Клапаны на систему отопления: назначение и применение

Клапаны являются неотъемлемыми элементами любой системы отопления (СО), независимо от выбранной схемы и конфигурации контуров. С помощью этих нехитрых приспособлений производится настройка параметров теплоснабжения, обеспечение безопасности и стабильности работы системы. В этой публикации будут рассмотрены основные клапаны, применяющиеся в системах централизованного и автономного отопления, их назначение, принцип работы и конструктивные особенности.

Критерии выбора

Количество и параметры клапанов, необходимых для конкретной СО, выбирается еще на стадии расчетов и проектирования. Основными критериями, которые влияют на выбор данных элементов являются:

• Тип, схема и конфигурация СО.
• Температурный режим (номинальный и максимальный).
• Давление в системе (рабочее и максимальное).
• Сечение трубопровода и тип резьбы.
• Тип теплоносителя (вода, рассолы, антифризы).

Работа данных приборов стабилизирует СО, делает ее эффективной и безопасной. Всем кто занимается самостоятельной установкой в жилище отопительной системы необходимо знать назначение и их принцип действия. Все клапаны можно разделить по назначению на три категории: группа безопасности, управления и регулирования.

Всем известно, что любая СО является повышенным источником опасности, так как теплоноситель в системе находится под давлением. И чем выше температура – тем выше давление (в замкнутой СО). Далее, рассмотрим устройства, которые отвечают за безопасность работы СО

Предохранительный

В большинстве моделей современных котлоагрегатов производители предусматривают систему безопасности, «ключевой фигурой» которой является предохранительная арматура, включенная прямо в теплообменник котла или в его обвязку.

Назначение предохранительного клапана в системе отопления заключается в предотвращении повышения давления в системе выше допустимого, которое может привести: к разрушению труб и их соединений; протечкам; взрыву котельного оборудования

Конструкция данного рода арматуры проста и незатейлива. Прибор состоит из латунного корпуса, в котором размещена подпружиненная запирающая мембрана, соединенная со штоком. Упругость пружины является главным фактором, который удерживает мембрану в запертом положении. Регулировочной рукояткой производится настройка силы сжатия пружины.

При давлении на мембрану выше установленного, пружина сжимается, она открывается и происходит сброс давления через боковое отверстие. Когда давление в системе не сможет преодолевать упругость пружины, мембрана займет исходное положение.

Совет: Приобретайте предохранительное устройство с регулировкой давления от 1, 5 до 3,5 Бар. В это диапазон попадает большинство моделей твердотопливного котельного оборудования.

Воздухоотводчик

Достаточно часто В СО образуются воздушные пробки. Как правило, у их появления есть несколько причин:

• закипание теплоносителя;
• большое содержание воздуха в теплоносителе, автоматически добавляющегося напрямую из водопровода;
• В результате подсоса воздуха через негерметичные соединения.

Результатом воздушных пробок является неравномерный прогрев радиаторов и окисление внутренних поверхностей металлических элементов СО. Клапан сброса воздуха из системы отопления предназначен для отвода воздуха из системы в автоматическом режиме.

Конструктивно, воздухоотводчик представляет собой полый цилиндр, выполненный из цветного металла, в котором расположен поплавок, соединенный рычагом с игольчатым клапаном, который в открытом положении соединяет камеру воздушника с атмосферой.

В рабочем состоянии внутренняя камера устройства заполнена теплоносителем, поплавок поднят, а игольчатый клапан перекрыт. При попадании воздуха, который поднимается в верхнюю точку устройства, теплоноситель не может подняться в камере до номинального уровня, а следовательно, поплавок опущен, прибор работает в выпускном режиме. После выхода воздуха, теплоноситель поднимается в камере данного рода арматуры до номинального уровня, а поплавок занимает штатное место.

Обратный

В самотечный СО есть условия, при которых теплоноситель может поменять направление движения. Это грозит повреждением теплообменника теплогенератора вследствие его перегрева. То же может случиться и в достаточно сложных СО с принудительным перемещением теплоносителя, когда вода, через обходную трубу насосного узла попадает обратно в котел. Механизм действия обратного клапана в системе отопления достаточно прост: он пропускает теплоноситель только в одну сторону, блокируя его при движении обратно.

