Что такое трехходовой термостатический клапан и как он работает в системе отопления

В современных системах отопления трехходовой клапан применяется довольно часто, поскольку является средством качественного регулирования теплоносителя – по температуре, а не по расходу. Ведь подача в радиаторы оптимально нагретой воды – лучший способ экономить энергоносители.

Есть у термосмесительных кранов и другие полезные функции, о которых вы узнаете из данной статьи. Но вначале стоит рассмотреть, как работает трехходовой клапан, а также разобраться в его внутреннем устройстве.

Разновидности 3-ходовых клапанов

Все термостатические трехходовые клапаны для отопления делятся на 3 вида по устройству и принципу работы:

• смесительные;
• разделительные;
• переключающие.

О назначении каждой из 3 разновидностей можно судить по названию. Первый тип клапана смешивает два потока теплоносителя с различной температурой, второй – разделяет, третий занимается переключением воды между 2 линиями. Распознать их внешне нетрудно, обычно принцип работы изображен на корпусе в виде рисунка. Вот как выглядит трехходовой смесительный клапан:

На заводском шильдике от фирмы Herz четко показано смешивание 2 потоков, значит, это смесительный вентиль

Похожее обозначение стоит на разделительном элементе. Что же касается переключающих кранов, то на их корпусе изображения может и не быть, зато есть значительные внешние отличия по форме.

Разделительный (фото слева) и переключающий (справа) 3-ходовой клапан

С помощью смешивания или разделения потоков добиваются оптимальной температуры теплоносителя, подаваемого в радиаторы системы отопления или контуры теплого пола. Переключение используется в газовых двухконтурных котлах, когда нагретую воду надо поочередно направлять в разные теплообменники.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться, из чего состоит и как работает термосмесительный трехходовой кран самого распространенного седельного типа, следует изучить представленную ниже схему. Внутри латунного корпуса с тремя патрубками методом литья устроены 3 камеры, проходы между которыми перекрываются тарельчатыми клапанами. Они закреплены на одной оси – штоке, выходящем из корпуса с четвертой стороны.

В смесительном 3-ходовом кране выходной патрубок (откуда идет смешанная вода) всегда открыт, остальные 2 штуцера поочередно закрываются термоголовкой

Принцип действия следующий: при нажатии на шток начнет открываться проход для одного потока и постепенно закрываться для другого, в результате чего в камере смешивания клапана получится вода необходимой температуры. Она покидает латунный корпус элемента через третий патрубок. Регулировка силы нажатия на шток осуществляется термоголовкой с выносным датчиком температуры, установленным в соответствии со схемой.

Весь процесс стоит разъяснить подробнее:

1. Представьте, что со стороны горячей воды поступает недостаточно прогретый теплоноситель. Тогда механизм пропускает его дальше, а третий патрубок закрыт. Выносной датчик наполнен термочувствительной жидкостью и посредством капиллярной трубки соединен с резервуаром (сильфоном) внутри термоголовки.
2. При нагреве датчика эта жидкость расширяется, ее объем в трубке и сильфоне увеличивается, в результате последний начинает нажимать на шток трехходового клапана. Момент нажатия определяется регулировкой на шкале термостатической головки, настроенной на требуемую температуру.
3. После этого к потоку разогретой воды подмешивается холодная из третьего патрубка и температура воды на выходе из термоклапана остается неизменной, хотя нагрев теплоносителя на входе продолжается.
4. Если входящая вода продолжает нагреваться сверх нормы, то для сохранения установленной температуры на выходе термостатический клапан может полностью перекрыть вход и открыть боковой проток. При этом шток опускается в крайнее нижнее положение.
5. Как только датчик отметит остывание теплоносителя, головка слегка отпустит шток, откроется седло клапана с горячей стороны и начнется подмешивание нагретой воды.

Способ регулировки трехходового крана термостатической головкой с датчиком – самый популярный, поскольку является достаточно точным и простым, причем не требующим электричества.

