Назначение и схемы установки гидрострелки для отопления — рассказываем детально

 

О гидравлических разделителях для отопления на просторах интернета в буквальном смысле ходят легенды. Им приписывают множество «чудодейственных» свойств и функций. Но цель данной статьи – не развенчание мифов, а пояснение истинного назначения этого отопительного элемента и принципа его работы. Также любителям систем из ППР мы расскажем, как рассчитывается и устанавливается гидрострелка из полипропилена и можно ли ее сделать своими руками.

Почему следует применять гидравлическую стрелку?

Участок системы отопления с гидрострелкой.

С другого ракурса.

В системах отопления, где имеется два и более отопительных контура (радиаторы, водяной теплый плинтус, теплый пол, ГВС), как правило, контуры соединены между собой общим коллектором. При этом, наличие общего коллектора может привести к следующим проблемам:

• Циркуляционные насосы каждого из контуров оказывают влияние друг на друга (особенно если насосы различаются по мощности). Для преодоления воздействия более мощного насоса, маломощный насос должен работать на пределе своих возможностей, потребляя больше электричества, чем это требуется в «обычных» условиях. При этом, работая на пределе своих возможностей, насосы раньше выходят из строя. К тому же, в таких условиях насос не всегда может обеспечить требуемую производительность;

Гидрострелка для отопления зачем она нужна?

• Даже если циркуляционный насос одного из котуров был выключен, его радиаторы все равно будут нагреваться (под воздействием остальных насосов, циркуляция теплоносителя в отключенном контуре будет сохраняться);
• Трудности при расчете мощности насосов как для котла, так и для отопительных контуров. Мощность насоса котла должна подбираться с учетом суммарной мощности насосов потребителей тепла.

Все вышеперечисленные проблемы может решить гидравлическая стрелка.

Вид на стрелку сбоку.

Примечание! В гидравлическом разделителе скорость движения теплоносителя резко снижается (примерно в 9 раз), это происходит из-за того, что при входе в разделитель, диаметр потока увеличивается в несколько раз (как правило, в 3 раза). Благодаря этому, исключаются перепады давления в системе.

Как функционирует гидрострелка в системе отопления?

Три основных режима работы гидравлического разделителя

Если не принимать в расчет различные промежуточные варианты, схему действия гидрострелки можно исчерпывающе описать тремя основными режимами ее работы:

• Режим первый

Система практически находится в равновесии. Расход «малого» котлового контура практически не отличается от суммарного значения расходов всех контуров, подключенных к коллектору или непосредственно к гидрострелке (Qк = Qо).

Равновесное положение системы. На практике такое встречается крайне редко, особенно, если система включает несколько независимых контуров отопления

Теплоноситель не задерживается в гидрострелке, а проходит сквозь нее по горизонтали, практически не создавая вертикального перемещения.

Температура теплоносителя на патрубках подачи (Т1 и Т2) – одинакова. Естественно, такая же ситуация и на патрубках, подключенных к «обратке» (Т3 и Т4).

В таком режиме гидрострелка, по сути, не оказывает никакого влияния на функционирование системы. Но подобное равновесное положение – крайне редкое явление, которое может замечаться лишь эпизодически, так как исходные параметры системы всегда имеют тенденцию к динамическому изменению – на этом основана вся система ее термостатического регулирования.

• Режим второй

В текущий момент сложилось так, что суммарный расход на контурах отопления превышает расход в контуре котла (Qк < Qо).

Если в какой-то момент сложилось так, что расход на коллекторе превысил установившийся расход котлового контура, то циркуляция «большого круга» в основном замкнется через гидрострелку

Вполне нормальная, достаточно часто встречающаяся на практике ситуация, когда все подключённые к коллектору контуры именно в этот момент требуют максимального расхода теплоносителя. Обыденными словами – сиюминутный спрос на теплоноситель превысил то, что может выдать контур котла. Система при этом не остановится и не разбалансируется. Просто в гидрострелке сам по себе сформируется восходящий по вертикали поток от патрубка «обратки» коллектора к патрубку подачи. Одновременно к этому потоку в верхней области гидравлического разделителя будет производиться подмес горячего теплоносителя, циркулирующего по «малому» контуру. Температурный баланс: Т1 > Т2, Т3 = Т4.

