Собрать эффективную автономную систему водяного отопления в своем доме – это еще полдела. Одновременно с установкой котельного оборудования, монтажом труб и приборов теплообмена – радиаторов или конвекторов, с прокладкой контуров «теплого пола» должно вестись создание и отладка структуры, отвечающей за управление работой и обеспечение безопасности эксплуатации. Не поддающееся контролю и оперативной корректировке отопление может не только не принести комфорта в помещения, но и стать причиной крайних неудобств или даже серьезнейших аварий.
Трехходовые клапаны в системе отопления принцип действия и схемы установки.
Даже в самом простом варианте системы управление есть – оно осуществляется термостатической регулировкой котла. Однако подобным образом можно регулировать температуру теплоносителя только во всем контуре сразу. Для небольших систем, и работающих только с радиаторами – может быть приемлем и такой минимум. Но если система сложная, разветвлённая, если используются различные способы передачи тепла в помещение, то такого управления явно недостаточно. Для точных локальных регулировок температуры на определенных участках применяются специальные схемы, которые обычно называют смесительными узлами. А одним из ключевых элементов многих подобных узлов очень часто выступает трёхходовой клапан.
Итак, сегодня рассматриваем трехходовые клапаны в системе отопления принцип действия и схемы установки.
Назначение и принцип действия трехходового клапана
Содержание статьи:
Для чего может служить трехходовой клапан
Трехходовой клапан относится к разряду изделий сантехнической запорно-регулировочной арматуры. Как уже понятно из названия, это устройство имеет три входа, но работает, безусловно, не как обычный тройник, а по заданному алгоритму. А этот алгоритм зависит от температуры, например, перекачиваемой жидкости (водопроводной воды или теплоносителя на каком-то участке системы отопления), или даже в помещении.
По принципу работы трехходовой клапан в чем-то напоминает смеситель, но с серьезными оговорками.
Если так кому-то будет проще для понимания, то давайте вспомним, как мы регулируем температуру воды, скажем, кухонным смесителем. Открываем воду в интуитивно выбранном положении, а затем, если она кажется слишком прохладной, уменьшаем входящий холодный поток, одновременно прибавляя при этом поток горячей, и наоборот. В итоге смешанная вода вскорости приобретает ту температуру, которая требуется.
Трехходовой кран тоже может работать в режиме смесителя. Но, в отличие от рассмотренного примера, у него не существует положения, при котором входы одновременно закрыты. То есть по мере закрытия одного входа – открывается второй.
И еще один момент – существуют не только смесительные, но и разделительные трехходовые клапаны. У них – один вход и два регулируемых выхода. То есть один поток делится на два, понятное дело, без изменения температуры, но с управлением по количественным параметрам выходящих потоков.
Принципиальная разница между трёхходовыми клапанами смесительного и разделительного типа. В первом случае – смешение потоков разных температур, во втором – разделение потока на два, но с одной температурой на входе и выходах.
В системах отопления чаще применяются трехходовые клапаны смесительного типа – для получения на выходе теплоносителя строго заданной температуры. Впрочем, есть схемы, где можно найти применение и разделительному трехходовому клапану. Это будет рассмотрено в свое время.
Немного – об устройстве трехходовых клапанов
Итак, как мы видим, в обоих случаях управление потоками жидкости происходит на количественном уровне. Просто при смешении это сопровождается еще и качественными изменениями, то есть варьированием температурного режима. Во втором варианте в точке установке клапана все ограничивается исключительно количественными изменениями потоков.
Но и там и там требуется какой-то затворный механизм, такой, что станет открывать один вход (выход), одновременно перекрывая второй, и наоборот. По реализации этого принципа работы трехходовые клапаны делятся на секторные (или поворотные) и седельные.
Давайте для начала посмотрим на клапан поворотного типа.
Смесительный и разделительный трёхходовые клапаны поворотного или секторного принципа действия.
Как видно по схеме, устройство для смесительного и разделительного аналогичное, с тем лишь отличием, что меняется на противоположное направление потока транспортируемой жидкости.
В роли затвора выступает размещенный на оси сектор шара. Его свобода движения ограничена всего четвертью окружности (тонкой зеленой прямой показана центральная радиальная линия этого сектора, зелеными стрелками – диапазон перемещения. То есть на схеме он показан в промежуточном положении. Внешняя сторона этого затвора имеет тщательно обработанную сферическую поверхность и хорошо притерта к седлам обоих входов, А и В.
Мнение эксперта:
Афанасьев Е.В.
Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.
Задать вопрос эксперту
При управляющем воздействии на ось затвора (о «природе» которого мы поговорим чуть ниже) он поворачивается в обозначенном секторе. Крайние позиции – это полное перекрытие либо входа А, либо В. Промежуточные – по мере открытия одного входа закрывается второй, и наоборот.
То есть если по одной трубе, подходящей к трехходовому клапану, запущен поток горячей воды (в данном примере красная стрелка, вход А), по второй – холодной или охлаждённой (синяя стрелка, вход В), то на выходе АВ можно добиться потока жидкости требуемой температуры. Эта возможность очень широко востребована и в системах отопления, и в горячем водоснабжении.
Процесс изменения сечения прохода каналов А и В по мере изменения положения задвижки затвора хорошо показан на следующем графике. Входы здесь обозначены квадратом и кружком, выход – треугольником. В крайних положениях (0° или 90° поворота сектора) – четкие позиции, то есть полное открытие одного входа при полностью закрытом втором. Полное количественное совпадение потоков – при повороте затвора на 45°. Если имеются данные о температуре потоков на входах А и В, специалистам несложно просчитать и качественное (температурное) изменение смешанного потока АВ.
