Гидрострелка для отопления: назначение + схема установки + расчеты параметров

Комплектация и характерные отличия гидрострелок

Комплект разделителя зависит от внутреннего наполнения и численности контуров, на которые он рассчитан. Обязательный элемент – автоматический отводитель для воздуха 1/2, оборудованный обратным клапаном либо шаровым краном. Для установок на заказ в комплектацию входит съемная теплоизоляция.

В гидрострелках типа ГС вмонтированы элементы для устранения воздуха и шлама. В МГС (многофункциональные гидрострелки) комплекте есть магнитные стержни и возможность регулировать опору по высоте в пределах 10 см. Устройства типа ГС, МГС, flexbalance и maibes можно использовать для двухконтурных систем, но возможна их докомплектация коллектором.

Принцип функционирования

Гидрострелка для отопления в разрезе представляет собой отрезок полой трубы с квадратным сечением. Работает такое устройство очень просто. Воздух сепарируется и устраняется автоматическим отводчиком воздуха. Отопительная система разбивается на 2 разных контура – большой и малый. Малый контур представляет собой котел/гидрострелку, а большой – котел/гидрострелку/потребитель.

Схема работы гидравлической стрелки

Когда отопительный котел обеспечивает количество носителя тепла, которое равно его потреблению, то в гидрострелке жидкость идет только горизонтально. Если это равновесие нарушается, то носитель тепла идет в малый контур, после чего увеличивается температура перед котлом. Котел на такие изменения реагирует отключением, а носитель тепла продолжает двигаться до того момента, пока температура понизится до определенного значения. Затем котел опять включается. Таким образом, гидроразделитель в системе отопления обеспечивает баланс контуров котла и котельной, при этом гарантируя независимую работу каждого отдельного контура.

Устройство гидрострелки

труба с четырьмя патрубками

Впрочем, патрубков может быть и больше, но такие системы сильно усложняются в плане гидравлических и термодинамических расчётов, их рассмотрение в рамках данной статьи нецелесообразно.

Возможные варианты форм простых гидрострелок приведены на рисунках 2 и 3.

Круглые анулоиды отличаются от прямоугольных только внешним видом. Правда, прямоугольный вариант смотрится лучше, зато круглая гидрострелка более выгодна с точки зрения гидравлики. Но в целом, параметры работы этих устройств не зависят от их формы.

Дополнительно гидроразделители могут оснащаться:

• фильтрами;
• сепараторами воздуха с автоматическими воздухоотводчиками;
• краном для слива (например, кран Маевского, рис.4);
• дополнительной теплоизоляцией;
• шламоуловителем;
• трёхходовыми клапанами с терморегулирующим элементом для предотвращения попадания холодной воды в обратную ветвь котельного контура;
• термометром;
• манометром.

Типовая схема включения гидроразделителя в схему отопления показана на рис.5.

Q1 — контур котла;

Q2 — Контур отопления (развязки отопления);

Н1 и Н2 -циркуляционные насосы контуров.

Рис.5. Типовая схема монтажа гидроразделителя.

Иногда можно встретить ёмкостные гидравлические разделители в виде бочки. Схема такого устройства приведена на рис.6.

Рис.6. Гидроразделитель в виде бочки в качестве аккумулятора тепла в системе отопления.

В таком виде гидрострелка служит не только разделителем гидравлических контуров, но и аккумулятором тепла, способствуя сглаживанию процесса изменения температуры во втором контуре.

Рис.7. Гидроразделитель со смещением патрубков.

Здесь: Т1—Питающий трубопровод от котла.

Т3—Питающий трубопровод к развязке отопления.

Патрубки Т2 и Т4 являются выходами обраток соответствующих контуров.

Превышение патрубка трубопровода Т1 относительно Т2 позволяет создать условия, при которых теплоноситель, поступающий от котла, имеет возможность притормозить и выделить дополнительное количество воздушных пузырьков.

Патрубок трубопровода Т2 расположен выше патрубка Т4 для обеспечения условий эффективного отделения шлама и предотвращения попадания его в трубопровод Т2.

