Зачем нужен гидравлический разделитель

В данной статье хотелось бы в простой и доступной форме объяснить принцип действия гидравлического разделителя и остановиться на преимуществах в применении данного прибора. Вначале рассмотрим следующую типовую схему (рисунок 1).

Если в Вашей схеме количество контуров отопления (насосов потребителей) не так велико, как в на рисунке 1, не спешите закрывать страницу, в схемах с напольными котлами из чугунных теплообменников, гидрострелка может выполнять важную функцию - защищать теплообменник от "тепловых ударов." Для упрощения на схеме не показаны краны, фильтры, расширительные баки и другие элементы. На данной схеме приведен пример двух совместно работающих котлов. В системе имеются: нерегулируемая зона отопления без собственного насоса (зона 1); высокотемпературная зона отопления (зона 2) с собственным насосом, регулируемая при помощи зонального комнатного термостата (КТ2); низкотемпературная зона (зона 3 - «теплые полы»), регулируемая при помощи датчика температуры воды. Бойлер для орячей воды, присоединенный как одна из зон системы отопления.Температура воды в бойлере регулируется при помощи термостата бойлера путем включения загрузочного насоса бойлера.

В традиционных гидравлических схемах, применяемых в отоплении, все контуры соединены с общим коллектором.

В рассматриваемом примере при изменении количества работающих зональных насосов (Н2, Н3, Н4) вторичных контуров будет изменяться перепад давления (?P), создаваемый зональными насосами на коллекторе между подачей и возвратом. Работа каждого насоса в этом случае подвержена существенному влиянию со стороны других насосов системы. И мы сталкиваемся со следующими проблемами:

  • Насосы могут не обеспечить необходимую производительность. Это особенно относится к маломощным насосам, которые должны расходовать много энергии для преодоления влияния насосов большей мощности.
  • Насосы могут выйти из строя (влияние дополнительных контуров может заставить насосы работать в неоптимальном или нештатном режиме).
  • Система отопления работает большую часть времени в условиях, далеких от оптимальных, а не в тех, на которые она была рассчитана при проектировании.
  • Использование устройств регулирования расхода в зональных системах приводит к разбалансированию.
  • Радиаторы могут нагреваться даже при остановленных насосах (из-за паразитных течений, создаваемых другими работающими насосами.
  • Сложности с подбором насосов.
  • Появление тепловых ударов и разрушением из-за этого секций чугунного котла (в случае отсутствия дополнительных устройств).

Правильный подбор насосов для такой системы является непростой задачей. В частности, суммарное давление, создаваемое основными насосами котлов (КН1 и КН2) должно превосходить суммарное разряжение дельта P, создаваемое зональными насосами (Н2, Н3, Н4…). Увеличенная скорость воды может увеличить шум в системе.

Избежать всех вышеперечисленных проблем и обеспечить устойчивую работу системы поможет применение такого простого элемента, как гидравлический разделитель. Иногда его также называют гидравлической стрелкой, гидрострелкой.

И ранее рассмотренная схема превращается в следующую (рисунок 2). 

Работа гидравлической стрелки

Функцией гидравлического разделителя, как следует из его названия, является отделение первичного (котлового) контура от вторичного (отопительного). При использовании гидростреклки давление дельта P между коллекторами подачи и возврата близко к нулю. Давление дельта P определяется гидравлическим сопротивлением разделителя, которое незначительно. Кроме того, это значение является постоянной величиной, не зависящей от количества одновременно работающих насосов во вторичном контуре.

Практический опыт показывает, что применение гидравлической стрелки настоятельно рекомендуется, если без разделителя перепад давления между коллекторами дельта P > 0,4 метров водяного столба.

Кроме того, одна из важнейших функций гидравлической стрелки - защита чугунного теплообменника котла, от теплового удара. Во время первого включения котла, теплообменник может нагреться до высокой температуры за очень короткий промежуток времени, при этом даже в самой короткой петле отопления теплоноситель еще не успевает нагреться до аналогичной температуры. Поэтому из обратного трубопровода системы отопления (например из обратного коллектора рисунок 1), "холодный" теплоноситель попадает на раскаленный теплообменник, что приводит к его преждевременному разрушению и выходу котла из строя.

Применение гидрострелки, позволяет уменьшить контур отопления котла и обеспечить разницу температур в подающем и обратном трубопроводе не выше 45 гр.С.

