Основы регулирования системы отопления

Данная статья открывает цикл материалов, который буден посвящен различным аспектам регулирования систем отопления — проектированию, расчетам, используемому оборудованию и сферам его применения. В этой статье остановимся на целях, общих принципах и особенностях регулирования систем водяного отопления.

Задачи регулирования в системах отопления.

Основной целью регулирования отопления является поддержание заданной температуры в помещении при изменяющихся внешних условиях. То есть, вне зависимости от уличной температуры, силы ветра, влажности и прочих условий, в нашем доме должен поддерживаться заданный тепловой комфорт.

Упрощенно, понятие процесса регулирования системы отопления можно охарактеризовать следующим образом:

Регулирование системы отопления – это комплекс мер по максимальному приближению теплоотдачи отопительных приборов к текущей потребности объекта в тепле для поддержания требуемой внутренней температуры при постоянном изменении внешних условий.

Так как в системах водяного отопления нужную нам температуру, как правило, обеспечивают приборы отопления (радиаторы, конвекторы, водяные теплые полы и т.д.), то для поддержания заданной температуры теплоотдача отопительных приборов должна иметь возможность изменяться в зависимости от изменений внешних условий. Если не рассматривать механическое ограничение теплоотдачи отопительного прибора, которое до сих пор иногда применяется в конструкции конвекторов (воздушная заслонка на конвекторе с кожухом), основными способами изменения теплоотдачи являются изменение расхода теплоносителя через прибор и/или изменение температуры теплоносителя.

Таким образом, главная цель регулирования — поддержание требуемой температуры в помещении трансформируется в две основные частные задачи:
— обеспечение расчетного расхода теплоносителя через приборы отопления;
— задание требуемой температуры теплоносителя.

Кроме того, нужно иметь в виду, что в процессе регулирования, как правило, меняются гидравлические режимы работы системы, что может приводить к нарушению стабильности работы и появлению нежелательных шумов. Поэтому в системе регулирования должны быть предусмотрены меры по предотвращению этих негативных явлений.

Суть процесса регулирования отопления.

В общих чертах, процесс регулирования заключается в том, что величина регулируемого параметра находится под постоянным контролем и сравнивается с каким-то заданным значением этого параметра или величиной другого параметра. И в зависимости от их значения подвергается регулированию. Назовем совокупность элементов и алгоритмов регулирования, участвующих в этом процессе регулировочным контуром. Стоит сразу отметить, что таких контуров в системе отопления может быть достаточно много. Примерами таких регулировочных контуров являются поддержание температуры в помещении с помощью отопительного прибора по комнатному термостату или с помощью термостатического клапана на радиаторе отопления, регулирование котловой температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха, поддержание заданной температуры теплоносителя в водяном теплом поле и так далее.

Замкнутый регулировочный контур

Рассмотрим простейший замкнутый регулировочный контур, состоящий из прибора отопления, комнатного термостата, выполняющего функции измерительного устройства и контроллера, а также сервопривода с термостатическим клапаном, в качестве исполнительного устройства.

Рис. Замкнутый процесс регулирования в системе отопления

В рассматриваемом контуре регулируемый параметр – температура воздуха в помещении (х), которая формируется под воздействием прибора отопления и некого возмущающего воздействия, например, открытого окна. Для примера, заданное на термостате значение температуры (w) примем равным 23°С, а значение временно сформировавшейся температуры – равным 21°С. Температура воздуха постоянно контролируется измерительным устройством, в качестве которого может служить датчик температуры, встроенный в комнатный термостат. Результат измерения передается на контроллер, который в нашем примере также встроен в термостат. Контроллер сравнивает измеренное значение (21°С) с заданным (23°С) и при наличии рассогласования, подаёт управляющий сигнал на сервопривод на открытие, либо закрытие термостатического клапана. Исполнительное устройство формирует управляющее воздействие (в нашем случае увеличение расхода теплоносителя) на радиатор отопления, вследствие чего его теплоотдача увеличивается и повышает температуру воздуха в помещении. Таким образом образовался замкнутый регулировочный контур, в котором температура в помещении является и регулируемым и контролируемым параметром, и в процессе регулирования влияет сама на себя.

Открытый регулировочный контур

Рассмотрим другой пример контура регулирования, достаточно распространенного в современных системах отопления. Это — так называемый, открытый контур.

Рис. Пример открытого регулировочного контура

Особенность открытого регулировочного контура заключается в том, что, в отличие от закрытого контура, контролируемая и регулируемая величины относятся к различным параметрам. В данном примере контролируемая величина — это температура наружного воздуха, регулируемая — температура теплоносителя, подаваемая в контур теплого пола.

