Hydraulische pijl voor verwarming: functie + installatieschema + berekening van parameters

Verwarmingssystemen in hun moderne vorm – zijn complexe constructies, uitgerust met diverse apparatuur. Hun efficiënte werking gaat gepaard met optimale balancering van alle onderdelen. De hydraulische scheider voor verwarming is bedoeld om balans te waarborgen. Het is de moeite waard om het werkingsprincipe te begrijpen, vindt u niet?

We vertellen u hoe de hydraulische scheider werkt, welke voordelen het verwarmingscircuit dat ermee is uitgerust heeft. In het door ons gepresenteerde artikel worden de installatie- en aansluitregels beschreven. Handige aanbevelingen voor het gebruik worden gegeven.

Scheiding van hydraulische stromen

De hydraulische scheider voor verwarming wordt vaak een hydraulische scheider genoemd. Hieruit wordt duidelijk dat dit systeem bedoeld is voor integratie in verwarmingsschema's.

Bij verwarming wordt het gebruik van meerdere circuits verondersteld, zoals:

• Leidingen met radiatorgroepen;
• Vloerverwarmingssysteem;
• Warmwatervoorziening via boiler.

Bij afwezigheid van een hydraulische scheider voor een dergelijk verwarmingssysteem zou men ofwel een zorgvuldig berekend ontwerp van elk circuit moeten maken, ofwel elk circuit moeten uitrusten met een individuele circulatiepomp.

Maar zelfs in deze gevallen is er geen volledige zekerheid van het bereiken van een optimaal evenwicht.

Ongeveer zo kan men de klassieke constructie van hydraulische scheiders beschouwen, gemaakt op basis van ronde of rechthoekige buizen. Een eenvoudige maar effectieve oplossing die de toestand van het verwarmingssysteem met ketel radicaal verandert.

Ondertussen wordt het probleem eenvoudig opgelost. Men hoeft alleen maar een hydraulische scheider in het schema toe te passen – de hydraulische pijl. Zo worden alle circuits in het systeem optimaal gescheiden zonder risico op hydraulische verliezen in elk ervan.

Hydraulische pijl – een "gebruikelijke" naam. De juiste benaming komt overeen met de definitie – "hydraulische scheider". Vanuit constructief oogpunt ziet het apparaat eruit als een stuk gewone holle buis (rond, rechthoekig van doorsnede).

Beide uiteinden van de buis zijn afgedicht met metalen schijven, en aan verschillende zijden van de behuizing bevinden zich inlaat-/uitlaataansluitingen (een paar aan elke zijde).

Het natuurlijke uiterlijk van producten – hydraulische pijpen, vervaardigd uit rechthoekige en ronde buizen. Beide varianten tonen een hoge efficiëntie. Hydraulische pijpen op basis van ronde buizen worden echter nog steeds als de voorkeursoptie beschouwd.

Traditioneel is het afronden van de installatiewerkzaamheden van het aanleggen van het verwarmingssysteem het begin van het volgende proces – het testen. De gecreëerde sanitaire installatie wordt gevuld met water (T = 5 – 15°C), waarna de verwarmingsketel wordt gestart.

Tot het moment dat de warmtedrager is opgewarmd tot de vereiste temperatuur (ingesteld door het ketelprogramma), wordt de waterstroom rondgepompt door de circulatiepomp van het primaire circuit. De circulatiepompen van secundaire circuits zijn niet aangesloten. De warmtedrager wordt door de hydraulische pijl geleid van de warme naar de koude kant (Q1 > Q2).

Wanneer de warmtedrager de ingestelde temperatuur heeft bereikt, worden de secundaire circuits van het verwarmingssysteem geactiveerd. De stromen van de warmtedrager van het primaire en secundaire circuits worden gelijk. De hydraulische pijl functioneert onder dergelijke omstandigheden alleen als filter en luchtontluchter (Q1 = Q2).

