Насосно-смесительные узлы для водяного теплого пола

Требуемый расход теплоносителя в любой системе водяного отопления подсчитывается по следующей формуле:

где Q — тепловая мощность системы, Вт; с — удельная теплоёмкость теплоносителя, Дж/кг °С; ∆Т — разность температур между прямым и обратным теплоносителем, °С.

В системах радиаторного отопления перепад температур ∆Т обычно составляет порядка 20 °С, а в системах напольного отопления ∆Т = 5–10 °С.

Это значит, что для переноса одного и того же количества теплоты тёплые полы требуют расхода теплоносителя в 2–4 раза больше.

Максимальная температура теплоносителя в системах тёплого пола, как правило, не превышает 55 °С, рабочее значение этого параметра обычно лежит в пределах 35–45 °С.

В радиаторном же отоплении теплоноситель обычно подаётся с температурой 80–90 °С.

В связи с этими двумя факторами неизменным атрибутом системы напольного отопления является узел смешения.

Насосно-смесительный узел системы тёплого пола должен выполнять следующие основные функции:
• поддерживать во вторичном контуре температуру теплоносителя ниже температуры первичного контура;
• обеспечивать расчётный расход теплоносителя через вторичный контур;
• обеспечивать гидравлическую увязку между первичным и вторичным контурами.

К вспомогательным функциям насосно-смесительного узла можно отнести следующие:
• индикация температуры (на входе и выходе);
• отсекание циркуляционного насоса шаровыми кранами для его замены или обслуживания;
• защита насоса от работы на «закрытую задвижку» с помощью перепускного клапана;
• аварийное отключение насоса при превышении максимально допустимой температуры теплоносителя;
• отведение воздуха из теплоносителя;
• дренирование узла.

Принцип работы простейшего насосно-смесительного узла можно объяснить по тепломеханической схеме на рис. 1.

Рис. 1. Тепломеханическая схема простейшего насосно-смесительного узла

Нагретый теплоноситель поступает на вход насосно-смесительного узла от котла или стояка радиаторной системы отопления с температурой T₁. На входе в узел установлен настраиваемый термостатический клапан 2, на приводе которого выставляется требуемая температура теплоносителя, поступающего в тёплый пол Т₁₁. Термочувствительный элемент 3 привода клапана располагается после насоса 1. При повышении температуры Т₁₁ выше настроечного значения, клапан 2 закрывается, а при понижении – открывается, пропуская горячий теплоноситель на вход насоса. Пройдя по петлям тёплого пола, теплоноситель остывает до температуры Т₂₁. Часть остывшего теплоносителя возвращается к котлу, а часть – через балансировочный клапан 4 поступает на вход насоса, смешиваясь с горячим теплоносителем.

Таким образом, в первичном (котловом) контуре температура теплоносителя снижается с Т₁ до Т₂₁ (∆Т_кк = Т₁ – Т₂₁). Температуру Т₂₁ задаёт пользователь. Перепад температур в петлях тёплого пола ∆Т_тп = Т₁₁ – Т₂₁ также задаётся на стадии расчётов. Зная эти данные, и требуемую тепловую мощность тёплого пола, можно определить соотношение расходов в узле:

Исходные данные:
• температура на входе в насосно-смесительный узел Т₁ = 90 °С;
• температура после насоса Т₁₁ = 35 °С;
• перепад температур в петлях тёплого пола ∆Т_тп = 5 °С;
• тепловая мощность тёплого пола Q = 12 кВт.

Решение:
1. Температура на выходе из петель тёплого пола: Т₂₁ = Т₁₁ – ∆Т_тп = 35 – 5 = 30 °С.
2. Перепад температур в первичном (котловом) контуре: ∆Т_кк = Т₁ – Т₂₁ = 90 – 30 = 60 °С.
3. Расход во вторичном контуре G₁₁ = Q/c⋅ ∆T_тп = 12000/4187⋅5 = 0,573 кг/с.
4. Расход в первичном (котловом) контуре G₁ = Q/c⋅ ∆T_тп = 12000/4187⋅60 = 0,048 кг/с.
5. Расход через байпас G₃ = G₁₁ – G₁ = 0,573 – 0,048 = 0,535 кг/с.

