Гидрострелка: принцип работы, назначение и расчеты

Для того чтобы выровнять гидравлическое давление в системе отопления и уменьшить давление на котел используется гидравлический разделитель или, проще говоря, гидрострелка. Это устройство представляет собой отрезок трубы круглого или квадратного сечения, с приваренными к нему патрубками. Общий вид такого устройства можно увидеть на рисунке ниже.

Как выглядит гидрострелка для системы отопления

Как видно из рисунка, с одной и с другой стороны расположены патрубки для подсоединения труб от котла и от контуров системы отопления. Вверху обычно располагается автоматический клапан для сброса воздуха, а внизу –кран для сброса осадка из системы отопления.

Использование

Обычно гидравлический разделитель устанавливают в следующих случаях:

1. Если в доме большая, мощная система отопления с большим количеством радиаторов, но при этом с небольшим водяным контуром отопительного котла. Если такая система работает без гидрострелки, то, во-первых, ее очень сложно отбалансировать, если вообще возможно, во-вторых, создается большая нагрузка на насос котла отопления, что выводит его быстро из строя.
2. Если система отопления комбинированная из нескольких контуров: батареи отопления, теплый пол, бойлер косвенного нагрева. В таких системах отопления без гидравлического разделителя при отключении одного контура может возникнуть разбалансировка системы отопления с резким повышением температуры теплоносителя. Это также неблагоприятно влияет на работу котла.
3. При использовании в системе отопления двух и более отопительных котлов для увязки их в одну систему отопления.

Благодаря установке гидрострелки в систему отопления можно получить такие положительные изменения:

1. Равномерный прогрев всех батарей системы отопления. При хорошей правильнойбалансировке можно установить оптимальный тепловой режим в отопительной системе.
2. Согласованная работа контуров водяного пола, отопительных батарей и бойлера косвенного нагрева.
3. Возможность удалять накопившуюся грязь и лишний воздух в системе отопления. С помощью спускного крана и автоматического воздушного клапана на гидрострелке можно удалять различный шлак из системы отопления.
4. Можно согласовать работу двух котлов, при этомне используя сложное громоздкое оборудование.

Недостатки применения гидрострелки:

1. Необходимость работать только на системах отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя;
2. Нужно устанавливать дополнительный циркуляционный насос на каждый контур.

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.

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.

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;

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.

Гидрострелка для нескольких контуров

Для отопления нескольких контуров существуют разные конструкции гидравлических разделителей.

Схема использования гидрострелки в отопительной системе с несколькими контурами

Как видно из рисунка, в такой конструкции вода поступает из котла к гидрострелке и возвращается в него по двум патрубкам, а отводится в систему – по нескольким. Такая схема подключения позволяет разделить контуры отопления и подавать на каждый контур воду с разным температурным градиентом.

Если сделать устройство по этому принципу, то при его работе будет происходить следующее:

1. Горячая вода из трубы (Т1) поглотится трубой (Т2), при расходе Q1=Q2.
2. Если Q1=Q2 вода, попадающая в трубу (Т3) по температуре становится равной температуре труб (Т6), (Т7), (Т8), а разница температур между (Т3) и (Т4) при этом не значительна.
3. Если Q1=Q2+Q3•0,5, происходит следующее: температура Т1=Т2, Т3=(Т1+Т5)/2, Т4=Т5.
4. Если Q1=Q2+Q3+Q4, то Т1=Т2=Т3=Т4.

Как видно, такая схема подключения имеет ряд недостатков и не может разделять контура отопления качественно с нужным температурным градиентом.

Для того чтобы правильно распределить температуру по контурам, используют такую схему соединения:

Схема гидрострелки для правильного распределения температуры по контурам

При запитывании по этой схеме необходимо соблюдать некоторые условия для правильной работы устройства:

1. Трубопровод (Т1) должен располагаться выше трубопровода (Т2).
2. Труба (Т9) должна находиться строго посередине между трубами (Т3) и (Т4).
3. Трубопровод (Т10) и (Т5) между собой должны располагаться на расстоянии не менее 20 см.
4. Труба (Т5) должна располагаться выше труб (Т6), (Т7) и (Т8), для того чтобы вода, поступающая из этих труб, перемешивалась перед подачей в трубу (Т5).
5. Расстояние между трубами (Т2), (Т3) и (Т4) должно быть по возможности одинаковым.

При такой схеме работы температуру в контурах можно выровнять с помощью балансировочных клапанов на трубопроводах (Т1), (Т9) и (Т10). Это особенно хорошо для бойлера, которому необходимо подать самую высокую температуру теплоносителя для теплого пола с самой низкой температурой.

Можно также подсоединить контура по такой коллекторной схеме:

Коллекторная схема подсоединения гидрострелки

При такой схеме подсоединения температурный напор также регулируется балансировочными клапанами, но не в таких пределах, как по предыдущей схеме. При этом диаметр коллекторов должен быть достаточно большим для равномерного распределения теплоносителя.

Конструкции гидрострелок

Если при использовании гидрострелки не ставится цель убирать шлам и воздух из системы отопления, то можно ее расположить горизонтально по такой схеме:

Схема горизонтального расположения гидрострелки

Как видно из рисунка, тут гидрострелка располагается горизонтально, и патрубки, соответственно, могут быть как снизу, так и сбоку. При этом длина гидрострелки и расстояние между трубопроводами могут быть какое угодно, только желательно, чтобы подающий и отводящий патрубок между собой располагались на расстоянии не менее 20 см.

Обычно гидравлический разделитель изготавливают из металла, но если не хочется, чтобы в систему попадала ржавчина, то можно ее изготовить из полипропилена своими руками. При этом если нет труб из полипропилена подходящего диаметра, то конструкции можно придать такой вид:

Гидрострелка из пластмассовых труб

Еще проще можно сделать, если поставить вместо такой конструкции радиатор отопления. При этом его нужно утеплить, чтобы он не отдавал тепло в котельную. В противном случае будет происходить потеря тепла.

При использовании гидрострелки в системе отопления можно добиться таких улучшений в работе:

1. Повышается долговечность котла. При работе без гидрострелки очень часто можно наблюдать скачки температуры в системе, что плохо сказывается на работе котла.
2. Возможность регулировать температуру на каждом отдельном контуре.

Назначение гидрострелки. Видео

Про устройство, назначение и принцип работы гидрострелки рассказывает видео ниже.

Гидравлический разделитель считается одним из самых удачных решений для регулирования системы отопления. Несмотря на свои недостатки, такие как, например, необходимость использования дополнительных насосов и невозможность работать в безнапорном режиме, использование гидрострелки в системе отопления имеет ряд достоинств. Она лучше всех справляется с распределением гидравлического сопротивления и температурного градиента в сети отопления, при этом ее можно изготовить своими руками из подручных средств. Этого не скажешь, например, о трехходовом клапане, для изготовления которого нужен как минимум токарный станок. Да и последующие эксплуатационные издержки сводятся к минимуму. Так что гидравлический разделитель можно считать одним из лучших средств для регулирования системы отопления по соотношению цена/функциональность.