Принцип работы такой схемы регулирования заключается в следующем. Температура наружного воздуха (контролируемая величина) регистрируется датчиком (1), в результате чего формируется сигнал (Y), уровень которого зависит от измеренной температуры. Сигнал поступает на измерительный модуль контроллера (2) (в нашем примере контроллер встроен в котел отопления). Одновременно с помощью датчика (3) регистрируется температура теплоносителя в контуре теплого теплого пола (регулируемая величина), сигнал (х) от которого также передается в измерительное устройство. В контролерре происходит оценка того, насколько температуры (уровни сигналов) соответствуют настройкам. Обычно, соответствие контролируемой и регулируемой температур задается с помощью диаграмм. И в случае выявления несоответствия, подается управляющий сигнал (Z) на сервопривод трехходового клапана (4), в результате чего изменяются пропорции смешения горячего и остывшего теплоносителя и, таким образом, изменяется температура в контуре теплого пола.

Терморегулятор на батареи отопления

Иногда возникает необходимость подстроить температуру в каждом конкретном помещении. Сделать это можно установив терморегулятор для радиатора отопления. Это небольшое устройство, которое регулирует теплоотдачу батареи отопления. Использоваться может со всеми типами радиаторов, кроме чугунных. Один важный момент — прибор может понизить исходную температуру, но если не хватает мощности отопления, повысить он ее не может.

Конструкция терморегуляторов для радиаторов отопления

Терморегулятор для радиатора отопления состоит из двух частей — клапана (термоклапана) и термостатической головки (термостатического элемента, регулятора температуры). Выпускаются эти изделия под разные размеры труб и разные виды систем отопления. Термостатическая головка съемная, на один и тот же клапан можно ставить регуляторы разных типов и даже разных производителей — посадочное место стандартизовано.

Терморегулятор для радиатора отопления состоит из двух частей — специального вентиля (клапана) и термостатической головки (регулятора)

И клапана и регуляторы есть разные, так что перед тем как установить терморегулятор для радиатора отопления придется хоть немного ознакомиться с его строением, функциями и видами.

Термоклапан — строение, назначение, виды

Клапан в терморегуляторе по строению очень похож на обычный вентиль. Имеется седло и запорный конус, который открывает/закрывает просвет для протекания теплоносителя. Температура радиатора отопления регулируется именно таким образом: количеством проходящего через радиатор теплоносителя.

Термостатический клапан в разрезе

На однотрубную и двухтрубную разводку клапана ставят разные. Гидравлическое сопротивление вентиля на однотрубную систему намного ниже (как минимум, в два раза) — только так можно ее сбалансировать. Перепутать вентили нельзя — греть не будет. Для систем с естественной циркуляцией подходят вентили для однотрубных систем. При их установке гидравлическое сопротивление, кончено, возрастает, но работать система сможет.

На каждом клапане есть стрелка, указывающая движение теплоносителя. При монтаже его устанавливают так, чтобы направление потока совпадало со стрелкой.

Из каких материалов

Изготавливают корпус вентиля из стойких к коррозии металлов, часто дополнительно покрывают защитным слоем (никелируют или хромируют). Есть клапана из:

• бронзы (с никелевым и хромированным покрытием);
• латуни (покрывают слоем никеля);
• нержавеющей стали.

Корпуса обычно латунные или бронзовые с никелевым или
хромированным покрытием

Понятное дело, что нержавейка — лучший вариант. Она химически нейтральна, не корродирует, не вступает в реакции с другими металлами. Но стоимость таких клапанов велика, найти их сложно. Бронзовые и латунные вентили примерно одинаковы по сроку службы. Что в этом случае важно — это качество сплава, а за ним тщательно следят известные производители. Доверять или нет неизвестным — вопрос спорный, но есть один момент, который лучше отследить. На корпусе обязательно должна присутствовать стрелка, указывающая направление потока. Если ее нет — перед вами совсем дешевое изделие, которое лучше не покупать.

По способу исполнения

Так как радиаторы устанавливаются разными способами, клапана делают прямыми (проходными) и угловыми. Выбираете тот тип, который в вашу систему станет лучше.