Существует несколько типов данного рода арматуры, которая классифицируется по конструкции запирающего устройства:

• тарельчатый;
• шаровый;
• лепестковый;
• двустворчатый.

Как уже понятно из названия, в первом типе в качестве запирающего устройства выступает стальной подпружиненный диск (тарелка), соединенная со штоком. В шариковом в качестве затвора выступает пластиковый шарик. Двигаясь «в правильном» направлении теплоноситель выталкивает шарик по каналу в корпусе или под крышку устройства. Как только прекращается циркуляция воды или меняется направление ее движения, шарик, под действием гравитации занимает исходное положение и перекрывает движение теплоносителя.

В лепестковом, запирающим устройством является подпружиненная крышка, которая опускается при изменении направления воды в СО под действием естественной гравитации. Двустворчатый элемент устанавливается (как правило) на трубы большого диаметра. Принцип их работы не отличается от лепесткового. Конструктивно, в такой арматуре, вместо одного лепестка, подпружиненного сверху, устанавливается две подпружиненные створки.

Данные приборы предназначены для регулировки температуры, давления, а также стабилизации работы СО.

Балансировочный

Любая СО требует гидравлической регулировки, другими словами — балансировки. Выполняется она различными способами: правильно подобранным диаметром труб, шайбами, с разным проходным сечением и пр. Наиболее эффективным и в то же время простым элементом настройки работы СО считается балансировочный клапан для системы отопления.

Назначение данного устройства в том, чтобы на каждое ответвление, контур и радиатор поддавался необходимый объем теплоносителя и количество тепла.

Клапан представляет собой обычный вентиль, но с установленными в его латунный корпус двумя штуцерами, которые дают возможность подключения измерительного оборудования (манометров) или капиллярной трубки в составе с автоматическим регулятором давления.

Принцип работы балансировочного клапана для системы отопления заключается в следующем: Оборотами регулировочной рукоятки необходимо добиться строго определенного расхода теплоносителя. Делается это замерами давления на каждом штуцере, после чего по диаграмме (обычно прилагаемой производителем к устройству) определяется количество поворотов регулировочной рукоятки для достижения нужного расхода воды на каждый контур СО. На контуры с количеством радиаторов до 5 шт устанавливают ручные балансировочные регуляторы. На ветки с большим количеством отопительных приборов – автоматические.

Перепускной

Это еще один элемент СО, предназначенный для выравнивания давления в системе. Принцип работы перепускного клапана системы отопления сходен с предохранительным, но есть одно отличие: если предохранительный элемент стравливает излишки теплоносителя из системы, то перепускной, возвращает его в обратную магистраль мимо отопительного контура.

Конструкция данного устройства также идентична предохранительным элементам: пружина с регулируемой упругостью, запорная мембрана со штоком в бронзовом корпусе. Маховиком настраивается давление, при котором данное устройство срабатывает, мембрана открывает проход для теплоносителя. При стабилизации давления в СО, мембрана возвращается на прежнее место.

Трехходовой

Существует практика добиваться определенной температуры теплоносителя в различных ветках и контурах СО методом смешивания или разделения потоков теплоносителя. Трехходовой клапан на системе отопления играет роль устройства, регулирующего температуру рабочей жидкости после теплогенератора.

Конструкция смесительной арматуры проста: в корпусе прибора есть три отверстия, два входа и один выход. Приборы разделительного типа имеют один вход и два выхода.

Основным управляющим устройством данного элемента является термоголовка, внутри которой расположен резервуар с жидкостью (сильфон). При нагреве выносного датчика жидкость в нем расширяется и поступает в сильфон. Объем данного резервуара увеличивается и оказывает воздействие на шток клапана, который открывает или перекрывает входы для смешивания или разделения потоков. В разделительных типах данного элемента СО используется тот же принцип, но шток не открывает проход для потоков, а разделяет один поток на два.

Управлять прибором может не только термостатическая головка. Достаточно популярны устройства с ручным управлением. Глубину нажатия штока определяет поворот управляющей рукоятки. Сегодня, на рынке климатической техники широко представлены данные устройства с электро – и сервоприводами.