График, показывающий количественное изменение потоков жидкости через входы А и В при изменении положении затвора трехходового клапана.
В разделительном клапане поток идет с противоположной стороны, и делится рабочим сектором на два. Точнее, при крайнем положении задвижки вся жидкость уходит в открытый, при промежуточном – пропорционально степени открытости конкретного выхода. Но температура прокачиваемой через клапан жидкости при этом, ясное дело, не изменяется.
Теперь посмотрим на принципиальную схему седельного трехходового клапана.
Принцип работы затворного механизма трехходового клапана седельного типа
Опять же, показан смесительный и разделительный варианты.
Затвор клапана может иметь шарообразную форму (как на схеме) или же быть исполнен в виде привычной тарельчатой задвижки (одной общей или двух – для каждого седла отдельно) с уплотнителем, как в обычных кранах вентильной конструкции. Особо это ничего не меняет – затвор при необходимости должен плотно прилегать к седлам входов.
Шток, на котором закреплен затвор, под управляющим воздействием поступательно перемещается вверх-вниз. И также в крайних положениях может полностью перекрываться один из входов, при промежуточных – по мере увеличения площади просвета прохода перекачиваемой жидкости на одном входе — уменьшается просвет на втором. То есть появляется возможность микширования потоков разной температуры для получения заданной.
Для разделительного клапана показан вот такой вариант с двумя затворами. Но это необязательно – масса примеров, когда используется один. Принцип тот же – от полного открытия или закрытия одного из выходов – до против направленного изменения площади просвета для двух выходов разделенного потока. Температура при этом – не меняется.
Можно взглянуть на разрезной макет трехходового клапана – так, может быть, станет понятней:
Трехходовой смесительный клапан седельного типа – в разрезе.
Все устройство собирается в металлическом корпусе (поз.1). На предлагаемом примере корпус клапана изготовлен из латуни, что считается «золотой серединкой» по части качества. Бронзовые обычно надежнее, но цена у них может «кусаться». Чугунные тяжеловаты и не всегда точны в работе. , но доступная цена делает их вполне привлекательными.
А вот от силуминовых изделий нужно отказываться наотрез, даже не вникая в подробности. Это крайне ненадежный сплав, способный подвести в любой момент – корпус может треснуть или даже развалиться, что, естественно, будет сопровождаться серьёзнейшей аварией с протечкой воды. Кс лову, никто из ведущих производителей до силумина не «опускается», то есть, скорее всего, изделие – «левое», безо всякой гарантии качества.
Корпус имеет три входа (поз. 2 – один из них, левый), каждый из которых оснащен тем или иным участком (приспособлением) для врезки в систему. В демонстрируемом примере – это резьбовой патрубок, что позволяет переменить соединение с муфтой (поз. 3), снабжённой накидной гайкой-«американкой» (поз. 4). В сочетании с уплотнительной прокладкой (поз. 5) этот узел дает очень надежное соединение, а сам прибор – легко как устанавливать, так и демонтировать. Пожалуй, наиболее удобный вариант. На клапанах с диаметров входов более 1 дюйма могут встречаться фланцевые соединения. Наконец, есть изделия, предназначенные для врезки в контур труб посредством сварки.
Внутри корпус разделён на три камеры, перегородки между которыми имеют проходы четкой геометрической формы – так называемые седла. Одно седло – на перегородке между камерой на входе А и камерой смешения на выходе АВ (поз. 6), второе, соответственно, между камерой В и тоже выходом АВ (поз. 7). Именно эти седла необходимы для клапанного аппарата устройства.
А сам этот аппарат в данном случае состоит из подпружиненного штока, на котором размещены два тарельчатых клапана (поз. 8 и 9), каждый из которых «работает» со своим седлом. Полностью закрывая или приоткрывая поток жидкости со стороны своего входа. Расположение клапанов на штоке строго выверено, поэтому принцип работы устройства, при котором открытие одного входа сопровождается пропорциональным перекрытием второго, полностью соблюдён.
Смешение потоков происходит в отдельной камере, о которой уже упоминалось (поз. 12), и далее жидкость с требуемой температурой транспортируется в нужный участок системы отопления или водоснабжения.
Сверху на приборе хорошо заметен выход подпружиненного штока (поз. 10), разместившегося в крайнем верхнем положении. Именно на него, на шток, будет оказываться регулирующее воздействие от управляющего устройства, для закрепления которого на трехходовом клапане предусмотрена или, как в данном примере, резьба (поз. 11), или какое-то оригинальное замковое соединение.
Управляющее воздействие — это в данном случае всего лишь поступательное перемещение штока вверх-вниз в довольно-таки небольшом диапазоне. Но даже столь ограниченного движения бывает достаточно для очень точного регулирования температуры перекачиваемой воды на выходе.
По внутреннему устройству все нюансы раскрыть довольно сложно, так как производители подобной продукции зачастую не спешат делиться своими наработками в этом вопросе. Можно лишь добавить, что принцип обратной пропорциональности открытия проходов — соблюдается всегда.
Кстати, то компоновочное решение, что демонстрировалось выше, то есть при перпендикулярно направленных входах – это отнюдь не догма. В продаже достаточно термостатических клапанов Т-образного типа, в которых входы двух потоков – встречные, а выход – перпендикулярен им.