Таким образом, расход в контуре тёплого пола в данном примере должен быть в 12 раз выше, чем в котловом контуре.

Как правило, циркуляционный насос при проектировании выбирается с некоторым запасом, поэтому он может перекачивать через байпас большее количество теплоносителя, чем требуется по проекту. К тому же, и температура теплоносителя в первичном контуре может по факту оказаться меньше расчётной. Именно для корректировки этих расхождений с расчётными данными служит балансировочный клапан 4, которым можно ограничить расход через байпас.

Насосно-смесительные узлы VT.COMBI и VT.COMBI.S

В насосно-смесительных узлах VT.COMBI и VT.COMBI.S (рис. 2, 3) приготовление теплоносителя с пониженной температурой происходит при помощи двухходового термостатического клапана, управляемого либо термоголовкой с капиллярным термочувствительным элементом, установленном в линии подающего коллектора (модель VT.COMBI), либо аналоговым сервоприводом, который работает под управлением контроллера VT.К200.М (модель VT.COMBI.S). Контроллер с датчиками температуры теплоносителя и наружного воздуха не входит в комплект поставки насосно-смесительного узла и приобретается отдельно.

В линии подмеса узла установлен балансировочный клапан, который задаёт соотношение между количествами теплоносителя, поступающего из обратной линии вторичного контура и прямой линии первичного контура, а также уравнивает давление теплоносителя на выходе из контура тёплых полов с давлением после термостатического регулировочного клапана.

От настроечного значения Kvb этого клапана и установленного скоростного режима насоса зависит тепловая мощность смесительного узла.

Узел адаптирован для присоединения к нему коллекторных блоков с межосевым расстоянием 200 мм и горизонтальным смещением между осями коллекторов 32 мм. При этом коллекторные блоки могут присоединяться как на входе, так и на выходе насосно-смесительного узла. Это позволяет использовать этот узел в комбинированных системах отопления (рис. 4), где отопление тёплым полом совмещается с радиаторным отоплением.

Рис. 4. Узел VT.COMBI.S в комбинированной системе отопления

Насосно-смесительный узел VT.DUAL

Насосно-смесительный узел VT.DUAL (рис. 5 и 6) состоит из двух модулей (насосного и термостатического), между которыми монтируется коллекторный блок контура тёплого пола. Для смешения используется трехходовой термостатический клапан, управляемый термоголовкой с капиллярным термочувствительным элементом, установленным на обратный коллектор вторичного контура.

Рис. 5. Насосно-смесительный узел VT.DUAL

Предохранительный термостат подающего коллектора останавливает насос в случае превышения настроечного значения температуры, прекращая циркуляцию в петлях тёплого пола.

Рис. 6. Узел VT.DUAL с коллекторным блоком (подключение справа)

Конструкция узла предусматривает перепускной контур с балансировочным клапаном, сохраняющим неизменным расход теплоносителя в первичном контуре при перекрытии петель тёплого пола.

Элементы узла устанавливаются не вертикально, а под углом 9°, что вызвано горизонтальным смещением осей коллекторного блока. Это позволяет подключать узел к подводящим трубопроводам как справа, так и слева.

Насосно-смесительный узел VT.VALMIX

Насосно-смесительный узел VT.VALMIX (рис. 7) отличается от узла VT.COMBI меньшей монтажной длиной и отсутствием перепускного клапана. Узел рассчитан на установку циркуляционного насоса монтажной длиной 130 мм. Ручной воздухоотводчик узла расположен на регулировочной втулке балансировочного клапана вторичного контура.

Узел поставляется с термоголовкой VT.3011, имеющей диапазон настройки температур от 20 до 62 °С. Вместо термоголовки может быть установлен аналоговый термоэлектрический сервопривод VT.TE3061, работающий под управлением контроллера VT.K200.М. Узел поставляется без циркуляционного насоса.