Устройство автоматической подпитки

В силу различный обстоятельств (естественное испарение, работа предохранительного элемента и пр.), объем теплоносителя в СО может уменьшаться. Чем меньше теплоносителя – тем больше воздуха в системе, который неизбежно нарушает циркуляцию воды в СО и перегреву котельного оборудования. Чтобы воздух не поступал в систему необходимо вовремя пополнять количество теплоносителя. Делать это можно вручную, а можно установить клапан подпитки системы отопления, тем самым организовать автоматическое пополнение СО теплоносителем.

Конструкция данного рода арматуры практически не отличается от предохранительной арматуры, но принцип работы прямо противоположный: пока в СО есть необходимое давление, которое подпирает мембрану к седлу, пружина находится в сжатом состоянии. Когда давление падает ниже минимального, пружина распрямляется и отводит мембрану от седла, давая возможность поступлению воды из бака запаса или водопроводной сети попасть в СО. На рис. ниже показана конструкция данного устройства.

По мере заполнения СО, давление в ней усиливается, пружина сжимается, а мембрана садится в седло на корпусе, перекрывая подпитку.

Важно! Выбор клапанов – это сложный и важный процесс, который лучше всего доверить профессионалам.

Виды клапанов для систем отопления, их назначение и функциональные особенности

В комплектацию любой отопительной системы должны входить элементы регулировки и безопасности. С их помощью происходит изменение параметров теплоснабжения – стабилизация работы, автоматическая настройка. Для этих целей используются клапаны для систем отопления: балансировочный, обратный, трехходовой.

Назначение клапанов для отопления

Автономное или централизованное теплоснабжение должно адаптироваться под текущие значения параметров – давление и температуру в системе. Для выполнения этой задачи необходим байпасный клапан в системе отопления, смесительный, предохранительный и другие.

Клапаны в системе отопления

В отличие от запорной арматуры они работают в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Все регулирующие клапана отопления должны соответствовать параметрам конкретного теплоснабжения.

Для этого необходимо сначала рассчитать характеристики, составить подробную схему и согласно полученным данным выбрать оптимальный спускной клапан отопления и другие виды подобных элементов.

Основными критериями являются:

• Температурный режим работы системы. Запорный клапан на отопление должен нормально функционировать даже при критическом термическом воздействии;
• Давление — номинальное и максимальное. Каждый редукционный клапан системы отопления имеет определенные границы срабатывания, которые должны быть ниже максимального на 5-10%;
• Вид теплоносителя – вода или антифриз. В последнем случае возможны сбои в работе, так как воздушный клапан для отопления не рассчитан на жидкость с большей плотностью, чем вода.

Подходящий клапан для стравливания воздуха из системы отопления выбирается еще на стадии расчета. Работа этого устройства и аналогичных ему компонентов должны стабилизировать состояние системы в случае возникновения риска аварийных ситуаций. Поэтому необходимо знать принцип работы и виды клапанов для теплоснабжения.

Некоторые эксплуатационные характеристики указываются непосредственно на корпусе перепускного клапана для отопления. Если же этого нет – обязательно необходима профессиональная консультация.

Перепускные отопительные клапаны

Нередко во время работы теплоснабжения происходит превышение температурного режима. Это провоцирует рост давления и как следствие – разрушение компонентов системы. Для своевременного удаления части теплоносителя необходим перепускной клапан для отопления.

Конструкция перепускного клапана отопления

Принцип работы этого компонента прост – на седло байпасного клапана в системе отопления постоянно воздействует давление теплоносителя. Когда усилие пружины будет меньше, чем внешний напор – происходит смещение штока и вывод некоторой части горячей воды. После стабилизации давления седло возвращается в исходное положение.

Есть два вида регулирующих клапанов отопления – с постоянным значением давления срабатывания и возможностью ручной установки этого параметра. Для автономных систем теплоснабжения рекомендована установка второго типа, так как их можно адаптировать под любые параметры.

Клапан давления для отопления выполняет следующие функции:

• Уменьшает гидравлическую нагрузкуна циркуляционный насос;
• Предотвращает появление ржавчины. При превышении температуры происходит выделение кислорода. Он является основной причиной окисления металлических компонентов отопления;
• Снижает уровень шума теплоснабжения. Без клапана давления для отопления может увеличиться циркуляция воды и как следствие – повысится вибрация и шум.

Этот элемент устанавливается только для закрытых систем. В гравитационном отоплении клапан давления для теплоснабжения не нужен. В случае превышения температурного режима расширение теплоносителя компенсируется с помощью открытого расширительного бака.