Схемы открытой системы

На практике применяется несколько схем обустройства: естественный тип циркуляции воды, а также с принудительным побуждением движения посредством насосного оборудования.

Принципиальные отличия
Естественная циркуляция	Принудительная циркуляция
– нет механизма для передвижения теплового носителя – есть «разгонный» стояк высотой 330 см или более – возможно дополнение конструкции бойлером – максимальная протяжённость контура не более 30 м.	– наличие в схеме организации насосного оборудования – максимально высокий уровень тепловой отдачи – равномерный прогрев всех магистральных ветвей – наличие в схеме специальных отсекающих кранов
Оптимальный вариант для малогабаритных помещений с высокими потолками	Лучший вариант для обогрева больших площадей при наличии электропитания

Выбор схем напрямую зависит от количества отапливаемых этажей и общей площади строения

Немаловажное значение имеет желаемый тепловой режим, а также возможность обеспечить бесперебойное электроснабжение системы

Однотрубная

Однотрубная открытая система характеризуется подачей теплоносителя посредством одной магистрали, собранной из больших по диаметру труб, проходящих через все радиаторные батареи. Благодаря такой особенности обеспечивается:

• минимальное количество расходных материалов;
• лёгкость самостоятельного монтажа;
• незначительное количество труб в жилом пространстве.

Недостатком такой схемы является не слишком равномерный прогрев радиаторов. Менее интенсивно нагреваются и отдают тепло батареи, значительно удалённые от водогрейного оборудования.

Двухтрубная

• равномерный разогрев всех радиаторных батарей;
• индивидуальная регулировка всех радиаторов;
• долговечность и удобство эксплуатации.

При этом система двухтрубного открытого типа является более дорогостоящей и довольно трудозатратной в плане монтажа. Две коммуникационные ветки должны располагаться правильно, в соответствии с проектной документацией.

«Ленинградка»

Современное обогревательное оборудование и новые технологии способствовали заметному усовершенствованию «Ленинградки». Такая система приобрела улучшенную управляемость и увеличенную функциональность. Основные отличия «Ленинградки»:

• свободная циркуляция теплоносителя;
• наличие источника нагрева;
• монтаж радиаторов по периметру.

Трубопровод может быть горизонтальным или вертикальным, с верхним или нижним типом подключения. Первый вариант принято считать более эффективным с точки зрения тепловой отдачи, а систему нижнего подключения отличает простота монтажа.

«Паук»

• оптимальный способ гидравлического распределения теплового носителя;
• сбор остывшей воды из радиаторных батарей в горизонтальный трубопровод;
• отсутствие необходимости выполнять верхнюю разводку горизонтального типа.

Данный способ теплоснабжения востребован как в одноэтажных, так и в двухэтажных строениях. На подачу носителя устанавливается один довольно большой стояк, от которого протягивается необходимое количество ответвлений.

Гидрострелка: принцип работы назначение и расчеты

Система теплоснабжения индивидуального дома может состоять из нескольких подсистем. Реализация каждого разветвления должна осуществляться независимо от давления и расхода теплоносителя каждой функции. В связи с тем, что теплоноситель поступает из одной точки, это приводит к разбалансировке отдельных контуров системы.

Чтобы не возникла подобная ситуация, устраиваются гидрострелки (анулоиды) в системе теплоснабжения.

Основные функции

При организации теплоснабжения от котла на твердых видах топлива, водные потоки нагреваются бойлером, сопротивление которого на порядок меньше, чем в основной системе.

В состав системы отопления часто включены подогрев пола, санузлы и кухня. То есть, на один генератор тепла подключены как минимум три потребителя. Температурный режим каждого настроен индивидуально, и, соответственно, имеет разное сопротивление отопительной развязки. Для того, чтобы не возникла разбалансировка системы отопления, их необходимо совместить.

Именно это и является основным принципом работы гидравлической стрелки. Иными словами, она разделяет систему теплоснабжения на два автономных контура: теплогенератора и общего отопления дома, в который включены все подсистемы.

