Правильная, стабильная и безотказная работа системы отопления напрямую зависит о балансировки её узлов – это аксиома. При этом важна как первичная настройка ключевых компонентов оборудования, так и корректировка параметров в рамках регулярного обслуживания. Особенно актуален вышеописанный процесс для сложных разветвленных систем с большим количеством контуров.
Обозначенные контуры в рамках комбинированных систем отопления практически всегда имеют:
- Индивидуальные схемы термостатического управления;
- Собственный температурный градиент;
- Вариативную пропускную способность;
- Отдельные требования к напорному уровню теплового носителя.
Гидрострелка для отопления, представляющая собой классический гидравлический разделитель, помогает правильно и надежно объединять узлы отопительной системы в единую общую конструкцию.
Назначение оборудования
Гидродинамический терморазделитель в общем случае предназначен для выравнивания температуры и давления в системе. Представляет собой вертикальную ёмкость с определенным сечением и оснащается четырьмя рабочими патрубками. При правильном монтаже компонента котел работает легче и мягче, чем без гидроразделителя.
Помимо непосредственной балансировки показателей котельной системы при изменении параметров главного контура, гидрострелка вторично выступает «отстойником», где задерживаются отложения, присутствующие в тепловом носителе. Речь идет о таких нежелательных продуктах, как накипь, коррозия и так далее. По истечению некоторого времени в рамках регулярного обслуживания элемент легко очищается.
Общие сведения
Современные заводские гидрострелки делаются преимущественно прогрунтованной черной стали и из нержавеющей стали. Использование данного изделия уменьшает риски выхода со строя ключевых элементов отопительной системы. Помимо этого, модуль способствует качественному отводу формирующегося воздуха в тепловом носителе, что замедляет окислительные процессы и предопределяет увеличение сроков эксплуатации оборудования.
Классическое исполнение простейшего гидродинамического терморазделителя предусматривает присутствие одного контура. Естественно, доступны для покупки варианты изделия для двух, трех и более контуров. При отключении нескольких веток системы уменьшается системный расход тепла. При этом температура теплового носителя даже после прохождения всего пути снижается незначительно. Гидрострелка фактически поддерживает стабильный уровень теплорасхода и обеспечивает его стабильность.
Потенциальные проблемы и их решение
Рядовой пользователь часто не понимает принцип работы гидроразделителя на практике. Чтобы вникнуть в суть процесса, необходимо явно понять все особенности работы отопительной системы. Простой вариант схемы включает в себя:
- Котел. Тут тепловой носитель нагревается до нужной температуры.
- Насос. Организует циркуляцию теплового носителя в системе по трубам подачи и обратным линиям. Может быть встроенным (характерная черта практически всех котлов в настенном исполнении) или же внешним, монтирующимся на трубе.
- Радиаторы отопления. Изделия, через которые происходит тепловой обмен между системой и воздухом в помещениях.
При относительно небольших площадях помещений и их компактном расположении насос прекрасно справляется со своей функцией и исправно прогоняет тепловой носитель по трубам. Однако с увеличением совокупной длины линий, жидкость начинает течь медленнее и тепловой обмен ослабевает.
Естественно, решить эту проблему до определенных границ можно за счет увеличения мощности насоса. Однако следует учитывать ограничение прочности конструкционных компонентов отопительной системы. При слишком высоком давлении могут лопнуть трубы и выйти со строя основное оборудование. Именно поэтому чрезвычайно важно правильно подбирать не только котел необходимой мощности, так и циркуляционный насос, выступающий неотъемлемым звеном системы отопления.
При значительном числе помещений и их большой площади приходится использовать несколько контуров отопления. Актуален гидродинамический терморазделитель и в системах, имеющих несколько таких модулей. Усложненная схема включает в себя коллектор, благодаря которому общий тепловой носитель распределяется на потоки. Последние обеспечивают работу:
- Нескольких контуров включающих и внутрипольные конвекторы, и стальные трубчатые радиаторы, и панельные радиаторы, и секционные радиаторы. Могут иметь различную компоновку.
- Компонентов обеспечения помещений горячей водой для бытовых нужд. Речь идет об использовании бойлеров косвенного нагрева, требующих особых условий циркуляции теплового носителя. Последний имеет стабильный расход и коррелируется с динамическим изменением температуры нагрева жидкости в автоматическом режиме.
