Термогидравлический распределитель принцип работы: Описание и расчет термогидравлического распределителя

Термогидравлические разделители для систем отопления. Назначение, конструкция и принцип работы

Назначение гидрострелки, зачем нужна гидрострелка.

Гидрострелка (гидравлический разделитель, гидравлическая стрелка или термогидравлический разделитель) – это один из самых важных узлов в системе отопления с источниками генерации тепловой энергии.

Он предназначен для разделения котлового контура и контура потребителей тепла, создавая зону пониженного гидравлического сопротивления. Таким образом, гидравлический разделитель позволяет сбалансировать контур котла с остальными контурами потребителей тепла.

Гидравлический разделитель (гидрострелка) обеспечивает гидравлический (и температурный) баланс контуров. При использовании такой гидрострелки расход теплоносителя в контуре потребителей тепла задается только при включении/отключении насоса соответствующего контура. Когда насос вторичного контура отключен, циркуляция в нем отсутствует и теплоноситель, циркулирующий под воздействием насоса первичного контура, возвращается в котел через гидравлический разделитель. В результате, при использовании гидрострелки, в первичном контуре поддерживается постоянный расход теплоносителя, а во вторичном контуре – расход теплоносителя определяется в соответствии с тепловой нагрузкой.

Гидравлический разделитель включает в себя также функции деаэратора и шламоуловителя. В современных отопительных системах гидрострелка является стандартной опцией.

  

Рассмотрим схему гидрострелки.

Современные системы отопления, как правило являются многоконтурными, т.е. состоят из нескольких гидравлических контуров отопления (рисунок 1). Эти контуры могут быть как низкотемпературными (напольное отопление или низкотемпературное радиаторное отопление), так и высокотемпературными (высокотемпературное радиаторное отопление, воздушное отопление, подогрев бассейна, контур нагрева емкостного водонагревателя).

В ряде случаев требуется применение смесительных узлов для поддержания заданной температуры теплоносителя путем смешивания теплоносителя с разными температурами. Этими процессами управляет автоматика.

С учетом особенностей работы некоторых насосов, например загрузочного насоса водонагревателя и трехходовых смесителей получается, что каждый контур системы отопления «живет своей жизнью», т.е. отбирает именно то количество нагретого теплоносителя, которое ему необходимо в данный момент. Таким образом, суммарный расход (количество используемого нагретого теплоносителя) всех контуров отопления не является постоянным, а меняется в течение времени и условий.

Для котла необходим постоянный и неизменный расход теплоносителя. Это сильно влияет на эффективность его работы и ресурс. Следовательно, для стабильной и корректной работы всей системы отопления необходимо, по возможности, отделить друг от друга контур котла и каждый из контуров системы отопления, таким образом, сделать независимыми производство (контур котла) и потребление тепла (контур отопления). Такую функцию гидравлического разделения выполняют гидрострелки, которые на практике представляют собой вертикально установленный участок трубопровода (перемычку) большого диаметра. Вероятно, наиболее полное описание и принцип работы гидрострелок для широкого применения сделала компания De Dietrich.

Конструктивная схема и принцип работы гидрострелки.

Гидравлический распределитель (гидрострелка) конструктивно представляют собой вертикально установленную перемычку большого диаметра (рисунок 2).

За счет большого диаметра (по отношению к диаметру трубопровода котлового контура) быстро гасится скорость теплоносителя в гидравлическом разделителе (гидрострелке).

Предполагается, что гидравлическое сопротивление такого устройства исчезающе мало по сравнению с сопротивлением контуров отопления и котла. В результате, между котлом и контурами отопления появляется некий буфер (ресивер) с малым сопротивлением, то есть контуры отопления никаким образом не будут оказывать влияние на контур котла и расход теплоносителя через котел. Таким образом, каждый контур системы отопления будет «жить своей жизнью».

Гидрострелка, кроме функции гидравлического разделения, обеспечивает распределение подающих линий контуров отопления по температуре: в самой верхней части — самый высокотемпературный контур (греющий контур водонагревателя, подогрев бассейна, калорифера вентиляции или радиаторное отопление), чуть ниже — контур с меньшей температурой, самый нижний — низкотемпературный контур отопления (низкотемпературное радиаторное или напольное отопление). Такое же правило действует и для обратных линий контуров отопления: в самой верхней части — самая высокотемпературная (теплая) обратная линия, в самом низу — самая холодная.