Рис. 7. Насосно-смесительный узел VT.VALMIX

Насосно-смесительный узел VT.TECHNOMIX

Так же как узел VT.VALMIX, узел VT.TECHNOMIX (рис. 8) рассчитан на установку циркуляционного насоса длиной 130 мм, но имеет несколько большую монтажную длину.

Кроме того, входные и выходные патрубки узла находятся в одной плоскости, поэтому узел монтируется к коллекторному блоку под углом 9°, и может устанавливаться как справа от обслуживаемого коллекторного блока, так и слева от него.

Узел поставляется с термоголовкой VT.5011, имеющей диапазон настройки температур от 20 до 60 °С.

Вместо термоголовки может быть установлен аналоговый термоэлектрический сервопривод VT.TE3061, работающий под управлением контроллера VT.K200.М. Узел поставляется без циркуляционного насоса.

Сравнение насосно-смесительных узлов VALTEC

Таблица 1. Сравнительная таблица насосно-смесительных узлов VALTEC

Зачем нужен смесительный узел для теплого пола – виды, назначение, устройство

В последние годы обустройство пола с обогревом успешно сочетается с отопительной системой с привычными для многих радиаторами. Совместное функционирование двух таких похожих и одновременно принципиально разных конструкций невозможно без смесительного узла для теплого пола.

Поскольку обогрев пола относится к низкотемпературным системам, а отопительные радиаторы к высокотемпературным, непременным условием их совместной эксплуатации является наличие узла подмеса. Его основное функциональное назначение, как понятно из названия – смешивать.

Назначение смесительных узлов

Прежде всего, надо отметить, что применяют смесительный узел для водяного
теплого пола, поскольку и в системе нагрева пола, и в радиаторах течет одинаковый теплоноситель.

Система теплоснабжения обычно состоит из:

• нагревательного котла, в котором греется вода;
• одного контура с высокотемпературными батареями;
• нескольких контуров, входящих в конструкцию теплого пола.

Котел, входящий в систему, нагревает теплоноситель до температуры, необходимой для функционирования радиаторов, обычно это 95 °С, но в некоторых случаях 85 и даже 75°С. В соответствии с санитарными нормами, температура на напольной поверхности не может быть больше 31°С. Ограничение связано со многими причинами, в том числе с комфортным передвижением по дому.

С учетом высоты стяжки, в которую вмуровывают трубопроводы системы обогрева, а также типа и параметров материала пола температура рабочей среды в трубах составлять должна не больше 55 градусов. Отсюда ясно, что не следует направлять в отопительный контур горячую воду прямо из котла, поскольку она имеет чересчур высокую температуру.

Поэтому с целью понижения степени нагрева рабочей среды на входе в контур производят монтаж смесительного узла теплого пола. В нем происходит смешивание потоков теплоносителя с разными температурами. В результате его температура понижается, и вода подает в отопительный контур.

Нередко владельцев недвижимости интересует, всегда ли для теплого пола нужен смесительный узел, и когда его можно не устанавливать. Специалисты утверждают, что такое вполне возможно. Если обустройство теплоснабжения в доме предусматривает использование низкотемпературных контуров, а агрегат нагревает воду только до нужной температуры для отопительной системы, тогда можно не монтировать узлы подмеса.

Примером является применение воздушного теплонасоса. Если нагревательный котел подает воду не только в конструкцию пола с обогревом, но и для принятия душа с температурой 65 – 75°С, тогда теплый пол без смесительного узла эксплуатировать нельзя.

Особенности работы узлов подмеса

Функционирование узла происходит так:

1. Горячий теплоноситель достигает коллектора обогрева пола и доходит до предохранительного клапана с термостатом.
2. Когда нагрев рабочей среды превышает требуемый уровень, срабатывает клапан и начинается подача холодной воды из обратки, в результате чего она перемешивается с горячим теплоносителем.
3. После того, как температура имеет нужное значение, клапан опять срабатывает и поступление горячей воды прекращается.

