Separatore idraulico per riscaldamento: scopo + schema di installazione + calcolo dei parametri

Gli impianti di riscaldamento nella loro forma moderna – sono strutture complesse, dotate di varie apparecchiature. Il loro funzionamento efficiente è accompagnato da un bilanciamento ottimale di tutti gli elementi che li compongono. Il separatore idraulico per riscaldamento è destinato a garantire l'equilibrio. Vale la pena comprendere il suo principio di funzionamento, non è d'accordo?

Le spiegheremo come funziona il separatore idraulico e quali vantaggi offre il circuito di riscaldamento dotato di esso. Nell'articolo che presentiamo sono descritte le regole di installazione e collegamento. Vengono forniti utili consigli per l'uso.

Separazione dei flussi idraulici

Il separatore idraulico per riscaldamento è spesso chiamato anche divisore idraulico. Da ciò è chiaro che questo sistema è destinato a essere integrato negli schemi di riscaldamento.

Nel riscaldamento si prevede l'uso di più circuiti, ad esempio:

• linee con gruppi di radiatori;
• sistema di pavimento riscaldante;
• fornitura di acqua calda tramite boiler.

In assenza di un separatore idraulico per un tale sistema di riscaldamento, si dovrà o realizzare un progetto accuratamente calcolato per ogni circuito, oppure dotare ogni circuito di una pompa di circolazione individuale.

Ma anche in questi casi non c'è la piena certezza di raggiungere un equilibrio ottimale.

Approssimativamente così si può considerare la costruzione classica dei separatori idraulici realizzati sulla base di tubi tondi o rettangolari. Una soluzione semplice ma efficace, che cambia radicalmente lo stato dell'impianto di riscaldamento con la caldaia.

Nel frattempo, il problema si risolve semplicemente. È sufficiente applicare un separatore idraulico nello schema. In questo modo, tutti i circuiti del sistema saranno separati in modo ottimale senza rischio di perdite idrauliche in ciascuno di essi.

Il nome 'freccia idraulica' è di uso comune. Il termine corretto corrisponde alla definizione – 'separatore idraulico'. Dal punto di vista costruttivo, il dispositivo appare come un pezzo di normale tubo cavo (di sezione tonda o rettangolare).

Entrambe le estremità del tubo sono chiuse con dischi metallici, mentre sui diversi lati del corpo sono presenti raccordi di ingresso/uscita (una coppia su ciascun lato).

Aspetto naturale dei prodotti – i separatori idraulici realizzati con tubi a sezione rettangolare e circolare. Entrambe le varianti mostrano un'elevata efficienza. Tuttavia, i separatori idraulici basati su tubi rotondi sono ancora considerati l'opzione preferibile.

Tradizionalmente, il completamento dei lavori di installazione del sistema di riscaldamento segna l'inizio del processo successivo: il test. La struttura idraulica creata viene riempita con acqua (T = 5 – 15°C), dopodiché viene avviata la caldaia.

Fino a quando il fluido termovettore non raggiunge la temperatura richiesta (impostata dal programma della caldaia), il flusso d'acqua viene fatto circolare dalla pompa di circolazione del circuito primario. Le pompe di circolazione dei circuiti secondari non sono collegate. Il fluido termovettore viene diretto attraverso il separatore idraulico dal lato caldo a quello freddo (Q1 > Q2).

A condizione che il fluido termovettore raggiunga la temperatura impostata, vengono attivati i circuiti secondari dell'impianto di riscaldamento. I flussi del fluido termovettore del circuito principale e dei circuiti secondari si equalizzano. In tali condizioni, il separatore idraulico funge solo da filtro e da sfiatatoio (Q1 = Q2).

Schema funzionale del separatore idraulico classico per tre diverse modalità di funzionamento della caldaia. Lo schema mostra chiaramente la distribuzione dei flussi termici per ogni singola modalità di funzionamento dell'apparecchiatura della caldaia.

Se una parte del sistema di riscaldamento (ad esempio, il circuito del pavimento radiante) raggiunge il punto di riscaldamento impostato, la prelievo del fluido termovettore da parte del circuito secondario viene temporaneamente interrotto. La pompa di circolazione viene spenta dall'automazione e il flusso d'acqua viene diretto attraverso il separatore idraulico dal lato freddo a quello caldo (Q1 < Q2).

Parametri di calcolo del separatore idraulico

Il parametro di riferimento principale per il calcolo è la velocità del fluido termovettore nel tratto di movimento verticale all'interno del separatore idraulico. Di solito il valore consigliato non supera 0,1 m/s, in entrambe le condizioni (Q1 = Q2 o Q1 < Q2).

Il basso valore della velocità è dovuto a considerazioni molto ragionevoli. A tale velocità, i detriti presenti nel flusso d'acqua (fanghi, sabbia, calcare, ecc.) riescono a depositarsi sul fondo del tubo del separatore idraulico. Inoltre, grazie alla bassa velocità, si forma la necessaria differenza di temperatura.