Прямой (проходной) клапан и угловой

Название/фирма	Для какой системы	Ду, мм	Материал корпуса	Рабочее давление	Цена
Данфос, угловой RA-G с возможностью настройкой	однотрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	25-32 $
Данфос, прямой RA-G с возможностью настройкой	однотрубной	20 мм, 25 мм	Никелированная латунь	10 Бар	32 — 45 $
Данфос, угловой RA-N с возможностью настройкой	двухтрубной	15 мм, 20 мм. 25 мм	Никелированная латунь	10 Бар	30 — 40 $
Данфос, прямой RA-N с возможностью настройкой	двухтрубной	15 мм, 20 мм. 25 мм	Никелированная латунь	10 Бар	20 — 50 $
BROEN , прямой с фиксированной настройкой	двухтрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	8-15 $
BROEN , прямой с фиксированной настройкой	двухтрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	8-15 $
BROEN ,угловой с возможностью настройкой	двухтрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	10-17 $
BROEN ,угловой с возможностью настройкой	двухтрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	10-17 $
BROEN , прямой с фиксированной настройкой	однотрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	19-23 $
BROEN , угловой с фиксированной настройкой	однотрубной	15 мм, 20 мм	Никелированная латунь	10 Бар	19-22 $
OVENTROP , осевой	1/2″	Никелированная латунь, покрытая эмалью	10 Бар	140 $

Термостатические головки

Термостатические элементы на терморегуляторы отопления есть трех типов — ручные, механические и электронные. Все они выполняют одни и те же функции, но по-разному, предоставляют разный уровень комфорта, имеют разные возможности.

Ручные

Ручные термостатические головки работают как обычный кран — поворачиваете регулятор в ту или другую сторону, пропуская большее или меньшее количество теплоносителя. Самые дешевые и самые надежные, но не самые удобные устройства. Чтобы изменить теплоотдачу надо вручную крутить вентиль.

Ручная термоголовка — самый простой и надежный вариант

Данные устройства совсем недороги, их можно поставить на входе и на выходе радиатора отопления вместо шаровых кранов. Регулировать можно будет любым из них.

Механические

Более сложное устройство, которое поддерживает заданную температуру в автоматическом режиме. Основа термостатической головки этого типа — сильфон. Это небольшой эластичный цилиндр, который заполнен температурным агентом. Температурный агент — это газ или жидкость, которые имеют большой коэффициент расширения — при нагревании они сильно увеличиваются в объеме.

Устройство терморегулятора на радиатор отопления с механической термостатической головкой

Сильфон подпирает шток, перекрывающий проходное сечение клапана. Пока вещество в сильфоне не нагрелось, шток поднят. По мере повышения температуры, цилиндр начинает увеличиваться в размерах (расширяется газ или жидкость), он давит на шток, который все больше перекрывая проходное сечение. Через радиатор проходит все меньше теплоносителя, он понемногу остывает. Остывает и вещество в сильфоне, из-за чего цилиндр уменьшается в размерах, шток поднимается, теплоносителя через радиатор проходит больше, он начинает немного разогреваться. Далее цикл повторяется.

Газовый или жидкостный

При наличии такого устройства температура в помещении довольно поддерживается точно +- 1°C, но вообще дельта зависит от того, насколько инертным является вещество в сильфоне. Он заполняться может каким-то газом или жидкостью. Газы быстрее реагируют на изменения температуры, но технологически их производить сложнее.

Жидкости чуть медленнее изменяют объемы, но их производить проще. В целом, разница в точности поддержания температуры — порядка полу градуса, что заметить практически невозможно. В результате большая часть представленных терморегуляторов для радиаторов отопления оснащена термоголовками с жидкостными сильфонами.

С выносным датчиком

Устанавливаться механическая термостатическая головка должна так, чтобы она была направлена в комнату. Так измеряется температура точнее. Так как имеют они довольно приличные размеры, такой способ установки возможен не всегда. Для этих случаев можно поставить терморегулятор для радиатора отопления с выносным датчиком. Температурный датчик соединяется с головкой при помощи капиллярной трубки. Расположить его можно в любой точке, в который вы предпочитаете измерять температуру воздуха.

С выносным датчиком

Все изменения теплоотдачи радиатора будут происходить в зависимости от температуры воздуха в комнате. Единственный минус такого решения — высокая стоимость таких моделей. Но температура поддерживается точнее.