Внутри гидравлического разделителя может происходить перемешивание входящей и возвратной воды и он может работать в трех режимах.

На практике, гидравлика схемы никогда не соответствует расчетным параметрам, и применение гидравлического разделителя позволяет устранить многие недочеты.

Размеры и расчет гидравлической стрелки

При самостоятельном изготовлении гидравлического разделителя обычно применяют два метода для определения оптимальных размеров – метод трёх диаметров (рисунок 6) и метод чередующихся патрубков (рисунок 7).

Единственный размер, который необходимо определить при подборе разделителя – это диаметр разделителя (или диаметр подводящих патрубков). Гидравлический разделитель подбирается, исходя из максимально возможного протока воды в системе (куб. м/час) и обеспечения минимальной скорости воды в разделителе и в подводящих патрубках. Рекомендуемая максимальная скорость движения воды через поперечное сечение гидравлического разделителя составляет примерно 0,2 м/сек.

Размеры гидравлического разделителя

Используемые математические обозначения:

D – диаметр гидравлического разделителя, мм;

d – диаметр подводящих патрубков, мм;

G – максимальный проток воды через разделитель, куб. м/час;

w – максимальная скорость движения воды через поперечное сечение гидравлического разделителя, м/сек (ориентировочное значение составляет примерно 0,2 м/сек);

с – теплоемкость теплоносителя, в данном примере – теплоемкость воды  (константа);

P – максимальная мощность устанавливаемого котельного оборудования, кВт;

T - задаваемая разность температур между подачей и возвратом системы отопления, °С  (принимаем равной примерно 10°С).

 

Опуская несложные математические выкладки, получаем следующие формулы:

1) Зависимость диаметра гидравлического разделителя от максимального протока воды в системе.

Пример: Согласно схеме на рисунке №2 после подбора насосов получились следующие значения для максимальных режимов. В котельном контуре расход воды через каждый из котлов составил 3,2 куб. м/час. Итоговый расход воды в котельном контуре составляет 3,2+3,2=6,4 куб. м/час.

 В отопительном контуре имеем:

  • Первая зона системы отопления-1,9 куб. м/час.
  • Вторая зона отопления-1,8 куб.м/час.
  • Низкотемпературная зона-1,4 куб.м/час.
  • Бойлер ГВС-2,3 куб.м/час.

Итоговый расход воды через отопительный контур в пиковом режиме составляет:

 1,9+1,8+1,4+2,3=7,6 куб. м/час.

Пиковый расход воды в отопительном контуре выше расхода воды в котловом контуре, поэтому размеры гидравлического разделителя определяем по расходу в отопительном контуре.

Ориентировочный диаметр разделителя получился равным 116 мм.

2) Зависимость диаметра гидравлического разделителя от максимальной мощности устанавливаемого котельного оборудования.

Если насосы еще не подобраны, то примерно оценить размеры гидравлического разделителя можно по максимальной мощности устанавливаемого котельного оборудования, задав разность температур между подачей и возвратом системы отопления равной примерно 10°С.

Пример. Согласно схеме на рисунке 2 будут использоваться два котла с максимальной мощностью каждого –49 кВт.

Ориентировочный диаметр разделителя получился равным 121 мм.

Основные преимущества применения гидравлических стрелок:

  • Существенно упрощается подбор насосов.
  • Улучшается режим работы и долговечность котельного оборудования.
  • Защита чугунного теплообменника от теплового удара.
  • Гидравлическая устойчивость системы, отсутствие разбалансировки.
  • Если типовой настенный двухконтурный котел работает на большую систему отопления, то встроенного насоса может быть недостаточно. Идеальным вариантом является применение гидравлического разделителя и небольших насосов на каждую зону.
  • Готовые разделители, имеющиеся в продаже, можно использовать в качестве эффективных удалителей шлама и воздуха из системы.

Почему температура теплоносителя после стрелки (гидравлического разделителя) меньше чем на входе?

Это наиболее часто задаваемый вопрос людей, у которых в котельной установлен гидравлический разделитель. Данный режим работы гидрострелки описан на рисунке 4. Основная причина - расход теплоносителя котлового контура меньше расхода контуров отопления.   Если перепад температур небольшой, можно не думать об этой проблеме, если перепад больше 10 градусов, то необходимо смотреть, правильно ли выбраны насосы, либо попробовать отрегулировать расходы насосов с помощью переключателей скоростей (самих насосов).