Гідравлічне розділення контурів: коли потрібна гідрострілка, а коли – розподільний колектор

Досить часто від замовника можна почути питання: «Чи є гідравлічна стрілка обов’язковим елементом котельні приватного будинку?». Деякі монтажники безапеляційно стверджують, що це так і навіть наполягають на її встановленні, бо «не нестимуть відповідальність за працездатність системи при її відсутності». Можемо лише порадіти за цих монтажників, бо така відповідь опосередковано вказує на те, що вони мають справу лише з системами опалення досить складної конфігурації. Адже правильна відповідь на поставлене питання залежить саме від обраної конфігурації системи опалення, які навіть в приватних житлових будинках можуть бути досить різноманітними.

Спробуємо розглянути це питання більш детально.

На початку слід визначити, що таке «гідравлічна стрілка» і «розподільник для підключення насосних груп» та чим відрізняється їх конструкція.

Розподільник – це пристрій, який приймає теплоносій від джерела енергії та забезпечує його розподіл між кількома незалежними контурами системи. При цьому нагрітий теплоносій, що подається до контурів через розподільну гребінку, не контактує (не змішується) з остиглим теплоносієм, який повертається до збірного колектору.

Конструктивно розподільник має нескладну будову і складається з:

• корпусу з листової сталі;
• штуцерів для приєднання до джерела енергії;
• патрубків з накидною гайкою для приєднання насосних груп
• ізоляційного кожуха.

Міжосьові відстані та різь патрубків на розподільниках, зазвичай, відповідає габаритним і приєднувальним розмірам насосних груп того ж виробника, завдяки чому замовник може спростити та прискорити монтажні роботи, раціональніше використати простір приміщення котельної, а отже зекономити свій час і кошти.

Гідравлічна стрілка (або можна зустріти назву гідравлічний роздільник) – це пристрій у вигляді порожнистої труби (компенсаційної камери), який розділяє гідравлічні контури джерела тепла (наприклад, котла) та систем споживачів (радіатори, тепла підлога тощо). При цьому нагрітий теплоносій, що подається від джерела тепла, і остиглий теплоносій, який повертається з контурів, потрапляють в одну компенсаційну камеру гідрострілки.

За своєю будовою гідрострілка складається з таких основних компонентів:

• корпус – камера зі сталі (зустрічаються моделі з вертикальним або горизонтальним розташуванням корпусу);
• патрубки підключення – два патрубки для первинного контуру (джерело тепла) та два патрубки для вторинного контуру (споживачі теплової енергії), до яких найчастіше підключають розподільник з насосними групами;
• патрубок із зовнішньою різзю, розташований у верхній частині корпусу, – призначений для встановлення автоматичного повітровідвідника, який забезпечує видалення повітря з системи;
• муфта, розташована у нижній частині корпусу, – призначена для встановлення дренажного крана, який використовують для зливу робочого середовища та видалення шламу (бруду);
• ізоляційний кожух.

Як працює гідравлічна стрілка?

Розглянемо режими роботи гідравлічної стрілки, що можуть наставати за умов зміни витрати робочого середовища в первинному і вторинному контурах:

• витрата теплоносія у первинному і вторинному контурах рівна (), тобто весь потік від джерела енергії надходить до споживачів – подавальний і зворотний потоки не змішуються у гідравлічній стрілці;
• витрата у первинному контурі більша внаслідок зменшення витрати у вторинному контурі (наприклад, під час роботи системи опалення у режимі економії енергоресурсів). У такому режимі частина потоку, що подається від джерела, надходить до споживачів, а залишок – спрямовується безпосередньо у зворотний трубопровід до джерела енергії. Якщо джерелом енергії є котел, то такий перерозподіл потоків дозволяє захистити його теплообмінник від надто низької температури зворотного теплоносія;
• витрата у первинному контурі менша, ніж у вторинному (наприклад, при різкому підвищенні споживання енергоресурсів системами вторинних контурів). У такому режимі частина потоку, що надходить у гідравлічну стрілку зі зворотного трубопроводу вторинного контуру, підмішується до подавального потоку. При такій роботі температура теплоносія в подавальному трубопроводі вторинних контурів знижується на незначну величину.

Отже функціонування гідравлічної стрілки для системи теплопостачання у кожному з режимів її роботи забезпечує стабільну роботу котла, оскільки котловий контур функціонує практично незалежно від контурів системи, а перепад тиску між ними вирівнюється.

Якщо поєднати в одному корпусі розподільник і гідрострілку, тобто додати до конструкції розподільника компенсаційну камеру, то отримаємо безнапірний розподільник. Його використовують в котеджному будівництві для запобігання впливу тиску насоса первинного контуру на вторинні контури – в компенсаційній камері цей тиск вирівнюється.

Аналогічне застосування має і використання комбінації гідравлічної стрілки з розподільником для підключення насосних груп: розподільник забезпечує коректний розподіл теплоносія між кількома незалежними контурами системи, кожен з яких має свій циркуляційний насос, а гідрострілка усуває вплив котлового насоса на їх роботу.