• Режим третий

Этот режим функционирования гидравлического разделителя является, по сути, основным – в грамотно спланированной и правильно смонтированной системе отопления именно он и станет превалирующим.

Такой режим работы в хорошо отлаженной системе отопления будет преобладающим

Расход теплоносителя в «малом» контуре превышает аналогичный суммарный показатель на коллекторе, или, иными словами, «спрос» на необходимый объем стал ниже «предложения». (Qк > Qo).

Причин тому может быть немало:

— Аппаратура термостатического регулирования на контурах снизила или даже временно прекратила поступление теплоносителя из коллектора подачи на приборы теплообмена.

— Температура в бойлере косвенного нагрева достигла максимальной, а забора горячей воды давно не было – циркуляция через бойлер прекращена.

— Отключены на какое-то время или на длительный период отдельные радиаторы или даже контуры (необходимость профилактики или ремонта, нет нужды отапливать временно неиспользуемые помещения и иные причины).

— Система отопления вводится в действие ступенчато, с постепенным включением отдельных контуров.

Ни одна из перечисленных причин никак негативно не скажется на общей функциональности системы отопления. Излишек объема теплоносителя  вертикальным нисходящим потоком просто будет уходить в «обратку» малого контура. По сути, котел станет обеспечивать несколько избыточный объем, а каждый из контуров, подключенных к коллектору или напрямую к гидрострелке, будет забирать ровно столько, сколько требуется в настоящий момент.

Температурный баланс при таком режиме работы: Т1 = Т2, Т3 > Т4.

Возможно, вас заинтересует информация о том, как выбрать электрокотел для отопления дома 100 квадратных метров

Дополнительные возможности гидрострелки

Помимо упомянутых выше режимов работы, гидрострелка способна выполнять еще несколько полезных функций.

• После входа в основной цилиндр гидравлического разделителя, за счет резкого увеличения объема, скорость потока падает. Это способствует оседанию нерастворимых взвесей, которые могут появиться в теплоносителе за время его перемещения по трубам и радиаторам. Снизу гидрострелки нередко монтируется кран, чтобы периодически сливать из системы скопившийся осадок.
• Та же причина – резкое снижение скорости потока, дает возможность еще и отделить от жидкости газовые пузырьки. Понятно, что в системе обычно предусматриваются воздухоотводчики в группе безопасности и краны Маевского на радиаторах, но лишний сепаратор – никогда не повредит, особенно на выходе из котла, где газообразование при высокотемпературном нагреве полностью исключить нельзя.

Гидравлический разделитель заводского производства – сверху предусмотрен автоматический воздухоотводчик, а снизу – кран для удаления скопившегося шлама

Производители отопительного оборудования при изготовлении гидравлических разделителей даже предусматривают специальные сеточки внутри основного цилиндра – так сепарация проходит более качественно. Ну а сверху гидрострелки в таком случае устанавливается автоматический воздухоотводчик.

• В начале статьи говорилось, что даже в простейшей системе отопления гидрострелка может сыграть полезную роль. Это касается систем, оснащенных котлами с чугунным теплообменником.

При всех достоинствах чугуна, есть у этого металла «ахиллесова пята»: в силу своей хрупкости не любит он ни механических, ни термических ударов. Резкий перепад температуры, когда на входе в теплообменник – холодная вода, а в области воздействия пламени показатели во много раз выше, может привести с появлению трещин. Значит, этот критический период «разгона» следует свести к минимуму.

В этом и оказывает помощь гидравлический разделитель. Нагрев небольшого объема в «малом» контуре при запуске системы – много времени не займет. На у затем можно последовательно открывать циркуляцию и в остальных конурах теплообмена.

