Расчет гидрострелки: стабильность системы отопления

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.

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.

Гидрострелки при необходимости оснащают манометрами, вентилями и другими устройствами

Принцип действия гидрораспределителя

Не приминая в расчет разнообразные промежуточные варианты, принцип работы гидрострелки можно описать тремя основными режимами ее функционирования:

Режим первый. Система функционирует почти в равновесии. Расход «малого» контура почти не отличается от суммарного расхода всех контуров (Qк = Qо). Перегоняемая жидкость не задерживается в гидравлической стрелке, а проходит через нее по горизонтали, почти не образуя вертикального движения.

Температура воды на патрубках подачи (Т1 и Т2) — одинакова. Такая же ситуация и на патрубках, которые подсоединены к «обратке» (Т3 и Т4). В таком режиме гидрораспределитель, по большому счету, никак не влияет на работу системы. Однако в таком режиме контуры функционируют крайне редко, поскольку параметры системы всегда претерпевают изменения в процессе эксплуатации.

Режим второй. Принцип работы следующий: в данный момент случилось так, что суммарный расход на контурах превосходит расход в контуре котла (Qк < Qо). Данная ситуация на практике случается очень часто, когда всем контурам в один момент времени требуется максимальный расход жидкости.

Другими словами, незамедлительная потребность в теплоносителе больше того, что может выдать контур котла. В этом случае при наличии гидрострелки система не встанет и не разбалансируется. В гидравлическом распределителе просто образуется восходящий по вертикали поток от патрубка «обратки» коллектора к патрубку подачи.

В то же время к этому потоку в верхней области гидрострелки осуществится подмес горячей жидкости, циркулирующей по «малому» контуру. Температурный баланс: Т1 > Т2, Т3 = Т4.

Режим третий. Принцип работы гидравлической стрелки в этом режиме является, по сути, основным. В компетентно спроектированной и смонтированной отопительной системе именно он и будет превосходящим. Расход теплоносителя в «малом» контуре больше подобного суммарного показателя на коллекторе, то есть «спрос» на нужный объем стал ниже «предложения». (Qк > Qo).

Причин тому может быть сколько угодно – от изменения параметров аппаратуры термостатического регулирования до отключения некоторых радиаторов. Никакой из этих факторов не окажет негативного влияния на общий процесс работы системы обогрева.

Избыток объема жидкости вертикальным спускающимся потоком просто уйдет в «обратку» малого контура. В сущности, котел будет обеспечивать избыточный объем, а каждый из контуров станет забирать столько, сколько необходимо в данный момент. Температурный баланс при таком режиме работы: Т1 = Т2, Т3 > Т4.

Как самому сделать: подготовка инструментов и материалов

Самостоятельный монтаж гидрострелки требует использования:

• сварочного аппарата;
• молотка;
• болгарки;
• коллектора (достаточно профильной трубы 80х80 со стенкой 3 мм);
• двух квадратных шайб на торцы;
• двух резьбовых элементов для спуска воздуха и сливного крана;
• две котловые трубы с резьбой диаметром 25 мм;
• 6 резьбовых деталей по 20 мм для потребителей (2 для отопления, 2 на тёплые полы, 2 — косвенного обогрева);
• манометра;
• кранов;
• биметаллических коронок25 и 29 диаметра, свёрла 8,5 мм;
• сварочных электродов (3 мм);
• грунтовки, краски молотковой.

Внимание! Обязательно проверьте уровнем качество соединительных деталей. Устанавливая кривые резьбы, краны и насосы повредятся

Предварительные расчёты

Для создания чертежей гидрострелок требуется правильно определить диаметр трубы.

Фото 1. Металлическая гидрострелка, установленная в систему отопления. Перед монтажом необходимо рассчитать диаметр труб.

Расчёты проводятся по формуле: D=49*√W: Δt, где:

W — мощность котельного оборудования.

Δt — температурная разница.

Длина коллектора должна соответствовать шести диаметрам, а между трубками делают расстояние, равное 2-3 Ø. Используя полученные данные, чертят схемы сборки прибора.

Последовательность изготовления, схема

В заранее подготовленном коллекторе прожигают электродом отверстия, согласно разметке. Для 3 потребителей используют профильную трубу длиной 900 мм. На торцевой поверхности сгонов делают фаску примерно 1 мм. Размечают расположение коллекторных труб: с одной стороны 3 подачи, 3 обратки. Отступают по 50 мм от края «холодной» и «горячей» стороны, отводят по 150 мм для 3 входов патрубков.