Наступне питання: коли у гідравлічній обв’язці котельні між джерелом тепла і розподільником для підключення контурів споживачів слід застосувати гідрострілку, а в яких ситуаціях вона є зайвою?

Можна почути думку, що у «невеликих системах з одним котлом, одним циркуляційним насосом і невеликою кількістю радіаторів гідравлічна стрілка не потрібна, а в багатоконтурних системах – з радіаторним і підлоговим опаленням та бойлером непрямого нагріву – потрібна обов’язково».

Але хіба це завжди так?

Чи вірне таке ствердження, якщо контур бойлера непрямого нагріву, низькотемпературний контур підлогового опалення та високотемпературний контур радіаторного опалення підключають через розподільник до буферної ємності? Звичайно ні – сама буферна ємність виконує функцію гідравлічного роздільника, тому гідравлічна стрілка не потрібна! Більше того, підключення контурів споживачів за допомогою насосних груп через розподільник до патрубків буферної ємності є дуже поширеним рішенням, яке на практиці показало себе з найкращого боку. Але якщо багатоконтурну систему підключають між котлом та буферною ємністю, то буфер не виконує для цієї системи гідравлічне розділення контурів, тому слід встановити гідрострілку між котлом і підключенням вторинних контурів.

Отже застосування гідравлічної стрілки не є єдиним технічним рішенням для гідравлічного розділення контурів у системах опалення для забезпечення стабільної роботи котлів, насосів та контурів споживачів. Скажемо більше: гідравлічне розділення контурів потрібно далеко не в усіх системах опалення.

Тож слід дещо скоригувати питання:«Не коли, а для чого потрібна гідрострілка, і які задачі можна вирішувати за її допомогою?»

1. Усунення впливу насосів один на одного.

Якщо контури споживачів мають власні циркуляційні насоси, або обладнані змішувальними вузлами (для приготування низькотемпературного теплоносія в системі підлогового опалення або реалізації погодозалежного регулювання в системі радіаторного опалення), робота яких без насосів неможлива, то гідравлічне розділення контурів має бути реалізованим для нівелювання впливу циркуляційного насоса котлового контуру на насоси контурів споживачів. Гідрострілка вирівнює перепад тиску між первинним і вторинними контурами.

2. Вирівнювання витрати в котловому контурі з сумарною витратою в контурах споживачів.

Робота гідрострілки при зниженні або збільшенні сумарної витрати в контурах споживачів під час експлуатації в режимах економії або надмірного споживання тепла описана вище.

3. Узгодження температурних режимів роботи первинного і вторинних контурів.

Котловий контур і контури споживачів можуть працювати при зовсім різних параметрах теплоносія (наприклад: котел – 70/40 °С, радіаторне опалення – 70/55 °С, підлогове опалення – 40/30 °С). При цьому в радіаторному і підлоговому опаленні витрата і остигання теплоносія постійно змінюються внаслідок роботи обладнання для терморегулювання температури повітря в приміщеннях, температури поверхні підлоги тощо. Завдяки змішуванню теплоносія в гідрострілці забезпечується взаємодія потоків між первинним і вторинними контурами, що дозволяє системі працювати при різних температурних режимах. При цьому контури можуть отримувати необхідну теплову потужність за умови правильного підбору витрат і налаштування змішувальних вузлів, а котел працює у стабільному гідравлічному режимі.

4. Захист теплообмінника котла від надто низької температури зворотного теплоносія.

При частковому навантаженні контурів споживачів (наприклад, під час роботи в економному режимі) зворотний теплоносій занадто охолоджується, що негативно впливає на роботу твердопаливного котла. В гідравлічній стрілці при такий ситуації частина нагрітого теплоносія підмішується до остиглого, за рахунок чого температура у зворотці підвищується.

Можна додавати інші варіанти застосування, але вони вже здебільшого будуть похідними від розглянутих. Тому, підсумовуючи, спробуємо трохи узагальнити: гідрострілку застосовують для забезпечення незалежної роботи окремих контурів споживачів у випадках, коли необхідно вирішити проблеми, що пов’язані з різними витратами, тиском і температурними режимами у первинному і вторинних контурах. Також слід враховувати, що на гідрострілці може бути передбачено встановлення додаткового обладнання для видалення повітря із системи, зливу теплоносія та видалення шламу.

Загальний висновок

Гідравлічну стрілку зазвичай використовують у багатоконтурних системах з різними температурні режими та окремими циркуляційними насосами.

Застосування гідравлічної стрілки:

• забезпечує незалежність роботи котлового контуру і контурів споживачів;
• вирівнює перепад тиску між первинним і вторинними контурами;
• захищає теплообмінник котла від надто низької температури зворотного теплоносія;
• додатково виконує функції видалення повітря та шламу.