Термостатические клапаны с сервоприводом для отопления

Как работают сервоприводы и трехходовые клапаны

Что такое клапан?

Клапан — это механизм, который служит для того чтобы пропустить или не пропустить жидкость или газ из одного пространства в другое. Причем клапан может быть открыт или закрыт на определенный процент. То есть клапаны могут служить для регулировки прохода жидкостей или газа. Движение жидкости или газа осуществляется за счет разности давления между сторонами клапана.

В системе отопления существуют два самых распространенных вида клапанов:

Седельный (седловой) тип – имеет в себе втулку и непосредственно объемное тело, которое перекрывает проход.

Шаровый (или вращательный) тип – имеет тело, которое за счет вращения его приводит к открытию или закрытию прохода.

Шаровые клапана имеют самую высокую пропускную способность по отношению к седловому типу клапана. То есть в шаровых клапанах достигается меньшее гидравлическое сопротивление.

Двухходовые клапаны – имеют два соединения по разные стороны от клапана. Например, служат для пропуска жидкости или газа на одном контуре. То есть закрывают или открывают одну ветку системы водоснабжения или отопления.

Трехходовые клапаны – Имеют три соединения. Служат в основном для смешивания или разделения потоков жидкости или газа. Основная работа трехходового клапана необходима или для получения определенной температуры или для перенаправления потоков. В системах отопления контроль температуры нужен для того, чтобы регулировать климат в помещении. Перенаправление потоков служит обычно для перенаправления нагретого теплоносителя из системы отопления в бойлер косвенного нагрева. Существует также множество других задач…

Четырехходовые клапаны – Имеют четыре соединения. Выполняют такую же работу, как и трехходовые клапаны. Но могут быть и другие задачи.

Связь между сервоприводами и клапанами

В системе отопления существует несколько способов взаимосвязи между клапанами и элементами контроля клапанов (сервопривод и термомеханика):

1. Термостатический смеситель – обычно называют механизм, имеющий в себе сразу и клапан и устройство, которое меняет положение клапана в автоматическом режиме. Меняет в зависимости от температуры жидкости или газа. В этом устройстве есть механизм, который под действием температуры меняет силу упругости и из-за этого происходит движение клапана. В зависимости от сервопривода такой клапан не требует участия электричества. Температура регулируется вращением рукоятки. Обычно некоторые клапаны рассчитаны на небольшой диапазон температур. Максимум до 60 градусов. Могут быть исключения у других производителей.

2. Способы использовать отдельные элементы, не прибегая к сервоприводам. Например, термостатический вентиль с термоголовкой. Существуют термоголовки, которые имеют выносной датчик.

3. Клапаны и сервоприводы это отдельные элементы. Сервопривод прикрепляется к клапану и регулирует клапан.

Что такое сервопривод?

Сервопривод – это прибор, который осуществляет работу движения клапана. Клапан в свою очередь или пропускает или не пропускает жидкость или газ. Или пропускает его в определенном количестве в зависимости от давления, положения клапана и гидравлического сопротивления.

Какие бывают сервоприводы?

Существуют также термоприводы, которых тоже называют сервоприводами.

Но мы в этой статье разберем только электроприводы (сервоприводы)

Электроприводы бывают двух направлений:

Полный пакет (комплект) – это когда в устройство уже заложен полный набор функций. Например, в комплекте уже имеется контроллер температур, электрический термодатчик. Есть возможность сразу настроить его на нужную температуру. Настройка времени проверки для движения клапана. Подключается сразу к сети переменного тока 220 Вольт с частотой 50 Герц. Стандарт для России. Есть возможность настроить его в различных направлениях движения клапана шарового типа. Есть возможность настроить его на поворот 90 или 180 градусов. Можно выставить любое значение, даже 49 градусов или 125 градусов. И делается это внутри черной коробочки. Подробности ищите в инструкции.

Такой сервопривод делает ESBE 99K2 подробнее: Трехходовой клапан с сервоприводом ESBE

Такой вариант служит для перенаправления потоков теплоносителя.

Этот вариант используется для перенаправления потока теплоносителя из котла либо в направление радиаторного отопления либо на нагрев бойлера косвенного нагрева. Указанный сервопривод нуждается в сигнале 220 Вольт. Причем имеются три контакта. Один общий, а два других для перенаправления движения. Самый легкий вариант, когда нужно перенаправлять потоки в системе отопления по требованию от термореле бойлера косвенного нагрева.

Сервоприводы бывают по типу движению на седловой тип клапана или на шаровый (вращательный) тип клапана.

Если будите подбирать сервопривод к клапану, обязательно уточняйте вид движения сервопривода. Также не всегда седельный тип сервопривода совпадает ко всем типам седельных клапанов. С шаровыми вращательными вроде имеется универсальный стандарт, а вот с седельными клапанами все не так просто. Нету одного стандарта.