Примерная схема Т-образного трехходового термостатического клапана со встречным расположением входящих потоков.
В остальном же, как вы можете увидеть на схеме, принцип сохраняется, и положение клапанного аппарата так же изменяется от приложения какого-то внешнего воздействия на подпружиненный шток.
Стоп, а вот откуда оно берется, это вправляющее воздействие? Самое время познакомится и с этим важнейшим узлом конструкции трехходовых клапанов.
Как осуществляется управление потоками через клапан?
Для изменения положения задвижки (затвора), что бы она из себя ни представляла, необходимо какое-то внешнее воздействие. А оно может иметь разную природу, и осуществляться либо в режиме предустановки, либо динамически, то есть с автоматическим изменением в зависимости от складывающихся условий. Именно эта возможность реагирования на изменения и является крайне ценной для организации систем отопления.
Пойдем от простого к сложному.
Трёхходовые клапаны с ручной установкой положения задвижки
Их, скорее, можно было бы назвать трехходовыми кранами. Количественные показатели потоков устанавливаются обслуживающим персоналом вручную, в соответствии с графиками или таблицами (или просто по богатому опыту эксплуатации таких систем), и в процессе работы динамически не изменяются. Точнее, у оператора имеется возможность так же, вручную, откорректировать положение задвижки в зависимости от каких-то изменений.
Один из самых простых трехходовых клапанов с ручной установкой положения затвора.
Такие простые схемы бывают вполне оправданы в тех случаях, когда температура потоков на входах отличается относительной стабильностью, то есть и на выходе никаких «сюрпризов» не ожидается. Примером может послужить система горячего водоснабжения — в таком клапане происходит подмес холодной воды, чтобы потребитель получал воду в соответствии с действующим нормативом.
Мнение эксперта:
Афанасьев Е.В.
Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.
Задать вопрос эксперту
Такие клапаны с ручным управлением, без возможностей самостоятельного реагирования на температурный режим, часто ещё называют трехходовыми балансировочными.
Может подобный клапан применяться и в системе отопления. Пример – ручная регулировка теплоотдачи какого-либо отдельно взятого радиатора. Для этого клапан устанавливался между входом в батарею и байпасом, соединяющим оба входа. И, кстати, такое устройство использовалось с давних времен, с тех пор как водяное отопление пришло в жилые дома.
На старых отопительных контурах нет-нет, да и встретишь вот такие «артефакты», как правило, уже не рабочие и покрытые несколькими слоями краски.
Ничто не мешает им сейчас на пересечении подводки и байпаса радиатора поставить трёхходовой клапан с ручным управлением. Схема вполне рабочая, но так как неспособна работать в автоматическом динамическом режиме – считается уже «вчерашним днем». Впрочем, многих вполне устраивает.
А что такое байпас?
Те, кто не знает этого, при прочтении предыдущего абзаца мало что поймут. А это – очень важное понятие, и без этой детали системы она может работать некорректно или даже становиться опасной в эксплуатации. Какую роль может играть байпас в системе отопления – считайте в специальной публикации нашего портала.
Кстати, очень многие из таких «примитивных» трехходовых клапанов обладают заранее заложенным в них мощным резервом «апгрейта». В частности, тот, что показан на первой картинке. Вместо рукоятки или маховика ручного управления здесь легко монтируется специальный электропривод. Об этом будет рассказано чуть ниже.
Термостатические трёхходовые клапаны с ручным управлением
В названии добавлено всего одно слово — «термостатические», но это в корне сразу меняет принцип управления систем с таким клапаном. Подобные изделия очень широко используются для создания смесительных узлов, где требуются стабильные показатели температуры на выходе, причем, с ее невысокими показателями. Как можно догадаться, особым спросом такие узлы пользуются в системах с контурами теплого пола – там нагрев редко когда превышает 40 градусов, а оптимальная разница температуры на входе и выходе из контура считается всего в 5 градусов.
На корпусе этого клапана сразу указан диапазон, в котором он способен регулировать температуру выходящего потока.
Управление тоже, вроде бы, ручное, но это не совсем так. Поворот рукоятки вовсе не меняет положение задвижки клапана. Оно изменяет степень предварительного воздействия (сжатия или прижатия) на термочувствительный элемент – ключевой узел этой схемы.
Этот элемент заполнен термочувствительной жидкостью, очень чутко реагирующей на колебания температуры изменением своего объема. То есть при нагреве элемент может увеличиваться в объеме — если он имеет расширяющийся корпус (такое устройство называется сильфоном). Другой вариант – элемент представляет собой подобие цилиндра, из которого выталкивается поршень со штоком. Снижение температуры, естественно, вызывает уменьшение в объеме сильфона или обратный ход поршня со штоком. Эти геометрические изменения элемента передаются на клапанную систему устройства.
Пример можно посмотреть на схеме
Один из примеров принципа работы трехходового термостатического клапана с ручной предустановкой.
Помимо уже знакомых нам выходов А, В и АВ, на схеме указаны:
1 – рукоятка (маховик) установки требуемого значения верхнего порога температуры. Шкала может быть пронумерована в абсолютных значениях (в градусах), или просто пропорционально разделена, например, от 1 до 10. В таком случае в паспорте обычно имеется таблица, указывающая на соответствие деления градусам.
