Стрелка в системе отопления зачем нужна

Гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

В системе отопления часто применяется гидрострелка. Принцип работы, назначение и расчеты данного приспособления помогут понять, для чего оно используется. Гидрострелка представляет собой температурный и гидравлический буфер, который обеспечивает правильную корреляцию потока теплоносителя и температурного режима. С помощью устройства производится гидравлическое разделение контуров отопления.

С помощью гидрострелки можно создать безопасную отопительную систему

Для чего нужна гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

Многие системы теплоснабжения в частных домовладениях отличаются разбалансировкой. Гидрострелка позволяет разделить контур отопительного агрегата и вторичный контур отопительной системы. Это позволяет повысить качество и надежность системы.

Особенности работы устройства

Выбирая гидрострелку, нужно внимательно изучить принцип работы, назначение и расчеты, а также узнать достоинства прибора:

разделитель необходим для гарантии выполнения технических характеристик;
устройство поддерживает температурный и гидравлический баланс;
параллельное подсоединение обеспечивает минимальные потери тепловой энергии, производительности и давления;
защищает котел от теплового удара, а также выравнивает циркуляцию в контурах;
позволяет сэкономить топливо и электроэнергию;
сохраняется постоянный объем воды;
снижает гидравлическое сопротивление.

Функционирование прибора с четырех ходовым смесителем

Особенности работы гидрострелки позволяют нормализовать гидродинамические процессы в системе.

Полезная информация! Своевременное устранение примесей позволяет продлить срок службы счетчиков, отопительных приборов и вентилей.

Устройство гидрострелки отопления

Прежде, чем купить гидрострелку для отопления нужно разобраться в устройстве конструкции.

Внутреннее устройство современного оборудования

Гидроразделитель представляет собой вертикальный сосуд из труб большого диаметра со специальными заглушками по торцам. Размеры конструкции зависят от протяженности и объема контуров, а также от мощности. При этом металлический корпус устанавливается на опорные стойки, а изделия небольшого размера крепятся на кронштейнах.

Подсоединение к отопительному трубопроводу производится с помощью резьбы и фланцев. В качестве материала для гидрострелки применяется нержавеющая сталь, медь или полипропилен. При этом корпус обрабатывается антикоррозийным веществом.

Обратите внимание! Изделия из полимера используются в системе с котлом мощностью 14-35 кВт. Изготовление подобного прибора своими руками требует профессиональных навыков

Дополнительные функции оборудования

Принцип работы, назначение и расчеты гидрострелки можно узнать и выполнить самостоятельно. В новых моделях присутствуют функции сепаратора, разделителя и регулятора температуры. С помощью терморегулирующего клапана обеспечивается градиент температур для вторичных контуров. Устранение кислорода из теплоносителя позволяет уменьшить риск эрозии внутренних поверхностей оборудования. Удаление лишних частиц увеличивает срок службы рабочего колеса.

Внутри устройства есть перфорированные перегородки, которые делят внутренний объем пополам. При этом не создается дополнительное сопротивление.

На схеме показано устройство в разрезе

Принцип работы гидрострелки в системах отопления

От скоростного режима теплоносителя зависит выбор гидрострелки. При этом буферная зона отделяет отопительную цепь и котел отопления.

Существуют следующие схемы подключения гидрострелки:

нейтральная схема работы, при которой все параметры соответствуют расчетным значениям. При этом конструкция обладает достаточной суммарной мощностью;

Использование контура теплого пола

определенная схема применяется, если котел не обладает достаточной мощностью. При недостатке расхода требуется подмес охлажденного теплоносителя. При разнице температур срабатывают термодатчики;

Схема системы отопления

объем потока в первичном контуре больше, чем расходование теплоносителя в второстепенной цепи. При этом отопительный агрегат функционирует в оптимальном режиме. При отключении насосов во втором контуре теплоноситель перемещается через гидрострелку по первому контуру.

Вариант использования гидрострелки

Производительность циркуляционного насоса должна быть на 10 % больше, чем напор насосов во втором контуре.