- Водяных теплых полов. Температура последних обычно намного ниже аналогичного показателя в отношении классической системы отопления и горячей воды для бытовых нужд, а непосредственная регулировка значений выполняется с помощью дополнительных термостатов. При этом длина контуров теплых полов существенно больше обычной радиаторной разводки, что формирует дополнительные требования к мощности наноса прокачки теплового носителя и соотношению его мощности с конструктивной прочностью материалов, из которых изготовлены такие линии.
Учитывая достаточно высокие требования к комбинированным сложным системам отопления, обойтись одним лишь использованием насоса достаточно сложно, особенно если имеются существенные ограничение на верхний порог по давлению/температуре основного оборудования.
Помимо этого, циркуляционный насос, работающий на пределах возможностей и в постоянном режиме, быстрее выходит со строя, формирует повышенный уровень шумности, а также предопределяет повышенный расход электрической энергии.
Для решения вышеобозначенных проблем выделяют отдельный контур котла путем установки гидрострелки между основным источником теплоносителя и коллектором.
Современные и правильно сконструированные гидравлические разделители, будучи установленными в отопительную систему, минимизируют риски скачков температурного напора.
Гидравлический разделитель и его устройство
Фактические размеры изделия коррелируются с мощностью котла, напрямую зависят от объема и количества подключаемых контуров. Корпус гидравлического разделителя выполнен из металла и закрепляется на стойках, чтобы устранить риски дополнительного линейного напряжения на трубы. Устройства небольшого размера могут подвешиваться на стены, закрепляться с помощью кронштейнов.
На верхнем участке корпуса гидродинамического терморазделителя расположен автоматический клапан воздухоотводчика. Образующийся в полости осадок от теплоносителя (коррозия, накипь, прочее) очищается вручную. Для организации последней процедуры применяется вентиль либо клапан, расположенный снизу изделия.
Чаще всего гидрострелки делают из прогрунтованной черной стали. Существуют альтернативные варианты исполнения на основе меди, полипропилена. Корпус гидроразделителя в обязательном порядке обрабатывается антикоррозийным составом, а также покрывается теплоизоляционным слоем.
Режимы работы гидродинамического терморазделителя
Гидравлический разделитель, вне зависимости от особенностей его конструкции, размеров и материалов изготовления, имеет три основных режима работы.
Первый режим
Равновесное положение параметров. Расход выделенного контура может лишь незначительно отличаться от суммарного расхода всех подключенных к коллектору/гидрострелке контуров.
Тепловой носитель не задерживается в изделии, а свободно проходит сквозь него в горизонтальной плоскости. Фактически, вертикального перемещения не осуществляется (за исключением случайных флуктуаций). Температурные показатели на патрубках при незначительном округлении идентичны. Аналогичная ситуация наблюдается на компонентах устройства, подключенных к «обратке». В этом режиме гидродинамический терморазделитель не оказывает влияния на отопительную систему.
На современном рынке часто встречаются модели коллекторов с интегрированными гидрострелками. Наиболее популярны устройства, рассчитанные на 2-5 контуров.
Второй режим
Соотносится с превышением значения суммарного расхода на контурах отопления над соответствующим параметром в отношении самого котла. Данная ситуация возникает в тех случаях, когда подключенные к коллектору модули требуют максимально возможного расхода теплового носителя. В более простой интерпретации – превышение расхода по отношению к генерации.
При формировании такой ситуации в гидродинамическом терморазделителе возникает восходящий вертикальный поток от патрубка «обратки» к соответствующему компоненту, ответственному на подачу жидкости. Параллельно осуществляется подмес горячего теплоносителя, циркулирующего в «малом» выделенном контуре.
Третий режим
В общем случае при правильном монтаже базового оборудования и гидрострелки является основным. Фактический расход теплового носителя в отделенном малом контуре превышает суммарный показатель иных контуров коллектора. В простой интерпретации – превышение генерации над «спросом». Чаще всего активацию данного режима работы вызывает снижение или временное прекращение поступления теплового носителя из коллектора подачи на устройства теплового обмена благодаря аппаратным модулям термостатической регулировки.