Пример термостатических трёхходовых клапанов с условной и абсолютной шкалой на рукоятке установке температуры.
В любом случае современные клапаны подобного типа способны очень чутко реагировать на изменения и давать температуру на выходе с высокой точностью – обычно отклонения не превышают одного, максимум двух градусов.
2 – спрятанный в корпусе клапана термочувствительный элемент.
3 – клапанная головка, перераспределяющая входящие потоки в зависимости от своего положения.
Как это примерно работает?
Допустим, клапан устанавливается на максимальную температуру на выходе 40 градусов. Этому положению управляющей рукоятки будет соответствовать полное перекрытие горячего потока.
Как правило, подобные клапаны для теплого пола изготавливаются по принципу постоянного холодного байпаса. Это означает, что более холодная вода из обратки не перекрывается полностью никогда, даже при максимально открытой горячей. И оценка температуры ведется именно по поступающему в клапан холодному потоку. Смысл в этом вот какой – нельзя допустить перегрева «теплого пола».
- Контуры изначально заполнены холодным теплоносителем.
- Пол запускается — в контурах включается собственная циркуляция, а со стороны котельной по трубе подачи начинает поступать горячая вода.
- Так как температура на входе обратки невысока, термочувствительный элемент сжался, клапанная головка поднялась, приоткрыв проход для горячего теплоносителя.
- По мере повышения температуры термочувствительный элемент расширяется, опуская постепенно клапанную головку и, соответственно, уменьшая поступление в контур горячей воды.
- Если температура на входе обратки достигла предельной, ранее установленной пользователем величины, то термоэлемент расширился так, что клапан полностью перекрыл канал горячего теплоносителя. И циркуляция продолжается по «малому кругу», только через контур, до тех пор, пока температуры в нем не упадет ниже этого максимума.
После выхода системы в рабочий режим получается, что клапан, лишь слегка приоткрываясь и закрываясь, постоянно поддерживает нужный уровень температуры в контуре без вмешательства человека, и с очень высокой точностью.
Мнение эксперта:
Афанасьев Е.В.
Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.
Задать вопрос эксперту
Понятно, кто конструктивные особенности клапанов различных производителей могут иметь очень серьезные отличия. Но принцип работы – останется тот же.
Термостатические трехходовые краны с фиксированным порогом срабатывания
У этих устройств ничего изменить нельзя – как правило, прямо на их металлическом корпусе выбито значение температуры, при котором происходит срабатывание клапана на полное перекрытие одного входа и, соответственно, открытие другого.
Со стороны управляющего механизма – говорящая сама за себя заглушка, а на корпусе четко указана температура срабатывания — 61 градус. То есть ошибиться – сложно.
Внутри подводного трёхходового клапана тоже имеется термочувствительный элемент. Но вот только повлиять или на его степень предварительного сжатия, или на расположение клапанного устройства — невозможно. Приходится верить тому, что указано на корпусе.
Такие клапаны порой устанавливаются в системах горячего водоснабжения — чтобы вода не поступала потребителю с температурой, выше санитарно-допустимых величин. Ну а в системах отопления наиболее частое применение – это система обвязки твердотопливного котла с «малым кругом» циркуляции теплоносителя. Такая схема позволяет существенно повысить рабочий ресурс оборудования, защитить его от негативных факторов на стадии запуска котла и последующего выхода на проектную мощность.
Подробнее об этом расскажем, когда дело дойдёт до схем.
Трехходовые клапаны с термоголовками
Помните, мы рассматривали те самые простые клапаны, без термочувствительного элемента, у которых для управления лишь слегка выступал наружу шток? И разбирали его действие на разрезной модели? Такое изделие можно легко превратить в термостатический прибор, установив на него соответствующую термоголовку.
Практически тот же трёхходовой клапан, что мы рассматривали выше в разрезе, но только оснащенный термостатической головкой с выносным датчиком температуры.
В таких термоголовках обычно стоит термочувствительный элемент сильфонного типа, воздействующий на шток клапана. Оценка температуры идет или по окружающему воздуху вокруг головки (тогда она не оснащается ничем иным), либо по какому-то участку трубы, где требуется стабильность уровня нагрева теплоносителя. В таком варианте применяется термоголовка с выносным датчиком. Сам по себе датчик – это металлический сосуд, заполненный тем же термочувствительным веществом, и с сильфоном головки он соединен тонкой капиллярной трубкой. Так что рост давления при нагреве датчика передаётся по трубке на сильфон, который увеличивается в размерах … и так далее, как уже рассказывалось.
Один из примеров использования трехходового клапана с термоголовкой показан на иллюстрации ниже:
Насосно-смесительный узел и коллектор теплого пола, собранный с использованием трехходового клапана с термоголовкой и выносным датчиком.
1 – трехходовой клапан, установленный на пересечении трубы обратки и байпаса.
2 – термостатическая головка.
3 – выносной датчик, расположенный на поверхности трубы подачи в коллектора «теплого пола. Таким образом, регулировка узлом построена на контроле температуры на входе в коллектор.
Кстати, выносные термодатчики могут быть не только накладными (для размещения на поверхности трубы). Широко используются и врезные модели – датчик вставляется внутрь трубы с ее торцевой части с помощью специальной герметичной муфты. Еще один вариант – настенный датчик, отслеживающий температуру в помещении. То есть изменения в работе системы отопления вносятся на основании мониторинга конечного результата. Таким датчики обычно заключены в симпатичный пластиковый корпус, чтобы не дисгармонировать с отделкой комнаты.