Особенности работы системы

Принцип работы

Скорость теплоносителя позволяет уменьшить теплопотери для потребителей

Отопительные сети не способны функционировать слаженно, так как контуры рассчитаны на индивидуальную производительность и конкретный показатель по напору носителя. В основу принципа действия гидравлической стрелки заложены особенности конструкции, благодаря которым у корпуса прибора сопротивление потоку воды минимально. Указанное свойство позволяет не уменьшать скорость перемещения носителя, существенно снизив тепловые потери во всей сети.

По сути распределитель – это своеобразный буфер, разделяющий нагревательное оборудование (котел) и потребительскую часть коллектора. В результате его применения каждый индивидуальный насос работает автономно, не нарушая балансировки каналов.

Гидрострелка для нескольких контуров

Для отопления нескольких контуров существуют разные конструкции гидравлических разделителей.

Схема использования гидрострелки в отопительной системе с несколькими контурами

Как видно из рисунка, в такой конструкции вода поступает из котла к гидрострелке и возвращается в него по двум патрубкам, а отводится в систему – по нескольким. Такая схема подключения позволяет разделить контуры отопления и подавать на каждый контур воду с разным температурным градиентом.

Если сделать устройство по этому принципу, то при его работе будет происходить следующее:

Горячая вода из трубы (Т1) поглотится трубой (Т2), при расходе Q1=Q2.
Если Q1=Q2 вода, попадающая в трубу (Т3) по температуре становится равной температуре труб (Т6), (Т7), (Т8), а разница температур между (Т3) и (Т4) при этом не значительна.
Если Q1=Q2+Q3•0,5, происходит следующее: температура Т1=Т2, Т3=(Т1+Т5)/2, Т4=Т5.
Если Q1=Q2+Q3+Q4, то Т1=Т2=Т3=Т4.

Как видно, такая схема подключения имеет ряд недостатков и не может разделять контура отопления качественно с нужным температурным градиентом.

Для того чтобы правильно распределить температуру по контурам, используют такую схему соединения:

Схема гидрострелки для правильного распределения температуры по контурам

При запитывании по этой схеме необходимо соблюдать некоторые условия для правильной работы устройства:

Трубопровод (Т1) должен располагаться выше трубопровода (Т2).
Труба (Т9) должна находиться строго посередине между трубами (Т3) и (Т4).
Трубопровод (Т10) и (Т5) между собой должны располагаться на расстоянии не менее 20 см.
Труба (Т5) должна располагаться выше труб (Т6), (Т7) и (Т8), для того чтобы вода, поступающая из этих труб, перемешивалась перед подачей в трубу (Т5).
Расстояние между трубами (Т2), (Т3) и (Т4) должно быть по возможности одинаковым.

При такой схеме работы температуру в контурах можно выровнять с помощью балансировочных клапанов на трубопроводах (Т1), (Т9) и (Т10). Это особенно хорошо для бойлера, которому необходимо подать самую высокую температуру теплоносителя для теплого пола с самой низкой температурой.

Вместо балансировочных клапанов, так как они слишком дороги, можно использовать обычные вентили с плавным регулированием.

Можно также подсоединить контура по такой коллекторной схеме:

Коллекторная схема подсоединения гидрострелки

При такой схеме подсоединения температурный напор также регулируется балансировочными клапанами, но не в таких пределах, как по предыдущей схеме. При этом диаметр коллекторов должен быть достаточно большим для равномерного распределения теплоносителя.

Для чего применяется гидрострелка

Гидравлический разделитель — гидрострелка

Необходимость применения гидравлического разделителя обусловлена различием гидродинамических режимов работы отопительного оборудования. Используют гидрострелку в системах отопления, имеющих различные комплексы потребления тепла. Чаще всего выделяют три направления распределения теплоты:

Радиаторное отопление;
Система водяных теплых полов;
Бойлер косвенного нагрева.

Все указанные системы имеют различный режим работы. Радиаторное отопление работает в основном в стабильном режиме. При наличии автоматических терморегулирующих устройств на приборах отопления расход теплоносителя может меняться.

Система «теплый пол» работает по обособленной схеме в низкотемпературном режиме. Регулирование происходит на первом этапе с помощью термостатического смесителя, далее возможно регулирование контуров балансировочными вентилями. Кроме этого, теплые полы имеют собственный насос и значительное гидравлическое сопротивление.

