Это просто небольшая труба круглого или прямоугольного сечения, имеющая четыре контура, по которым тепло проходит в одном направлении к потребителю и в другом направлении обратно к котлу.
Устройство, принцип работы, назначение
Основная функция гидравлического разделителя заключается в том, чтобы насосы в контуре отопления не мешали друг другу при переключении между режимами работы и защищали котел от холодного возврата.
Устройство
Он состоит из прямоугольного или круглого трубчатого корпуса. Расположение устройства не имеет значения.
Гидравлический разделитель 4 м 3 /ч, тип: SDG-0015 STOUT вертикальная установка
Вертикальная установка намного удобнее. Сверху можно установить автоматический воздухоотводчик, а снизу — клапан для слива осадка, который накапливается снизу.
На корпусе устройства имеется четыре соединения. Два из них подключены к контуру котла, а два — к вторичному контуру отопления.
В некоторых случаях корпус оснащен фильтрующими сетками. Первая (вверху) отделяет воздух. Вторая (нижняя) отделяет осадок. Однако чаще всего агрегат изготавливается пустым, то есть без сетчатых фильтров, поскольку они очень быстро засоряются и не выполняют свою функцию.
Принцип работы
Чтобы понять, зачем нужна гидравлическая рука, нужно разобраться в режимах работы системы, в которой она используется.
Режим работы — это соотношение между тепловым потоком теплоносителя в контуре котла и температурным потоком в системе отопления. Теоретически это соотношение может быть либо равным, что маловероятно, либо нет. Температурный поток из котла может быть выше или ниже.
Первая операция
Даже если сопротивление контура и производительность насоса идеально подобраны, потоки могут сравняться, но идеального баланса все равно не будет. Это происходит потому, что если термостатическая головка внезапно закрывается или включается котел, уравнивание исчезает. Это означает, что на практике не существует равенства между температурой котла и температурой потока в системе.
Второй режим работы — аварийный.
Если в потоке возникает дисбаланс, теплогенератор начинает работать в режиме конденсации. В обычном котле конденсат скапливается в камере сгорания. Главный недостаток — котел лопается.
Второй недостаток. Тепло, отдаваемое теплогенератором, не может быть передано в систему теплопотребления, так как нагретый теплоноситель всегда смешивается с жидкостью в обратке.
Последняя операция является оптимальной.
Избыток теплоносителя в обратке подогревает жидкость в обратке, когда она остыла, чтобы не повредить теплогенератор в обратке
Назначение
Теоретически, гидростатический сепаратор предназначен для поддержания правильной работы котла. Разница в расходах между контуром теплогенератора и контуром потребителя обеспечивает движение теплоносителя в гидравлическом рычаге сверху вниз с низкой расчетной скоростью в одну десятую метра в секунду (десятые доли метра в секунду).
Умножив это значение на площадь поперечного сечения сепаратора, можно рассчитать объем теплоносителя, поступающего в обратный коллектор.
В результате обеспечивается нагрев обратного коллектора и предотвращается температурный шок для теплогенератора.
Однако возникает вопрос, нужна ли гидравлическая сепарация, ведь сколько тепла вырабатывает котел, столько тепла получает потребитель.
Подключение
Гидростатический коллектор необходим только для одной цели. Он необходим для правильной работы отопительных контуров с насосами. Если в системе только один насос, то стрелка потока не имеет значения.
Возьмем пример, когда в системе два насоса с разными расходами. Один из насосов превышает параметры другого насоса.
Более мощный насос создает вакуум в подающей линии и более высокое давление, чем обычно, в обратной линии. Это означает, что насос с меньшей мощностью не может запустить свой контур и забрать теплоноситель, чтобы отправить его обратно в обратку. Отопительный контур не будет работать.
Водяная труба подключается к участку магистрали с нулевым сопротивлением, что выравнивает давление в коллекторах и позволяет насосу работать беспрепятственно.
На сайте STOUT представлены различные модели гидравлических соединений, которые выполняют свою работу в системе отопления с несколькими отопительными контурами и насосами. Все модели поставляются с сопроводительной документацией, содержащей подробное описание соединения и устройства.