Интересно, что некоторые производители котельного оборудования с чугунными теплообменниками прямо оговаривают этот вопрос в инструкции по эксплуатации. Подключение такого котла напрямую к коллектору вполне может повлечь за собой отказ от выполнения производителем своих гарантийных обязательств.

Устройство гидрострелки отопления

Гидроразделитель — вертикальный полый сосуд из труб большого диаметра (квадратного профиля) с эллиптическими заглушками по торцам. Размеры разделителя обусловлены мощностью (кВт) котла, зависят от количества и объема контуров.

Тяжелый металлический корпус устанавливают на опорные стойки, чтобы не создавать линейное напряжение на трубопровод. Компактные устройства крепят к стене, располагают на кронштейнах.

Гидрострелка из нержавеющей стали

Патрубок гидрострелки и отопительный трубопровод соединяют с помощью фланцев или резьбы.

Автоматический клапан воздухоотводчика располагают в верхней точке корпуса. Осадок удаляют через вентиль или специальный клапан, который врезан снизу.

Материал для изготовления гидрострелки — низкоуглеродистая или нержавеющая сталь, медь, полипропилен. Корпус обрабатывают антикоррозийным составом, покрывают теплоизоляцией.

Важно! Модели из полимера применяют в системе, которую отапливает котел мощностью от 13 до 35 кВт. Гидравлические разделители из полипропилена не используют для теплогенераторов, которые работают на твердом топливе. Изготовление гидрострелки своими руками из пропилена требует опыта и навыков работы с профессиональным слесарным и ручным электроинструментом.

 

Устройство и принцип работы

Схема устройства гидравлического разделителя промышленного изготовления представлена на рисунке ниже.

Устройство гидравлического разделителя

На рисунке движение воды от котла показано красной стрелкой. Вода, поступая в гидрострелку, огибает разделительную пластину (2) и поступает через канал воздухоудаления (3) к выпрямителю потока (4). Для сброса лишнего воздуха из воды в конструкции предусмотрен автоматический воздухоотводчик (1). Для контроля температуры воды в гидрострелке в гильзу (5) устанавливается термометр. Дальнейшее движение воды в систему показано красной стрелкой. Синей стрелкой показано обратное движение воды из системы к котлу. Через разделительные пластины (6) вода перемешивается в гидрострелке. Внизу гидрострелки расположен грязесборник с пластинами (7). Грязь из гидрострелки сливается краном (9).

Как видно из рисунка, конструкция не такая сложная, и потому никаких особых требований к эксплуатации нет. Просто нужно следить за работой автоматического воздухоотоводчика и сбрасывать накопившуюся грязь из гидрострелки.

Схема подключения и режимы работы гидрострелки показаны на рисунке ниже.

Схема режимов работы гидрострелки

На рисунке показаны три основных варианта работы гидрострелки. Как видно из рисунка, в первом случае отопительная система потребляет теплоносителя меньше, чем вырабатывает отопительный котел. При этом в гидрострелке наблюдается движение воды вниз, по ходу движения воды в контуре котла. Эта ситуация может произойти если, например, в отопительной системе сработают термоклапаны, которые ограничивают поток воды.  Во втором случае расходы теплоносителя системы отопления и котла одинаковые, и отопление работает в оптимальном режиме. Движения воды по гидрострелке в таком случае не наблюдается. Третий вариант – когда расход отопительной системы  больше, чем расход котла. В этом случае вода в гидрострелке движется вверх.

Дополнительные функции гидрострелок

Усовершенствованные модели совмещают функции разделителя, регулятора температуры и сепаратора. Клапан-терморегулятор обеспечивает температурный градиент вторичных контуров. Выделение растворенного кислорода из теплоносителя снижает риск эрозии внутренних поверхностей оборудования. Удаление из потока взвешенных частиц продлевает срок службы рабочего колеса и подшипников циркуляционных насосов.