Бойлер ГВС работает в циклическом режиме, имеет наименьшее сопротивление. Как правило, оснащается циркуляционным насосом.

Разнообразие гидравлических и температурных режимов работы не позволяет обеспечить стабильную работу всего комплекса в целом. Насос, встроенный в котел или смонтированный отдельно, не может обеспечить равноценные условия работы для всех ветвей системы. Чаще всего просто не хватает мощности для преодоления гидравлических сопротивлений трубопроводов и приборов системы.

Насос естественным образом будет осуществлять циркуляцию по пути наименьшего сопротивления – через бойлер. Следующей ветвью (при отключении бойлера) будут радиаторы. Обеспечить необходимым количеством теплоносителя теплые полы становится труднее всего.

Режим работы котла в такой системе приобретает скачкообразный характер, что негативно сказывается на всем оборудовании.

Решить проблему установкой более мощного насоса удается с трудом. При мощном насосе теплоноситель преодолевает теплообменник котла, не успевая качественно получать теплоту. При этом увеличивается расход электроэнергии (на работу насоса), повышается потребление топлива из-за некачественного отбора теплоты сгорания.

При работе нескольких котлов в каскаде также возникает рассогласование режимов работы автоматики и циркуляции теплоносителя.

Котлы, оснащенные чугунными теплообменниками топок, крайне негативно реагируют на резкие температурные перепады. Это обусловлено физическими свойствами чугуна. Многие производители ставят обязательным условием применение гидрострелки, в ином случае они снимают гарантийные обязательства на свои изделия.

Решением всех этих технических трудностей является установка в систему гидравлического разделителя (гидрострелки).

Можно ли устанавливать по одному насосу на каждый контур?

Казалось бы, вполне логично оборудовать каждый отопительный контур своим циркуляционным насосом, соответствующим всем необходимым параметрам, чтобы решить проблему. Так ли это? К сожалению, даже в таком случае проблема не решится – она попросту перейдет в другую плоскость! Ведь для стабильного функционирования подобной системы необходим точный расчет каждого насоса, однако даже при этом сложная многоконтурная система не станет равновесной. Каждый насос здесь будет связан со своим контуром, а его характеристики будут меняться (то есть, не будут стабильными). При этом один из контуров может полноценно работать, а второй – выключаться. Из-за циркуляции в одном контуре может образоваться инерционное движение рабочей жидкости в соседнем контуре, где это вообще не требуется (по крайней мере, на данный момент). И таких примеров может быть масса.

Как результат – система теплого пола может недопустимо перегреваться, разные помещения могут отапливаться неравномерно, отдельные контуры могут «запираться». Словом, происходит все, чтобы ваши старания обустроить систему с высокой эффективностью пошли насмарку.

Есть ли выход? Есть – не только разделить сеть на контуры, но и позаботиться об отдельном контуре для отопительного котла. И поможем с балансировкой гидрострелка для отопления или, как ее еще называют, гидравлический разделитель.

Работа гидрострелки в разных режимах.

Существует три основных режима, в которых работает гидравлический разделитель. В зависимости от включения и выключения потребителей системы отопления изменяется и режим работы гидрострелки или гидрострелки модульного типа (гидрострелка + коллектор). Итак, что происходит после запуска? После запуска системы отопления, пока теплоноситель не набрал необходимую температуру – жидкость циркулирует по малому кругу и весь поток движется вниз по гидрострелке.

После того как температура теплоносителя выйдет на необходимый рабочий режим гидравлического разделителя, во вторичный контур отопления, с равномерным разбором, при уравнении входящих и исходящих потоков, гидрострелка работает как воздухо-отводчик и очищает теплоноситель от грязи.

Заметим, что полного равенства между двумя потоками достичь практически не возможно, отсюда и следует 100 процентная целесообразность установки гидрострелки.