В бойлере косвенного нагрева температура жидкости достигает максимальных значений на фоне отсутствия забора воды. Прекращение циркуляции в этом модуле может сопровождаться отключением отдельных радиаторов/контуров, например, при отсутствии необходимости прогрева помещений или же проводимой профилактики. Полноценное введение системы отопления в действие и набор нею штатных параметров выполняется поэтапно, путем последовательного включения отдельных контуров.
При работе гидроразделителя в таком режиме излишек теплового носителя уходит в «обратку» малого контура. Соответственно происходит безопасное накопление избыточной энергии с последующей её порционной тратой.
Несмотря на то, что третий режим считает основным для гидроразделителя, он периодически меняется на первый и второй аналог. При этом преобладание второго режима над остальными свидетельствует об ошибках монтажа либо иных проблемах, поскольку фактически большая часть теплового носителя обращается по кругу со стороны потребителей, что понижает температуру отопительной системы и требует максимальной отдачи теплогенератора. Оптимален вариант с подачей воды нужной температуры и последовательное понижение температурных значений теплоносителя в контурах с помощью трехходовых клапанов.
Расчет гидравлического разделителя
Наиболее простой методикой калькуляции параметров необходимого гидродинамического терморазделителя при отсутствии профессиональных отраслевых знаний является расчет на основе мощности отопительной системы. Основные выкладки, представленные ниже, также используются при самостоятельном изготовлении гидрострелки.
Универсальная формула расчета
Универсальная формула расчета в зависимости от мощности системы отопления описывает прямую зависимость расхода теплового носителя от:
- Совокупной потребности в тепловой мощности;
- Фактической теплоёмкости теплового носителя;
- Температурной разницы труб подачи теплоносителя и «обратки».
Физическая интерпретация формулы: Q = W / (с × Δt)
Буквенные обозначения
- Q – расход теплового носителя. Единица измерения – литр/час.
- W – мощность отопительной системы. Единица измерения – кВт.
- С – теплоёмкость теплового носителя. Поскольку последним выступает вода, то данный параметр является константой с соответствующим значением 1,16 киловатт/кубометр* °С.
- Δt – температурная разница на подаче и «обратке». Единица измерения – градусы Цельсия.
Соответствующий параметр расхода Q рассчитывается путем умножения площади поперечного сечения трубы (S) на скорость потока жидкости (V). Первое значение измеряется в квадратных метрах. Второе – в метрах/секунду.
В свою очередь: S = Q / V= W / (с × Δt × V)
Фактическим экспериментальным путем подобран оптимальный показатель скорости – это диапазон от 0,1 до 0,2 метра/секунду. В этом случае гидродинамический терморазделитель качественно смешивает тепловой носитель, при этом эффективно отделяет формирующийся в нём воздух и способствует выпадению шлама (вызванного накипью, коррозией, загрязнениями, иными причинами) в локальный осадок. При переводе обозначенной скорости из м/ч в м/ч путем умножения значений на 3600 секунд, получаем диапазон 360-720 метров/час. Среднее значение минимальной и максимальной цифры – 540 метров/час.
Поскольку базой для расчетов со стороны теплового носителя выступает вода, характеристики которой общеизвестны, можно значительно упростить основную формулу, введя в неё статически цифровые параметры при расчете сечения:
S = W / (1,16 × Δt × 540) = W / (626 × Δt)
Требуемый диаметр рассчитывает по формуле площади круга:
D = √ (4×S/π) = 2 × √ (S/π)
Подставив соответствующие значения, мы получим:
D = 2 × √ (W / (626 × Δt × π)) = 2 × √ (W / (1966 × Δt)) = 2 × 0,02255 × √(W/Δt) = 0,0451 × √(W/Δt)
Для дальнейшего расчета и соответствующего подбора значений метры удобнее перевести в миллиметры, умножив результат предыдущего действие на одну тысячу.
Итоговая формула расчета для гидродинамического терморазделителя при условии потоковой скорости в трубе 0,15 метра/секунду:
D = 45,1 √(W/Δt)
По аналогии, можно просчитать значение требуемого диаметра при условии минимального и максимального значения допустимой скорости потока:
- Скорость 0,1 метра/секунду. D = 55,2 √(W/Δt)
- Скорость 0,2 метра/секунду. D = 39,1 √(W/Δt)
Правильно рассчитав диаметр гидроразделителя, легко подобрать диаметры для входных и выходных патрубков изделия.
Вместо послесловия