Электропривод как отдельное звено в автоматике.

Рассмотрим аналоговый сервопривод от Valtec арт. VT.M106.R.024

Такой сервопривод нуждается в постоянном питании 24 Вольт и управляющем сигнале от 0 до 10 Вольт.

То есть если напряжение 0 Вольт, то поворотный механизм находится в положении 0 градусов. Если 5 Вольт то 45 градусов. Если 10 Вольт то 90 Градусов.

Такому сервоприводу подается сигнал от специального контроллера, на котором есть функция подачи сигнала 0-10 Вольт. В зависимости от температуры и настройки контроллера по температуре, контроллер подает различное напряжение от 0 до 10 Вольт. Есть настройка вращения: Почасовой и против часовой. Конечно для того, чтобы найти более подробную информацию о сигналах и схеме подключения требуйте у производителя паспорта с подробной схемой управления сигналами.

Что же такое контроллер?

Контроллер – это устройство предназначено для управления сигналами для различной логической задачи. Контроллер это мозг автоматической системы. Он определяет в зависимости от программы, какие сигналы нужно подавать в тот или оной момент.

Существует различное множество контроллеров, которые выполняют различные задачи.

Для системы отопления обычно выполняются такие задачи:

Самая распространенная задача – это получить настроечную температуру теплоносителя.

В зависимости от температуры получать какой-либо сигнал (Например, отключить котел или насос). Контроллер может содержать контактное реле. То есть сухой контакт. Этим контактным реле можно задавать сигналы для получения любого напряжения. Например, 220 Вольт включать или отключать насос или подавать сигнал на сервопривод для перенаправления потоков.

Также можно использовать контроллер для отключения котла в случаях критических температур. Сигнал от контроллера отправляется на питание мощных контакторов, а те в свою очередь питают мощные электрические котлы.

Автоматическое регулирование напольного отопления. Часть 2

Если рассмотреть классическую схему простого автоматического управления комбинированной системой отопления (рис. 1), в которой комнатные термостаты управляют сервоприводами термостатических клапанов коллекторных блоков, то возникает вопрос: что случится, когда все клапаны окажутся закрытыми?

Рис. 1. Регулирование комбинированной системы отопления с помощью комнатных термостатов и сервоприводов

Очевидно, что в этой ситуации откроются перепускные клапаны на контурах и теплоноситель будет циркулировать по малым циркуляционным кольцам через байпасы. При этом насосы будут расходовать электроэнергию впустую. Если же контуры не оборудованы байпасами с перепускными клапанами, то циркуляционные насосы будут работать «на закрытую задвижку», тратя энергию только на нагрев самих себя и теплоносителя в ограниченном пространстве. Циркуляционные насосы VT.RS оборудованы встроенными датчиками перегрева, которые отключат насос при нагреве обмотки статора свыше 150 °С, однако это является аварийным режимом, и его регулярное повторение всё-таки приведёт к межвитковому замыканию обмоток.

В насосно-смесительном узле VT.DUAL на этот случай предусмотрен предохранительный термостат, который отключает насос при достижении заданной пользователем температуры (от 30 до 90 °С), но у остальных узлов такого термостата нет.

Для предотвращения работы насоса «вхолостую» и «на закрытую задвижку», а также для удобной увязки работы сервоприводов с остальным оборудованием системы отопления разработан зональный коммуникатор VT.ZC8 (рис. 2).

Рис. 2. Зональный коммуникатор VT.ZC8

К коммуникатору подводятся провода от каждого комнатного термостата, и он передаёт принимаемые сигналы на соответствующий сервопривод или группу сервоприводов. При отсутствии запроса на отопление (все термостатические клапаны коллектора находятся в закрытом положении), коммуникатор отключает циркуляционный насос или теплогенератор (в зависимости от тепломеханической схемы системы).

Коммуникаторы выпускаются двух типов: для сервоприводов с питающим напряжением 24 и 220 В.