Нагрев помещение автоматика регулирует проток теплоносителя во вторичном контуре, например в случае достижении определенной температуры ГВС, происходит отключение насоса в данном контуре или же, если термоголовки радиаторов уменьшают проток теплоносителя, что в свою очередь увеличивает гидравлические сопротивления в контуре отопления, отслеживание которого осуществляется адаптивным насосом – таким образом, подстраиваясь под это и уменьшая свою производительность, как следствие уменьшается общий поток Q2. В результате разница между двумя потоками (первичным и вторичным) уходит вверх по гидрострелке. Если бы гидрострелка не была установлена, то возникли бы значительные гидравлические перекосы в системе отопления, и как результат выход из строя отопительного оборудования (насос, теплообменник). Что будет, если циркуляционные насосы потребителей останавливаются, тогда первичный контур системы отопления переходит в 3 режим.

На рисунках 3-5 представлены эти режимы:

Рисунок 3:

Суммарный расход насосов котлов равен суммарному расходу насосов системы отопления. Этот режим достигается редко. В этом случае весь теплоноситель, нагреваемый котлом попадает в систему отопления к потребителям.

Рисунок 4:

Суммарный расход насоса котла меньше, суммарного расхода насосов контуров отопления. Этот режим возможен, когда котел не справляется с нагрузкой. В таком случае котел работает в максимальном режиме и постоянно подогревает теплоноситель.

При наличии нескольких котлов суммарный расход насосов котлов меньше, суммарного расхода насосов контуров отопления. В таком режиме один из нескольких котлов и его насос выключается, так как хватает работы одного котла, при этом необходимый теплоноситель насосы контуров отопления через гидрострелку забирают из обратной трубы отопления. Тем самым расход в котловом контуре остается постоянным, соответствующим необходимой величине для работы котла.

Рисунок 5:

Суммарный расход контуров отопления меньше расхода обеспечиваемого насосами котлов. Наиболее часто встречающийся режим, при котором насосы котлов подобраны верно и имеют чуть больший расход, чем требуется системе отопления. В этом режиме обеспечиваются все необходимые условия для работы системы отопления в экономичном режиме котла. Гидрострелка в таком варианте играет защитную роль котлов, так как подмес горячего теплоносителя в гидрострелке, создает минимальный перепад температур в обратной линии котла, а необходимое количество теплоносителя поступает в контура отопления. Этот режим является самым оптимальным, таким образом его принимают при проектировании системы.

Мощность гидрострелки должна быть выше суммарной мощности применяемого котла.

Гидрострелка и необходимость ее установки в отопительные системы

Пожалуй, стоит уточнить, что гидрострелка – это не официальное название устройства. Правильно оно называется «гидравлический разделитель». Причем официальная версия, нам кажется, точнее отображает его суть и принцип работы.

А теперь постараемся разобраться, когда же возникает необходимость установки гидрострелки.

Простые одноконтурные системы

В простых отопительных системах составных компонентов довольно мало. В их составе, как правило, имеются:

во-первых, котел, обеспечивающий нагрев теплоносителя;
во-вторых, циркуляционный насос, гарантирующий перемещение теплоносителя в трубах подачи и обратки;
в-третьих, радиаторы, непосредственно обеспечивающие обогрев помещений.

Подобные системы, в принципе, не нуждаются в каких-то дополнительных элементах типа гидрострелки.

Многоконтурные отопительные системы

Одноконтурные системы отопления, в принципе, не удовлетворяют потребностям, возникающим в довольно больших жилых домах. В результате приходится прибегать к созданию систем многоконтурных. Например, могут обустраиваться контуры для:

радиаторов отопления;
теплых водяных полов;
горячего водоснабжения.

И это далеко неполный перечень контуров, в которых может возникать необходимость.

Однако один-единственный циркулярный насос явно не в силах справиться сразу со всеми контурами. Более того, возможности котла также не беспредельны. Если возможности этих двух элементов будут превышены, они запросто могут выйти из строя.

В принципе, можно было бы каждый контур снабдить своим собственным циркуляционным насосом. Но в этом случае возникает другая проблема. Потому что система окажется разбалансированной. То есть проблема перейдет уже в другую плоскость: возникнет необходимость точного расчета насосного оборудования. Да и проблема с котлом окажется при этом нерешенной.

