Термосмесительный клапан для тёплого пола

На сегодняшний день среди используемых систем отопления жилых помещений значительное место отводиться теплым полам. По сложности конструкции и способу монтажа теплый пол трудно назвать легким и доступным вариантом обогрева. Другое дело эффективность. Использование для отопления подогрев полов обеспечивает в жилых помещения максимально комфортный температурный баланс. Сравнивая работу водяных полов с традиционным радиаторным отоплением, первые значительно выигрывают, как в плане эффективности, так и в эстетическом плане. Единственное препятствие, которое не позволяет более широко использовать греющие водяные трубы для подогрева пола – это существенная разница температур теплоносителя.

Автономный котел или центральная система отопления дают воду для обогрева с температурой 75-95 0 С. Теплый пол является низкотемпературной системой, оптимальная температура воды в отопительных трубах водяного контура составляет 35-55 0 С. Как в такой ситуации получить воду для теплого пола нужной температуры? С этой задачей успешно справляется смесительный клапан для теплого пола. Устройство осуществляет смешивание горячей и холодной воды, циркулирующей в системе, т.е. подготовку теплоносителя для последующей подачи в трубопровод вашего пола. Какие бывают смесительные клапаны и какова их работа, рассмотрим все существующие модели и варианты установки.

Место и роль смесительных клапанов в отопительной системе «теплые полы»

Основная задача, с которой приходится сталкиваться потребителям, решая вопрос монтажа теплых полов в своем доме, добиться необходимой температуры теплоносителя. Для радиаторов вода, температурой 75 0 С вполне приемлема, чего не скажешь о трубах, которые уложены в толще бетонной стяжки.

Важно! Чрезмерный нагрев бетонной стяжки приводит к ухудшению температурного баланса внутри отапливаемого помещения. Напольное покрытие (в большинстве случаев на древесной основе) при высоких температурах быстро утрачивает свои эстетические и технологические качества, приходя в негодность.

В соответствии с санитарными нормами, нормальная температура нагрева теплых полов не должна превышать 26 0 С. Тогда срединные слои воздушной массы внутри помещения прогреваются до комфортных значений 20-22 0 С. Для того, что бы получить такие температурные параметры, вода, поступающая в петли водяного контура должна быть нагрета до 50 0 С. Чуть менее 50% тепловой энергии нагретой воды уходит на прогрев слоеного пирога теплого пола. С учетом толщины слоя бетона, материала и разновидности напольного покрытия, происходит снижение температуры на поверхности пола.

Добиться существенного снижение температуры котловой воды на входе в отопительные водяные контуры помогает смесительный узел, представляющий собой комплект взаимосвязанных приборов и устройств. Одну из главных ролей в работе смесителя играет клапан термосмесительный, смешивающий воду для теплого пола. Благодаря этому небольшому приборчику осуществляется смешение двух поток воды, холодной и горячей для того, что бы на выходе получился вода необходимой температуры. Клапаны, устанавливаемые в смесительные узлы, бывают двух типов, трехходовые и двухходовые. Каждый из типов кранов выполняет свои, определенные технологическим процессом задачи и функции. Какой прибор лучше использовать для ваших теплых полов? Что стоит за выбором типа смешивающего и регулирующего устройства?

Что собой представляет смесительный термостатический клапан

Процесс работы теплых полов заключается в подаче горячей воды из нагревательного прибора или другого источника нагрева в смесительный узел. Первое устройство, с которым вступает в контакт горячая вода предохранительный смесительный термостатический клапан. Двухходовой или трехходовой кран специально установлен для того, что бы снижать температуру котловой воды перед тем как она поступит в коллектор. Охлаждение теплоносителя осуществляется в автоматическом режиме, за счет подмеса остывшей воды из трубы обратного потока. Этот процесс происходит постоянно и беспрерывно на протяжении того времени, когда включено отопление.

Выше уже было сказано, что для этих целей используются вентили подмеса двух типов.

Двухходовой термостатический смесительный клапан

Двухходовой термостатический клапан, если говорить обычными словами, представляет собой улучшенный вариант ручного вентиля.

Несложное и понятное устройство вентиля позволяет достаточно эффективно осуществлять регулировку температуры теплоносителя в автоматизированном режиме. Обычно такой прибор ставится в отопительную систему, заменяя ручные краны. К основным достоинствам двухходового типа устройства можно смело отнести:

• автоматизированная работа по снижению температуры воды;
• простая и недорогая конструкция;
• легкий монтаж.

На заметку: Недостатком подобного прибора являются ограничения использования. Такой тип вентилей рассчитан на работу теплых полов небольшой площади. Обычно двухходовой клапан ставится на водяные отопительные контуры небольшой длины (для ванной комнаты, в детской).