Гидрострелка выполняет функцию гидравлической развязки (разделения) котлового контура и контуров отопления. Независимость самих контуров отопления обеспечивается за счет подающего и обратного коллекторов, которые устанавливаются после гидравлического разделителя. Для корректной работы гидрострелки (гидравлического разделителя) необходимо соблюдать следующие правила:

1. Допускается только вертикальная установка гидрострелки (гидравлического разделителя).

2. Скорость движения теплоносителя в гидрострелке (гидравлическом разделителе) не должна превышать 0,1 м/с. В таком случае скорость движения теплоносителя в подающем трубопроводе котлового контура должна быть не больше 0,7-0,9 м/с.

3. Для определения размеров гидрострелки (гидравлического разделителя) необходимо использовать правило 3-х диаметров (3D) либо специальное программное обеспечение. Между осями любых двух подключений (штуцеров) к гидрострелке (гидравлическому разделителю) должно быть расстояние не меньше чем 3 диаметра (рисунок 2). Из рисунка 2 видно, что высота гидравлического разделителя гораздо меньше, чем высота гидравлического распределителя.

4. Производительность насоса котлового контура (или в случае каскадной установки с несколькими насосами — суммарная производительность котловых насосов) должна быть больше как минимум на 10% суммарной максимальной производительности насосов вторичных контуров.

5. При использовании гидравлической стреклки необходимо следить за тем, чтобы высокотемпературные контуры отопления подключались в верхнюю часть гидравлического распределителя. В связи с тем, что скорость движения теплоносителя в гидравлической стрелке достаточно мала (меньше 0,1 м/с), будет наблюдаться явление стратификации (расслоения) теплоносителя по температуре. Очевидно, что теплоноситель имеет более высокую температуру в верхней части гидравлического распределителя, это необходимо учитывать при выполнении присоединения подающих линий контуров отопления.

Для того чтобы увеличить температуру воды на входе чугунного напольного котла, обратная линия котла подсоединяется выше всех обратных линий контуров отопления — искусственное завышение температуры обратной линии за счет явления стратификации в гидравлическом распределителе и гидравлическом разделителе.

С учетом того, что в гидравлическом распределителе и гидравлическом разделителе скорость движения теплоносителя достаточно мала, их можно использовать для эффективного удаления воздуха и шлама — достаточно лишь поставить соответствующие устройства (автоматический и ручной воздухоотводчики в верхней части, шаровой кран большого диаметра в нижней части) (рисунок 1).

Компания ИСАН предлагает своим покупателям различные варианты гидравлических стрелок и коллекторов для котельной. Наши специалисты помогут Вам не только профессионально подобрать котельное оборудование, но и выполнить его монтаж.

Описание процессов происходящих в гидравлическом разделителе (гидрострелке).

Чтобы получить представление о процессах, которые происходят в гидрострелке, рассмотрим три различные случая ее работы.

Т₁ – температура подачи от котла,

Т₂ – температура возврата теплоносителя в котел («обратка»),

Т₃ – температура подачи в систему отопления,

Т₄ – температура возврата из системы отопления,

Qp и Qs – соответственно, производительность котлового насоса и суммарная производительность насосов в системе отопления

Вариант 1.

Температуры подачи и возврата теплоносителя совпадают, производительность насосов тоже совпадает.

Qp=Qs тогда Т₁=Т₃; Т₂=Т₄

Это идеальный случай, который на практике сложно достичь, но его следует рассматривать как то, к чему надо стремиться при подборе оборудования.

Вариант 2.

Qp<Qs тогда T₁>T₃; T₂=T₄

Производительность котлового насоса меньше, чем суммарная производительность насосов в системе отопления (работающих одновременно). Система отопления потребляет теплоносителя больше, чем может «предложить» котловой насос, в результате происходит захват дополнительной жидкости в систему отопления из ее же возвратной магистрали, то есть уже с низкой температурой. В котел возвращается теплоноситель той же температуры, как в «обратке» системы отопления (T₂=T₄). Такой режим работы в максимальной мере использует мощность котла (котел работает на максимуме своей мощности), а здание «недополучает» требуемое тепло. К тому же может возникнуть большая разница температуры между подачей и «обраткой» котла (T₁ и T₂), что негативно сказывается на ресурсе его работы.

Вариант 3.

Qp>Qs тогда T₁=T₃; T₂>T₄

Производительность котлового насоса больше, чем суммарная производительность насосов в системе отопления (работающих одновременно). Система отопления в этом случае потребляет ровно то количества тепла, которое ей необходимо, а излишек тепла возвращается в котел. Это, при фиксированной мощности тепловыделения котла приводит к повышению температуры теплоносителя и периодическому выключению котла. Это, можно сказать, «штатный» режим работы и наиболее естественный. Дополнительных потерь тепла не происходит и, учитывая, что внешние условия теплопотерь постоянно меняются (меняется потребление тепла на радиаторное отопления, на бойлер, и т.п.), такой режим чаще всего мы имеем на практике.