Рис. 3. Пример схемы подключения коммуникатора VT.ZC8

Назначение клеммных пар, переключателей и светодиодов в коммуникаторе следующее (рис. 3):
К1 – подача электропитания (220 В или 24 В в зависимости от модификации коммуникатора;
К2–K9 – подключение комнатных термостатов. К одному коммуникатору можно подключить восемь термостатов;
J1–J8 – переключатели передачи сигнала. В положении OFF управляющий сигнал передаётся на клеммную пару управления сервоприводами, расположенную напротив (K2–K13–C1; K3–K14–C2 и т.д.). В положении ON сигнал на клеммную пару управления сервоприводами передаётся от соседнего (расположенного cлева) термостата. Это позволяет одним термостатом управлять сразу несколькими сервоприводами. Например, на рисунке 3 сервоприводами С2, С3 и С4 управляет один термостат Т2 через клеммную пару К3, а сервоприводами С5, С6 и С7 управляет термостат Т3 через клеммную пару К6;
К10 – передаёт питание на соседний коммуникатор при объединении их в группы (рис. 4);
К11 – при объединении нескольких коммуникаторов принимает информацию о состоянии сервоприводов от соседнего коммуникатора для управления циркуляционным насосом;
К12 – управление циркуляционным насосом. При подаче команды закрытия сервоприводов на всех клеммных парах насос отключается;
К13–K20 – подключение сервоприводов термостатических клапанов коллектора;
J9–J16 – переключатели типа сервопривода. В положении OFF подключаются нормально закрытые приводы, в положении ON – нормально открытые;
К21 – передача информации о состоянии сервоприводов на соседний коммуникатор при объединении их в группы (рис. 4);
G1 – переключатель принудительного отключения насоса (ON – насос включён для управления коммуникатором; OFF – насос принудительно выключен);
S1–S8 – индикаторы горят при подаче питания на привод;
S9 – индикатор горит при подаче питания на клеммную пару K1;
S10 – индикатор горит при включённом циркуляционном насосе.

Рис. 4. Схема соединения двух коммуникаторов

Как регулировать температуру радиатора: обзор современных термостатических устройств

Спектр способов регулирования температуры теплоносителя в радиаторах довольно широк. Конечно, можно открывать-закрывать форточку или вручную регулировать работу котла, однако зачем доставлять себе столько хлопот? Не лучше ли использовать для этих целей более современные и удобные методы и системы? Среди доступных вариантов следует отметить термостатические головки, а также сервоприводы, которые управляются термодатчиками и широко применяются в системах типа «умный дом».

Чтобы изменить температуру нагрева радиатора, можно использовать:

• Обычный вентиль, установленный на радиатор;
• Термоголовку;
• Двухходовые клапаны с сервоприводом.

Все эти способы основываются на изменении потока теплоносителя, поступающего в радиатор. Для понижения температуры количество теплоносителя уменьшается, а для повышения — увеличивается. Самым бюджетным способом регулирования температуры радиатора можно считать вентиль. Кран или вентиль устанавливают возле радиатора, поток теплоносителя регулируют вручную, т. е. попросту перекрывают кран, а затем снова его открывают.

Использование специальных термоголовок

Термостатическая головка представляет собой устройство, заполненное специальным составом. Устанавливать термоголовки следует одновременно с трехходовым клапаном, без которого регулировать температуру радиатора будет просто невозможно.

Термостатическая головка — современный и не слишком сложный способ автоматического регулирования температуры радиаторов отопления. Эти устройства следует устанавливать на трехходовой клапан

Наполнитель при нагревании быстро расширяется и так же быстро сокращается при остывании. Расширение или сужение этого состава воздействует на шток трехходового клапана, установленного под термоголовкой.

На устройстве имеется регулятор, с помощью которого вручную выставляется температура теплоносителя, необходимая на данный момент. В дальнейшем регулировка отопления производится автоматически. Однако, если температура воздуха в помещении изменится, новые данные на термоголовке придется снова выставлять вручную.

Все термостатические головки можно разделить на два вида: стационарные и выносные. Первые устанавливают с помощью клапана непосредственно на трубу радиатора. Вторые снабжены специальной выносной колбой, которая содержит состав, реагирующий на изменение температуры. Собственно термоголовку монтируют близ радиатора, а колбу можно разместить на некотором расстоянии. Колба соединяется с термоголовкой специальной капиллярной трубкой.

Выносная колба соединяется с термоголовкой относительно короткой капиллярной трубкой. Колбу следует установить в таком месте, чтобы измерение температуры было максимально корректным

Обычно термоголовки с выносной колбой имеют довольно короткую капиллярную трубку, поэтому варианты места размещения колбы будут довольно ограниченными.

Сервопривод+двухходовой клапан

Использование сервоприводов и двухходовых клапанов позволяет регулировать температуру в комнате более эффективно. Чаще всего такое сочетание применяют в системах «умного дома», но общий принцип можно использовать и во вполне обычных жилищах.

Для реализации схемы реализуют следующие действия:

• в доме устанавливается ряд термодатчиков;
• данные термодатчиков передаются на процессор;
• специальная программа обрабатывает данные;
• в соответствии с заданными параметрами производится включение/отключение подачи теплоносителя на радиатор.

Такая система позволяет управлять не только отдельным радиатором, но и целой группой радиаторов, например, частью отопительного контура, предназначенной для конкретного помещения.

Если при использовании термоголовки воздействие на шток клапана происходит с помощью залитого внутрь состава, то в данном случае используют сервопривод, т. е. электродвигатель, работающий на очень низких оборотах. Он позволяет производить открывание/закрывание клапана очень плавно. При резком открывании клапана высока вероятность возникновения опасного для системы гидроудара. В результате могут быть повреждены как отдельные узлы, так и вся отопительная система.

Если устанавливать систему «умного дома» с большим количеством термодатчиков нецелесообразно, можно использовать обычный комнатный термодатчик, сервопривод и двухходовой клапан. Особенно удобно такое решение, если комната обогревается радиатором, который установлен в нише и закрыт специальным декоративным экраном. Регулировать температуру в этом случае с помощью вентиля или термоголовки будет неудобно, поскольку придется каждый раз демонтировать экран.

Если установленный в нише радиатор отопления скрыт экраном, регулировать температуру с помощью термоголовки может быть неудобно. Более эффективной станет система с сервоприводом

Также стоит отметить, что термодатчик или термостатическую головку не следует устанавливать в закрытой экраном нише, поскольку в таком пространстве создается избыточная температура. В результате нельзя будет получить корректные показания измерительных приборов.

Какими бывают сервоприводы?

Сервоприводы широко используются при автоматизации отопительных, водопроводных и канализационных систем. Различают два вида таких устройств:

Первые в неактивном состоянии остаются открытыми и при подаче напряжения на устройство закрываются. Вторые, наоборот, закрыты и открываются при поступлении электропитания. Для систем отопления используют только сервоприводы закрытого типа.

Сервопривод для радиаторов отопления — это электромотор, работающий на низких оборотах. На схеме представлено устройство прибора: 1 — Гайка M301,5; 2 — Пружина; 3 — Сильфон; 4 — Светодиоды; 5 — Вспомогательный контакт; 6 — Кабельный разъём.

И сервоприводы, и термостатические головки имеют накидную гайку с одинаковой резьбой. Поэтому их можно монтировать и с обычными радиаторными клапанами, и с клапанами на два или три хода. Однако клапаны некоторых иностранных производителей, например, Giacomini, имеют другие параметры резьбы.

Как правильно установить термостат с сервоприводом?

Если в помещении имеется только один радиатор, расположенный в закрытой нише, монтаж регулирующих приспособлений выполняется следующим образом:

1. Выбрать место и установить комнатный термостат.
2. На подающий трубопровод радиатора установить двухходовой клапан.
3. Привинтить к клапану сервопривод.
4. Подвести к сервоприводу кабель электропитания.
5. Подвести кабель от сервопривода к термостату.

После этого следует подать питание на термостат, включить отопление и выставить на термостате необходимое значение температуры.

Если в помещении находится несколько радиаторов, то двухходовой вентиль необходимо установить на обратном трубопроводе отопления. Одновременно монтируется часть подающего трубопровода, снабженного вентилями. Удобно будет, если эти участки: подача с вентилями и «обратка» и двухходовым клапаном и сервоприводом — будут помещены в отдельную нишу. Подключение сервопривода к комнатному термостату выполняется так же, как описано выше.

При большом количестве отдельных зон регулирования температуры рекомендуется монтировать часть трубопровода отопления вертикально, чтобы удобнее было устанавливать клапаны под сервоприводы. При этом из отрезка трубы большего диаметра, чем обычная труба, следует изготовить упрощенный аналог распределительного коллектора. В наивысшей точке этого устройства необходимо установить приспособление для автоматического удаления скопившегося воздуха, подключив его через шаровый кран. В остальном будет использована стандартная горизонтальная двухтрубная система подключения отопительного контура с принудительной циркуляцией. Подробная информация об этом представлена на видео:

Пошагово процесс монтажа регулируемой системы отопления этого типа может выглядеть так:

1. Составить проект, указав отдельные зоны регулирования.
2. Установить радиаторы.
3. Вывести к распределительному коллектору подающие трубы и «обратку».
4. Подключить к системе подающие трубопроводы с помощью шаровых кранов.
5. Подключить к системе обратные трубопроводы через двухходовые клапаны.
6. Выбрать и подготовить место для установки комнатного термостата.
7. Подвести необходимые кабели питания к сервоприводам и термостатам.
8. Выполнить чистовую отделку помещения.
9. Установить сервоприводы и термостат.
10. Подключить приборы к электропитанию.

Несколько слов о комнатных термостатах

Чаще всего для автоматического регулирования отопительных систем используют современные электронные термостаты. Существуют модели, которые получают питание от сети 220 В. Для подключения такой модели понадобится два кабеля: один — к источнику электропитания, а второй — к сервоприводу.

Другой тип термостатов снабжен автономным питанием с помощью батарейки. Чтобы такую модель подключить к сервоприводу, нужно разорвать фазу. Ноль разрывать не нужно, он просто передается на сервопривод.