Назначение и принцип работы
Коллектор используется для систем подачи с несколькими насосами. Он обеспечивает необходимый расход теплоносителя для всех насосов, независимо от их мощности. Другими словами, он обеспечивает гидравлическое разделение отопительных насосов. По этой причине его также называют гидравлическим разделителем или гидравлическим сепаратором.
Гидромост устанавливается, когда в системе имеется несколько насосов: один в контуре котла, а другие в контурах отопления (радиаторы, теплые полы, косвенный водонагреватель). Их производительность регулируется таким образом, чтобы насос котла мог перекачивать немного больше теплоносителя (10-20%), чем требуется для остальной системы.
Зачем нужен водяной насос для системы отопления? Давайте рассмотрим пример. В системе отопления с несколькими насосами, они часто имеют разную мощность. Часто один насос во много раз мощнее. Все насосы должны быть установлены рядом друг с другом — в коллекторном блоке, где они гидравлически соединены. Если один мощный насос работает на полную мощность, все остальные контуры остаются без хладагента. Такое случается постоянно. Чтобы избежать подобных ситуаций, в системе отопления устанавливают гидростатический разделитель. Вторая возможность — распределить насосы на большое расстояние.
Режимы работы
Теоретически существует три возможных режима работы гидростатической системы отопления. Они показаны на рисунке ниже. В первом случае насос котла перекачивает ровно столько теплоносителя, сколько требуется всей системе отопления. Это идеальная ситуация, которая редко встречается на практике. Объясню почему. Современная система отопления регулирует свою работу в зависимости от температуры теплоносителя или температуры в помещении. Представим, что все было идеально рассчитано, клапаны настроены и после настройки достигнуто равенство. Но через некоторое время рабочие параметры котла или одного из отопительных контуров меняются. Система адаптируется к новой ситуации, и балансировка мощности прерывается. Таким образом, этот процесс может занять всего несколько минут (или меньше).
Второй режим — когда расход в отопительных контурах выше, чем мощность котлового насоса (средний рисунок). Эта ситуация опасна для системы и не должна возникать. Это возможно, если насосы были выбраны неправильно. В частности, мощность котлового насоса слишком низкая. В этом случае обратка подается в контуры вместе с нагретой водой из котла, чтобы обеспечить необходимый расход. Это означает, что контуры на выходе из котла, например, при температуре 80 °C, после подачи холодной воды заполняются, например, 65 °C (фактическая температура зависит от дефицита расхода). После прохождения через нагреватели температура теплоносителя снижается на 20-25 °C. Это означает, что температура теплоносителя, поступающего в котел, составляет в лучшем случае 45 °C. По сравнению с мощностью 80 °C, температурная дельта для обычного котла (не конденсационного) очень высока. Такая работа не является нормальной, и котел вскоре выйдет из строя.
Как подобрать параметры
Необходимо выбрать гидравлический разделитель, учитывающий максимально возможный расход теплоносителя. Это связано с тем, что при большой скорости потока жидкость начинает издавать шум. Чтобы избежать этого эффекта, максимальная скорость устанавливается на уровне 0,2 м/с.
По максимальному потоку теплоносителя
Чтобы рассчитать диаметр нагревателя этим методом, достаточно знать максимально возможную скорость потока в системе и диаметр гидрантов. С гидрантами все просто — вы знаете, какой тип труб вы будете использовать для распределения. Мы знаем максимальный расход, который может обеспечить котел (он указан в технической спецификации), а расход на контуры зависит от их размера/объема и определяется выбором контурных насосов. Расходы всех контуров складываются и сравниваются с производительностью насоса котла. Наибольшее значение используется в формуле для расчета объема водонагревателя.
Ниже приведен пример. Предположим, что максимальный расход в системе составляет 7,6 кубических метров в час. Максимально допустимая скорость предполагается стандартной — 0,2 м/с, диаметр труб 6,3 см (трубы 2,5″). В этом случае 18,9 * √ 7,6/0,2 = 18,9 * √38 = 18,9 * 6,16 = 116,424 мм. Если округлить, то диаметр гидравлического руля составит 116 мм.