Если вести речь о разделительном клапане, принцип его работы практически такой же, только при нажатии на шток один поток начинает делиться на два. А вот в переключающем элементе направление движения меняет электропривод, о чем подробно рассказано на видео:

Использование приводов

Помимо термостатической головки, клапаном можно управлять и другими способами. Первый из них – ручной, когда глубину нажатия штока определяет поворот рукоятки снаружи корпуса. Не самый лучший вариант и годится только в том случае, когда температура воды, поступающей в патрубки, неизменна. Другой вариант – управление с помощью серво— и электропривода, получающего команды от контроллера. Для совместной работы с разными приводами используется и другой тип клапанов – поворотные, чье устройство показано на рисунке:

Этот клапан с 3 выходами очень похож на обычный шаровой кран с электроприводом

Здесь есть определенное сходство с шаровым краном, только рабочий поворотный элемент имеет другую форму отверстия, чтобы пропускать теплоноситель сразу в двух направлениях. Принцип работы здесь простой: ось поворачивается на требуемый угол, вращаемая приводом. Последний управляется контроллером, получающим импульсы от одного или нескольких датчиков. Обычно приводы на клапаны устанавливают в сложных либо автоматизированных системах отопления с погодным регулированием.

Схемы подключения клапана к системе отопления

Когда есть понимание, что такое трехходовой клапан и в чем состоит его работа, можно рассмотреть различные схемы подключения, зависящие от назначения и роли элемента в отоплении дома. Установка термосмесительного 3-ходового клапана производится в 4 случаях:

1. Для защиты твердотопливного котла от воздействия конденсата и температурного шока после внезапных отключений электроэнергии.
2. Теплоноситель в контурах теплых полов должен прогреваться до 45 °С, температуру поддерживает смесительный узел с трехходовым краном.
3. Для поддержания необходимой температуры воды в разных ветвях системы.
4. Когда требуется подключить бойлер косвенного нагрева к одноконтурному газовому котлу.

Чтобы защитить тепловой агрегат на твердом топливе от образования конденсата, нельзя во время его разогрева допускать подачу в котловой бак остывшей воды из радиаторной сети. Для этого используется следующая схема подключения котла с байпасом и трехходовым смесительным клапаном:

Схема работает так. Пока теплогенератор не прогрелся, вода циркулирует по малому кругу через байпас. При нагреве теплоносителя в обратке до 50—55 °С клапан начинает открываться и подмешивать холодный теплоноситель из системы. При выходе отопителя на рабочий режим байпас перекрывается и весь поток идет через радиаторы. Подробнее эта тема раскрыта на видео:

В системе теплых полов данный элемент выполняет те же функции. Циркуляционный насос гоняет теплоноситель по греющим контурам до тех пор, пока он не начнет остывать. Как только это произойдет, сработает датчик и термоголовка, после чего трехходовой клапан станет добавлять в замкнутый контур горячую воду, идущую от котла. Как своими руками правильно выполнить монтаж коллектора теплых полов, насоса и клапана, показано на схеме:

Насос заставляет циркулировать воду по контурам теплого пола, а клапан поддерживает ее температуру на уровне 35…45 градусов

Следующий пример использования и подключение этой важной детали – обвязка твердотопливного теплогенератора и буферной емкости – аккумулятором тепла. Чтобы прогреть ее целиком достаточно быстро, температура подаваемого теплоносителя должна быть от 70 до 85 °С, каковая вовсе не нужна в системе радиаторного отопления. Понизить ее как раз и помогает трехходовой клапан, установленный за емкостью вместе с отдельным циркуляционным насосом.

В схеме с теплоаккумулятором и ТТ-котлом применяется 2 смесительных клапана, каждый регулирует температуру в своем контуре

Важно. Устанавливая смесительный клапан, помните, что насос должен располагаться с той стороны, где находится всегда открытый патрубок трехходового крана.

Сложная отопительная система большого коттеджа может иметь множество потребителей, подключаемых посредством гидрострелки и распределительного коллектора. Причем в каждый из контуров надо подать теплоноситель с разной температурой. Самая высокая нужна бойлеру косвенного нагрева, поэтому на подводке к нему регулирующей арматуры нет. Остальным потребителям нужен более холодный теплоноситель, а потому они подключены через трехходовые клапаны.

В каждом контуре схемы стоит трехходовой вентиль, поскольку нужно готовить воду с разной температурой. Только бойлер ГВС подключен к гребенке напрямую

В схеме с бойлером косвенного нагрева и одноконтурным газовым котлом тоже не обойтись без 3-ходового крана. Задача элемента – переключать поток теплоносителя на змеевик бойлера ГВС по команде контроллера (срабатывает электропривод).

Пока змеевик прогревает бойлер, отопление бездействует, поскольку клапан переключает поток между 2 линиями

Бюджетные элементы с фиксированной температурой воды

В несложные отопительные системы загородных домов, получающие тепловую энергию от ТТ-котла, допускается ставить трехходовой клапан упрощенного типа, действующий автономно. Для работы ему не нужна термоголовка с температурным датчиком, да и штока там нет. Управляющий термостатический элемент установлен внутрь корпуса и настроен на определенную температуру воды на выходе, например, 60 или 50 °С (указывается на корпусе).