Про общее строение термостатических головок и правила их установки в данной публикации распространяться не будем. Этой теме уже уделено немало внимания.
Как можно регулировать теплоотдачу радиатора отопления?
Увы, но многие продолжают пользоваться системой отопления «по старинке», то есть или стоически перенося духоту, если на улице потеплело, а батареи «жарят» как в лютый мороз, или открывая зимой в такие дни окна нараспашку. А ведь есть очень удобный способ решения проблемы – монтаж терморегуляторов для радиаторов отопления. Об этом – в отдельной подробной публикации нашего портала.
Трехходовые клапаны с электрическими сервоприводами
И вновь мы здесь возвращаемся к тем клапанам, которое были уже рассмотрены ранее. Помните, говорилось, что даже самый простой прибор с ручной установкой положения задвижки, то есть вообще ничего близкого не имеющего с автоматикой, можно усовершенствовать.
Простой трехходовой клапан с ручной предустановкой легко переделывается в «крутой» автоматический с электрическим сервоприводом
Внутри корпуса прячется электрический двигатель со своей электромонтажной схемой управления, и редуктор, обеспечивающий или плавное вращение рабочего вала с очень невысокой угловой скоростью — для поворота оси сферического (секторного), либо поступательное перемещение толкателя, который будет взаимодействовать с выступающим из корпуса клапана подпружиненным штоком.
Просто для примера – сервопривод и сферический (секторный) трёхходовой клапан в разрезе.
В продаже представлено немало приводов как универсального типа, так и предназначенных для установки на конкретные модели запорного сантехнического оборудования.
Выбор сервоприводов, предлагаемых в продаже, достаточно широк, но не все они обладают универсальностью – как по соединительным размерам и вообще по способу сопряжения с сантехническими устройствами, так и по принципу передачи управляющего усилия на клапанный механизм.
Естественно, сам по себе сервопривод управлять системой не в состоянии – он просто должен выполнять какую-то команду. А команды эти генерируются специальными устройствами – контроллерами, входящими в состав электронных систем управления отоплением. Передача на приводы осуществляется или по обычным проводам, или, более современный подход – по беспроводным каналам связи.
Базироваться же выработка команд может как на текущих температурных показателях определённого отопительного контура, так и на более сложных расчётах, включающих в том числе текущие погодные условия или даже прогноз на их изменение. В идеале такие системы должны становиться максимально энергоэффективными, и за ними, безусловно, большое будущее.
Тема эта заслуживает отдельного подробного обсуждения, и поэтому в данной статье мы ограничимся лишь констатацией, что такие трехходовые клапаны для отопления существуют, могут использоваться в тех же схемах, что и обычные механические термостатические.
И вот к самому интересному, именно к схемам, мы сейчас и переходим.
Наиболее популярные схемы использования трехходовых клапанов в системах отопления
Насосно-смесительный узел
Одна из главных проблем в крупных, разветвлённых системах отопления, включающих различные типы теплообменных приборов, являет подача теплоносителя с различной температурой. Так, для радиаторов и конвекторов иногда верхний порог температуры приходится поднимать до 80÷85 градусов, а вот для «теплых полов» даже в самые лютые морозы на улице температура на входе не должна быть выше 40÷45 градусов.
Эксплуатировать для таких целей два котла – неразумно, сложно, дорого. Значит , придётся «раздавать» теплоноситель на разные участки системы в нужном количестве и с требуемой температурой. С количественным распределением успешно справляется гидрострелка, для качественного (температурного) изменения потребуется смесительный узел. Так как обычно такой узел ставится перед низкотемпературными «теплыми полами», то там требуется еще и особые условия напора и скорости потока в трубах. То есть обычно комплектуется еще и своим циркуляционным насосом, и именуется потому насосно-смесительным узлом.
Подобные узлы собираются на базе различных запорно-регулировочных сантехнических устройств. Немало схем создано именно под трехходовой клапан. Давайте познакомимся с некоторыми популярными
Простейшая схема с балансировочным трехходовым клапаном
Одна из самых простых схем, дающая возможность сэкономить на приобретении комплектующих.
Схема смесительного узла с ручным балансировочным трехходовым клапаном-
На первый взгляд, схема буквально переполнена сантехническими деталями и узлами. На деле – все не так страшно, просто рисунок исполнен не в масштабе, а с укрупненными изображениями элементов для большей ясности. Кроме того, некоторые детали не считаются обязательными — их можно отнести к рекомендуемым.
А чтобы в дальнейшем не перегружать схемы, некоторые детали на последующих чертежах показываться не будут (но мы помним, что они рекомендуются к установке). При появлении новых деталей – это будет оговариваться.
Итак:
Синие крупные цифры: 1 – вход подачи из общей системы отопления; 2 – выход на обратку общей системы; 3 – выход подачи из смесительного на коллекторный узел; 4 – возвращение обратки из коллектора. Положение выходов на схемах может меняться, но нумерация с ее расшифровкой – остаются такими же.
Б1 – байпас №1.
Зеленые цифры:
1 – трубы, специально показаны разным цветом для большей наглядности, где подача, а где обратка.
2.1 ÷ 2.4 — краны, позволяющие отключить насосно-смесительный узел от остальных узлов системы отопления. Бывает нужно для проведения демонтажа в целях ремонта или профилактики, замены деталей, для других подобных целей. Важно – эти краны не выполняют никакой регулировочной миссии и должны иметь только два положения – полностью открыт и полностью закрыт. То есть должны использоваться шаровые, без промежуточных положений, свойственных вентильным.