На противоположной стенке трубы сверлят отверстие под контур подачи (напротив среднего отвода для потребителей). От этого отверстия отмеряют 250 мм, просверливают дополнительный зазор для обратки. Полученная конструкция предусматривает размещение 6 входов для труб потребителей с одной стороны, 2 отверстия под контуры котла с противоположной.

Для создания начальных отверстий послужит ступенчатое сверло. Достичь требуемого диаметра для входа резьбы ¾ поможет коронка на 20 мм. Дополнительной насадкой (диаметром 29 мм) создают дюймовые отверстия для котлового контура.

Фото 2. Схема гидрострелки для отопительной системы. Красным цветом указаны трубы, в которые подключается контур с горячей водой, синим — с холодной.

Квадратные шайбы выполняют функцию заглушек. К пластинам приваривают стальные муфты. Торцы зачищают, делают скос на кромках, прихватывают сварочным аппаратом к разделителю. Образуют первый шов, зачищают, проводят дополнительную облицовку сваркой.

На зачищенную гидрострелку приваривают резьбу для котлового контура, труб потребителей. Накрутив чугунные заглушки, готовят прибор под испытания. Подключают насосное оборудование, подгоняющее воду. Контролируют рабочее давление (2 атмосферы) через штуцер сливного крана. Остаётся подготовить гидрострелку под покраску, предварительно защитив резьбы от отделочного материала.

Устанавливают прибор вертикально, горизонтально, под углом. Воздушный клапан размещают вверху, сливной кран — внизу. Сложные конструкции оснащают горизонтальными перегородками. Сборник шлама и магнитный уловитель размещают внизу корпуса. Аэрация проходит вверху.

Совет. Профессиональные мастера рекомендуют оснащать гидрострелки манометрами, обеспечивающими контроль давления в отопительной сети.

Для чего нужна

Чтобы выяснить, для каких целей используется гидрострелка, требуется понять принцип функционирования самой простой системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя.

Главными составляющими вышеприведенной схемы являются:

• отопительный котел;
• радиаторы или конвекторы, которые размещаются на одном контуре (количество отопительных приборов может быть разным);
• насос – прибор, с помощью которого носитель тепла циркулирует по магистрали.

Кроме этого, в систему входят и другие элементы, например, расширительный бак, но мы не будем заострять на них внимание, так как они не так важны для объяснения принципа работы гидрострелки. Описанная выше схема подойдет для дачи или небольшого дома, но если строение имеет большую площадь или несколько этажей, то потребуется более сложная отопительная система с применением коллекторной схемы. Описанная выше схема подойдет для дачи или небольшого дома, но если строение имеет большую площадь или несколько этажей, то потребуется более сложная отопительная система с применением коллекторной схемы

Описанная выше схема подойдет для дачи или небольшого дома, но если строение имеет большую площадь или несколько этажей, то потребуется более сложная отопительная система с применением коллекторной схемы.

На схеме видно, что к коллектору подсоединены следующие приборы:

• Контуры с разным количеством радиаторов отопления. Контуров может быть несколько и их протяженность также может отличаться друг от друга (на схеме Р).
• Системы водяных теплых полов, к которым предъявлены другие температурные параметры теплоносителя. Кроме этого, длина теплых полов значительно больше контуров, что повышает уровень гидравлического сопротивления (на схеме СТП).
• Бойлер косвенного нагрева. Задача этого оборудования – обеспечение горячего водоснабжения. К бойлеру тоже предъявляются совершенно другие требования (на схеме Бгвс).

Не нужно быть специалистом, чтобы понять, что со всеми составляющими автономной системы отопления не сможет справиться один насос, даже если он будет достаточной мощности. Стоит учесть, что слишком мощный насос будет создавать повышенное давление, а это пагубно отразится на работе дорогостоящего котла и приведет к сокращению его срока эксплуатации.

Учитывается и тот фактор, что каждый отдельный контур отличается напором и другими техническими характеристиками. Поэтому используя один насос, невозможно добиться скоординированной работы системы.