Due tipi costruttivi di separatori idraulici per i quali vengono solitamente effettuati i calcoli: 1 – con tre diametri; 2 – con alternanza di tubi. Indipendentemente dall'adozione dell'uno o dell'altro metodo, i parametri di base dei calcoli sono sempre tipici: la portata del fluido termovettore nei circuiti e il parametro della velocità.

La bassa velocità di trasferimento del fluido termovettore favorisce una migliore separazione dell'aria dall'acqua per la successiva evacuazione attraverso lo sfiatatoio del sistema di separazione idraulica. In generale, il parametro standard è stato scelto tenendo conto di tutti i fattori significativi.

Per i calcoli si utilizza spesso il cosiddetto metodo dei tre diametri e dei tubi alternati. Qui il parametro finale di calcolo è il valore del diametro del separatore.

In base al valore ottenuto, vengono calcolati tutti gli altri valori richiesti. Tuttavia, per conoscere la dimensione del diametro del separatore idraulico, sono necessari i seguenti dati:

• sulla portata del primo circuito (Q1);
• sulla portata del circuito secondario (Q2);
• velocità del flusso verticale dell'acqua attraverso la freccia idraulica (V).

In sostanza, questi dati per il calcolo sono sempre disponibili.

Ad esempio, la portata del primo circuito è di 50 l/min (dai dati tecnici della pompa 1). La portata del secondo circuito è di 100 l/min (dai dati tecnici della pompa 2). Il valore del diametro della freccia idraulica viene calcolato con la formula:

Formula per il calcolo del diametro del tubo della freccia idraulica in base ai parametri di portata del fluido termovettore (portata secondo le caratteristiche della pompa) e alla velocità del flusso verticale.

dove: Q – differenza delle portate Q1 e Q2; V – velocità del flusso verticale all'interno della freccia (0,1 m/s), π – costante pari a 3,14.

Nel frattempo, il diametro del separatore idraulico (nominale) può essere scelto utilizzando una tabella di valori standard approssimativi.

Il parametro dell'altezza per il dispositivo di separazione dei flussi termici non è critico. In pratica, l'altezza del tubo può essere qualsiasi, tenendo conto dei livelli di ingresso/uscita delle tubazioni.

Soluzione schematica per lo spostamento dei raccordi

La versione classica del separatore idraulico prevede la creazione di tubi disposti simmetricamente l'uno rispetto all'altro. Tuttavia, viene praticata anche una variante schematica di configurazione leggermente diversa, in cui i tubi sono disposti asimmetricamente. Cosa comporta questo?

Schema di costruzione di un separatore idraulico in cui i tubi del circuito secondario sono leggermente spostati rispetto ai tubi del circuito primario. Secondo gli ideatori (e dimostrato dalla pratica), questa variante è considerata più efficace per la filtrazione delle particelle e la separazione dell'aria.

Come dimostra l'applicazione pratica degli schemi asimmetrici, in questo caso si ottiene una separazione dell'aria più efficace e una migliore filtrazione (sedimentazione) delle particelle sospese presenti nel fluido termovettore.

Numero di connessioni sul separatore idraulico

La progettazione classica prevede il collegamento di quattro tubazioni alla struttura del separatore idraulico. Da qui sorge inevitabilmente la questione della possibilità di aumentare il numero di ingressi/uscite. In linea di principio, questo approccio costruttivo non è escluso. Tuttavia, l'efficienza dello schema diminuisce all'aumentare del numero di entrate/uscite.

Consideriamo una possibile variante con un numero maggiore di tubi rispetto alla classica e analizziamo il funzionamento del sistema di separazione idraulica per tali condizioni di installazione.

Schema del separatore per la distribuzione multicanale dei flussi termici. Questa variante consente di gestire impianti più voluminosi, ma se il numero di raccordi supera i quattro, l'efficienza complessiva del sistema diminuisce notevolmente.

In questo caso, il flusso termico Q1 viene completamente assorbito dal flusso termico Q2 quando la portata di questi flussi è sostanzialmente equivalente:

Q1=Q2.

Nello stesso stato del sistema, il flusso termico Q3 ha un valore di temperatura approssimativamente uguale ai valori medi di Tmedia, che scorrono lungo le linee di ritorno (Q6, Q7, Q8). Allo stesso tempo, si nota una differenza di temperatura trascurabile tra le linee Q3 e Q4.

Se il flusso termico Q1 diventa uguale alla componente termica Q2+Q3, la distribuzione della prevalenza termica segue la seguente dipendenza:

T1=T2, T4=T5,

mentre

T3= T1+T5/2.

Se invece il flusso termico Q1 diventa uguale alla somma del calore di tutti gli altri flussi Q2, Q3, Q4, in tale stato si equalizzano tutte e quattro le prevalenze termiche (T1=T2=T3=T4).