Байпасный клапан в системе теплоснабжения входит в обязательную комплектацию группы безопасности. Также он устанавливается в самой высокой точке схемы и на ответственных участках.

Виды регулировочных клапанов для отопления

Нормальная работа теплоснабжения невозможна без минимального набора регулирующих клапанов. Они предназначены для стабилизации параметров отопления и изменения их значений в зависимости от выставленных настроек.

Типы регулировочных клапанов

Принцип работы редукционных клапанов системы отопления основан на ограничении притока теплоносителя путем изменения сечения трубопровода. Для этого в конструкции есть регулировочная головка и запорная арматура. Перепускные клапана для теплоснабжения разделяются на следующие виды:

• С ручной регулировкой потока;
• С механической термоголовкой. При температурном воздействии на термический элемент происходит его расширение и давление на седло клапана. В результате этого шток опускается, ограничивая приток теплоносителя;
• С сервоприводом. Для работы этого типа регулирующего клапана теплоснабжения управляющий элемент подключается к блоку управления (программатору) или термодатчику. При получении управляющей команды с помощью сервомеханизма изменяется положение штока и как следствие – регулируется объем притока теплоносителя.

Эти типы редукционных клапанов систем теплоснабжения позволяет изменять основной параметр – температурный режим работы. Установка регуляторов осуществляется в обвязке радиаторов, батарей, в коллекторных узлах теплого пола.

Монтаж регулировочного клапана нужно осуществлять таким образом, чтобы исходящее тепло от батарей не воздействовало на термоэлемент.

Назначение балансировочного клапана в отоплении

Еще одной разновидностью контролирующей арматуры является балансировочный клапан в системе отопления. Конструктивно он схож с регулировочным, но имеет ряд особенностей эксплуатации и монтажа.

Балансировочный клапан отопления

Назначение балансировочного клапана для отопления – регулирование объема теплоносителя в зависимости от значения его температуры. Их установка является необязательной для систем с небольшой протяженностью или без проблем с тепловым распределением. Они монтируются на каждый контур отопления.

После монтажа запорного клапана на отопление улучшатся следующие показатели теплоснабжения:

• Равномерное распределение тепла по всем отопительным контурам;
• Обеспечение гидравлической стабилизации системы, отсутствие резкого перепада давления;
• Снижение затрат на отопление – оптимизируется расход топлива, стабилизируется тепловой режим работы;
• После установки балансировочного клапана в систему отопления появляется возможность частично или полностью отключать отдельные контуры от общего теплоснабжения.

Для осуществления контроля текущих показаний давления температуры в конструкции клапана предусмотрены штуцеры для установки термометром или манометров. В зависимости от конструкции регулировка потоков теплоносителя выполняется в ручном или автоматическом режиме.

Балансировочные клапана монтируются в коллекторных системах частных домов или в двухтрубном отоплении многоквартирного жилого здания.

Защитные отопительные клапаны

Помимо перепускного клапана отопления для нормальной работы системы необходим монтаж других типов регулирующей и защитной арматуры. В процессе работы теплоснабжения может появиться избыток воздуха, произойдет обратное движение теплоносителя. Для предотвращения этих явлений следует заранее предусмотреть монтаж воздушного клапана для отопления и обратного.

Виды защитных клапанов

В зависимости от функционального назначения существует два вида защитных клапанов – для удаления воздуха из системы и предотвращения обратного движения воды в трубах. Без этих элементов работа системы может быть нестабильна, что приведет к нарушению температурного режима, дестабилизации давления и созданию аварийных ситуаций.

Установка защитных клапанов выполняется на следующих участках системы:

• В местах с наибольшей вероятностью появления избыточного давления – после котлов, циркуляционных насосов, на коллекторах;
• На обратной трубе в обязательном порядке монтируется шариковый клапан отопления или его лепестковый аналог. Также необходима установка этого компонента в обвязке циркуляционного насоса;
• В самой высокой точке схемы — для удаления воздуха из системы. На радиаторы и батареи устанавливается кран Маевского.

Защитные клапана не должны ухудшать показатели работы отопительной системы. В первую очередь они устраняют возможные сбои в работе теплоснабжения. В «неактивном» состоянии эти компоненты системы не должны ухудшать скорость движения теплоносителя, влиять на температурный режим.