Схема работы и устройство клапана со встроенным регулирующим элементом

Термосмесительный кран данного типа всегда поддерживает фиксированную температуру теплоносителя на выходе, изменить эту настройку нельзя. Отсюда возникает плюс и минус в использовании подобной арматуры:

1. Преимущество — более низкая цена, чем стоимость узла с термоголовкой. Разница существенная — около 30%.
2. Недостаток — нельзя регулировать нагрев выходящего теплоносителя. Когда элемент с завода настроен на 55 °С, то он всегда будет подавать воду с этой температурой ±2 °С.

Совет. Перед покупкой клапана упрощенной конструкции внимательно читайте техническую документацию на твердотопливный котел, в ней нередко указывается минимальная температура обратного теплоносителя. Больше информации по применению смесительной арматуры вы найдете в отдельной публикации.

Заключение

Термостатический трехходовой кран – очень полезная деталь системы отопления частного дома, позволяющая эффективно использовать нагреваемый теплоноситель, а значит, и экономить топливо. Кроме того, эта простая деталь играет роль элемента безопасности для твердотопливных котлов и позволяет продлить им срок службы. С другой стороны, не стоит ставить клапан без нужды и куда попало, по этому поводу всегда консультируйтесь со специалистом в данной области.

Особенности трехходового клапана, оснащенного электроприводом

В инженерных системах горячего водоснабжения и отопления используется большое количество регулирующих устройств, помогающих поддерживать стабильные гидравлические параметры — температуру и давление воды. Среди них — трехходовой клапан с терморегулятором, т.е устройством, контролирующим работу системы, состоящей из двух контуров.

Назначение трехходового клапана

Трехходовой клапан внешне похож на латунный или чугунный тройник, но имеет другое предназначение и конструкцию. Функция устройства — разделение или смешивание потоков воды из двух контуров отопления, а также переключение потока между двумя контурами. На этом основывается основная классификация трехходовых клапанов:

• разделительные;
• смесительные;
• переключающие.

Трехходовой клапан разделительный предназначен для изменения количественного изменения гидравлических показателей в системе. Например, если это квартира в многоэтажном доме, то у собственников нет возможности регулировать температуру радиаторов в комнатах, поскольку источник тепла — нагревательный котел — находится вне зоны доступа.

В этом случае помогает установка трехходового клапана, который позволяет изменять не качественные параметры (температуру воды на выходе), а количественные параметры путем изменения объема горячей воды, поступающей из общего стояка в квартиру.

Смесительный трехходовой клапан объединяет два потока воды в один и также регулирует температуру теплоносителя, но уже по другому принципу. Клапан подключен к подающему и отводящему патрубкам замкнутой системы. На один поступает нагретая вода из бойлера, во второй — уже остывший теплоноситель, сделавший круг по системе. Смешивая два потока в один, клапан регулирует температуру воды в рамках установленного предела. Жидкость по достижению нужных значений поступает во второй контур (например, в теплый пол).

Переключающие трехходовые клапаны позволяют изменять направление потока воды в системе. Например, в частном доме, где установлен теплый пол, всегда возникает необходимость на время отключить один из контуров. Например, при потеплении можно уже обойтись без радиаторов отопления, но без подогрева пола в доме все еще некомфортно. За счет переключающего клапана можно не перезапускать бойлер, а просто переключить систему на любой из контуров.

Внимание! Трехходовые клапаны по способу регулировки делятся на ручные и автоматические. Вторая категория устройств оснащена электроприводом, который позволяет устанавливать и поддерживать заданные параметры системы автоматически.

Особенности конструкции клапана с электроприводом

Конструкция клапана с электроприводом у разделительных, смешивающих и переключающих моделей отличается. Все виды регулирующей арматуры имеют металлический корпус, который внутри разделен на три части, между которыми располагается регулирующее устройство — шток. Именно по его форме и принципу действия различаются конструкция трехходового клапана.

Электропривод — деталь, объединяющая все три типа трехходовых клапанов. При помощи встроенного привода с контроллером осуществляется автоматическая регулировка температуры воды за счет реагирования устройства на изменения температуры воды. Электропривод, который еще называют сервоприводом — это двигатель, но он не вращается вокруг своей оси, как обычные приборы, а делает поворот в ограниченном радиусе.