По максимальной мощности котла
Второй способ заключается в выборе гидравлического руля в соответствии с мощностью котла. Это грубая оценка, но она может быть надежной. Вам нужна мощность котла и разница температур между подачей и обраткой.
Расчет также прост. Предположим, что максимальная мощность котла составляет 50 кВт, дельта температур равна 10°C, а диаметры форсунок равны — 6,3 см. Подставляя числа, получаем — 18,9 * √ 50 / 0,2 * 10 = 18,9 * √ 25 = 18,9 * 5 = 94,5 мм. Округляя в большую сторону, получаем диаметр 95 мм.
Как найти длину гидрострелки
Диаметр нагревательного хомута определен, но его длина также должна быть известна. Она выбирается в зависимости от диаметра патрубков. Существует два типа отопительных коллекторов — с противоположными патрубками и с чередующимися патрубками (со смещением от одного к другому).
Длину в этом случае легко рассчитать — в первом случае она составляет 12d, во втором — 13d. Для средних систем можно также выбрать диаметр в зависимости от разветвлений — 3*d. Как видите, ничего сложного. Вы можете рассчитать его самостоятельно.
Купить или сделать своими руками?
Как я уже говорил, готовая гидравлическая планка управления отоплением стоит довольно дорого — 200-300 долларов, в зависимости от производителя. Конечно, чтобы снизить стоимость, есть желание собрать ее самостоятельно. Если вы умеете сваривать, нет проблем — вы просто покупаете материал и собираете его сами. Но нужно учитывать следующие моменты:
- Резьба на сгонах должна быть хорошо прорезанной и симметричной.
- Стенки отводов одинаковой толщины.
Очевидные вещи. Но вы удивитесь, как трудно найти четыре хороших сварных шва с нормально выполненной резьбой. Значит, все сварные швы должны быть хорошего качества — система будет работать под давлением. Сварные швы выполняются строго перпендикулярно поверхности и с правильным расстоянием между ними. В целом, это непростая задача.
Если вы сами не умеете работать со сварочным аппаратом, вам нужно найти подрядчика. Найти его непросто: либо он берет за услуги дорого, либо качество работы, мягко говоря, «не очень». В общем, многие решают купить сварочный аппарат, несмотря на немалую стоимость. Тем более в последние годы отечественные производители ничуть не хуже, а гораздо дешевле.
Как работает гидравлический разделитель
В принципе, возможны три режима работы гидравлического переключателя.
| Рисунок | Описание режима работы гидравлического разделителя |
|---|---|
 |
Это – практически идеальное, равновесное состояние системы. Напор, созданный насосом малого контура котла равен суммарному напору всех контуров отопления (Q1 = Q2) . Температура на входе и выходе подачи равны (t1 = t3) . Аналогичная ситуация и на патрубках «обратки» (t2 = t4) . Вертикальное перемещение теплоносителя минимально или даже вовсе отсутствует. На практике такая ситуация если и встречается, то крайне редко, эпизодически, так как параметры работы контуров отопления имеют тенденцию к периодическому изменению. |
 |
Ситуация вторая. Суммарный расход теплоносителя в контурах отопления превышает аналогичный показатель насоса котла (Q1 t3, t2 = t4. |
 |
Ситуация диаметрально противоположная – расход в малом контуре (не изменяясь номинально) стал выше, чем суммарно в контурах отопления (Q1 >Q2) . «Предложение» превысило «спрос» на теплоноситель. Типичные причины такой ситуации: – срабатывание термостатической аппаратуры на контурах отопления или на бойлере косвенного нагрева, временно выключающей подачу теплоносителя. – временное полное отключение одного или нескольких контуров из-за невостребованности в отоплении тех или иных помещений. – временный вывод из эксплуатации контуров для проведения ремонтных или профилактических работ. – запуск котельного оборудования для прогрева, с постепенным ступенчатым подключением рабочих контуров. Ничего критичного не происходит – контур котла работает в большей части «на себя», перекачивая основной объем теплоносителя по малому кругу. В самой гидрострелке образуется вертикальный нисходящий поток, от подачи к «обратке». Температурный режим: t1 = t3, t2 >t4 . При таком режиме работы температура в «обратке» достаточно быстро доходит до порога срабатывания автоматического отключения котельного оборудования, чем достигается рациональное использование топлива. |
Гидравлический сепаратор может выполнять и множество других полезных функций.