3 – необязательный, но настоятельно рекомендуемый элемент — фильтр механической очистки теплоносителя. Понятно, что такой наверняка имеется в обвязке котла. Но стоит подобное устройство недорого, устанавливается несложно, а иметь дополнительную гарантию очистки жидкости перед клапанным регулировочным механизмом – никогда не помешает.
4.1 ÷ 4.3 – термометры, позволяющие отслеживать температуру теплоносителя в ключевых точках: на входе подачи из общей системы, на подаче к коллектору теплого пола (то есть – после этапа подмеса охлаждённой воды), и по возращению обратки из коллектора. Термометры могут иметь разное исполнение – особой роли это не играет, каждый выбирает тот, что ему кажется выгоднее и удобнее в монтаже.
5 – собственный циркуляционный насос этого смесительного узла. Собственный – так как в системе имеется еще как минимум один, в котельной, обеспечивающий общую циркуляцию теплоносителя по «большому кругу».
6 – трёхходовой клапан. В данном случае – с ручной предустановкой степени смешения потоков, то есть без термостатических возможностей.
7 – сантехнические тройники, которые, наверное, не требуют пояснений.
8 – перепускной клапан. Рекомендуется к установке для исключения ситуаций, когда в трубе подачи коллектора давление станет многократно выше, чем в обратной. А такое может быть, например, когда один или несколько контуров временно «заперлись» по термостатическим причинам, а насос продолжает усердно работать. В такой ситуации произойдёт срабатывание этого клапана с перепуском теплоносителя и выравниваем давлении до неопасных величин.
Такой клапан обычно настраивается на разность давления, близкое к номиналу насоса. Например, насос работает с напором 5 метров водяного столба – срабатывание клапана можно настроить на 3 или 4 метра. Такой подход сделает работу насоса стабильной в любой ситуации, не вызывая перегрузки.
9 – обратный клапан. Многие считают его необязательным в этой сборке. Но некоторые опытные сантехники могут поделиться весьма забавными случаями из своей практики.
Например, трехходовой клапан полностью временно прикрыт от подачи системы из-за выхода на максимально допустимую температуру. Но насос при этом работу не прекращает, гонит воду по малому кругу. Вполне может сложиться ситуация, что такое движение потока вызовет сначала легкое разряжение, а затем и подсос теплоносителя из системы по обратке, от точки 2. А температура в той обратке порой бывает значительно выше, чем подача в теплых полах! И система, дезориентированная такими условиями, может выйти из-под контроля.
Установкой обратного клапана, с движением потока только на выход, проблема полностью устраняется.
Как это работает? Да очень просто! В малом круге запущена циркуляция, а в зоне перед насосом от этого возникает некое поле разряжения, затягивающее горячую воду из подачи в малый круг. Теплоноситель поступает по трубе подачи, минует фильтр и достигает трехходового балансировочного клапана. На нем заранее вставлены пропорции подмеса.
Горячий поток этими установками, естественно, «придушивается», но природа не терпит пустоты, и образующийся «дефицит» воды восполняется ее поступлением через байпас на вход В-клапана. Таким образом, происходит подмес остывшей воды, и теплоноситель поступает на коллектор с требуемой температурой.
Более совершенная схема — с термостатическим клапаном
Почти такая же схема (как договаривались — просто сделали «невидимыми» некоторые ее детали), но сразу бьет в глаза появление второго байпаса Б2.
Зачем он нужен, и почему появился именно сейчас?
Небольшие изменения, но схема уже способна самостоятельно реагировать на изменения температуры потока теплоносителя.
Впрочем, это не единственное изменение, и одно влечет за собой другое.
Итак, вместо трехходового балансировочного клапана с ручной предустановкой применена более совершенная модель с термостатическим управлением. То есть с возможностью просительной установки точно, до градуса, температуры воды на выходе из устройства.
Казалось бы – все то же самое, только меняется алгоритм смешения потоков, он сейчас варьируется в зависимости от текущих температур на входе. Зачем второй байпас?
А дело вот в чем – термостатические трехходовые клапаны преимущественно имеют весьма зауженный вход в точке В (со стороны подмеса из обратки). А циркуляционный насос узла все же должен работать на оптимальных режимах производительности, без появления каких-то «очагов повышенного сопротивления». Иначе это скажется и на его долговечности, и на расходе потребляемой электроэнергии.
Так вот – байпас №2 эту проблему снимает разом. Или же, другой выход – постараться отыскать модель клапана с незауженными входами. Скажем сразу – это сложнее.
На нормальной производительности насосно-смесительного узла такое дополнение не должно сказаться негативно. На качестве микширования потоков – тоже. При этом диаметр трубы для байпаса 2 берётся таким же, как подводка к насосу.
Попробуем внести в эту же схему еще парочку изменений.
Схема с термоголовкой и выносным датчиком температуры
Отслеживание изменений температуры непосредственно по месту смешения потоков, в самом трёхходовом клапане, чревато неточностями. Пусть небольшими, в пределах пары-тройки градусов – но все же… Большей информативностью будет обладать мониторинг показателей температуры уже на участке трубопровода, например, непосредственно перед входом в коллектор. Теплоноситель уже прошел трёхходовой клапан, прямой участок трубы, насос – это обеспечило гарантированное его смешивание и реальный показатель получившейся температуры. Другой вариант – съём показаний ведется на участке обратки по выходу из коллектора. В зависимости от отклонений результатов от ожидаемой нормы трехходовым клапаном вносятся коррективы в положение задвижки.
