Гидрострелка для отопления: фото, принцип работы, расчеты и назначение

Для чего нужна гидрострелка в системе отопления

Гидрострелка – это деталь из обвязки котла, с помощью которой стабилизируют характеристики процесса циркуляции теплоносителя и нивелируют тепловые колебания в теплогенерирующем агрегате. Кроме того, гидрострелка может работать и как компенсатор, обеспечивающий независимость отопительных контуров.

В итоге растет КПД системы отопления, уменьшается расход топлива, облегчается работа теплогенерирующего агрегата и продлевая срок безаварийной эксплуатации всего оборудования.

Как работает гидрострелка?

Типовая гидравлическая стрелка представляет собой вертикально ориентированный цилиндр или прямоугольный параллелепипед с четырьмя рабочими отводами – по два сверху и снизу.

Причем центральная ось верхних отводов располагается вдоль одной линии или со смещением одного штуцера вверх. В свою очередь пара нижних отводов обустроена либо вдоль одной оси, либо со смещением вниз одного из штуцеров. К верхним отводам подключают напорную ветвь системы, а к нижним, соответственно, обратку.

Принцип работы гидрострелки

Кроме того в дно корпуса «стрелки» врезают штуцер с вентилем для слива теплоносителя из системы, а в крышку – штуцер с клапаном для удаления воздуха, который скапливается над водой (теплоносителем) и стравливается за счет давления в системе.

Устроенная подобным образом гидрострелка делит систему отопления на два контура:

• Малую ветвь, в которую входит «стрелка» и котел. Схема циркуляции: горизонтально от котла – вертикально по стрелке – горизонтально в котел.
• Большую ветвь, в которую входит котел, трубы, радиаторы и стрелка. Схема циркуляции: горизонтально от котла, сквозь стрелку, к батарее – вертикально по батарее – горизонтально от батареи, сквозь стрелку, к котлу.

Циркуляция по малому контуру осуществляется только в случае избытка тепла в системе. В этом случае излишне разогретый теплоноситель сбрасывается посредством стрелки в обратку, после чего контроллер температуры котла «гасит» топку.

При этом теплогенерирующий агрегат сможет включиться в работу системы только после понижения температуры теплоносителя до приемлемого уровня, открывающего большую ветвь циркуляции.

Движение теплоносителя по большой ветви – фактически всей разводке системы – осуществляется только в случае штатной работы котла, генерирующего «нужную» батареям порцию тепловой энергии.

Проще говоря: система отопления с гидрострелкой тратит минимум топлива и производит максимум тепловой энергии.

Как устроен гибрид гидрострелки и коллектора?

Такой гидродинамический терморегулятор можно сделать из любой типовой стрелки, заменив «правые» отводы на коллекторы. То есть напротив каждого «левого» штуцера, подключаемого к котлу, к корпусу приваривают не «правый» штуцер, а длинную трубу с множеством вертикальных отводов – коллектор системы отопления.

Гидравлическая стрелка

Теплоноситель поступает из котла в «стрелку», движется по ней в горизонтальном направлении и переходит в коллектор лучевой разводки, распределяясь по множеству контуров системы отопления. Причем каждый напорный патрубок на «выходе» из стрелки-коллектора комплектуется своим насосом, обеспечивающим циркуляцию теплоносителя в конкретном контуре разводки.

В итоге коллектор отопления с гидрострелкой регулирует не только температуру теплоносителя, но и направление циркуляции, выравнивая давление между ветвями системы. Причем строительство такого гибрида оправдано лишь в случае экономии места в котельной. Поскольку тривиальное подключение пары коллекторов к типовой стрелке с четырьмя патрубками даст тот же эффект.

Как выбрать гидродинамический терморазделитель?

Относительно низкая цена гидрострелки для отопления нивелирует саму идею строительства этого узла своими руками.

Поэтому большинство домовладельцев предпочитают «заводские» стрелки кустарным самоделкам, выбирая гидродинамический терморегулятор по следующим параметрам:

• Тепловой мощности котла.
• Объему теплоносителя в системе.