- Прежде всего – обещанное замечание про систему отопления не самого разветвленного типа. Гидрострелка может стать полезным, а иногда даже – и обязательным элементом в том случае, если теплообменник котла изготовлен из чугуна.
Несмотря на свои преимущества, этот металл обладает главным недостатком — механической и термической хрупкостью. Резкое изменение температуры в широком диапазоне может вызвать трещину в чугуне. Это означает, что при запуске системы отопления в холодное время года может возникнуть очень большая разница температур — в печи и в обратном трубопроводе. Предварительный нагрев теплоносителя в большом контуре занимает очень много времени, и это время очень критично для чугунного теплообменника. Однако если контур «укоротить», т.е. запустить его с помощью гидравлического разделителя, теплоноситель нагревается гораздо быстрее и риск деформации теплообменника котла минимален.
Специфика конструкции гидравлического разделителя
Как видно из вышесказанного, конструкция гидравлического разделителя довольно проста. Однако она должна соответствовать определенным правилам.
В торговле существует множество предложений различных размеров и конфигураций, поэтому есть возможность выбрать модель, наиболее подходящую по своим параметрам в контексте существующей или планируемой системы отопления. Часто встречаются опытные образцы, конструктивно объединяющие гидравлический сепаратор и коллектор для подключения контуров. Иногда встречаются и гидростатические коллекторы с необычной конфигурацией звезды.
Однако, если учесть стоимость этих изделий, вы наверняка рассмотрите вариант самостоятельной сборки. Сборка гидростатического сепаратора не должна представлять особой сложности для домовладельца, знакомого с сантехникой и сваркой. Главное — соблюдать рекомендуемые размеры, чтобы устройство функционировало оптимально.
Классическая конструкция гидравлического сепаратора основана на «правиле трех диаметров». Это показано на рисунке.
Диаметры, конечно же, указывают на внутренний номинальный поток, независимо от толщины стенок.
Другая, аналогичная схема предусматривает чередование отверстий по высоте. Пропорции показаны на втором рисунке.
Предполагается, что «шаг вниз» на входе приводит к лучшему разделению газов, а «шаг вверх» на выходе — к лучшему разделению твердых частиц.
Метод расчета диаметра водяной струи D объясняется в следующем разделе данного документа. Пока же следует отметить, что это соотношение диаметров не выбирается произвольно. Одна из главных целей — обеспечить вертикальную скорость потока 0,1 ÷ 0,2 м/с, не более. Почему это необходимо:
- 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.
Следует сказать, что вертикальное расположение водонагревателя, хотя и считается «классическим», отнюдь не является догмой. Если не принимать во внимание функцию разделения воздуха и сбора твердых частиц из теплоносителя, можно выбрать и горизонтальную конструкцию, в зависимости от конкретного расположения труб в системе отопления. Кроме того, расположение соединений подающих и обратных труб котла и отопительных контуров также может быть различным. Некоторые примеры показаны на следующем рисунке
Расчет стандартного гидравлического разделителя
Имеющиеся в продаже гидравлические точки рассчитаны на определенную мощность системы отопления. Однако, если вы решили самостоятельно выполнить такую конструкцию, что в принципе не очень просто, важно рассчитать основные параметры — минимальный диаметр самого водоразборного устройства и диаметры подводящих труб. Используя приведенные схемы, затем легко создать свою собственную конструкцию.
Ниже представлены два варианта расчета для «классического» вертикального гидравлического сепаратора.
Расчет от мощности системы отопления
Существует общепринятая формула, которая описывает зависимость расхода воды от общей потребности в тепле, теплоемкости среды и разницы температур между подающей и обратной трубами
Q = W / (s × Δt)
Q — расход воды, л/ч,
W — мощность системы отопления, кВт
s — теплоемкость теплоносителя (для воды — 4,19 кДж/кг× °C или 1,164 Вт×ч/кг× °C или 1,16 кВт/м³× °C)
Δt — разность температур между подачей и обраткой, °C.