Все это можно реализовать с использованием трёхходовых клапанов с термоголовкой и выносным датчиком температуры.
Почти то же самое, но трехходовой клапан уже другой – с термостатической головкой
Итак, зонд (температурный датчик) или накладывается на свободный участок трубы так, где решено снимать показания температуры для внесения корректив (показано серыми стрелками). Способы крепления датчика, как уже отмечалось, могут быть разными. Или он накладывается на трубу и прижимается к ней специальными пружинами или даже пластиковыми затяжками. Или же он вводится внутрь трубы с торцевой стороны нужного участка с использованием специальной герметичной муфты. На шкале головки выставляется требуемая расчетная температура для данного участка.
Если в ходе работы системы температура становится ниже – головка реагирует перемещением штока для увеличения подачи горячего потока, при излишке нагрева – происходит наоборот.
Кстати, на байпасе №2 появился новый элемент (поз. 10). Это – обычный балансировочный клапан. Что он тут делает?
Дело в том, что остается определенная вероятность ситуации, когда внутренняя циркуляция по малому кругу станет длительное время превалировать над циркуляцией между точками 1 и 2. А это означает, что в смесительный узел и дальше на коллектор и контуры теплого пола будет поставляться недостаточное количество тепла. То есть нагрев полов будет недостаточным, несмотря на, вроде бы, корректную работу смесительного узла.
С этим «злом» бороться несложно – просто ставится балансировочный клапан, и корректируется производительность байпаса №2. Повторимся – это при необходимости. Такой клапан бывает полезен, но иногда система прекрасно справляется и без него. Тем не менее, стоит он недорого, бюджет от него не «лопнет», и лучше его поставить сразу, чем потом искать место и делать врезку «по живому».
Схемы с насосом на месте байпаса
Все предыдущие схемы можно назвать «с последовательным подключением циркуляционного насоса». А вот несколько иной подход – на месте второго байпаса вдруг оказывается насос.
Схема с параллельным расположением циркуляционного насоса в смесительном узле.
С трёхходовым смесительным клапаном с классическим расположением входов (слева и снизу) схема оставляется именно так, как показано на рисунке выше. Есть вариант и для клапана Т-образного типа, к которому подводка идет с противоположных сторон. Насос для такой компоновки и вовсе можно расположить не единственном байпасе, который будет выходить из центрального смесительного выхода.
Параллельное подключение насоса, но с клапаном, смешивающим встречные потоки теплоносителя.
Чего можно добиться вот таким положением наоса, которое нередко именуют параллельным? Основным преимуществом является компактность смесительно-насосного узла, и в ряде случаев, при явной недостаточности свободного места, этот критерий как раз и становится решающим.
Тем не менее, недостатков у подобных схем – больше, чем хотелось бы. И прежде всего это выражается в том, что мощности насоса используются неэффективно. Посудите сами – поток, выходящий после насоса, разделяется на два, лишь один из которых устремляется к коллектору, а второй «бесполезно» сбрасывается в общую разводку системы, в «большой круг». Правда, при этом можно не боятся даже малой вероятности обратного тока воды. Да и с недостаточностью поступления тепла проблем не случается – на смесительный узел будет отбираться столько, сколько действительно необходимо, безо всяких дополнительный перемычек и балансировочных клапанов.
Еще один нюанс, о котором нельзя забывать при проведении монтажа: в таких схемах выходы на коллектор поменялись расположением – подача оказалась внизу, а обратка сверху.
Второй большой «минус» схем с подобным расположением насоса – довольно высокая сложность в точной отладке, немалая их «капризность» в этом вопросе. Интересно, что в очень многих готовых насосно-смесительных узлах заводской сборки реализуется именно вот такое, параллельное расположение. Но сантехники с большим опытом монтажных и пусконаладочных работ в этой сфере находят способы переделки заводских моделей в схемы с последовательным насосом, как более производительные и послушные в регулировках. Причем это делается за счет установки нескольких байпасов-перемычек и заглушек, то есть без потери узлом своей компактности.
Кстати, вот еще одна схема, привлекательная своей компактностью. Но вот насос будет здесь работать по принципу последовательно включения.
Компактная схема без байпаса
Байпаса, как такового здесь нет – его роль выполняет сам смесительный трехходовой клапан Т-образного типа. А от его выхода через насос идет прямая линия подачи на коллектор теплых полов. Схему хвалят за простоту, компактность и надежность. Кстати, именно к ней стремятся многие «народные умельцы», когда задумывают усовершенствование заводских моделей.
Пример схемы насосно-смесительного узла с разделительным трехходовым клапаном
А можно ли добиться требуемой температуры теплоносителя на входе в коллектор теплого пола, используя для этого не смесительный, а разделительных трехходовой клапан? Да, оказывается, существуют схемы и с такими устройствами. Одна из них полказана на иллюстрации ниже:
Схема насосно-смесительного узла с трехходовым разделительным клапаном
Без процесса подмеса теплоносителя из обратки в подачу – все равно никак, понятное дело, не обойтись. Но этот подмес будет осуществляться в обычном тройнике, расположенном на верхнем пересечении байпаса и входа с трубы подачи. Ну и окончательно — на участке до циркуляционного насоса.