Sistema di separazione multicanale con quattro ingressi e quattro uscite, spesso utilizzato nella pratica. Per la gestione degli impianti di riscaldamento delle abitazioni private, questa soluzione è pienamente soddisfacente dal punto di vista dei parametri tecnologici e della stabilizzazione del funzionamento della caldaia.

In tali circostanze, nei sistemi multicanale (con più di quattro canali) si osservano i seguenti fattori che influenzano negativamente il funzionamento complessivo del dispositivo:

• si riduce la convezione naturale all'interno del separatore idraulico;
• diminuisce l'effetto di miscelazione naturale tra mandata e ritorno;
• l'efficienza complessiva del sistema tende a zero.

Ne consegue che l'allontanamento dallo schema classico con l'aumento del numero di raccordi di uscita annulla quasi completamente la proprietà operativa che un separatore idraulico dovrebbe possedere.

Separatore idraulico senza filtro

La costruzione del separatore, in cui sono assenti le funzioni di sfogo dell'aria e di filtro decantatore, si discosta anch'essa dallo standard. Tuttavia, con questa costruzione è possibile ottenere due flussi con velocità di movimento diverse (circuiti dinamicamente indipendenti).

Soluzione costruttiva non standard per la realizzazione del separatore idraulico. Si differenzia dalla versione classica per l'assenza delle funzioni di filtrazione e di estrazione dell'aria. Inoltre, la distribuzione dei flussi termici segue uno schema di trasporto perpendicolare, consentendo un disaccoppiamento della velocità.

Ad esempio, c'è un flusso termico proveniente dal circuito della caldaia e un flusso termico proveniente dal circuito degli apparecchi di riscaldamento (radiatori). Con la costruzione non standard, in cui la direzione dei flussi è perpendicolare, la velocità del flusso del circuito secondario con gli apparecchi di riscaldamento aumenta notevolmente.

Lungo il circuito della caldaia, invece, il movimento è rallentato. In verità, questo è un punto di vista puramente teorico. In pratica, è necessario testare in condizioni specifiche.

A cosa serve il separatore idraulico?

La necessità di utilizzare la struttura classica del separatore idraulico è evidente. Inoltre, nei sistemi con caldaie, l'introduzione di questo elemento diventa un'azione obbligatoria.

L'installazione di un separatore idraulico in un sistema servito dalla caldaia garantisce la stabilità dei flussi (portata del fluido termovettore). Di conseguenza, viene completamente eliminato il rischio di colpi d'ariete e sbalzi di temperatura.

Esempi di separatori idraulici in versione classica semplice basati su tubazioni in plastica. Ora queste costruzioni si possono incontrare persino più spesso di quelle metalliche. L'efficacia dell'azione è praticamente la stessa di quelle metalliche, ma il risparmio sul dispositivo e sull'installazione nel sistema è un dato di fatto.

Per qualsiasi sistema di riscaldamento ad acqua standard realizzato senza separatore idraulico, la disattivazione di alcune linee comporta inevitabilmente un rapido aumento della temperatura del circuito della caldaia a causa della portata ridotta. Allo stesso tempo, si verifica il ritorno di un flusso di ritorno fortemente raffreddato.

Appare il rischio di formazione di colpi d'ariete. Tali fenomeni possono portare a un rapido guasto della caldaia e ridurre significativamente la durata dell'apparecchiatura.

Per i sistemi domestici, nella maggior parte dei casi, le strutture in plastica sono adatte. Questa opzione di utilizzo sembra più economica dal punto di vista dell'installazione.

Inoltre, l'uso di raccordi consente di installare sistemi di tubi polimerici e collegare separatori idraulici in plastica senza saldature. Dal punto di vista della manutenzione, queste soluzioni sono anche ben accette, poiché il separatore idraulico montato su raccordi può essere facilmente rimosso in qualsiasi momento.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video sull'applicazione pratica: quando è necessario installare un separatore idraulico e quando non è necessario.

È difficile sopravvalutare l'importanza del separatore idraulico nella distribuzione dei flussi termici. Si tratta di un'apparecchiatura davvero necessaria, che dovrebbe essere installata su ogni sistema di riscaldamento individuale e di acqua calda sanitaria (ACS).

L'importante è calcolare, progettare e realizzare correttamente il dispositivo: il separatore idraulico. È proprio un calcolo preciso che consente di ottenere il massimo rendimento dal dispositivo.

Per favore, scrivete commenti nel blocco sottostante, pubblicate foto sull'argomento dell'articolo, fate domande. Raccontate come avete dotato il sistema di riscaldamento con un separatore idraulico. Descrivete come è cambiato il funzionamento dell'impianto dopo la sua installazione, quali vantaggi ha acquisito il sistema dopo l'inserimento di questo dispositivo nello schema.