 

 

Горизонтальные перфорированные перегородки разделяют внутренний объем пополам. Потоки подачи-обратки соприкасаются в зоне «нулевой точки» и скользят в разные стороны, не создавая дополнительное сопротивление.

Сверху, в высокотемпературной зоне, расположены пористые вертикальные пластины деаэрации. Сборник шлама и магнитный уловитель (магниевый анод) расположены в нижней части корпуса.

Конструктивные опции гидрострелки: манометр, датчик температуры, клапан терморегулятор и линия для запитки системы при запуске. Сложному оборудованию необходима наладка, регулярные осмотры и техническое обслуживание.

 

Схема изготовления гидрострелки с коллектором

Прежде чем купить гидрострелку или приступить к ее изготовлению своими руками, не помешает изучить устройство данного элемента. Оно очень простое: полая труба круглого или прямоугольного сечения снабжена несколькими патрубками с разных сторон для присоединения к отопительной сети. Причем патрубки для подключения подачи расположены, как правило, в верхней части трубы, а обратки – в нижней.

Примечание. Указанный способ подключения актуален при вертикальном монтаже гидрострелки. В то же время ее можно устанавливать и в горизонтальном положении.

Чаще всего для отопления применяется гидравлический разделитель, чье устройство предусматривает установку коллектора. Они даже продаются одним комплектом, а изготавливаются из таких материалов:

• низкоуглеродистая сталь;
• нержавеющая сталь;
• из полипропилена.

Существуют и более сложные модели, оборудованные не только воздухоотводчиком и сливным штуцером, но и гильзами для присоединения контрольных приборов и датчиков, а также различными сеточками и пластинами. Они служат для очистки теплоносителя и разделения потоков. Подобная гидрострелка, чье устройство изображено на чертеже, имеет приличную стоимость и требует периодического обслуживания:

Среди домашних мастеров принято делать гидрострелку из металлической трубы, но в силу немалой популярности и дешевизны полипропилена эта тенденция меняется. Ведь даже изготовленный из ППР элемент вместе с коллектором стоит немалых денег. Поэтому все чаще люди предпочитают сделать разделитель из полипропилена в домашних условиях, чем покупать его в магазине. Для этого нужна ППР труба соответствующего диаметра, тройники по числу будущих патрубков и 2 заглушки.

Поскольку диаметр трубы для изготовления гидрострелки довольно велик, то потребуется приобрести к сварочному аппарату соответствующую насадку, а при пайке выдержать достаточный промежуток времени. В принципе, сложного ничего нет, тройники соединяются между собой отрезками труб, а с торцов ставятся заглушки. Другое дело, что подобный разделитель может выглядеть не очень эстетично, да и не во всякой системе его можно эксплуатировать.

Дело в том, что теплогенераторы на твердом топливе часто могут выходить на максимальный режим работы, при котором температура воды близка к 90—95 °С. Конечно, полипропилен ее выдержит, но в нештатной ситуации (например, когда отключат электричество) температура на подаче может резко подскочить и до 130 °С. Это случается из-за инертности твердотопливных котлов, поэтому вся обвязка к ним, включая гидрострелку, должны быть металлическими. Иначе вас ждут плачевные последствия, как на фото:

Расчет параметров «классической» гидрострелки

Предложенные выше схемы – это замечательно. Но вот как точно определиться с конкретными значениями этих самых D и d?

Предлагаем два варианта расчета. Первый базируется на мощности системы отопления. Второй – на производительности циркуляционных насосов, установленных в контуре котла и во всех контурах теплообмена.

Не станем утомлять заинтересованного читателя чередой формул. Лучше предложить ему воспользоваться возможностями размещённых ниже онлайн-калькуляторов, которые произведут необходимые расчеты быстро и точно. Результат будет показан в миллиметрах – рекомендуемые минимальные внутренние диаметры труб для изготовления самой гидрострелки и патрубков подключения контуров. Далее – в соответствии с предложенными выше в публикации схемами останется определиться с остальными размерами.