Эти параметры должны соответствовать «паспортным» данным гидрострелки, то есть сама процедура выбора выглядит следующим образом:

• Узнаем тепловую мощность котла (по паспорту агрегата) и объем воды в системе (по метражу труб и габаритам котла и батарей).
• Идем в магазин и покупаем стрелку, подходящую под объем и мощность.

https://youtube.com/watch?v=sLsOysrbhb8

Также советуем посмотреть:

• Пленочный теплый пол с инфракрасным излучением
• Альтернативные источники отопления для частного дома — что выбрать?
• Для чего нужен байпас в системе отопления?
• Гофрированные нержавеющие трубы для отопления

Подключение устройства

Устанавливать гидрострелку необходимо недалеко от котла. К верхним патрубкам подсоединяется труба с подачей от котла, на которой дополнительно монтируют циркуляционные насосы (один до гидрострелки, другой – после), к нижним патрубкам – поток холодной воды (обратка).

Монтировать устройство следует вертикально, чтобы было место для накопления и отвода воздуха и шлама.

Важно! Использование циркуляционных насосов позволяет ускорить движение потока и снизить уровень конденсата, оседающего на металлических участках котла.

Для котельного оборудования с твердым топливом используют трехходовой термостатический клапан, который монтируется на концах выходных патрубков.

После установки необходимо подключить гидроразделитель. Для этого понадобится заполнить все жидкостью и включить котел. Сначала вода будет циркулировать по малому кругу (до гидрострелки), так как насосы при недостаточной температуре не подсоединяются. Затем после прогревания жидкости и включения насосов вторичного контура, она начнет циркулировать по большому кругу.

Схемы изготовления

Гидрострелки промышленного изготовления стоят недешево и многие изготавливают их своими руками. При этом нужно сделать предварительные расчеты. Основные расчетные размеры показаны на рисунке ниже.

Схема гидрострелки с основными расчетными размерами

Как видно из рисунка, диаметр самой гидрострелки принимают равным трем диаметрам входных патрубков, поэтому расчеты сводятся в основном к определению диаметра гидрострелки.

На рисунке показаны два варианта гидрострелок. Назначение второго варианта лучше первого тем, что вода при переходе подающего трубопровода освобождается от пузырьков воздуха, а при обратном поступлении – лучше избавляется от шлама.

Расчет сводится в основном к определению диаметра гидрострелки:

где:

• D – диаметр гидрострелки в мм;
• d – диаметр входного патрубка в мм, обычно принимают равным D/3;
• 1000 – переводной коэффициент метров в мм;
• P – мощность котла в кДж;
• π – число пи = 3,14;
• С – теплоемкость теплоносителя (вода – 4,183 кДж/кг·С°);
• W – максимальная вертикальная скорость движения воды в гидрострелке, м/с, обычно принимают равной 0,1 м/с;
• ΔТ – разница температур теплоносителя на входе и выходе котла, С°.

Также расчет можно выполнить по такой формуле:

где:

• Q – расход теплоносителя, м³/с;
• V – скорость движения воды в гидрострелке, м/с;

Также для расчета диаметра гидрострелки есть такая формула:

где:

• G – расход, м³/час;
• W – скорость движения воды, м/с;

Высота гидрострелки может быть любой и ограничиваться разве что высотой потолка в помещении.

Если сделать диаметр гидрострелки достаточно большим, то можно получить два в одном: гидрострелку и теплоаккумулятор, так называемый емкостной разделитель.

Схема емкостного разделителя в системе отопления

Как видно из рисунка, гидрострелка такого типа имеет большой объем, порядка 300 литров и более, поэтому способна, кроме выполнения своей основной задачи, еще и накапливать тепло. Использование гидрострелки такого типа особенно оправдано при отоплении твердотопливным котлом, так как способно сглаживать температурные скачки котла отопления и сохранять тепловую энергию котла после окончания горения довольно длительное время.

Нужно знать некоторые нюансы при использовании такого типа гидрострелки:

1. Во-первых, такую гидрострелку необходимо утеплить, поскольку в противном случае она будет отапливать котельную, а не отдавать тепло в систему отопления.
2. Котел будет выдавать меньшую мощность. Это объясняется тем, что требуется большая температура теплоносителя, а на котлах установлена автоматика, которая будет автоматически уменьшать его мощность для снижения температуры на выходе.

Для чего нужна гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

В процессе эксплуатации индивидуальной системы отопления возникают проблемы, связанные с несоответствием объема потребления и производительностью котла. В некоторых режимах не исключено получение сигналов от датчиков температуры, которые повысят мощность до максимальных значений. При одновременном недостаточном потреблении носителя вторичным контуром чрезмерно возрастут тепловые нагрузки. Подобные ситуации повышают вероятность аварий.

При поломках понадобится помощь специалистов

Для описания другой ситуации необходимо предположить, что установленная техническим паспортом производительность котла составляет 50 л/мин. при том, что необходимо подключить радиаторы отопления с потреблением в два раза больше. Увеличить так сильно мощность без чрезмерных нагрузок на оборудование не получится.

Следующая проблема – это взаимное влияние разных видов потребителей (теплых полов, внешнего бойлера, нескольких групп радиаторов). Для их нормального функционирования нужны разные объемы и температуры теплоносителя.    

Решать подобные задачи с применением дополнительных датчиков и настроек можно. Но это приведет к значительному усложнению конструкции и снижению общего уровня надежности. На практике опытные специалисты рекомендуют применять элегантное инженерное решение, которое подробно рассмотрено в данной статье. 

Принципы работы гидрострелок в системах отопления и основные функции

Основным назначением этого устройства является ограничение, а в идеальном варианте – исключение  гидродинамического влияния разных контуров в системе отопления друг на друга. Для этого используют специальные емкости, которые вставляют в разрыв между двумя контурами.

Типичные гидрострелки в форме цилиндра и куба в разрезе

На этой картинке изображен схематически набор оборудования с двумя насосами и подключенными радиаторами.

Система с двумя контурами

Здесь Q1 и Q2 – это расходы воды в каждом контуре. При равенстве этих величин происходит перемещение жидкости по общему полному контуру, как показано на рисунке ниже.

Стандартное перемещение по общему контуру

Далее показано, как изменяется прохождение жидкости при нарушении равновесия в потреблении:

Расход в обратке больше, чем в подаче

Расход в подаче, больше чем в обратке

Чтобы получилась качественно выполняющая свои функции гидрострелка, принцип работы, назначение и расчеты согласуют особым образом. Необходимо создать последний вариант с медленным перемещением воды внутри устройства по направлению сверху вниз. Скорость этого процесса специалисты рекомендуют ограничить уровнем 0,09-0,12 м/ сек. Это поможет решить следующие задачи:

• В таких условиях механические загрязнения будут постепенно оседать на дне емкости. При оснащении ее специальным устройством, сборником, можно будет очищать систему при проведении регламентных работ.
• Медленная скорость позволит использовать гидрострелку для отбора жидкости в другие контуры с разными температурными градиентами.     
• Она же пригодится для накопления в верней части корпуса пузырьков газа. Там можно установить автоматической устройство для удаления воздуха.

Схема применения гидрострелки в сложной системе отопления

Устройство гидрострелки отопления

На следующем снимке – стандартное изделие этой категории.

Установленный внизу вентиль предназначен для слива жидкости вместе с механическими примесями

Обратите внимание на специальное сужение в нижней части. В нем скапливаются загрязнения, не выносятся потоком жидкости далее в систему. Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух

Сверху вмонтирован автоматический клапан, выпускающий воздух.

Гидрострелки при необходимости оснащают манометрами, вентилями и другими устройствами

Схема обвязки с котлом

Чтобы понять, как работает гидрострелка в системе отопления с несколькими контурами, мы предлагаем изучить схему ее обвязки с котлом, представленную ниже:

Теперь оба коллектора связаны между собой перемычкой, уравнивающей давление в подающей и обратной магистрали. Благодаря этому в каждый контур поступит столько теплоносителя, сколько нужно

При этом важно обеспечить такой же расход теплоносителя со стороны теплогенератора, иначе его температура на стороне потребителей может стать недопустимо низкой

В интернете очень популярна схема гидрострелки (показана выше), изображающая 3 рабочих режима:

• суммарный расход теплоносителя в контурах потребителей и со стороны котла одинаков;
• отопительные ветви отбирают большее количество воды, чем ее обращается в котловом контуре;
• расход в кольце со стороны теплогенератора больше.

В действительности у гидрострелки режим работы один-единственный, он изображен на схеме под номером 3. Добиться идеального режима (№1) невозможно, так как гидравлическое сопротивление ветвей потребителей все время меняется из-за работы термостатов, да и подобрать так точно насосы нереально. По схеме №2 действовать нельзя, потому что тогда большая часть теплоносителя станет обращаться по кругу со стороны потребителей.

Это приведет к понижению температуры в системе отопления, ведь со стороны котла в гидрострелке будет подмешиваться мало горячей воды. Чтобы поднять эту температуру, придется выводить теплогенератор на максимальный режим, что не способствует стабильной работе системы в целом. Остается вариант №3, при котором в коллекторы идет достаточное количество воды требуемой температуры. А уж понизить ее в контурах – задача трехходовых клапанов.

Функция гидрострелки в системе отопления лишь одна – создание зоны с нулевым давлением, откуда смогут отбирать теплоноситель любое число потребителей. Главное, — обеспечить необходимый расход со стороны источника тепла. Для этого реальная производительность котлового насоса должна быть немного больше суммы расходов на всех ветвях потребителей. Подробнее обо всех нюансах рассказано и показано на видео:

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

Полезная информация! Для сложного оборудования требуется датчик температуры, манометр и линия для запитки системы.

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

В данной таблице продемонстрированы некоторые модели и их стоимость.

Схемы самостоятельного изготовления гидрострелки

При сборке гидрострелки своими руками, главное – верно произвести расчеты и обладать навыками работы со сварным аппаратом.

Прежде всего, необходимо найти оптимальные размеры гидроразделителя:

• внутренний диаметр: разделить сумму всех мощностей нагревательных котлов в кВт на температурную разницу подачи и обратки, извлечь из полученного параметра квадратный корень, а затем умножить последнее значение на 49;
• высота: умножить внутренний диаметр на шесть.
• промежутки между патрубками: умножить внутренний диаметр на два.

Основываясь на полученных параметрах нужно составить чертеж или использовать одну из представленных ресурсом «Сантехник Портал» схем будущего гидрораспределителя. После этого нужно подготовить стальную трубку круглого или квадратного сечения, которая соответствует вычисленным показателям, и вварить в нее требуемое число патрубков с резьбовыми соединениями.

Вопреки простоте прибора, характеристики гидрострелки все равно должны соответствовать конкретным условиям. Также при самостоятельной сборке нужно понимать, от чего отталкиваться.

Классическая сборка типичной гидравлической стрелки основывается на «правиле трех диаметров». То есть диаметр патрубков — втрое меньше диаметра главного цилиндра разделителя. Патрубки находятся диаметрально противоположно, а их расположение по высоте тоже привязано к основному диаметру.

Классическая схема гидравлического разделителя:

Применяется также некоторое изменение положения патрубков – своеобразной «лесенкой». Данная модификация ориентирована главным образом на более результативное выведение газа и нерастворимых взвесей. При циркуляции по трубе подачи незначительное изменение направленности потока жидкости зигзагообразно вниз содействует наиболее лучшему устранению пузырьков газа.

На обратном потоке, наоборот, ступенька вверх, и это упрощает выведение твердого осадка. Кроме этого, данное размещение содействует оптимальному смешению потоков. Соотношения пропорций выбраны таким образом, чтобы создать условия скорости вертикального потока в диапазоне от 0,1 до 0,2 метров в секунду.

Превышать данный предел – запрещено. Чем меньше быстрота вертикального потока, тем эффективнее будет отделение воздуха и шлама. Чем медленнее движение, тем качественнее совершается смешение потоков с разной температурой. В результате по высоте устройства формируется температурный градиент.