Functioneel schema van de werking van een klassieke hydraulische pijl voor drie verschillende bedrijfsmodi van de ketel. Het schema geeft duidelijk de verdeling van de warmtestromen weer voor elke afzonderlijke bedrijfsmodus van de ketelapparatuur.

Als een deel (bijvoorbeeld het vloerverwarmingscircuit) van het verwarmingssysteem het ingestelde verwarmingspunt bereikt, wordt de afname van warmtedrager door het secundaire circuit tijdelijk gestopt. De circulatiepomp wordt door de automatiek uitgeschakeld en de waterstroom wordt via de hydraulische pijl van de koude naar de warme kant geleid (Q1 < Q2).

Berekeningsparameters van de hydraulische scheider

De belangrijkste referentieparameter voor de berekening is de snelheid van de warmtedrager in het verticale bewegingsgedeelte binnen de hydraulische pijl. Meestal is de aanbevolen waarde niet meer dan 0,1 m/s, bij elk van de twee omstandigheden (Q1 = Q2 of Q1 < Q2).

De lage snelheid is gebaseerd op zeer redelijke conclusies. Bij deze snelheid heeft het vuil (slib, zand, kalksteen, enz.) dat zich in de waterstroom bevindt, de tijd om naar de bodem van de hydraulische pijpbuis te zakken. Bovendien kan door de lage snelheid de benodigde temperatuurverschil zich vormen.

Twee constructieve typen hydraulische pijlen waarop gewoonlijk berekeningen worden uitgevoerd: 1 – op basis van drie diameters; 2 – op basis van afwisseling van aansluitingen. Ongeacht welke methode wordt gekozen, de basisparameters van de berekeningen zijn altijd typerend – het debiet van de warmtedrager via de circuits en de snelheidsparameter.

De lage snelheid van de warmtedrageroverdracht draagt bij aan een betere scheiding van lucht van water voor de daaropvolgende afvoer via de luchtontluchter van het hydraulische scheidingssysteem. Over het algemeen is de standaardparameter gekozen rekening houdend met alle belangrijke factoren.

Voor berekeningen wordt vaak de zogenaamde methode van drie diameters en afwisselende aansluitingen gebruikt. Hier is de uiteindelijke berekeningsparameter de waarde van de diameter van de scheider.

Uitgaande van de verkregen waarde worden alle andere vereiste waarden berekend. Om echter de diameter van de hydraulische scheider te kennen, zijn de volgende gegevens nodig:

• betreffende de stroming in het eerste circuit (Q1);
• betreffende de stroming in het secundaire circuit (Q2);
• de snelheid van de verticale waterstroom door de hydraulische pijl (V).

In principe zijn deze gegevens altijd voorhanden voor de berekening.

Bijvoorbeeld, de stroming in het eerste circuit bedraagt 50 l/min (volgens de technische specificatie van pomp 1). De stroming in het tweede circuit is 100 l/min (volgens de technische specificatie van pomp 2). De diameterwaarde van de hydraulische pijl wordt berekend met de formule:

Formule voor het berekenen van de diameter van de pijp van de hydraulische pijl, afhankelijk van de parameters van de warmtedragerstroming (stroming volgens pompspecificaties) en de snelheid van de verticale doorstroming

waarbij: Q = het verschil in stroming Q1 en Q2; V = de snelheid van de verticale doorstroming in de pijl (0,1 m/sec), π = de constante 3,14.

Ondertussen kan de diameter van de hydraulische scheider (nominaal) worden gekozen met behulp van een tabel met geschatte standaardwaarden.

De hoogteparameter voor het apparaat voor scheiding van warmtestromen is niet kritisch. In feite kan de pijphoogte willekeurig worden gekozen, maar rekening houdend met de niveaus van de toevoer van inkomende/uitgaande leidingen.

