Hydraulický vyrovnávač pro vytápění: účel + schéma instalace + výpočty parametrů

Topné systémy v jejich moderní podobě – jsou to složité konstrukce vybavené různým zařízením. Jejich efektivní provoz je doprovázen optimálním vyvážením všech prvků, které je tvoří. Hydraulický oddělovač pro vytápění má zajistit rovnováhu. Stojí za to pochopit jeho princip fungování, souhlasíte?

Povíme vám, jak hydraulický oddělovač funguje, jaké výhody má topný okruh jím vybavený. V námi předloženém článku jsou popsána pravidla instalace a zapojení. Jsou uvedena užitečná doporučení pro provoz.

Oddělení hydraulických toků

Hydraulický oddělovač pro vytápění se často nazývá hydraulický rozdělovač. Odtud je zřejmé, že tento systém je určen k začlenění do schémat vytápění.

Vytápění předpokládá použití několika okruhů, například:

• vedení se skupinami radiátorů;
• systém podlahového topení;
• teplá voda přes bojler.

Při absenci hydraulického oddělovače pro takový topný systém bude nutné buď pečlivě vypočítat návrh každého okruhu, nebo vybavit každý okruh individuálním oběhovým čerpadlem.

Ale ani v těchto případech není úplná jistota dosažení optimální rovnováhy.

Přibližně takovou lze považovat za klasickou konstrukci hydraulických oddělovačů, vyrobených na bázi kulatých nebo obdélníkových trub. Jednoduché, ale účinné řešení, které radikálně mění stav topného systému s účastí kotle.

Mezitím se úkol řeší jednoduše. Stačí pouze použít hydraulický oddělovač ve schématu – hydraulickou šipku. Tímto způsobem budou všechny okruhy v systému optimálně odděleny bez rizika hydraulických ztrát v každém z nich.

Hydraulická šipka – to je „běžný" název. Správnému názvu odpovídá definice – „hydraulický oddělovač". Z konstrukčního hlediska zařízení vypadá jako kus obyčejné duté trubky (kruhového, obdélníkového průřezu).

Oba koncové řezy trubky jsou uzavřeny kovovými plackami a na různých stranách tělesa jsou vstupní/výstupní hrdla (po páru na každé straně).

Přirozený vzhled výrobků – hydraulických střelek, vyrobených z trubek obdélníkového a kruhového průřezu. Obě varianty vykazují vysokou účinnost. Nicméně hydrostřelky na bázi kruhových trubek jsou stále považovány za preferovanější variantu.

Tradičně je dokončení montážních prací na zařízení topného systému začátkem dalšího procesu – testování. Vytvořená konstrukce sanitární techniky se naplní vodou (T = 5 – 15°C), poté se spustí topný kotel.

Do okamžiku, než se teplonosné médium neohřeje na požadovanou teplotu (nastavenou programem kotle), vodní proud cirkuluje oběhovým čerpadlem primárního okruhu. Oběhová čerpadla sekundárních okruhů nejsou v provozu. Teplonosné médium je vedeno hydrostřelkou z horké na chladnou stranu (Q1 > Q2).

Při dosažení teplonosným médiem nastavené teploty se aktivují sekundární okruhy topného systému. Průtoky teplonosného média hlavního a sekundárních okruhů se vyrovnají. Hydrostřelka v takových podmínkách funguje pouze jako filtr a odvzdušňovač (Q1 = Q2).

Funkční schéma činnosti klasické hydraulické střelky pro tři různé režimy provozu kotle. Schéma názorně ukazuje rozdělení tepelných toků pro každý jednotlivý režim provozu kotlového zařízení.

Pokud některá část (např. okruh podlahového vytápění) topného systému dosáhne nastaveného bodu ohřevu, odběr teplonosného média sekundárním okruhem se dočasně zastaví. Oběhové čerpadlo je automatikou vypnuto a proud vody směřuje hydrostřelkou z chladné strany na horkou (Q1 < Q2).

Výpočtové parametry hydraulického oddělovače

Hlavním referenčním parametrem pro výpočet je rychlost teplonosného média v úseku vertikálního pohybu uvnitř hydrostřelky. Obvykle je doporučená hodnota ne více než 0,1 m/s, při obou podmínkách (Q1 = Q2 nebo Q1 < Q2).

Malá hodnota rychlosti je odůvodněna zcela rozumnými závěry. Při takové rychlosti stihnou nečistoty obsažené ve vodním proudu (kal, písek, vápenec atd.) usednout na dno trubky hydrostřelky. Navíc díky nízké rychlosti se stihne vytvořit potřebný teplotní spád.