Развязка подсистем в общей системе устроена по такому же принципу, они не влияют друг на друга. Таким образом, гидравлическая стрелка решает вопрос балансировки котельного оборудования и системы теплоснабжения.

Применять разделитель рекомендуется в том случае, когда без его использования разница давления между подачей и обраткой превышает четыре сотых метра водяного столба. Внутри анулоида осуществляется обмен горячей и остывшей воды.

Работа разделителя происходит в одном из 3 режимов:

• потоки обоих контуров равны. Функционирование при правильно подобранных насосах происходит только при условии одновременной работы всех насосов котельного оборудования и отопительной системы в обычном режиме;
• поток первого контура значительно меньше второго. Реализация возможна только для тех случаев, когда достаточно работы только одного котла из всей системы отопления.
• поток второго контура значительно меньше первого. Реализация возможна, когда приостановлена подача тепла или требуется отопление только одной зоны.

Благодаря работе гидрострелки, обеспечивается возможность регулирования котельного оборудования и отопительной системы всего дома. Поэтому экономить на ее приобретении и установке не стоит.

Режимы работы гидрострелки

Дополнительные функции

Помимо защиты теплообменника от теплового удара, гидрострелка предохраняет систему отопления от повреждений в случае аварийного выключения системы водоснабжения дома, подогрева пола и иных подсистем.

Кроме того, она выполняет роль отстойника для механических образований, таких как накипь и ржавчина. Еще одна из важных функций, для чего нужна гидрострелка в системе отопления – устранение воздушных масс из теплоносителя.

В чем отличия механической автоматики от электронной?

Механическая автоматика для твердотопливных котлов намного проще и дешевле электронной. Ее функционал ограничивается возможностью открытия и закрытия воздуховода в камеру сгорания. От этого будет зависеть скорость прогорания топлива и жар в топке. Конструктивно изделие представляет собой латунную гильзу с пластмассовой рукоятью и цепочкой, которая управляет ее перемещением.

Движение гильзы будет регулироваться значением температуры воды в системе. Это делает автоматику полностью независимой от электроснабжения, так что по уровню надежности она опережает компьютеризированную модель. Этот вид автоматики можно без проблем установить самостоятельно, так как для это нужно сделать в буквальном смысле два действия.

Цена автоматики для твердотопливного котла зависит от его технических возможностей. Самые простые модели механического типа обойдутся в 1500 рублей. А наиболее «умные» автоматизированные системы управления в сумме перевалят за 20 тысяч рублей. Но целесообразность покупки неоспорима, так как кроме повышения эргономического уровня котла автоматика также позволяет экономить приличную сумму денег за счет более эффективного потребления ресурсов.

Но на сегодняшний день котлы начали выпускаться более модернизованными. Теперь человеку не придется постоянно вертеться возле котла, чтобы закинуть пару дров или вынести золу, не придется также проверять температуру. Все это котел делает сам, независимо от человека, так как теперь они имеют автоматику. Это значит, что человеку остается только настроить автоматику по желанию, а дальше он может не вмешиваться в работу котла. Автоматика для твердотопливных котлов включает в себя компьютер для управления, а также вентиляторную турбину, что позволяет повысить КПД.

Автоматику для твердотопливных агрегатов можно классифицировать по автономности.

Здесь различают два вида:

1. Автоматика, не требующая электроэнергии.
2. Автоматика, работающая на электроэнергии. Этот тип все свои функции выполняет только в том случае, если он подключен к источнику питания. Конечно, он также оснащен и запасным резервом, если вдруг прервут подачу электроэнергии. Так что, если даже подачу электричества прервали, то котел будет работать еще некоторое время.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

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.

Основные требования к помещению котельной

Бытовые теплогенераторы на твёрдом топливе устанавливаются в отдельных сухих помещениях, пристройках или отдельных строениях. Размеры котельной определяются габаритами агрегата, а также особенностями его обслуживания, однако наименьшая допустимая площадь составляет 7 м.кв. При этом необходимо предусмотреть защищённое от атмосферного воздействия место для хранения запаса топлива — перед загрузкой оно обязательно должно быть сухим.