Внимание! Внешне трехходовой клапан с электроприводом можно узнать по наличию поворотного рычага из пластика, на котором находится метка для обозначения скалярной величины.

Принцип действия

Сервопривод получает сигнал с контроллера, который настроен на определенный температурный диапазон воды. Контроллер воспринимает и реагирует на изменения температуры, посылая сигнал на сервопривод, который делает поворот и заставляет двигаться шток. Последний, в свою очередь, открывает и/или закрывает поток одного из контуров.

У смешивающих клапанов шток состоит из двух плоских дисков круглого сечения или одной сферы со сквозным отверстием. Запорный элемент разделяет устройство на два патрубка, соответствующих контурам отопления. Регулирование происходит за счет движения штока, который может подниматься/опускаться либо делать неполный оборот вокруг своей оси, перекрывая один и открывая другой патрубок.

Работа разделительных клапанов происходит практически по тому же принципу, что и у смешивающих, но в нем два потока разделяются между собой качественный и количественный потоки. Качественный — это поток с постоянными гидравлическими и температурными показателями, которые регулируются непосредственно водонагревательным устройством. Они необходимы для поддержания стабильной работы основного контура (например, системы отопления). Количественный поток регулируется основывается на увеличении или уменьшении подачи воды за счет движения штока, например, в системе “теплый пол”.

Преимущества

Ключевое преимущество устройств с электроприводом — автономность. Привод можно отрегулировать один раз, указав необходимую температуру на обоих контурах, после чего прибор будет сам контролировать параметры работы системы, увеличивая или уменьшая приток горячей воды в систему. При этом датчик температуры может иметь более широкие настройки и реагировать на изменения показателя окружающей среды. Например, если на улице потеплеет, терморегулятор снижает температуру воды в контуре “теплого пола” или в радиаторах отопления.

Есть и другие преимущества:

• автоматические устройства позволяют избежать перегрева теплоносителя в системе и предотвратить перерасход топлива;
• трехходовые клапаны решают проблему отвода конденсата во время запуска твердотопливного котла;
• при помощи устройства можно подключить к одному котлу контуры системы горячего водоснабжения и отопления.

Современные инженерные системы в частных домах и на предприятиях работают на одном источнике тепла, который нагревает воду и для отопления, и для ГВС.

Обратите внимание! Чтобы сэкономить на энергоносителе и повысить эффективность системы, желательно купить конденсационный котел, который использует не только тепло сгорания топлива, но и энергию горячего конденсата. На его основе можно сделать двухконтурную систему отопления и ГВС.

Модели устройств с приводом

Электроприводы у трехходовых клапанов могут подключаться к автономному источнику питания (батарейке, аккумулятору) и к общей электрической сети. Существует несколько производителей клапанов с приводом, из них можно назвать наиболее популярные имена:

• ESBE (Швеция);
• Danfoss (Дания);
• Navien (Южная Корея).

Фирма ESBE выпускает трехходовые клапаны шарового типа, у которых вместо дискового затвора находится сферический затвор по типу шаровых кранов. Модели отличаются простотой конструкции и доступной стоимостью. Нюанс — у большинства устройств привод с контроллером продается отдельно от клапана, который нужно после покупки установить в верхнюю часть штока. Для установки и подключения клапанов в системы отопления, соединенные с теплым полом, рекомендуется выбирать модели VTA 270, VTA 310, DN25. Например, VTA 270 — термосмесительный клапан, который чаще всего выбирают для установки теплого пола в помещениях, площадь которых составляет не меньше 100 м².

Датские модели клапанов Danfoss производят на основе латуни, нержавеющей стали и чугуна. В продаже представлены четыре модели трехходовых клапанов с приводом — VF3, VMV, VRB3 и VRG3. Первая модель VF3 оснащена фланцевым соединением, остальные три — резьбовым. Продукция данного бренда отличается высоким качеством в сочетании с умеренной стоимостью. Их можно использовать не только в системах водоснабжения и отопления, но и кондиционирования, в том числе в промышленных условиях. Еще одно важное преимущество клапанов Данфосс — возможность установки на трубе в любом положении.

Корейские трехходовые клапаны Navien — это доступные по цене и функциональные модели, которые чаще всего используются в системах, где контуры отопления и горячего водоснабжения подключены к одному источнику.

Обратите внимание! Чтобы двухконтурная система работала исправно, рекомендуется устанавливать в систему регулирующие элементы (терморегуляторы, контроллеры, трехходовые клапаны, конденсатоотводчики) одного производителя.