Но вот «руководить» подачей нужного количества остывшей воды из обратки станет именно трехходовой клапан, размещенный на этом же байпасе, но только в нижней его точке. При этом используется термоголовка, выносной датчик которой в данном случае выгоднее будет расположить на трубе подачи в коллектор, на участке после циркуляционного насоса. (Опять же, не догма, так как есть любители опираться на температуру именно на обратной трубе из коллектора).
Что получается? Трехходовой клапан настраивается таким образом, чтобы увеличение температуры на термодатчике вызывало большее открытие прохода из обратки в байпас, в сторону зоны смешения. Если температура недостаточная – ситуация обратная, в байпас идет меньше, а сброс в общую обратку системы возрастает. Что соответственно приводит к большему поступлению нагретого теплоносителя тепла из общей подачи.
Схема вполне рабочая, и если ее правильно настроить – будет трудиться безотказно.
Трехходовой клапан в обвязке котла
Теперь перенесёмся из «дебрей» отопительной системы в самое ее «сердце» в котельную. Если здесь стоит твердотопливный котёл, то найдется работа и для трехходового клапана.
Почему именно твердотопливный? Просто потому, что сгорание дров, угля или других типов этого топлива сопровождается максимальным выделением тепла – температуры в несколько раз могут превышать теплоту сгорания газа.
Казалось бы — и хорошо, быстрее нагреется теплоноситель, и теплее будет в комнатах. Однако, резкий рост температуры в теплообменнике, при всем том, что по обратке еще довольно долго будет поступать практически холодная вода – чревато весьма серьезными опасностями.
Первая из них – это обильное выпадение конденсата везде, где только возможно. В том числе и на поверхностях внутренних деталей и узлов котла, что ведет к активизации коррозионных процессов, то есть к уменьшению эксплуатационного ресурса оборудования.
Вторая проблема – теплообменник котла, с одной стороны, подвергается очень сильному нагреву, а с другой – в него поступает холодная вода. Понятно, что в стенках этого узла возникают колоссальные внутренние напряжения. Стальной или «цветной» теплообменник – ещё туда-сюда (хотя тоже крайне неполезно), но если он сделан из непластичного серого чугуна – недалеко и до аварии. От сильных перепадов температур чугун запросто может получить «тепловой удар» и дать трещину. И впереди будет или дорогостоящий ремонт, или полная замена котла.
Включение в обвязку котла малого круга циркуляции через байпас и использование трехходового клапана сводят к минимуму вероятность таких неприятностей. С помощью этой схемы можно добиться, чтобы поступление холодной воды в теплоноситель занимало крайне непродолжительное время, только буквально на первых минутах после запуска котла. А сам продолжительный выход всей системы на запланированный температурный режим осуществлялся очень плавно и совершенно безопасно для оборудования.
Принципиально схема выглядит примерно так:
Байпас с трехходовым клапаном в обвязке твердотопливного котла – обеспечивается безопасный запуск системы отопления.
Итак, между трубой подачи недалеко от выхода из котла и трубой обратки врезается байпас. В нижней точке, в месте его пересечения с обраткой устанавливается трёхходовой клапан. Но не абы какой, а со встроенным термостатическим элементом, рассчитанном на какую-то конкретную температуру срабатывания. Мы рассматривали такие клапаны выше, и просто повторим иллюстрацию, чтобы было понятнее, о чем идет речь.
Трехходовой клапан специально для применения в обвязке твердотопливного котла.
Итак, как это работает.
Пока термочувствительный элемент клапана не будет прогрет до уровня, близкого к указанной температуре, вход А будет попросту закрыт, и вся циркуляция проходит по «траектории» от В к АВ. Это хорошо показано на левой части нижнего рисунка.
Схема работы трехходового клапана в обвязке котла.
Что этим достигается? А то, что котел при работающем насосе сейчас греет очень небольшой объем теплоносителя, циркулирующего исключительно по малому кругу. То есть уже спустя совсем непродолжительное время температура на входе в теплообменник котла оторвется от исходных «холодных» значений, перепад станет неопасным.
Так будет продолжаться до тех пор, пока температура в байпасе не приблизится к указанному на клапане порогу срабатывания. В нашем примере – это 61 градус, и при таком нагреве расширившийся термоэлемент постепенно перемещает клапанный блок в положение, при котором начинает приоткрываться вход со стороны обратки. То есть холодная вода начинает дозировано поступать в теплообменник котла, смешиваясь с горячей из байпаса.
Так постепенно, очень плавно, будет задействован весь объем теплоносителя в системе. Циркуляция в большом кругу нарастает, через байпас – ослабляется. А когда температура в общей обратке превысит на пару градусов порог начала срабатывания – клапан полностью перекроет вход В из байпаса, и циркуляция пойдет по большому кругу, то есть исключительно по общим трубам подачи и обратки. Такое крайнее положение трехходового клапана показано на правой части расположенной выше иллюстрации.
Все, система безболезненно вышла на нужный режим без ненужных термических нагрузок и напряжений!
* * * * * * *
Итак, важность трехходовых клапанов для отопления – сложно переоценить. С их помощью можно добиться максимально высокого уровня как управляемости и эффективности, так и общей безопасности системы.
В завершение публикации посмотрите видео, в котором рассказывается еще об одном интересном применении трёхходового клапана в котельной – теперь уже в обвязке котла и теплоаккумулятора.