Коллекторный узел отвечает за регулировку степени нагрева теплоносителя и за его циркуляцию в контуре, и состоит из двух главных элементов:

1. Предохранительного клапана, подпитывающего отопительный контур горячей водой настолько, насколько это требуется, осуществляя контроль на входе.
2. Циркуляционного насоса, обеспечивающего перемещение теплоносителя по контуру с определенной скоростью, в результате чего напольное покрытие будет равномерно прогреваться по всей площади.

Кроме них в смесительный узел для теплого пола и радиаторов могут входить:

• байбас, препятствующий перегрузке системы;
• воздухоотводчики;
• клапаны отсекающего и дренажного типа.

В зависимости от решаемых задач смесительный узел коллектора можно обустраивать разными способами. Его всегда монтируют до контура отопительной конструкции, но само место монтажа точно не указывается. Например, узел можно сделать в комнате, где находится теплый пол, либо в котельном помещении.

Когда в постройке несколько комнат с теплыми полами, тогда смесительные узлы размещают в каждой из них отдельно или в близко расположенном коллекторном шкафу. В работе этих узлов имеется главное отличие, связанное с использованием разных предохранительных клапанов. Эти устройства бывают 2-х и 3-х ходовыми.

Узел подмеса с двухходовым клапаном для теплого пола

2-х ходовой тип устройства также называют питающим. На нем имеется термостатическая головка, укомплектованная жидкостным датчиком, в постоянном режиме контролирующим степень нагрева рабочей среды, которая подается в контур пола. Головка служит для открытия/закрытия клапана, в результате чего поступление горячей воды от нагревательного котла добавляется или отсекается.

Подмес потоков осуществляется так: вода из обратки поступает постоянно, а нагретый теплоноситель подается в случае необходимости, благодаря тому, что клапан регулирует этот процесс. В результате система обогрева пола не перегревается никогда и тем самым срок ее эксплуатации увеличивается.

У двухходового устройства малая пропускная способность, поэтому регулировка температуры рабочей среды осуществляется плавно. Специалисты при подключении смесительного узла для теплого пола отдают предпочтение использованию данного типа клапана. Правда, существует ограничение на его применение – обогреваемая площадь не должна превышать 200 «квадратов».

Узел подмеса с трехходовым клапаном

Трехходовой вариант совмещает в себе две функции: байпасного балансировочного крана и перепускного питающего клапана. Внутри него перемешиваются потоки холодной обратки и горячего теплоносителя.

Трехходовые устройства нередко оснащают сервоприводами, предназначенными для управления термостатическими приборами и контролерами погоды. В этом случае внутри клапана имеется заслонка, находящаяся в зоне 90 ° между обратным трубопроводом и трубой подачи нагретого теплоносителя от агрегата. Ее можно устанавливать в любом расположении – с уклоном в одну из сторон или посередине в зависимости от требуемого соотношения между горячей водой и обраткой.

Принято считать, что данный вид клапанов незаменим для отопительных систем с большим числом контуров.

Из недостатков этих элементов следует отметить:

1. Не исключены случаи, когда в результате сигнала от термостата клапан открывается и впускает теплоноситель, имеющий температуру 95 °С, в контур пола. Такие резкие температурные скачки при эксплуатации системы недопустимы, поскольку от избыточного давления трубопровод может лопнуть.
2. Трехходовые клапаны, имеющие значительную пропускную способность, даже в случае минимального сбоя в регулировке устройства могут сильно изменить температуру в контуре.

Чтобы поменять мощность системы нагрева пола в зависимости от погоды используют специальную арматуру – погодозависимый контролер. Например, в случае резкого похолодания, помещение в доме начинает остывать быстрее и нагревательная конструкция не может справляться со своим назначением. Для повышения ее эффективности следует увеличить нагрев теплоносителя и его расход.

Можно задействовать клапаны, управляемые вручную и при изменении погоды каждый раз крутить вентиль. Но недостаток такого метода очевиден: оптимальный режим выставить сложно. Поэтому многие домовладельцы отдают предпочтение клапанам с автоматическим управлением. Контролер вычисляет требуемую температуру и плавно управляет устройством.