Dva konstrukční typy hydrostřelek, na které se obvykle provádějí výpočty: 1 – podle tří průměrů; 2 – podle střídání hrdel. Bez ohledu na přijetí jedné či druhé metody jsou základní parametry výpočtů vždy typické – průtok teplonosného média okruhy a parametr rychlosti.

Nízká rychlost přenosu teplonosného média přispívá k lepšímu oddělení vzduchu od vody pro následný odvod přes odvzdušňovač hydraulického separačního systému. Celkově je standardní parametr zvolen s ohledem na všechny významné faktory.

Pro výpočty se často používá tzv. metoda tří průměrů a střídajících se odboček. Zde je konečným výpočtovým parametrem hodnota průměru rozdělovače.

Na základě získané hodnoty se vypočítají všechny další požadované hodnoty. K určení průměru hydraulického rozdělovače jsou však potřeba údaje:

• o průtoku na prvním okruhu (Q1);
• o průtoku na vedlejším okruhu (Q2);
• rychlost vertikálního proudění vody v hydraulické šipce (V).

V podstatě tyto údaje jsou pro výpočet vždy k dispozici.

Například průtok na prvním okruhu je 50 l/min (z technických parametrů čerpadla 1). Průtok na druhém okruhu je 100 l/min (z technických parametrů čerpadla 2). Hodnota průměru hydraulické šipky se vypočítá podle vzorce:

Vzorec pro výpočet průměru trubky hydraulické šipky v závislosti na parametrech průtoku teplonosného média (průtok dle charakteristik čerpadla) a rychlosti vertikálního proudění

kde: Q – rozdíl průtoků Q1 a Q2; V – rychlost vertikálního proudění uvnitř šipky (0,1 m/s), π – konstanta 3,14.

Mezitím je dovoleno volit (jmenovitý) průměr hydraulického rozdělovače pomocí tabulky přibližných standardních hodnot.

Parametr výšky pro zařízení na rozdělování tepelných toků není kritický. Ve skutečnosti lze vzít libovolnou výšku trubky, ale s ohledem na úrovně připojení vstupních/výstupních potrubí.

Schématické řešení posunu hrdel

Klasická varianta hydraulického rozdělovače předpokládá vytvoření odboček symetricky umístěných vůči sobě. Nicméně se také praktikuje schématická varianta poněkud odlišné konfigurace, kde jsou odbočky umístěny asymetricky. Co to přináší?

Schéma výroby hydraulického rozdělovače, kde jsou odbočky sekundárního okruhu mírně posunuty vůči odbočkám primárního okruhu. Podle názoru vynálezců (a praxí ověřeno) se tato varianta jeví jako produktivnější z hlediska filtrace částic a oddělování vzduchu.

Jak ukazuje praktické použití asymetrických schémat, v tomto případě dochází k účinnějšímu oddělování vzduchu a také se dosahuje lepší filtrace (usazování) suspendovaných částic přítomných v teplonosném médiu.

Počet připojení na hydraulickém oddělovači

Klasická schémata definují připojení čtyř potrubí ke konstrukci hydraulického rozdělovače. Odtud nevyhnutelně vyvstává otázka možnosti zvýšení počtu vstupů/výstupů. V zásadě není tento konstrukční přístup vyloučen. Nicméně účinnost schématu klesá s rostoucím počtem přívodů/odvodů.

Zvažme možnou variantu s větším počtem odboček na rozdíl od klasiky a provedeme analýzu práce hydraulického rozdělovacího systému pro tyto montážní podmínky.

Schéma vícekanálového rozdělovače tepelných toků. Tato varianta umožňuje obsluhovat větší systémy, ale pokud počet výstupů přesáhne čtyři, účinnost systému jako celku prudce klesá.

V tomto případě je tepelný tok Q1 zcela pohlcován tepelným tokem Q2 pro stav systému, kdy je hodnota průtoku pro tyto toky v podstatě stejná:

Q1=Q2.

Ve stejném stavu systému se tepelný tok Q3 hodnotou teploty přibližně rovná průměrným hodnotám Tstř., které protékají zpětnými vedeními (Q6, Q7, Q8). Zároveň je zaznamenán nepatrný rozdíl teplot ve vedeních Q3 a Q4.

Pokud se tepelný tok Q1 vyrovná tepelné složce Q2+Q3, dochází k rozdělení teplotního spádu v následující závislosti:

T1=T2, T4=T5,

zatímco

T3 = T1 + T5/2.