Название/фирма	Диапазон настроек	Диапазон рабочих температур	Тип управления	Функции/назначение	Тип соединения	Цена
Danfoss living eco	от 6°C до 28°C	от 0°C до 40°C	Электронный	Программируемый	RA И M30X1,5	70$
Danfoss RA 2994 с газовым сильфоном	от 6°C до 26°C	от 0°C до 40°C	Механический	Для любых радиаторов	клипсовое	20$
Danfoss RAW-K с жидкостным сльфоном	от 8°C до 28°C	от 0°C до 40°C	Механический	Для стальных панельных радиаторов	M30x1,5	20$
Danfoss RAX с жидкостным сльфоном	от 8°C до 28°C	от 0°C до 40°C	Механический	Для дизайн-радиаторов белый, черный, хромирванный	M30x1,5	25$
HERZ H 1 7260 98 с жидкостным сльфоном	от 6°C до 28°C	Механический	М 30 х 1,5	11$
Oventrop «Uni XH» с жидкостным сльфоном	от 7°C до 28°C	Механический	с нулевой отметкой	М 30 х 1,5	18$
Oventrop «Uni CH» с жидкостным сльфоном	от 7°C до 28°C	Механический	без нулевой отметкой	М 30 х 1,5	20$

Электронные

По размерам электронный терморегулятор для радиатора отопления еще больше. Термостатический элемент еще больше. В нем кроме электронной начинки устанавливаются еще и две батарейки.

Электронные терморегуляторы на батареи отличаются большими размерами

Движением штока в клапане в этом случае управляет микропроцессор. Данные модели имеют довольно большой набор дополнительных функций. Например, возможность по часам выставлять температуру в помещении. Как это модно использовать? Врачи давно доказали, что спать лучше в прохладном помещении. Потому на ночь можно запрограммировать температуру пониже, а к утру, когда придет время просыпаться, ее можно выставить выше. Удобно.

Недостаток этих моделей — большой размер, необходимость следить за разрядом батарей (хватает на несколько лет эксплуатации) и высокая цена.

Как правильно установить

Ставят терморегулятор для радиатора отопления на входе или на выходе отопительного прибора — разницы нет, работают с одинаковым успехом в обоих положениях. Как выбрать место, где установить?

По рекомендуемой высоте установки. Такой пункт есть в технических характеристиках. Каждое устройство проходит на заводе настройку — их калибруют под контроль температуры на определенной высоте и обычно это — верхний коллектор радиатора. В таком случае теплорегулятор установлен на высоте 60-80 см, его удобно при необходимости регулировать вручную.

Схемы установки теплорегуляторов для радиаторов

Если у вас нижнее седельное подключение (трубы подходят только снизу), есть три варианта — искать устройство с возможностью установки внизу, поставить модель с выносным датчиком или перенастроить термоголовку. Процедура несложная, описание должно быть в паспорте. Всего-то и нужно, что иметь термометр и покрутить в определенные моменты головку в одну, потом в другую сторону.

Установка стандартная — на фум-ленту или льняную подмотку с упаковочной пастой

Сам процесс установки стандартный. На клапане имеется резьба. Под нее подбираются соответствующие фитинги или на металлической трубе нарезается ответная резьба.

Один важный момент, о котором должны помнить те, кто хочет поставить терморегулятор для радиатора отопления в многоквартирных домах. Если у вас однотрубная разводка, их можно установить только при наличии байпаса — участка трубы, который стоит перед батареей и соединяет две трубы между собой.

Если у вас похожая разводка (трубы справа может не быть) наличие байпаса обязательно. Терморегулятор ставить ставят сразу за радиатором

В противном случае вы регулировать будете весь стояк, что точно не понравится вашим соседям. За такое нарушение могут выписать очень даже солидный штраф. Потому, лучше поставить байпас (если нет).

Как отрегулировать (перенастроить)

Все терморегуляторы проходят на заводе настройку. Но установки у них стандартные и могут не совпадать с вашими желаемыми параметрами. Если вас что-то не устраивает в работе — хотите, чтобы было теплее/холоднее, можно терморегулятор для радиатора отопления перенастроить. Делать это надо при работающем отоплении. Понадобиться термометр. Его вешаете в той точке, где будете контролировать состояние атмосферы.

• Закрываете двери, ставите головку термостата в крайнее левое положение — полностью открыто. Температура в помещении начнет повышаться. Когда она станет на 5-6 градусов выше желаемой вами, поворачиваете регулятор до упора вправо.
• Радиатор начинает остывать. Когда температура упадет до того значения, которое вы считаете комфортным, начинаете медленно поворачивать регулятор вправо и прислушиваться. Когда услышите, что теплоноситель зашумел, а радиатор начал прогреваться, останавливайтесь. Запомните какая цифра выставлена на рукоятке. Ее и надо будет выставлять для достижения требуемой температуры.

Отрегулировать терморегулятор для батареи отопления совсем несложно. И повторять это действие можно несколько раз, меняя настройки.