Схема гидрострелки со ступенчатым расположением патрубков:

Если система обогрева содержит контуры с различными температурными режимами, то стоит использовать гидрораспределитель, выполняющий функции коллектора, причем на разных парах патрубков будет свое температурное давление. Это существенно сократит нагрузку на термостатические приспособления, сделает более управляемой всю систему, эффективной и экономной.

Чем ближе пара патрубков к середине, тем меньше напор температуры в трубке подачи, и тем меньше разница температур в подаче и обратке. К примеру, для батарей наилучший режим — 75 градусов в подаче с разницей Δt = 20 ºС, а для системы теплого пола хватает 40÷45 с Δt = 5 ºС.

Схема гидравлического разделителя с тремя выходами на контуры отопления:

Горизонтальное размещение. В подобных вариациях, разумеется, уже не идет речи об удалении осадка и воздуха. Размещение штуцеров значительно различается — для эффективного перемещения жидкости нередко используются схемы даже во встречным направлением потоков «малого» и отопительного контура.

Такую гидравлическую стрелку делают для того, чтобы, к примеру, более компактно разместить оборудование в котельном помещении, поскольку встречное направление потоков позволяет немного сократить диаметр трубок. Однако при этом конструкция должна соответствовать некоторым требованиям:

• между патрубками одного контура должно сохраняться промежуток не менее 4d;
• если входные патрубки обладают диаметром меньше 50 мм, то дистанция между ними не должна быть менее 200 мм.

Варианты схем гидравлического разделителя горизонтального расположения:

Встречаются также совершенно «диковинные» конструкции. К примеру, один умелец смог соорудить гидрострелку из двух секций обычного чугунного радиатора. С гидравлическим разделением данное приспособление справляется без проблем. Однако такой способ требует очень надежной термоизоляции прибора, иначе благодаря ему, возникнут абсолютно непроизводительные потери тепла.

Расчет гидрострелки с коллектором

Существует несколько методик расчета гидрострелки с коллектором,однако все они сводятся к определению сечения данных конструкций.

Обратите внимание! В интернете можно найти специальные калькуляторы, существенно упрощающие расчет гидрострелки для отопления.Вместе с тем, умение определять диаметр конструкции самостоятельно также будет не лишним. Как минимум, такие знания позволят проверить правильность онлайн-расчета

Формулы для определения диаметра гидравлического разделителя

Рассмотрим две наиболее простые формулы для расчета диаметра гидроразделителя, которые не должны вызвать каких-либо сложностей у рядового потребителя.

Данная формула выведена экспериментальным путем и описывает так называемый метод трех диаметров. Здесь d – это диаметр входных/выходных патрубков.

В этом случае диаметр гидроразделителя определяется с учетом расхода воды в отопительных контурах, где:

• 1000 – коэффициент для преобразования метров в миллиметры;
• Q – разность между расходом котлового и потребительского контуров (м³/с);
• π – константа, равная 3,14;
• V – скорость вертикального движения воды внутри гидрострелки (расчетная величина – 0,1 м/с).

В качестве примера примем расход котла равным 60 л/мин, а отопительного контура – 40 л/мин. Разность составляет 20 л/мин или0,00033 м³/с. Таким образом:

Размер гидравлического разделителя зависит от величины расхода теплоносителя в котле и контуре отопления

Правило расчета коллектора системы отопления

Для обеспечения равновесия и стабильности системы все трубопроводы должны оптимально подходить друг другу по пропускной способности. Главное правило, по которому производится расчет коллектора, звучит так: площадь поперечного сечения гидравлического коллектора равна сумме площадей сечений всех отводящих веток.

Важно! Несоблюдение правила конструирования коллектора приведет к недостаточной интенсивности движения теплоносителя, что негативно отразится на качестве отопления. Правило расчета гидроколлектора выражается в следующей формуле:

Правило расчета гидроколлектора выражается в следующей формуле:

• S – площадь сечения коллектора;
• S1, S2…, Sn – площадь сечения отводящих трубопроводов (входящие ветки в расчет не берутся).

Сечение распределительного коллектора равно суммарному сечению отводящих веток