Это тип смесительного прибора используется чаще всего, когда речь идет об оборудовании теплых полов в качестве вспомогательной системы отопления. С помощью этого прибора осуществляется корректная регулировка температуры теплоносителя, рабочего давления в системе и интенсивность водяных потоков.

Устройство состоит из цельного, литого корпуса (латунь или бронза). На кране имеется терморегулирующая головка с метрической шкалой. Положение головки может меняться в ручном и в автоматическом режиме. Для простых и недорогих систем отопления обычно используется оборудование с ручной настройкой. В сложных системах принято устанавливать термостатические вентили с дистанционными датчиками температуры. Основной деталью конструкции прибора – седла, одно или два. Двухседельные краны способны перекрывать поток воды полностью в отличие от трехходовых устройств.

Принцип работы устройства заключается в следующем:

• вода, поступающая из обратного контура, снова направляется в петлю теплого пола;
• снижение температуры нагрева отработанной воды ниже установленных параметров, приводит к срабатыванию устройства. В систему запускается горячая вода, смешиваясь внутри прибора с остывшей водой;
• при достижении температуры воды заданных параметров, срабатывает термостатический датчик, вентиль автоматически перекрывает подачу горячей воды в систему.

Другими словами, затвор, состоящий из седла и плунжера, реагирует на механическое действие термостатической головки. Плунжер, опуская вниз, перекрывает поток воды, снижая давление. Опущенный вниз затвор означает полную герметизацию проходных отверстий крана, соответственно вода в систему не поступает. Плунжер установлен перпендикулярно направлению движения воды и может быть игольчатым, тарельчатым или стержневым.

На заметку: если использовать этот тип оборудования при отоплении помещений большой площади, термостат будет работать со сбоями. Вода в длинных контурах быстрее остывает, поэтому термостат вентиля будет срабатывать чаще, добавляя в систему горячую воду.

На практике сегодня применяются вентили трех видов:

• Гидравлические;
• Пневматические;
• С электроприводом.

На рисунке указана схема подключения двухходового смесительного клапана в систему отопления «теплые полы».

Трехходовой смесительный клапан

Что касается трехходового смесительного клапана, то его работа в принципе отличается от принципа действия двухходового устройства. Здесь идет речь о подмесе к горячей воде, поступающей от котла к коллектору, остывшей воды, поступающей из обратки. Плюсы и минусы данного устройства аналогичны двухходовому крану за исключением одной детали:

Во время включения устройства в работу, интенсивность потока теплоносителя никак не меняется. За счет этого достигается равномерное изменение температуры воды, поступающей в петли водяного контура.

К основным особенностям этого устройства следует отнести максимально удобную регулировку температурного режима нагрева водяного пола. Этот тип смесительного устройства рассчитан на работу с масштабными системами отопления (помещения площадью более 250 м 2 ). Однако, несмотря на очевидные преимущества, трехходовой клапан имеет ряд недостатков.

Важно! При срабатывании термостата, кран открывается полностью, давая доступ в систему теплого пола горячего теплоносителя. Это может стать причиной перегрева отопительного контура в лучшем случае, а в худшем варианте, к разрыву трубопровода.

В отличие от двухходового типа, трехходовое устройство подмеса имеет низкую пропускную способность.

Изделие изготавливается из латуни или из бронзы. Оснащается изделие термочувствительной головкой или термостатом. Схема работы этого устройства следующая:

Горячая вода следует через правый и фронтальный патрубки до того момента, пока температура воды отвечает заданным параметрам. При снижении или росте температуры теплоносителя в работу вступает термостат, приводящий в движение шток. В результате движения штока происходит подмес горячей или охлажденной жидкости из других магистралей. Фронтальное отверстие открывается полностью в том случае, когда температура воды снова достигла желаемых параметров.

В зависимости от привода, трехходовые клапаны могут быть следующей конструкции:

• с термостатическим приводом;
• с термостатической головкой;
• с электроприводом;
• с сервоприводом.

Каждая модель имеет свои отличия и особенности, специально рассчитанные для использования в различных гидравлических системах коммуникаций.

Подключается трехходовой клапан следующим образом.

Заключение

Подключаются оба типа смесительных термостатических клапана по-разному. Для двухходового крана характерной является параллельная схема подключения. Для трехходового вентиля используется последовательное подключение.

Первый тип, двухходовой клапан в основном используется для работы с одним или с двумя водяными отопительными контурами. Для этого варианта и используется параллельное подключение.

Трехходовой тип устройства рассчитан на работу с длинными водяными контурами. При последовательном подключении вентиля достигается максимальная производительность теплых полов. Оба устройства монтируются в систему перед смесительным узлом, перед циркуляционным насосом. Надежность работы кранов проверяется во время пробного пуска системы отопления. Правильный монтаж и настройка приборов позволят вашим полам работать длительное время и максимально эффективно.

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