Калькулятор расчета параметров гидравлического разделителя на основании мощности котла

В полях ввода данных необходимо указать:

• Скорость вертикального перемещения потока.
• Максимальную расчетную мощность системы отопления.
• Температурный режим работы «малого» контура, то есть уровень температур в подаче и «обратке» непосредственно около котла отопления.

Перейти к расчётам

Калькулятор расчета параметров гидравлического разделителя на основании производительности циркуляционных насосов

Исходными данными являются:

• Желательная скорость вертикального перемещения потока в гидрострелке.
• Производительность всех насосов, которые обеспечивают работу «больших» контуров отопления горячего водоснабжения, подключённых к гидравлическому разделителю.
• Производительность насоса «малого» контура, то есть обеспечивающего работу котла. Если в системе устанавливаются два котла, и предполагается, что они могут подключаться одновременно, то необходимо указать производительность обоих насосов. Если же спаренная работа не планируется, то указывается наиболее производительный насос.

Обратите внимание: у моделей циркуляционных насосов различных брендов могут указываться параметры производительности, выраженные или в кубометрах в час, или в литрах в минуту. Для удобства пользователя предусмотрена возможность выбора нужных единиц измерения. Но при этом они, естественно, должны быть едиными для всех насосов, участвующих в расчете.

 

Схемы изготовления

Гидрострелки промышленного изготовления стоят недешево и многие изготавливают их своими руками. При этом нужно сделать предварительные расчеты. Основные расчетные размеры показаны на рисунке ниже.

Схема гидрострелки с основными расчетными размерами

Как видно из рисунка, диаметр самой гидрострелки принимают равным трем диаметрам входных патрубков, поэтому расчеты сводятся в основном к определению диаметра гидрострелки.

На рисунке показаны два варианта гидрострелок. Назначение второго варианта лучше первого тем, что вода при переходе подающего трубопровода освобождается от пузырьков воздуха, а при обратном поступлении – лучше избавляется от шлама.

Расчет сводится в основном к определению диаметра гидрострелки:

где:

• D – диаметр гидрострелки в мм;
• d – диаметр входного патрубка в мм, обычно принимают равным D/3;
• 1000 – переводной коэффициент метров в мм;
• P – мощность котла в кДж;
• π – число пи = 3,14;
• С – теплоемкость теплоносителя (вода – 4,183 кДж/кг·С°);
• W – максимальная вертикальная скорость движения воды в гидрострелке, м/с, обычно принимают равной 0,1 м/с;
• ΔТ – разница температур теплоносителя на входе и выходе котла, С°.

Также расчет можно выполнить по такой формуле:

где:

• Q – расход теплоносителя, м³/с;
• V – скорость движения воды в гидрострелке, м/с;

Также для расчета диаметра гидрострелки есть такая формула:

где:

• G – расход, м³/час;
• W – скорость движения воды, м/с;

Высота гидрострелки может быть любой и ограничиваться разве что высотой потолка в помещении.

Если сделать диаметр гидрострелки достаточно большим, то можно получить два в одном: гидрострелку и теплоаккумулятор, так называемый емкостной разделитель.

Схема емкостного разделителя в системе отопления

Как видно из рисунка, гидрострелка такого типа имеет большой объем, порядка 300 литров и более, поэтому способна, кроме выполнения своей основной задачи, еще и накапливать тепло. Использование гидрострелки такого типа особенно оправдано при отоплении твердотопливным котлом, так как способно сглаживать температурные скачки котла отопления и сохранять тепловую энергию котла после окончания горения довольно длительное время.

Нужно знать некоторые нюансы при использовании такого типа гидрострелки:

1. Во-первых, такую гидрострелку необходимо утеплить, поскольку в противном случае она будет отапливать котельную, а не отдавать тепло в систему отопления.
2. Котел будет выдавать меньшую мощность. Это объясняется тем, что требуется большая температура теплоносителя, а на котлах установлена автоматика, которая будет автоматически уменьшать его мощность для снижения температуры на выходе.