Pokud se tepelný tok Q1 vyrovná součtu tepla všech ostatních toků Q2, Q3, Q4, vyrovnají se v tomto stavu všechny čtyři teplotní spády (T1=T2=T3=T4).

Vícekanálový rozdělovací systém se čtyřmi vstupy/čtyřmi výstupy, poměrně často používaný v praxi. Pro obsluhu topných systémů soukromých domácností toto řešení plně vyhovuje z hlediska technologických parametrů a stabilizace provozu kotle.

V takové situaci u vícekanálových systémů (více než čtyři) jsou zaznamenány následující faktory, které mají negativní vliv na provoz zařízení jako celku:

• snižuje se přirozená konvekce uvnitř hydraulického rozdělovače;
• klesá efekt přirozeného míchání přívodu se zpátečkou;
• celková účinnost systému se blíží nule.

Ukazuje se, že odklon od klasického schématu s nárůstem počtu odbočných hrdel prakticky zcela ruší pracovní vlastnost, kterou by měl mít hydraulický vyrovnávač.

Hydraulický oddělovač bez filtru

Konstrukce vyrovnávače, která vynechává přítomnost funkcí odvzdušňovače a usazovacího filtru, se také poněkud odchyluje od přijatého standardu. Nicméně na takové konstrukci lze získat dva toky s různými rychlostmi pohybu (dynamicky nezávislé okruhy).

Nestandardní konstrukční řešení výroby hydraulického vyrovnávače. Od klasiky se liší tím, že zde nejsou funkce filtrace a odvádění vzduchu. Navíc má rozvádění tepelných toků schéma kolmého transportu, čímž je dosaženo oddělení podle rychlosti.

Například existuje tepelný tok okruhu kotle a tepelný tok okruhu topných zařízení (radiátorů). Nestandardní konstrukcí, kde je kolmý směr toků, se rychlost toku sekundárního okruhu s topnými tělesy výrazně zvyšuje.

Podél okruhu kotle je naopak pohyb zpomalen. To je však čistě teoretický názor. V praxi je nutné testovat v konkrétních podmínkách.

K čemu je hydraulický oddělovač užitečný?

Potřeba použití klasické konstrukce hydraulického oddělovače je zřejmá. Navíc u systémů s kotli se zavedení tohoto prvku stává povinným.

Instalace hydraulického oddělovače do systému obsluhovaného kotlem zajišťuje stabilitu toků (průtoku teplonosné látky). V důsledku toho je zcela eliminováno riziko vzniku hydraulických rázů a teplotních skoků.

Příklady hydraulických oddělovačů v klasickém jednoduchém provedení na bázi plastových potrubí. Nyní lze takové konstrukce potkat dokonce častěji než kovové. Účinnost je prakticky stejná jako u kovových, ale je zde úspora na zařízení a jeho začlenění do systému.

Pro jakýkoli běžný vodní topný systém vyrobený bez hydraulického oddělovače je odpojení části okruhů nevyhnutelně doprovázeno prudkým nárůstem teploty okruhu kotle v důsledku malého průtoku. Zároveň dochází k návratu silně ochlazeného zpětného toku.

Vzniká riziko vzniku hydraulických rázů. Tyto jevy mohou vést k rychlému selhání kotle a výrazně zkracují životnost zařízení.

Pro domovní systémy jsou ve většině případů vhodné plastové konstrukce. Tato varianta se jeví jako úspornější z hlediska instalace.

Kromě toho použití fitinek umožňuje provádět montáž systému z polymerových trubek a připojení plastových hydraulických oddělovačů bez svařování. Z hlediska údržby jsou tato řešení také vítána, protože hydraulický oddělovač namontovaný na fitinkách lze snadno kdykoli demontovat.

Závěry a užitečné video k tématu

Video o praktickém použití: kdy je nutné instalovat hydraulický oddělovač a kdy není potřeba.

Význam hydraulického oddělovače v distribuci tepelných toků lze jen těžko přecenit. Je to skutečně nezbytné zařízení, které by mělo být instalováno v každém systému individuálního vytápění a ohřevu teplé vody.

Hlavní je správně vypočítat, navrhnout a vyrobit zařízení – hydraulický oddělovač. Právě přesný výpočet umožňuje dosáhnout maximálního výkonu zařízení.

Prosím, pište komentáře do bloku níže, publikujte fotografie k tématu článku, ptejte se. Povězte, jak jste vybavili topný systém hydraulickým oddělovačem. Popište, jak se změnil provoz sítě po jeho instalaci, jaké výhody systém získal po zařazení tohoto zařízení do schématu.