Выходом из этой ситуации является гидрострелка. То есть такое устройство, которое:

во-первых, через коллектор разделяет гидравлическую систему на контуры потребления;
во-вторых, выделяет собственный контур котла.

Как правило, гидрострелку устанавливают на стыке котла и коллектора.

Что происходит в системе, когда устанавливается гидрострелка

Как мы уже отметили, гидрострелка – это более привычное для всех наименование устройства, которое правильно называется гидравлический разделитель. Имя стрелки оно получило, вероятно, потому что перенаправляет потоки теплоносителя, в результате чего балансируется вся система в целом.

В конструктивном отношении данный элемент – это ничто иное как полая труба, сечение которой может быть круглым или прямоугольным. Причем торцы этой трубы заглушены. Более того, на трубе имеются две пары патрубков:

выходные, обеспечивающие подачу;
входные, к которым подключаются трубы обратки.

При установке гидрострелки появляются два взаимосвязанных контура, способные функционировать практически без взаимной зависимости.

Один из этих контуров малый, то есть тот, который относится к котлу. Второй большой контур включает в себя коллектор, от которого отходят ответвления к остальным подконтурам. То есть к системам, в состав которых входят приборы теплообмена.

Причем расход теплоносителя и скорость его движения в каждом контуре свои

И, что важно, друг на друга они практически не влияют. При этом поток теплоносителя в котловом контуре остается почти неизменным. Поток же, обеспечивающий работу отопительных подконтуров, изменяется в зависимости от условий функционирования отопительной системы

Поток же, обеспечивающий работу отопительных подконтуров, изменяется в зависимости от условий функционирования отопительной системы.

Диаметр трубы подбирают так, чтобы возникал участок с пониженным гидравлическим сопротивлением. В результате давление малого контура выравнивается. Более того, оно оказывается независимым от функционирования рабочих контуров или их простоя.

Если в системе имеется гидрострелка, происходит балансировка всех участков отопительной системы. Кроме того, котельное оборудование работает плавно, не завися от температурных скачков и скачков давления.

Дополнительные возможности

Кран внизу для слива позволяет удалять из теплоносителя мусор и накипь

Особенности функционирования схемы отопления с гидрострелкой предоставляют пользователю такие дополнительные возможности:

При попадании потока жидкости в каналы разделителя, его скорость несколько уменьшается. Это способствует осаждению на дне вредных примесей, всегда имеющихся в теплоносителе.
Для периодического удаления скопившегося осадка в нижней части корпуса имеется отдельный вентильный кран.
Снижение скорости тока позволяет выводить из воды имеющиеся в ней воздушные пузырьки. Они удаляются через автоматический клапан.

В последнем случае гидравлическая стрелка используется как сепаратор.

Что такое гидрострелка для отопления?

В сложных разветвленных отопительных системах даже насосы завышенной мощности не смогут соответствовать разным параметрам и условиям работы системы. Это негативно скажется на функционировании котла и сроке службы дорогостоящего оборудования. Помимо этого, каждый из подключенных контуров имеет свой собственный напор и производительность. Это приводит к тому, что одновременно слаженно вся система работать не может.

Даже если каждый контур снабдить своим собственным циркуляционным насосом, который будет отвечать параметрам заданной магистрали, то проблема только усугубится. Вся система станет разбалансированной, потому что параметры каждого контура будут существенно различаться.

Чтобы решить проблему, котел должен выдавать необходимый объем теплоносителя, а каждый контур должен забирать из коллектора ровно столько, сколько нужно. В данном случае коллектор выполняет функции разделителя гидросистем. Именно для того, чтобы выделить из общего контура «малый котловой» поток и нужен гидроразделитель. Второе его название гидравлическая стрелка (ГС) или гидрострелка.

Такое название прибор получил за то, что он так же, как и железнодорожная стрелка, может разделять потоки теплоносителя и направлять их в нужный контур. Это прямоугольный или круглый резервуар с заглушками с торцов. Он подключается к котлу и коллектору и имеет несколько врезанных патрубков.

Принцип работы гидравлического разделителя

Поток теплоносителя проходит гидравлический разделитель для отопления со скоростью 0,1-0,2 метра в секунду, а насос котла разгоняет воду до 0,7-0,9 метров. Скорость водяного потока гасится за счет изменения направления движения и объема проходящей жидкости. При этом теплопотери в системе будут минимальные.