В то же время, когда жидкость течет по трубе, скорость потока одинакова:
Q = S × V
S — площадь поперечного сечения трубы, м²,
V — скорость потока, м/с.
S = Q / V = W / (s × Δt × V).
Эмпирически доказано, что для оптимального перемешивания в гидравлическом сепараторе, для хорошего разделения воздуха и осаждения осадка скорость в сепараторе не должна быть выше 0,1 — 0,2 м/с. Если выбран один час, умножьте его на 3600 секунд. В результате получится 360 — 720 м/час. Можно получить среднее значение 540 м/час.
Если расчет производится для воды, можно одновременно ввести несколько начальных значений, чтобы упростить формулу
S = W / (1,16 × Δt × 540) = W / (626 × Δt).
После определения площади поперечного сечения необходимый диаметр можно легко определить по формуле площади круга.
D = √ (4 × S/π) = 2 × √ (S/π)
D = 2 × √ (W/(626 × Δt × π)) = 2 × √ (W/(1966 × Δt)) = 2 × 0,02255 × √(W/Δt))
= 0,0451 × √(W/Δt)
Поскольку значение дано в метрах, что не очень практично, его можно перевести непосредственно в миллиметры, умножив на 1000.
Следовательно, формула имеет следующий вид:
Значения верхнего и нижнего пределов допустимой скорости потока также легко рассчитать.
После того как вы определили диаметр водонагревателя, также легко рассчитать диаметры входного и выходного патрубков.
Встроенный ниже калькулятор поможет вам быстро выполнить расчеты:
Калькулятор для расчета рекомендуемой производительности и разницы температур гидролизного смесителя.
Расчет параметров гидрострелки на основании производительности насосов
Существует и другой способ определения необходимых минимальных размеров гидросмесителя. В этом случае в качестве входных величин используются выходные значения насосов контура котла, всех контуров отопления и, при наличии, всех контуров горячего водоснабжения.
Как видно из описания принципа работы водоразборного устройства, его основное назначение — не перегружать насосное оборудование котельной системы и в то же время обеспечить правильную подачу теплоносителя во все контуры отопления. Таким образом, на практике доказано, что общая производительность всех насосных систем всегда больше, чем производительность насоса, циркулирующего непосредственно через котел.
Принцип работы гидрострелки
Производители и ловкие маркетологи называют три способа, которыми может работать водяная турбина. Эксперты же утверждают, что существует только один способ использования этого устройства.
Если котел производит больше энергии, чем требуется всей системе отопления клиента, избыток тепла возвращается в сам котел по стрелке.
Это защищает наш котел от обратного потока, который может повредить всю систему и выработать дополнительное тепло при снижении мощности отопления.
Основной принцип работы гидранта заключается не в контроле перераспределения тепла между основным потоком и обраткой, а в том, чтобы дать возможность работать насосам всех отопительных контуров.
Поясним: если сильный насос повышает давление в одном из контуров, то второй, более слабый насос перестает работать и больше ничего не тянет, что приводит к перебоям, перепадам температуры и другим проблемам.
Гидравлический разделитель создает область с нулевым сопротивлением. Это равномерно распределяет нагрузку между контурами и насосами, чтобы подобные проблемы не возникали. Равномерность также повышает стабильность и надежность всей системы, поскольку ни одна деталь больше не подвергается критическим нагрузкам.
Альтернативные режимы работы гидрострелки
Хотя только описанный выше метод является правильным способом эксплуатации трюма, необходимо учитывать, что существует техническая возможность использования альтернативных вариантов.
Один из них заключается в том, чтобы котел работал в равновесии, отдавая столько тепла, сколько поступает в обратку. Однако такая ситуация подобна сферическому коню в вакууме, так как полная регулировка Q1 (контур котла) и Q2 (контур потребителя) достигается лишь очень редко и на очень короткое время. Поэтому серьезная работа в этом рабочем режиме невозможна.
Второй режим работы водяного компрессора опасен и его следует избегать любой ценой.
Он основан на том, что котел отдает меньше тепла, чем нужно потребителю, и в этом случае часть тепла из обратки возвращается к потребителю через тепловой аккумулятор, что не очень хорошо для системы и потребителей.