Для нормальной работы нескольких контуров необходима максимальная точность в настройке насосов, но достичь подобного эффекта невозможно. Это объясняется тем, что такие величины, как напор, производительность и степень нагрева переменные. Существует множество ситуаций, при которых один контур может повлиять на состояние другого. Проявляться они могут по-разному. Например, резко меняться напор или температура теплоносителя, но в любом случае, эффект будет негативным. Такие разлады пагубно отразятся и на работе насоса, и на состоянии котла.

Известно, что за разделение гидравлических систем отвечает коллектор. Но возможно ли, чтобы и контуры котла были автономными? Имеется в виду то, что котел должен подавать определенное количество носителя тепла для каждого контура, а контур, в свою очередь, принимал бы определенное количество жидкости.

Данная задача вполне реальна. Для этого необходимо выделить малый контур котла, что осуществляется при помощи гидравлического распределителя. То есть этот элемент может изменять направление теплоносителя, когда это требуется для корректной работы системы отопления.

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.

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.

Гидрострелка для отопления своими руками из стали

Для того, чтобы работать с металлом, нужны определенные навыки и умения. Вы решили выполнить самодельную гидрострелку из стали? Тогда подходить к этому процессу стоит со всей серьезностью и ответственностью.

Первые трудности, с которыми придется столкнуться — это выбор марки стали. Многие пользователи считают, что можно воспользоваться любым отрезком трубы, который без надобности лежит у вас в гараже или кладовке. Однако, это глубокое заблуждение. От качества используемой основы будет напрямую зависеть срок эксплуатации гидравлического разделителя, его внешний вид. Специалисты советуют отдавать предпочтение нержавеющей или конструкционной стали. Обе марки выпускаются и продаются в листах, работать с ними начинающему мастеру достаточно трудно, поэтому следует присмотреться к стальным трубам.

В качестве основы их используют многие опытные монтажники. Рассмотрим на примере работы известного видеоблогера Виталия Лужецкого, который варил гидрострелку из металлической трубы.

Заготовка для гидрострелки

За основу автор взял трубу, диаметр которой равен 76 мм по внутренней окружности.

После тщательного осмотра детали, Виталий начал сверлить отверстия, к которым в будущем будет приварена резьба.

Сверлим отверстия для крепления резьбовых соединений.

Общее количество выходов — 8. Два необходимы для подсоединения котла, и по три на подачу и обратку.

Мужчина сварил гидрострелку для отопления дома своими руками, т.к. готовое изделие отыскать не удалось. В доме был установлен двухконтурный котел, его КПД было недостаточно для обогрева дома, было принято решение установить бойлер косвенного нагрева. Подсоединить его напрямую к котлу нельзя, поэтому владелец и решил изготовить самостоятельно гидравлический разделитель из стали.

На следующем этапе необходимо разложить комплектующие. Резьбы или “соски” Ду 20 ¾ с внутренней окантовкой для возможности приваривать к входам и выходам и заглушки на концевые отверстия. Сверху на заглушку монтируется резьба ½ для того, чтобы можно было подсоединить автоматический отводчик воздуха. Затем приступают непосредственно к процессу сварки. Изначально работа ведется с чашами-заглушками.

Сварка заготовок гидрострелки

Неровности швов необходимо хорошо зачистить или сточить при помощи болгарки. На шов разбрызгивают специальный состав, который снижает электризацию металла.

Зачистка сварочных швов на заготовке гидрострелки

На следующем этапе выполняется установка и присоединение резьбы

Здесь очень важно, чтобы все диаметры были точными

Шлифовка гидрострелки своими руками

Черновая сварка выглядит не очень эстетично, однако все недочеты можно устранить в процессе шлифовки

Отдельное внимание следует уделить участкам стыка (переходным областям). Если там присутствует большое количество неровностей, то необходимо произвести еще одну вспомогательную процедуру — шпаклевание

Изначально корпус изделия необходимо прогрунтовать и дать ему подсохнуть на протяжении нескольких часов.

Загрунтованная гидрострелка

Также стоит помнить и об опрессовке. Чаще всего проверку стрелки выполняют еще до отделки, допустимый диапазон равен 10-16 Атм. Окончательная покраска производится только после того, как все подготовительные работы будут завершены. Краска из баллончика наносится с перерывом в пятнадцать минут. Всего необходимо нанести три слоя.

Окраска гидрострелки баллонной краской

Себестоимость изделия составила около двух тысяч рублей.

https://youtube.com/watch?v=3_DKbbnHfOw