в системе используется обычный (неконденсирующий) котел, можно считать повышение температуры обратной линии котла выгодным, поскольку это 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.

Размеры 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.

Определить 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, соединяющийся с распределительной стороной гидросепаратора, должен быть рассчитан на скорость потока 4 фута в секунду или меньше в условиях максимальной скорости потока. 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.

Это изделие представляет собой камеру 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 агрегата. 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 показан четырехконтурный HydroLink, установленный 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.