Вся зона в 90 градусов разбита на 20 секторов, в каждом из которых 4,5 градуса. Контролер проверяет температурный режим раз в 20 секунд. Когда фактическая величина температуры воды, поступающей в систему, не отвечает расчетной, тогда клапан разворачивается в одну из сторон на 4,5 градуса.

Кроме этого, контролер позволяет сэкономить энергоносители. При отсутствии жильцов он понижает температуру в комнатах до минимально возможной отметки.

Схемы смесительного узла для пола

Схем подмеса для теплого пола существует множество. Можно обустраивать смешение теплоносителя, как до коллектора, так и на всех отводах от него.

Каждую ветку нужно оборудовать такими приборами как термостаты, расходомеры, клапаны:

1. Устройство балансировочное вторичного контура. Благодаря этому клапану осуществляется регулировка смесительного узла теплого пола — корректируется соотношение между объемами горячего и холодного теплоносителя из обратки. Чтобы повернуть клапан, используется шестигранный ключ, а чтобы не произошло смещение, его фиксируют зажимным винтом. Кроме этого, на устройстве имеется шкала расхода, отражающая его пропускную способность, равную от 0 до 5 кубометров в час.
2. Клапан балансировочно-запорный для радиаторного контура. Данное устройство предназначается для соединения группы подмеса для теплого пола с иными элементами отопительной системы. Для его поворота используют шестигранный ключ.
3. Клапан перепускной. Это предохранительное устройство. Он защищает насосное оборудование при работе того в режиме, когда через него не подается вода. Устройство срабатывает, если давление в системе понижается до определенного значения, выставляемого ручкой.

Схемы смесительного узла для радиаторов отличаются, что зависит от того, обустраивается одно- или двухтрубная теплоснабжающая система. Например, байпас при монтаже однотрубной конструкции всегда находится в открытом положении, чтобы горячий носитель тепла частично мог всегда двигаться в сторону батарей. В двухтрубной системе байпас закрывают, поскольку в нем отсутствует необходимость.

Не всегда коллекторная группа монтируется до радиаторного контура. Когда строение имеет небольшую площадь, и падение температуры рабочей среды незначительно, тогда коллектор с узлом подмеса располагают на обратке радиаторного контура. В этом случае коллектор теплого пола со смесительным узлом работает наиболее эффективно.

Порядок настройки смесительного узла

Когда выполнена работа в соответствии со схемой подключения смесительного узла для теплого пола, его функционирование требует регулировки. Процесс установки узлов несложен, потребуется только состыковать трубы.

Что касается настройки, то эта работа выполняется в определенной последовательности.

Этап 1. Сервопривод (термоголовку) снимают, чтобы он не оказывал влияние на узел при настройке.

Этап 2. Пропускной клапан выставляют на максимум, равный 0,6 бар. Если при выполнении настройки случайно сработает устройство, результат не получится корректным. По этой причине его следует поставить в положение, при котором это не может произойти.

Этап 3. Далее определяютcя с установкой балансировочного клапана. Под цифрой 1 обозначен радиаторный контур, 2 – контур системы пола с обогревом.

Для этого пользуются формулой:

t₁ – температура рабочей среды в подающем трубопроводе высокотемпературного контура;

t₂ подачи – температура носителя тепла в трубе подачи напольного контура;

t_2обр – температура воды в обратке контура пола с обогревом.

Kυ_т – коэффициент, равный 0,9.

Если, например, t₁ = 95 °, t_{2 подачи} = 45 ° и t_2обр = 35 ° подставить в формулу, тогда Kυ_б получится равным 4,05.

Это значение нужно выставить на устройстве балансировки.

Этап 4. Далее настраивают насосное оборудование. Для этого потребуется узнать расход воды в системе нагрева пола вместе с коллектором и величину потери давления в контуре за узлом подмеса.

Расход носителя тепла в напольном контуре узнают, воспользовавшись несложной формулой:

G₂ – расход теплоносителя во вторичном контуре обогрева пола;

Q – сумма тепловой мощности устройств, которые подключены после узла подмеса;

c – теплоемкость теплоносителя, в случае с водой c = 4,2 кДж.