Schema-oplossing voor het verschuiven van aansluitingen

Het klassieke ontwerp van een hydraulische scheider gaat uit van symmetrisch ten opzichte van elkaar geplaatste aansluitingen. Er wordt echter ook een schema met een enigszins andere configuratie toegepast, waarbij de aansluitingen asymmetrisch zijn geplaatst. Wat levert dit op?

Schema voor de vervaardiging van een hydraulische scheider waarbij de aansluitingen van het secundaire circuit enigszins zijn verschoven ten opzichte van die van het primaire circuit. Volgens de uitvinders (en zoals door de praktijk is bewezen) blijkt deze variant productiever te zijn wat betreft filtratie van deeltjes en luchtafscheiding.

Zoals de praktische toepassing van asymmetrische schema's laat zien, vindt in dit geval een efficiëntere luchtafscheiding plaats, en wordt tevens een betere filtratie (bezinking) van in de warmtedrager aanwezige zwevende deeltjes bereikt.

Aantal verbindingen op de hydraulische scheider

De klassieke schakelingstechniek bepaalt de toevoer van vier leidingen naar de constructie van de hydraulische scheider. Hieruit rijst onvermijdelijk de vraag naar de mogelijkheid om het aantal in-/uitgangen te vergroten. In principe wordt deze constructieve benadering niet uitgesloten. De efficiëntie van het schema neemt echter af met het toenemen van het aantal toevoer-/afvoeren.

Laten we een mogelijke variant bekijken met een groter aantal aansluitingen in tegenstelling tot de klassieke en een analyse uitvoeren van de werking van het hydraulische scheidingssysteem voor dergelijke montageomstandigheden.

Schema van een meerkanaalsverdeler voor warmtestromen. Deze optie maakt het mogelijk om grotere systemen te onderhouden, maar als het aantal aansluitingen meer dan vier wordt, neemt de efficiëntie van het hele systeem sterk af.

In dit geval wordt de warmtestroom Q1 volledig opgenomen door de warmtestroom Q2 voor de systeemtoestand waarbij de stroomsnelheid voor deze stromen feitelijk gelijkwaardig is:

Q1=Q2.

In dezelfde systeemtoestand is de temperatuur van warmtestroom Q3 ongeveer gelijk aan de gemiddelde waarden van Tgem. die door de retourleidingen (Q6, Q7, Q8) stromen. Tegelijkertijd wordt een klein temperatuurverschil in de leidingen met Q3 en Q4 opgemerkt.

Als de warmtestroom Q1 gelijk wordt aan de thermische component Q2+Q3, wordt de temperatuurverdeling als volgt waargenomen:

T1=T2, T4=T5,

terwijl

T3= T1+T5/2.

Als de warmtestroom Q1 gelijk wordt aan de som van de warmte van alle andere stromen Q2, Q3, Q4, worden in deze toestand alle vier temperatuurverschillen (T1=T2=T3=T4) gelijk.

Meerkanaals scheidingssysteem met vier in- en vier uitgangen, dat in de praktijk vrij vaak wordt gebruikt. Voor het onderhouden van verwarmingssystemen van particuliere huishoudens voldoet een dergelijke oplossing volledig aan de technologische parameters en stabilisatie van de ketelwerking.

In deze situatie worden bij meerkanaals systemen (meer dan vier) de volgende factoren opgemerkt die een negatieve invloed hebben op de werking van het apparaat als geheel:

• de natuurlijke convectie in de hydraulische verdeler vermindert;
• het effect van natuurlijke menging van aanvoer en retour neemt af;
• de algehele efficiëntie van het systeem nadert nul.

Het blijkt dat afwijking van het klassieke schema met toename van het aantal aftakleidingen de werkende eigenschap die een hydraulische pijl zou moeten hebben vrijwel volledig tenietdoet.

Hydraulische scheider zonder filter

Constructie van een pijl waarbij de aanwezigheid van functies van luchtseparator en filterbezinker wordt uitgesloten, wijkt ook enigszins af van de geaccepteerde norm. Ondertussen kunnen met een dergelijke constructie twee stromen met verschillende snelheden (dynamisch onafhankelijke circuits) worden verkregen.