Гидрострелки и коллекторы для котельных на нашем сайте

газовые котлы — F.A.Q. о котлах и отоплении

Недавно, читая все тот же «Альбом типовых технических решений с водогрейными котлами De Dietrich», нашел интересное устройсто. Точнее, я и раньше с ним сталкивался, но детально не разбирался. Данное устройство совмещает в себе гидравлический разделить и гидравлический распределитель.

Сегодня речь пойдет о термогидравлическом распределителе. Скорее под кат.


Я считаю, что по своей идеологии это отличная вещь, совмещающая в себе функции гидравлического разделителя (гидравлической стрелки) и гидравлического распределителя (обыкновенного магистрального коллектора).

Фактически, конструкция термогидравлического распределителя представляет собой дополнительные отводы от гидравлической стрелки. К этим отводам подключаются контуры: отопления, теплого пола, нагрева калорифера вентиляции и т. д.

Для чего необходимо распределять теплоноситель по контурам? Современные системы теплоснабжения являются многоконтурными. Эти контуры могут иметь разные температурные параметры. К примеру: теплый пол работает при температурном напоре 45/35 °С, а система отопления 80/60 °С.
Ниже на картинке пример многоконтурной системы.

Как видно на изображении присутствует 3 контура: один контур отопления, и два контура — теплого пола.

В этих случаях необходимо применять смесительные узлы. Крупнее изображение ниже. Более холодная вода обратной линии подмешивается в линию подачи, снижая температурный режим. Все обязательно управляется автоматикой котла.

Таких контуров может быть много и если в какой-то момент времени 3-х ходовые клапаны закроются, то циркуляция через котел прекратится. Напомню, что прекращение циркуляции через котел, может губительно сказаться на работе теплогенерирующего агрегата. К примеру, котлы с малым водоизмещением требуют постоянной циркуляции теплоносителя для снятия теплоты с теплообменника.

В таких случаях предусматривают установку гидравлической стрелки. Ее изображение ниже.

Чтобы облегчить монтаж и придумали устройство, которое совмещает в себе работу, описанных выше. Это устройсто — термогидравлический распределитель.

Ниже приведен метор расчета размеров термогидравлического распределителя.

Для определения диаметров термогидравлического распределителя и гидравлического разделителя (размер 3D), а также диаме- тра подающего трубопровода котлового контура (размер D) можно использовать график, приведенным на рисунке.

Как видно из этого графика, скорость движения теплоносителя в термогидравлическом распределителе или гидравлическом разделителе равна 0,1 м/с, а в подающем трубопроводе котлового контура — 1 м/с.
Действительный диаметр подающего трубопровода котлового контура и термогидравлического распределителя или гидравлического разделителя следует выбирать из стандартного типоряда диаметра труб, причем действительный диаметр должен быть немного больше, чем диаметр, рассчитанный по графику (т.е. из стандартного типоряда выбирается ближайший больший диаметр по отношению к расчетному значению). В этом случае скорости движения теплоносителя в котловом контуре и в термогидравличе- ском распределителе (гидравлическом разделителе) будут немного меньше, чем приведенные на графике (0,1 м/с и 1 м/с). Для данного графика расход теплоносителя в котловом контуре рассчитывается для ΔТ = 15 К. Для правильной работы термоги- дравлического распределителя (гидравлического разделителя) необходимо, чтобы расход теплоносителя в котловом контуре был больше как минимум на 10% максимального суммарного расхода в контурах отопления. Следовательно, расчетная ΔТ для контуров отопления должна быть больше или равна 15 К. Это соответствует высокотемпературным системам отопления: например, системам радиаторного отопления с расчетным температурным режимом 80°C/60°C или 95°C/70°C и им подобным, где тем- пературный перепад на отопительном приборе (ΔТ) составляет 20 К или 25 К. Он может быть равен и 15 К, если мощность котельного оборудования была выбрана с определенным запасом (10%—30%). Только в таких случаях расход в первичном контуре будет больше, чем суммарный расход во вторичных контурах.

Расскажите, кто применял или применяет такие устройства?
Есть еще один интересный документ — «Применение термогидравлического распределителя в системах централизованного теплоснабжени»

_______

О проекте

engigeek.org — это блог на инженерные и околоинженерные темы. Добавить статью в блог очень просто — напишите и отправьте ее нам на автоматическую почту [email protected].