3D схема отопительной системы с твердотопливным котлом

Нормальный режим работы твердотопливного котла обеспечивается стабильным притоком воздуха. Поэтому в котельной нужно выполнить приточную и вытяжную вентиляцию. Канал первой размерами 30х30 см должен выходить на нижнюю часть стены напротив дымохода, а вытяжное отверстие, габариты которого должны составлять 40х40 см, располагается на не более чем 40 см от потолка. Вентиляция котельной должна обеспечивать нормальную тягу. При её недостатке падает производительность котла, а при избытке – затрудняется регулировка процесса сгорания топлива.

Приточно-вытяжная вентиляция и дымоудаление в котельной

Твердотопливный котёл должен быть установлен на строго горизонтальной несгораемой (бетонной или кирпичной) площадке толщиной около 7 см. На деревянном полу такое оборудование можно устанавливать только с обустройством промежуточного кирпичного слоя, накрытого 3-4 мм металлическим листом или не мене чем 5-см цементной стяжкой. Основа котла на твёрдом топливе должна быть на 10-20 см шире внешних габаритов корпуса, но стороны топки следует дополнительно обустроить зону безопасности шириной не менее 40 см.

Как настроить

Как правило, на всех устройствах имеются инструкции от производителя, где подробно изложена пошаговая инструкция о том, как проводить настройку только что установленного устройства.

В целом, все шаги сводятся к следующим пунктам:

1. Сначала систему отопления нужно заполнить теплоносителем. На этом же этапе проверяется наличие воздушных полостей внутри системы. Их не должно быть.
2. Теперь приводят в действие циркуляционный насос. Здесь нужно убедиться в том, что он подгоняет теплоноситель без всяких препятствий.
3. После того, как циркуляционный насос запущен, необходимо проверить показатели термостатов, где будут даны показатели температуры и давления. Все эти показатели должны быть в пределах нормы, установленной в инструкции.
4. Если все показатели в норме, то можно приступить к розжигу. Здесь следует выполнять все без исключения требования, указанные в инструкции, так как устройства автоматики разных производителей совершенно по-разному выпускают пламя в камеру сгорания, и имеют ряд своих особенностей.
5. Когда все завершено, следует закинуть в топку определенное количество топлива (это количество обычно указывается в инструкции), и задать нужные параметры. Рекомендуется несколько раз закидывать топливо и проверять показания приборов, чтобы они не выходили за пределы нормы.

Методы расчета гидрострелки в системе отопления частного дома

Как рассчитать гидрострелку системы отопления частного дома самостоятельно? Можно вычислить необходимые размеры по формулам или подобрать диаметр по правилу «3D».

Формула определяет диаметр (D) по максимальной пропускной способности гидравлического разделителя (расчеты по паспортным данным на котел):

Формула определяет диаметр гидрострелки по мощности теплогенератора. ΔT разница температур подачи/обратки — 10°C:

Диаметр патрубка, входящего в гидрострелку или распределительный коллектор:

Обозначение	Расшифровка символа	Единица измерения
D	Диаметр корпуса гидрострелки	мм
d	Диаметр патрубка	мм
P	Максимальная мощность, которой обладает котел (паспортные данные котла)	кВт
G	Максимальный проток (пропускная способность, расход) через гидроразделитель за час	м3/час
π	Постоянное значение (3,14)
ω	Максимальная вертикальная скорость теплоносителя через разделитель (0,2)	м/сек
ΔT	Разница температур подачи — обратки (паспортные данные котла)	°C
C	Теплоемкость воды (относительная единица)	Вт/(кг°C)
V	Скорость теплоносителя через вторичные контуры	м/с
Q	Максимальный расход в контуре потребителя	м3/ч

Ориентировочный размер для небольших разделителей выбирают по диаметру входных (выпускных) патрубков. Расстояние между врезками составляет не менее 10 диаметров штуцера. Высота корпуса значительно превышает диаметр.

Коленчатую схему гидрострелки для отопления используют в подборе установки больших размеров. По «правилу 3d» диаметр корпуса составляет три диаметра патрубка. Расстояние 3d определяет пропорции конструкции.