Недостатки очевидны — обратка в котел идет при пониженных температурных значениях, т.е. котел фактически охлаждается при получении обратного теплоносителя, что запрещено всеми стандартами, ГОСТом и даже здравым смыслом, так как конечная мощность, подаваемая в контур потребителя, снижается и желаемый результат не достигается.
Дополнительные возможности и мифы
Существует мнение, что конструкция водяного осушителя допускает и такие операции:
- Защита котла от теплового удара
- Увеличение долговечности системы отопления
- Повышает коэффициент полезного действия (КПД) котла
Однако независимые эксперты считают, что это всего лишь сказка для повышения продаж.
В то же время существуют дополнительные опции, такие как дополнительная защита от загрязнения, аэрация и защита котла от возврата с пониженной температурой.
Однако эти функции могут выполнять гораздо более дешевые устройства.
Правильный выбор по параметрам
Чтобы успешно наладить систему отопления, недостаточно знать, что такое гидрострелка, как она работает и какие бывают режимы работы — нужно также уметь правильно выбрать устройство, исходя из основных параметров. В основном это диаметр и длина.
Видео о гидравлическом разделителе и его назначении:
Расчет производится следующими различными способами:
- Предельная скорость потока теплоносителя.
Он рассчитывается по следующей формуле:
E — диаметр гидравлического разделителя, e — диаметр гидранта, Mn — максимальный расход для котла, Vd — предельная скорость (0,2 м/с).
7*3*√8/02 = 21*√40 = 21*6,32 = 132,8 см — 133 см — это диаметр водоразборного устройства.
Диаметр тарелки с отверстиями составляет 7 см, а расход воды в котле — 8 м3 /час.
Расчет производится по аналогичной формуле:
E = 3*d*√Mc/(Vd * Traz).
Однако некоторые параметры заменяются:
Мк — максимальная мощность котла, например, 60 кВт,
Траз — разница теплоносителя между подачей и обраткой, в примере 15ºC.
21*√60/(02 * 15) = 21*4,4 = 94 см.
- Протяженности корпуса самой гидрострелки. Длина устройства зависит от величины диаметра и расположения патрубков. Ниже приведена схема расчета характеристики. В первом варианте она будет равна 12-ти диаметрам, во втором 13-ти.
Совет! При определении размеров системы отопления важно определить максимально возможную скорость движения теплоносителя. Если поток достаточно быстрый, в системе создается характерный шум, который существенно влияет на комфорт проживания. Чтобы избежать этого негативного эффекта, данный параметр ограничивается значением не более 0,2 м/с.
Особенности подключения
Знание функции гидранта в системе отопления позволит вам правильно подобрать его параметры и грамотно выполнить его подключение. Прибор должен быть установлен в соответствии с общими правилами монтажа водопроводных систем. Прежде всего, необходимо правильно подобрать устройство по его основным параметрам — расходу воды, количеству форсунок, габаритам.
Также важно помнить, что такое гидроочиститель — он основан на принудительной циркуляции. В системе должно быть как минимум два насоса. Один из них обеспечивает работу контура теплообменника котла, другой — работу системы потребителя. Если это условие не соблюдается, система не только бесполезна, но даже вредна и препятствует движению теплоносителя.
Коротко о главном
Гидравлический разделитель для системы отопления представляет собой закрытый металлический бак с патрубками, который устанавливается перед котлом. Он используется для оптимального распределения теплоносителя между потребителями и для регулировки уровня нагрева между подачей и обраткой в системах отопления с принудительной циркуляцией, имеющих не менее 2 насосов. Устройство необходимо при одновременном наличии следующих потребителей:
- Отдельных радиаторных линиях.
- Системе водяных теплых полов.
- Бойлера, работающего на котле отопления.
- Теплой водяной вентиляции.
Устройство также необходимо для сглаживания воздействия температурных колебаний на чугунный теплообменник. При этом гидрострелка может работать в трех ситуациях — в равновесном состоянии, при недостаточной мощности отопительного контура и при перегрузке потребителя. Последний вариант является оптимальным. Перед установкой устройство должно быть рассчитано по мощности, диаметру и длине в зависимости от диаметра и расположения подключенных гидрантов.