Для предотвращения резкого перепада давления в узле подпитки необходим монтаж спускной клапан отопления. Он предотвратит резкий скачек давления.

Воздушный клапан отопления

Во время работы теплоснабжения в трубах и радиаторах могут образовываться воздушные пробки. Причиной этому является большое содержание кислорода в воде, значение температуры теплоносителя свыше +100°С. В результате происходит окисление металлических компонентов, изменяется температурное распределение. Во избежание этих ситуаций необходима установка клапанов для стравливания воздуха из системы отопления.

Принцип работы воздушного клапана

В первую очередь воздушный клапан для теплоснабжения монтируется в группе безопасности вместе со спускным и манометром. В схеме отопления они располагаются на прямой ветке, ведущей от котла. В этом месте наиболее высокая температура теплоносителя, а также максимальные показатели давления. В коллекторной схеме обязателен монтаж спускных клапанов теплоснабжения на каждой гребенке.

Воздухоотводчики разделяются на два вида, каждый из которых предназначен для монтажа на определенных участках системы:

• Кран Маевского. Устанавливается в радиатор (батарею) и нужен для удаления воздушных пробок;
• Автоматический воздухоотводчик. Монтируется в самой высокой точке системы, а также в группах безопасности. Через него выходит воздух из системы отопления.

Для последней модели важно соблюдать условия эксплуатации. После долгого простоя велика вероятность, что некоторые подвижные компоненты «залипнут» и тогда воздухоотводчик не сработает. Во избежание этого следует регулярно проводить осмотр конструкции и в случае надобности – заменять на новую.

Большинство моделей клапана для стравливания воздуха из системы теплоснабжения рассчитаны для давления от 0,5 до 7 бар.

Обратный клапан отопления

В гравитационных системах и в схемах отопления без циркуляционного насоса всегда есть вероятность изменения направления движения воды. В этом случае возможно повреждение теплообменника котла из-за перегрева, а также выхода из строя других компонентов. Для предотвращения подобных ситуаций монтируется обратный клапан.

Принцип работы обратного клапана

В больших схемах отопления устанавливают шариковый клапан теплоснабжения. Под действием обратного потока воды шар из полимера перекрывает трубопровод, тем самым предотвращая движение теплоносителя. Как только направление изменяется — он под действием гравитации опускается вниз. По такому же принципу работает электромагнитный клапан для системы отопления. Разница заключается в управляющем элементе – для этого используется соленоид или электромагнитная катушка.

Преимущества монтажа электромагнитного клапана в системе отопления заключаются в следующем:

• Возможность подключения к программатору;
• Установка режима срабатывания устройства в зависимости от внешних факторов – температуры или давления;
• Надежность работы.

К недостаткам электромагнитных клапанов в теплоснабжении является их зависимость от подачи электроэнергии. В автономном отоплении применяется пружинный вариант обратного клапана. Напор воды постоянно действует на седло, сдавливая пружину. Как только изменится направление – произойдет автоматическое перекрытие движения теплоносителя.

В системах с принудительной циркуляцией обратный клапан монтируется на обходную трубу насосного узла, чтобы предотвратить изменение потока жидкости в магистрали.

Трехходовой клапан отопления

Для регулировки температуры воды в двухтрубной и коллекторной системе устанавливается трехходовой смесительный клапан в системе отопления. Он соединяется с подающей и обратной трубой.

Работа трехходового клапана в отоплении

Принцип работы трехходового смесительного клапана в системе отопления заключается в смешивании горячей и холодной воды в трубопроводах. Это позволяет установить требуемый уровень нагрева теплоносителя без изменения режима работы котла.

Определяющим фактором выбора модели трехходового клапана является управляющий элемент, который может быть следующих типов:

• Гидравлический;
• Пневматический;
• Электрический.

В автономном отоплении чаще всего устанавливают модели с электрическим приводом. Они могут подключаться к управляющим элементам системы. Важно правильно установить режим смешивания, чтобы не ухудшить параметры теплоснабжения.

Выбор и установка отопительных клапанов должны выполняться только после точного расчета системы. В результате этой работы определяются параметры всех компонентов, и на основе этих данных делается выбор из существующих моделей.

Для лучшего понимания функциональных особенностей трехходового клапана рекомендуется ознакомиться с видеоматериалом: