Трехходовой клапан для отопления: устройство, принцип работы и схема подключения

Привет всем читателям этого блога! В данной статье будут обсуждаться трехходовые клапаны и сервоприводы.

Написана статья на уровне ликбеза, поэтому специалистов попрошу громко не смеяться над обсуждаемыми здесь вопросами.

Начнем обсуждение с трехходовых клапанов, а потом перейдем к сервоприводам. Переходим к делу.

Что такое трехходовой клапан: зачем нужен и как работает?

Из названия трехходового клапана понятно, что он имеет три резьбовых или фланцевых соединения.

Существуют два вида таких клапанов:

• Термосмесительные — применяются для организации подмеса холодного теплоносителя из «обратки» к горячему теплоносителю «подачи». Используется это в водяных теплых полах, тепловых узлах зданий и для защиты теплообменников котлов. Такие «трехходовики» отличаются по диаметру резьбового соединения и диапазону регулировки температуры.
• Переключатели потока — они изменяют направление течения теплоносителя, а точнее сказать они меняют контур, по которому он протекает. Так, например, переключатели потока широко используются для подключения бойлеров косвенного нагрева к отопительным котлам. В такой схеме трехходовой клапан через сервопривод подключен к термостату бойлера и при достижении пороговой температуры происходит переключение клапана и включение загрузочного насоса. После этого горячий теплоноситель начинает течь через теплообменник бойлера и нагревать воду внутри него.

Устройство трехходового клапана котла

Теперь давайте рассмотрим техническое устройство трехходовых клапанов.

Начнем по порядку с устройства термосмесительного клапана.

Для того, чтобы иметь наглядное представление о его внутреннем строении, посмотрите на следующий рисунок:

Устройство трехходового смесительного клапана

1. Вход горячей воды.
2. Термочувствительный элемент.
3. Выход смешанной воды.
4. Вход холодной воды.

Термочувствительный элемент расширяется или сжимается в зависимости от температуры.

Это позволяет выдерживать определенную температуру на выходе подмеса (4).

Колебания температуры обычно лежат в пределах двух или трех градусов в зависимости от разности давлений горячей и холодной воды.

Наличие в термосмесительном клапане накипи также уменьшает точность его регулировки.

Температура воды на выходе клапана может быть задана жестко при изготовлении клапана, либо может изменяться в некоторых пределах.

Делается это при помощи вращения регулировочного колеса.

Трехходовой клапан отопления: принцип работы

Теперь перейдем к рассмотрению другого вида клапанов — переключателей направления потока.

Собственно, такие клапаны могут работать и как смесительные, но управляются они при помощи ручной настройки или сервопривода.

Для большей наглядности смотрите рисунок ниже:

Трехходовой клапан для отопления: принцип работы

По сути своей такой клапан — шаровой кран, у которого отверстия в шаре не находятся на одной линии, а сделаны под прямым углом друг к другу.

Для полного переключения потока необходим поворот шара на 90°. Давайте посмотрим вид такого клапана сверху:

Трехходовой смесительный клапан: принцип работы

Угловая шкала указывает на то в каком положении находится шар внутри клапана.

Трехходовой клапан: схема подключения к котлу

Как я уже говорил, чаще всего такие клапана используют для подключения бойлера косвенного нагрева к котлу.

Схема подключения будет выглядеть следующим образом:

Трехходовой клапан: схема подключения к бойлеру

В этой схеме теплоноситель будет циркулировать либо через теплообменник бойлера, либо через радиаторы отопления.

Сервопривод клапана будет управляться термостатом бойлера.

Теперь давайте поговорим о наиболее важных технических характеристиках таких клапанов:

• Диаметр подключения — диаметр резьбы в дюймах.
• Рабочая температура — температура теплоносителя, при которой клапан отработает весь срок эксплуатации.
• Материал корпуса и уплотнений — чаще всего, такие клапаны изготавливаются из латуни, а в качестве уплотнений может быть использован эластомер (резина) типа EPDM.
• Номинальный поток — измеряется в кубических метрах за час и определяет предел пропускной способности клапана. Номинальный поток прямо пропорционален диаметру подключения клапана.
• Рабочая среда — этот параметр определяет то, в какой среде может работать данный узел. Например, это может быть только вода, либо растворы гликолей (антифризов для отопления).

Давайте двигаться дальше, следующая остановка — сервопривод!

Что такое сервопривод и как он работает?

Давайте начнем с определения. Сервопривод — это электродвигаетль, управляемый через отрицательную обратную связь.

В данном случае отрицательной обратной связью будет датчик угла поворота вала, который прекращает движение вала при достижении нужного угла.

Чтобы наглядно себе представлять сервопривод, смотрите ниже на картинку:

Сервопривод для трехходового клапана

Сервопривод: устройство и принцип работы

Как обычно, для наглядности рассмотрим устройство сервопривода по рисунку:

Устройство сервопривода

Как видно, внутри сервопривода расположены следующие составные части:

• Электрический мотор.
• Редуктор, состоящий из нескольких шестеренок.
• Выходной вал, которым привод вращает клапан или другое устройство.
• Потенциометр — эта та самая отрицательная обратная связь, с помощью которой осуществляется управление углом поворота вала.
• Управляющая электроника, которая расположена на печатной плате.
• Провод, по которому подводятся напряжение питания (220 или 24 В) и управляющий сигнал.

Управляющий сигнал сервопривода

Давайте теперь подробно остановимся на управляющем сигнале.

Сервопривод управляется импульсным сигналом с изменяемой шириной импульса.

Для тех, кто не знает о чем идет речь привожу еще одну картинку:

То есть ширина импульса (по времени) определяет величину угла поворота вала.

Настройка таких управляющих сигналов дело нетривиальное и зависит от конкретного привода.

Количество управляющих сигналов зависит от того, сколько положений может занимать выходной вал.

Сервопривод может быть двухпозиционным (2 управляющих сигнала), трехпозиционным (3 управляющих сигнала) и так далее.

Заключение статьи

В этой статье я рассмотрел (очень кратко) трехходовые клапана и сервоприводы.

Главное для чего они нужны — автоматизация управления инженерными сетями (водоснабжением, отоплением и так далее).

Они стоят дорого и во многих случаях без них можно обойтись, но все же есть случаи когда без них не обойтись, например при описанной выше схеме подключения бойлера.

На этом все, пишите свои вопросы в комментариях и нажимайте кнопки социальных сетей.

Выбираем надежный трехходовой клапан для теплого пола: виды и особенности + правила подключения

Я приветствую моего уважаемого постоянного читателя! Современные инженерные системы призваны сделать нашу жизнь более комфортной. Но они же требуют применения новых технических решений и устройств. Эта статья – об одном из таких устройств. В этой статье речь пойдет о том, для чего нужен и как работает трехходовой клапан для теплого пола.

Что это такое и для чего он нужен

Оптимальный современный способ обогрева – устройство в доме теплого пола. Теплый пол позволяет равномерно обогреть все помещение снизу и не тратить тепло на нагрев воздуха под потолком, обогреть только нужные комнаты или даже их отдельные участки. Обогрев с помощью системы теплого пола позволяет сэкономить до 30% топлива и финансов по сравнению с напольным и настенным отоплением.

В системе теплого пола используется теплоноситель с максимальной температурой +45 °С, а котлы нагревают теплоноситель до температуры 80…90 °С. Поэтому для обеспечения нужной температуры теплоносителя необходимо устройство, смешивающее горячую воду из котла и холодную воду из обратки. Для пола очень важно не превышать температуру теплоносителя. В качестве этого устройства в коллекторном узле и используется смешивающий трехходовой клапан.

Назначение и область применения

Трехходовой клапан применяется для регулирования температуры теплоносителя в трубопроводах, залитых в стяжку пола.

Теплые полы у нас пока еще не очень широко распространены, в основном их монтируют в частных домах. Но люди постепенно понимают надежность такого варианта отопления и видят экономию, и теплые полы постепенно завоевывают популярность как в общественных, так и офисных и административных зданиях.

Если взвесить все плюсы и минусы применения теплых полов, то значительная экономия перевешивает дороговизну и сложность монтажа всей системы.

Характеристики

Характеристики смесительных клапанов включают в себя:

1. Способ управления – механический или с помощью электропривода.
2. Диаметры патрубков.
3. Рабочее давление. Все трехходовые регуляторы рассчитаны на давление не меньше 1,6 МПа, а в частном доме в системе отопления пола давление не превышает 0,2-0,3 МПа, поэтому при покупке любой клапан по номинальному давлению подходит для частного дома.
4. Пропускную способность.

Из каких материалов изготавливают

Трехходовые смешивающие клапаны изготавливают из следующих материалов:

• Латунь. Сплав меди с добавлением цинка не подвержен коррозии, латунная арматура прочна, долговечна. Иногда латунные изделия покрывают хромом или никелем – в эстетических целях, так как металл темнеет со временем. Это самый распространенный материал для регулирующих устройств отопления в жилых домах.

• Бронза. Также сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием. По качеству не уступает латуни, но встречается редко.

• Нержавеющая сталь. Отличный материал для регулирующей арматуры. Ее долговечность, стойкость к коррозии и прочность выше, чем у латуни. Но нержавейка дороже, и использовать такие регуляторы в частном доме не имеет смысла.

Для регулирующих трехходовых клапанов используют также титан, углеродистую сталь с защитным покрытием, но это скорее варианты для промышленности. Керамику не применяют, она не выдерживает бесконечных срабатываний. Изредка встречаются дешевые изделия из силумина – сплава алюминия и кремния. По качеству изделия из силумина не выдерживают никакой критики – они очень быстро выходят из строя.

Практически всегда для монтажа систем теплого пола в частном доме используют латунные трехходовые вентили.

Принцип работы и устройство

Для регулирования степени нагрева теплоносителя в системе теплого пола применяется смесительный трехходовой клапан, имеющий один выход и два входа. Принцип действия: в устройство поступают два потока – горячая и холодная вода – и автоматически смешиваются в определенной пропорции.

Пропорция определяется настройкой терморегулятора. Клапан не меняет давление в трубопроводе (кроме незначительных потерь при прохождении воды через арматуру). Бывают модели с электроприводом – они позволяют очень точно регулировать температуру теплоносителя.

Конструкция клапана включает в себя корпус, регулирующие элементы (золотники), соединенные со штоком, термоголовку, управляющую штоком и через его движение золотниками. В корпусе имеются седла с уплотнителями. При повороте штока жестко связанные с ним золотники приоткрывают или перекрывают потоки холодной или горячей воды, меняя температуру воды на выходе из вентиля.

Шток поворачивает термоголовка, которая срабатывает при повышении и понижении температуры выходящего теплоносителя. Устройства с электроприводом срабатывают от автоматики: она включается, если поступает команда от датчиков температуры.

Существуют трехходовые клапаны, в основу конструкции которых взят шаровой кран. Регулирующий орган здесь имеет форму шара или сектора с отверстием сложной формы. Шток в таких приводах вращается.

Преимущества и недостатки

Преимущества трехходовых смешивающих клапанов:

• Простая конструкция.
• Стабильное регулирование.
• Надежность.
• Герметичность.
• Достаточная точность регулировки (максимум точности – до 1°С).
• Долговечность.
• Относительно компактные габариты.

Самое большое достоинство применения трехходовых клапанов – трубопроводы и соответственно стяжка и покрытие пола не перегреваются, что предотвращает преждевременный выход из строя стяжки и покрытия.

• Гидравлическое сопротивление трехходовых конструкций выше, чем у обычного двухходового вентиля.
• Конструкция корпуса и золотника допускает наличие застойных зон – периодически придется демонтировать устройство и очищать от окалины, мусора, органических примесей.
• Недостаточная точность регулировки температуры в помещении. Регулировочный клапан достаточно точно регулирует только температуру выходящего теплоносителя, а температуру обогреваемого помещения – приблизительно.

Чтобы обеспечить комфортный уровень отопления, придется подбирать соотношение температуры выходящего потока и температуры в помещении «методом тыка». К сожалению, трубопроводы теплого пола намного больше радиатора, и точность регулировки обеспечить невозможно. Еще больше усложняет ситуацию инерционность теплого пола – 100-миллиметровая цементная стяжка прогревается очень медленно.

Но если стоически относиться к медленному нагреву или охлаждению помещения, то клапан с механической регулировкой вполне подходит для применения в системе отопления частного дома или квартиры.

Намного больший комфорт обеспечивают клапаны с электрическим приводом, управляемые системой «умный дом» с датчиками температуры в каждой комнате. Но такие устройства очень дороги.

Трехходовые клапаны подразделяются по принципу действия. Бывают разделительные и смесительные клапаны. В системах теплого пола (и в радиаторах) применяются смесительные устройства, регулирующие температуру выходящего теплоносителя путем смешивания холодной и горячей воды.

По способу приведения в действие трехходовые устройства бывают:

1. Ручные. Встречаются очень редко, стоят недорого. Удобны, если теплые полы смонтированы в 1-2 комнатах – например, ванной и детской.
2. Автоматические.

В ручных положение штока и регулировка температуры выходящей воды регулируется вручную рукояткой. В автоматических движением штока управляет либо термоголовка, либо электропривод, управляемый автоматикой с термодатчиками.

Автоматические клапаны бывают:

• Самый простой вид – с термостатической головкой. Срабатывают при увеличении температуры (реагируют на повышение давления). Такие устройства используют для радиаторов. Жидкость в приводе при увеличении температуры расширяется и приводит в действие шток.
• С термостатической головкой и выносным датчиком.
• С электроприводом. Шток приводится в движение при помощи электродвигателя. Двигатель управляется контроллером, на который поступают сигналы с температурных датчиков. Привод может управлять клапаном с помощью соленоида (магнита) или механической передачи (сервопривода).
• На производстве в системах с большими давлениями и диаметрами используются пневматические или гидроприводы.

Виды клапанов приведены на фото:

Маркировка клапанов

Трехходовые клапаны маркируются буквами и цифрами:

• Название фирмы.
• Серия и номер модели (например, VTA 321).
• Условный диаметр в мм (DN 20).
• Температурный режим, например 20-45С – режим от 20 до 45 °С.
• Пропускная способность в м³ – KVS 1,6 – 1,6 м³/час.

Пример маркировки клапана фирмы ESBE выглядит следующим образом:

ESBE VTA 321 DN 20 20-45C, kvs 1,6

Типоразмеры: ½», ¾», 1″, 1¼» и так далее либо в мм – 15, 20, 25 мм и т.д.

Срок службы

Срок службы в первую очередь зависит от качества самого клапана, во вторую – от числа срабатываний. Можно рассчитывать на то, что клапан прослужит 10 лет и больше. Чаще выходят из строя термоголовки и электроприводы.

Как выбирать

Устройство теплого пола даже в частном доме – достаточно сложная инженерная система с неоднозначным результатом. При некачественной регулировке вся выгода может исчезнуть, поэтому нельзя экономить на коллекторном узле и регулировочной арматуре. Хорошие трехходовые клапаны недешевы, на рынке или в интернете велика вероятность приобрести некачественную продукцию.

Для системы теплого пола лучше покупать оборудование в гипермаркете или специализированном магазине. Сертификат должен быть обязательно! Или паспорт с «мокрой» печатью и заполненной гарантией. Чек нужно сохранить.

Обычно покупают изделия из латуни. Клапаны из нержавеющей стали стоят дороже и реже продаются. Силумин не стоит даже рассматривать – изделия из него плохо переносят постоянные открытия-закрытия, а регулировочная арматура стоит немало.

При покупке в магазине необходимо осмотреть клапан – чтобы не было сколов, трещин, замятий. Нужно постараться заглянуть внутрь клапана – на латунных изделиях без покрытия внутренняя часть должна быть золотистой (а не бело-серебристой, как у силумина). Можно сориентироваться по весу. Силуминовые изделия весят намного меньше латунных – плотность латуни примерно в три раза больше, чем у силумина.

Популярные производители

На первом месте по качеству – продукция шведской фирмы ESBE. Фирма более ста лет выпускает трубную арматуру различного назначения. Второе место занимает американская компания Honeywell. Распространена арматура фирм HEIMEIER, HERZ, Navien, Danfoss, Mut, Oventrop, Siemens. Стоимость этих изделий опережает качество. Более приемлемая цена у продукции совместного итальянско-российского производителя Valtec.

Примерная цена

Таблица выше это цены на Трехходовой клапан с термоголовкой. Чтобы узнать, сколько стоит оборудование в вашем регионе, лучше обратиться в ближайший строительный гипермаркет. Примерные цены на трехходовой клапан с электроприводом:

Правила монтажа и эксплуатации

Монтаж трехходового клапана в систему теплого пола частного дома не слишком сложен, его вполне можно выполнить своими руками. Необходимо точно придерживаться инструкции, она прилагается производителем к каждому изделию.

На всех вводах-выводах трехходового клапана выбиты буквы:

1. А – подача основного теплоносителя (горячей воды). Обычно этот участок находится на одной оси с выходным патрубком.
2. С – второй ввод в вентиль. Обычно располагается перпендикулярно оси движения теплоносителя.
3. АВ – выход. Находится на одной оси с основным вводом.

При монтаже оборудования следует предусмотреть возможность демонтажа и осмотра – к клапану должен быть свободный доступ.

Необходимые инструменты и материалы

Для монтажа трехходового клапана понадобится:

• Два разводных гаечных ключа.
• Накидные гайки-американки, укомплектованные прокладками.
• Возможно, лента ФУМ.

Ход работ

Клапан в систему устанавливают при помощи накидных гаек-американок. Перед установкой очищают торцы труб (точнее, фитинги на торцах труб) от грязи, заусенец, песка, пыли. То же проделывают с патрубками клапана. Проверяют наличие прокладок в гайках. Накручивают гайки на патрубки и слегка затягивают. При этом одним гаечным ключом закручивают гайку, вторым придерживают вентиль. Перед клапаном необходимо подсоединить механический фильтр.

Важно правильно расположить вентиль: ко вводу А подсоединяют трубопровод горячей воды; В – байпас от обратки; АВ – коллектор, к которому подходят трубопроводы отопления.

При установке привод не должен находиться над клапаном.

Видео по монтажу

На видео можно увидеть все тонкости правильной установки трехходового клапана для теплого пола.

Особенности эксплуатации

Перед клапаном следует в обязательном порядке установить фильтр.

Ошибкой будет установка клапана с термоголовкой в систему, регулирующую теплый пол в нескольких комнатах или расположенную в другом помещении (и в плотно закрытом распределительном шкафу). Необходимо устанавливать оборудование с выносными датчиками, расположенными в отапливаемой комнате.

Частые ошибки и проблемы при установке

Самая существенная ошибка при установке трехходового регулировочного клапана – неверно подсоединить трубопроводы с входящим и выходящим теплоносителем (например, когда к патрубку для ввода присоединяют трубу для подачи теплоносителя в отопительный контур). Необходимо быть внимательным при установке оборудования. На патрубках буквами указано назначение каждого отвода, при неправильном подсоединении трехходовой клапан работать не будет.

Необходимо точно соблюдать рекомендации производителя по длине прямых участков до и после вентиля, иначе работа регулятора будет нарушаться, а гарантия на такое оборудование не распространяется.

Советы специалистов

Перед выбором регулирующего оборудования необходимо определиться, какую площадь требуется обогреть. Если будет отапливаться ванная, часть пола спальни или детской комнаты, нет необходимости приобретать арматуру с термоголовкой – проще использовать трехходовой вентиль с ручным управлением, чем устанавливать полноценный дорогой смесительный узел.

Стоимость смесительно-распределительного узла с запорной и регулирующей арматурой, коллектором, манометром, краником Маевского превышает стоимость всех трубопроводов (если они выполнены из полимера, а не из дорогой меди).

Если система теплого пола включает несколько помещений, то необходимо перед монтажом заказать проект у квалифицированного инженера-сантехника – в нем будут указаны характеристики клапана. При большой площади теплых полов и большом количестве комнат понадобится один или несколько смесительных узлов.

Схема подключения каждого узла включает в себя коллектор – распределительную гребенку, к которой присоединены трубопроводы отопления. Перед коллектором устанавливается трехходовой смесительный вентиль и насос. Клапан может быть с термоголовкой или с датчиками, контроллером и электроприводом.

Заключение

Я прощаюсь с моим уважаемым читателем. Желаю вам использовать полезную информацию, полученную из статьи, на практике при устройстве теплого пола у себя дома. Подписывайтесь на обновления сайта, приводите на сайт друзей, делитесь интересной информацией с друзьями в соцсетях.