Принцип работы гидравлической стрелки заключается в том, что ламинарное движение водяного потока практически не вызывает гидравлического сопротивления внутри корпуса. Это способствует сохранению скорости потока и уменьшению теплопотерь. Такая буферная зона разделяет потребительскую цепь и котел. Это способствует автономной работе каждого насоса без нарушения гидравлического равновесия.

Режимы работы

Гидравлическая стрелка для систем отопления имеет 3 режима работы:

В первом режиме гидроразделитель в системе отопления создает условия равновесия. То есть расход контура котла не отличается от общего расхода всех контуров, которые подключены к гидрострелке и коллектору. При этом теплоноситель не задерживается в приборе и движется через него по горизонтали. Температура теплового носителя на патрубках подачи и отведения одинаковая. Это довольно редкий режим работы, при котором гидрострелка не влияет на работу системы.
Иногда встречается ситуация, когда расход на всех контурах превышает производительность котла. Такое бывает при максимальном расходе жидкости всеми контурами сразу. То есть спрос на тепловой носитель превысил возможности котлового контура. Это не приведет к остановке или разбалансировке системы, потому что в гидрострелке сформируется вертикальный восходящий поток, который обеспечит подмес горячего теплоносителя из малого контура.
В третьем режиме термострелка на отопление работает чаще всего. При этом расход нагретой жидкости в малом контуре выше, чем суммарный расход на коллекторе. То есть спрос во всех контурах ниже, чем предложение. Это также не приведет к разбалансировке системы, потому что в приборе образуется вертикальный нисходящий поток, который обеспечит сброс избыточного объема жидкости в обратку.

Дополнительные возможности гидрострелки

Описанный выше принцип работы гидравлического разделителя в системе отопления позволяет прибору реализовать и другие возможности:

После попадания в корпус разделителя скорость потока снижается, это приводит к оседанию нерастворимых примесей, которые содержатся в теплоносителе. Для слива скопившегося осадка в нижней части гидрострелки устанавливают кран. Благодаря снижению скорости потолка из жидкости выделяются пузырьки газа, которые выводятся из прибора через автоматический воздухоотводчик, установленный в верхней части. По сути, он выполняет функции дополнительного сепаратора в системе

Особенно важно удалять газ на выходе из котла, ведь при нагревании жидкости до высоких температур газообразование повышается. Гидроразделитель очень важен в системах с чугунными котлами. Если такой котел подключить напрямую к коллектору, то попадание холодной воды в теплообменник приведет к образованию трещин и выходу оборудования из строя

Если такой котел подключить напрямую к коллектору, то попадание холодной воды в теплообменник приведет к образованию трещин и выходу оборудования из строя.

В чем ее назначение

В первую очередь проектировщики стараются исходить из того, что стрелка предназначается именно для разделения гидравлики. В преимущественном большинстве случаев производители на сегодняшний день стараются выпускать котлы, оснащенные собственными насосами, причем такие устройства являются достаточно мощными.

К примеру, есть котлы с закрытой камерой сгорания, в которых устанавливаются встроенные насосы. Мощность таких устройств может составлять примерно 300 ватт, но на самом деле ее не хватит для того, чтобы полностью продавливать систему отопления, если требуется обеспечение объекта на 1000 м2, а именно на такую среднюю площадь отопления приблизительно рассчитано такое оборудование.

В связи с этим нужно монтировать дополнительные насосы, а также использовать комбинированные системы. Именно в такой ситуации вместо помощи тот насос, который изначально используется в котле, будет просто-напросто мешать, и именно в таких случаях может использоваться гидрострелка (назначение, расчет, изготовление — об этом дальше в статье). При этом стоит отметить тот факт, что такое высокомощное оборудование в преимущественном большинстве случаев изначально поставляется с заводской гидрострелкой в комплекте или хотя бы есть довольно точная инструкция того, как нужно ее подключать.

Если брать котлы поменьше, то с ними в основном обстоит точно такая же история, но в данном случае уже придется самостоятельно изготавливать.