Если подставить цифровые значения в формулу, тогда G₂ = 857 кг/час или 0,86 м³/час.

Чтобы узнать потери давления в контуре пола с обогревом, делают гидравлический расчет. Скорость насоса определяют по специальным графикам. Прежде отмечают точку, соответствующую расходу и напору насоса. Находящаяся выше полученной точки кривая отражает скорость насосного оборудования.

Так полученная величина расхода 0,86 м³/час, а напор насоса -4,05 мв.ст. Потерю давления в контурах после узла вычисляют с запасом 1 мв.ст., итого ΔPн = ΔPс + 1 = 4,05 +1 мв.ст.

Когда при настройке смесителя для теплых полов своими руками не получилось рассчитать насос, данный этап пропускают. В этом случае насосное оборудование выставляют на минимум. Если потом в процессе балансировки отопительной системы станет ясно, что скорости не хватает, то насос выставляют на больший параметр.

Этап 5. Начинают балансировку линий теплоснабжения пола. Прежде всего, закрывают на радиаторном контуре кран балансировочно-запорного типа. Далее откидывают с клапана крышку и поворачивают его, двигаясь по часовой стрелке до упора, задействуя шестигранный ключ.

Ответвления контура регулируют, используя балансировочные клапаны. Когда после узла подмеса имеется только одна линия, то этот процесс не требуется.

Балансировку выполняют следующим образом:

1. Открывают регуляторы на максимум.
2. На ответвлении, где отклонение расхода самое большое (отличие фактического показателя от проектного), клапан закрывают до нужной величины.
3. Аналогично регулируют и остальные ветки системы.
4. Если расход после балансировки ответвлений собьется, его еще необходимо откорректировать.
5. В случае, когда даже при открытых клапанах выставить расход не получилось, насосное оборудование следует переключить на большую скорость.

Этап 6. Увязывают узел подмеса для пола с остальными отопительными приборами. С этой целью на радиаторном контуре открывают клапан балансировочно-запорного типа, который ранее был закрыт, до положения, способного обеспечить необходимый расход теплоносителя.

Когда настраивается узел подмеса для теплого пола своими руками, этот показатель можно контролировать при помощи расходомеров или в обратном трубопроводе.

Расход теплоносителя в радиаторном контуре вычисляют по формуле:

Все цифровые значения известны, если их подставить в формулу, тогда G₁ = 142 кг/час или 0, 14 м³/час.

Этап 7. Приступают к настройке перепускного клапана. Выставляют на нем величину давления, которая должна быть на 5 – 10% меньше максимального давления насосного оборудования при заданной скорости. Это значение узнают из инструкции к насосу. Перепускной клапан насосного оборудования открывают только тогда, когда оно работает на нагнетание давления притом, что расход воды отсутствует. На этом устройстве устанавливают давление 0,54 – 5% = 0,51 бар.

Этап 8. Проверяют правильность функционирования смесительного узла. Подтверждением равномерности прогрева ответвлений теплого пола и правильности соотношения температурного режима в контурах является выполнение нижеприведенного равенства:

при этом индексом «р» обозначены расчетные величины, а индексом «ф» — фактические.

В том случае, когда равенство не выполнено, тогда на ¼ оборота закрывают балансировочно-запорный клапан, находящийся на радиаторном контуре, после чего повторно снимают показания и выполняют расчеты.

Если равенство соблюдается, считается, что смесительный узел эксплуатируется корректно. После этого возвращают на место сервопривод, на все элементы, где нужно, помещают защитные колпачки и затягивают винт на балансировочном устройстве.

Отопительный узел подмеса помещают в коллекторный шкаф, который обычно находится в помещении, где обустроен пол с обогревом. Также его можно расположить рядом с нагревательным котлом, если позволяет расстояние. Элементы смесительного узла можно смонтировать своими руками.

Нужно знать, что огромным минусом обустройства конструкции теплого пола без узла подмеса и коллектора заключается в том, что тогда нужно минимизировать теплопотери воды при передвижении ее от нагревателя к контуру, для чего потребуется выполнить ряд мероприятий по утеплению здания и его элементов.