Принцип работы гидрострелки в системе отопления

Гидрострелка в системе отопления

Гидрострелка (гидравлический разделитель) – устройство, предназначенное для разделения потоков теплоносителей контура котла (котлов) и контуров потребления теплоты в системе отопления. Принцип его работы основан на обеспечении независимости работы отопительного оборудования. Материал публикации рассмотрит вопросы необходимости применения, общее устройство и методики расчета гидрострелки.

Для чего применяется 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:

  1. Радиаторное отопление;
  2. Система водяных теплых полов;
  3. 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).

Устройство и принцип действия гидрострелки

Классическое устройство гидрострелки – полый сосуд, имеющий две пары патрубков. Первая пара служит для подключения котла (или каскада котлов), вторая – для присоединения системы потребления. Внутренний объем сосуда круглого или прямоугольного сечения служит зоной гидравлического разделения, разряжения и смешивания потоков разнотемпературных теплоносителей.

Устройство и принцип работы гидрострелки

В верхней части устройства устанавливают воздухоотводчик, нижняя служит грязеуловителем. В гидрострелке циркулирует два потока теплоносителя – поток котлового (первичного) контура и поток системы потребления (вторичного контура). При различных режимах работы оборудования величина потоков меняется. Происходит либо прямая подача от котла, либо смешивание потоков с разной температурой.

Гидрострелка подбирается из расчета снижения скорости теплоносителя до диапазона 0,1 – 0,2 м/с. Прим этой скорости практически отсутствует гидравлическое сопротивление, гидродинамический режим принимает ламинарный характер, происходит наиболее качественный тепломассообмен между контурами.

Контур циркуляции котла практически не зависит от вторичного контура, режим работы котла приобретает стабильный, ровный характер. Вторичный контур получает теплоноситель с равной температурой для всех ветвей, необходимое его количество отбирается собственными насосами.

Отключение, изменение режима работы любой зоны отопительного оборудование приобретает лишь косвенное влияние на работу котла и системы в целом. Обеспечивается гидравлическое разделение, снижающее нагрузку на теплогенератор, отопительные приборы, насосное оборудование, коммуникации.

Гидравлический разделитель имеет три режима работы:

Режим 1. Прямой тепломассообмен потоков теплоносителя первичного и вторичного контура. Стабильная тепловая нагрузка потребления равна постоянному значению тепловой мощности котлоагрегата. Смешивания теплоносителей практически не происходит, движение приобретает ламинарный режим, происходит отделение воздуха, примесей и так далее. Режим работы котла – постоянный, на средней нагрузке.

Прямой обмен теплоносителем в гидрострелке

Режим 2. Котел работает с максимальной нагрузкой, при этом не может обеспечить все потребности системы. Происходит полная передача потока из первичного контура котла с подмешиванием воды из обратки вторичного контура. При этом общая температура снижается для всех потребителей.

Режим максимальной нагрузки на котел

Режим 3. Оптимальный режим работы характеризуется наличием необходимой тепловой мощности котла, обеспечением экономного, «щадящего» режима работы. В этом режиме происходит смешивание прямого и обратного потоков первичного контура, температура поднимается. Котел останавливается при достижении заданной температуры, режим его работы приобретает циклический характер.

Оптимаотный режим работы системы отопления

Гидравлический разделитель имеет и более сложные конструктивные конфигурации. Устройство оснащается сетчатыми элементами в верхней зоне для качественного отделения воздуха. Внутри изделия выполняются перфорированные перегородки вертикального или горизонтального направления для более эффективного разделения потоков.

Гидрострелки часто комбинируются с распределительными коллекторами. При этом коллекторы иногда входят в конструкцию моноблока, могут подключаться независимые.

Производятся изделия в виде комбинации разделителя и коллектора. При этом реализуется зонный температурный отбор теплоносителя для различных отопительных блоков.

Зонный отбор теплоносителя из гидрострелки

Расчет гидравлического разделителя

Существует большой ряд типоразмеров гидрострелок. Подбор устройств производится по расчетным показателям. При этом диаметр патрубков первичного контура должен соответствовать диаметру патрубков котла. При подключении каскада котлов сечение патрубков гидрострелки должно быть не менее суммы сечений патрубков котлов.

Основная формула, применяемая для расчета диаметра сосуда разделителя:

D = 47 √ (P/∆t), где

P – тепловая мощность котла, кВт;

∆t – разница температур между подачей и обраткой, для автономных систем принимается 100С.

Формула справедлива для движения теплоносителя со скоростью 0,15 м/с. Для режимов движения 0,1 и 0,2 м/с поправочные коэффициенты составляют соответственно 54 и 40.

Далее применяется правило 3d = D. Расчетный диаметр патрубков равен величине D/3. Расстояние между патрубками, от патрубков до верхней и нижней точек гидрострелки также должно составлять не менее 3d.

Также гидрострелку подбирают по гидродинамическим характеристикам (производительности) насосов обоих контуров. Формула расчета:

D = 60 √(∑ QСО – QК), где

∑ QСО – суммарная производительность циркуляционных насосов вторичного контура;

QК – производительность котлового насоса, м3/час.

Дальнейший расчет производится по правилу 3d = D.

Применение гидрострелки в многоконтурной системе отопления – качественное техническое решение. Принцип работы и устройство гидравлического разделителя позволяют обеспечить стабильный как в гидравлическом, так и в температурном плане режим работы оборудования. Отсутствие предельных нагрузок, скачкообразного режима позволят отопительному оборудованию работать без неполадок длительное время.