Niet-standaard constructieve oplossing voor het vervaardigen van een hydraulische verdeler. Het verschilt van de klassieke doordat er geen filter- en ontluchtingsfuncties zijn. Bovendien heeft de verdeling van warmtestromen een loodrecht transportschema, waardoor snelheidsontkoppeling wordt bereikt.

Bijvoorbeeld, er is een warmtestroom van het ketelcircuit en een warmtestroom van het circuit van verwarmingsapparaten (radiatoren). Door de niet-standaard constructie met loodrechte stromingsrichting neemt de stroomsnelheid van het secundaire circuit met verwarmingsapparaten aanzienlijk toe.

Langs de contour van de ketel is de beweging daarentegen vertraagd. Dit is echter een puur theoretische visie. In de praktijk moet het getest worden onder specifieke omstandigheden.

Waar is de hydraulische scheider nuttig voor?

De noodzaak van het toepassen van de klassieke constructie van een hydraulische scheider is duidelijk. Bovendien wordt de implementatie van dit element in systemen met ketels een verplichte handeling.

De installatie van een hydraulische scheider in een door een ketel bediend systeem zorgt voor stabiliteit van de stromen (debiet van het verwarmingsmedium). Hierdoor wordt het risico op het ontstaan van waterslag en temperatuurschommelingen volledig geëlimineerd.

Voorbeelden van hydraulische scheiders in een klassieke eenvoudige uitvoering op basis van kunststof leidingen. Tegenwoordig komen dergelijke constructies zelfs vaker voor dan metalen. De werkingsefficiëntie is vrijwel gelijk aan die van metalen, maar er is sprake van besparing op de constructie en de inbouw in het systeem.

Voor elk gewoon waterverwarmingssysteem dat zonder hydraulische scheider is gemaakt, gaat het uitschakelen van een deel van de leidingen onvermijdelijk gepaard met een sterke stijging van de temperatuur van het ketelcircuit vanwege het lage debiet. Tegelijkertijd vindt er terugkeer plaats van een sterk gekoelde retourstroom.

Er ontstaat een risico op waterslag. Dergelijke verschijnselen kunnen leiden tot snelle uitval van de ketel en verkorten de levensduur van de apparatuur aanzienlijk.

Voor huishoudelijke systemen zijn kunststof constructies in de meeste gevallen geschikt. Deze toepassing lijkt voordeliger bij de installatie.

Bovendien maakt het gebruik van fittingen het mogelijk om systemen van polymeerbuizen te monteren en kunststof hydraulische scheiders aan te sluiten zonder lassen. Vanuit onderhoudsoogpunt zijn dergelijke oplossingen ook welkom, omdat de op fittingen gemonteerde hydraulische scheider op elk moment eenvoudig kan worden verwijderd.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video over praktische toepassing: wanneer is de installatie van een hydraulische scheider nodig en wanneer niet?

Het belang van een hydraulische scheider bij de verdeling van warmtestromen is moeilijk te overschatten. Het is echt een noodzakelijke apparatuur die op elk individueel verwarmings- en warmwatersysteem moet worden geïnstalleerd.

Het belangrijkste is om het apparaat – de hydraulische scheider – correct te berekenen, ontwerpen en vervaardigen. Juist een nauwkeurige berekening maakt het mogelijk om maximaal rendement uit het apparaat te halen.

Schrijft u alstublieft opmerkingen in het onderstaande blok, publiceert u foto's over het onderwerp van het artikel, stelt u vragen. Vertel hoe u het verwarmingssysteem met een hydraulische scheider heeft uitgerust. Beschrijf hoe de werking van het netwerk na installatie is veranderd, welke voordelen het systeem heeft verkregen na het opnemen van dit apparaat in het schema.