Краткие итоги

Преимущества использования гидравлического разделителя

В заключение статьи имеет смысл еще раз подчеркнуть те преимущества, которые дает установка в систему отопления несложного и недорогого устройства – гидравлического разделителя:

• Выравнивается работа котла. Расход теплоносителя через его теплообменник – всегда стабилен, без скачков давления и температуры. Долговечность котла от этого только возрастает.
• Система отопления с разноплановыми контурами становится легко управляемой – каждому контуру несложно задать индивидуальные параметры, и это никак не скажется на работе «соседей».
• Если котел имеет чугунный теплообменник, то установка гидрострелки защитит его от резких «тепловых ударов», что в итоге увеличит срок эксплуатации дорогостоящего оборудования.
• Не будет больших проблем с выбором насосов. Каждому контуру подбирается свой, исходя из имеющихся потребностей и без оглядки на другие контуры. А «дирижировать» всем этим «оркестром» станет гидравлический разделитель. Кроме того, отпадает необходимость приобретения циркуляционного насоса повышенной мощности для установки в контуре котла.
• Немаловажными могут стать и дополнительные возможности по удалению скопившихся газов и очистке теплоносителя от нерастворимых загрязнений.

Возможно, вас заинтересует информация о том, как выбрать электрокотел для отопления

Видео: наглядная демонстрация работы гидрострелки в системе отопления

Совмещение коллектора отопления с гидрострелкой

Небольшие дома обогревает котел, в который встроен насос. Вторичные контуры присоединяют к котлу через гидрострелку. Независимые контуры жилых домов с большой площадью (от 150 м2) подключают через гребенку, гидроразделитель будет громоздким.

Распределительный коллектор монтируют после гидрострелки. Устройство состоит из двух независимых частей, которые объединяют перемычки. По количеству вторичных контуров врезают попарно расположенные патрубки.

Распределительная гребенка облегчает эксплуатацию и ремонт оборудования. Запорная и регулирующая арматура системы теплоснабжения дома находится в одном месте. Увеличенный диаметр коллектора обеспечивает равномерный расход между отдельными контурами.

Применение гидрострелки убережет котел от теплового удара

Разделитель и компланарная распределительная гребенка образуют гидравлический модуль. Компактный узел удобен для стесненных условий небольших котельных.

Монтажные выпуски предусмотрены для обвязки звездочкой:

• низконапорный контур теплых полов подключают снизу;
• высоконапорный контур радиаторов — сверху;
• теплообменник — сбоку, на противоположной стороне от гидрострелки.

На рисунке представлена гидрострелка с коллектором. Схема изготовления предусматривает установку балансировочных клапанов между коллекторами подачи/обратки:

Схема гидрострелки с коллектором

Регулирующая арматура обеспечивает максимальный проток и напор на дальних от гидрострелки контурах. Балансировка снижает процессы неправильного дросселирование потока, позволяет добиться расчетной подачи теплоносителя.

Важно! Автономная система отопления относится к системам, работающим с высокой температурой среды под давлением (гидрострелка отопления частного дома в том числе).

Сделать гидрострелку отопления своими руками может специалист, обладающий достаточным запасом знаний в теплотехнике, опытом и навыками работы (электрогазосварка, слесарное дело, работа с ручным электроинструментом). Многочисленные интернет-сайты предлагают пошаговые инструкции по изготовлению гидрострелки для отопления, видео ролики также смогут помочь в этом процессе.

Размеры коллектора отопления с гидрострелкой

Теоретические знания помогут составить схемы и чертежи гидрострелки отопления, сделать индивидуальный заказ оборудования в специализированной организации, проконтролировать работу подрядчика. Доверять изготовление ответственных узлов системы отопления непрофессионалам опасно для жизни и здоровья. Следует помнить о том, что испорченное по вине владельца оборудование гарантийному ремонту и возврату не подлежит.