Особенности трехходового смесительного клапана
Трехходовой смесительный клапан с терморегулятором для теплого пола
Трехходовой смесительный клапан обеспечивает работу водяного теплого пола в комфортном режиме. Запорный элемент смешивает горячий теплоноситель, поступающий из котла с холодной водой из обратного контура. Трехходовой кран, несмотря на свою универсальность, имеет несколько недостатков.
Читать также: Термоклапан для радиатора отопления: установка и настройка
Так, например, при получении сигнала от термостата устройство для подачи теплоносителя из котла открывается полностью. Из-за этого вода с температурой в 85-90 °С поступает в систему теплого пола и может вызвать перегрев поверхности или разрыв трубопровода.
Кроме того, кран трехходового типа отличается более низкой по сравнению с двухходовым краном пропускной способностью, это приводит не к ровному, а к волнообразному графику колебаний температуры теплоносителя. Устройство приспособлено для систем с площадью обогрева более чем 250 кв. м.
Трехходовой кран изготавливается из бронзы или латуни, в его верхней части установлена шайба для регулировки потока, под которой располагается термочувствительный элемент. При работе клапана он прижимается к рабочему штоку, выходящему из корпуса. В штоке находится закрепленный конус, который герметично примыкает к седлу. Схема работы трехходового смесительного клапана проста – теплоноситель проходит через правый и фронтальный патрубки до тех пор, пока отметка температуры не повысится или не понизится до установленного значения. В процессе работы устройство сохраняет нужную температуру воды на выходе в рамках установленных пределов и подмешивает горячую или охлажденную воду из патрубков.
Если теплоноситель начинает остывать или нагреваться, то привод прижимается к штоку. В процессе перемещения конус отсоединяется от седла и открывает все три канала. Фронтальный входной патрубок перекрывается после того, как температурные показатели теплоносителя изменяются.
Читать также: Монтаж расширительного бака системы отопления: как установить
Трехходовые клапаны отличаются по типу внешнего привода. Они могут быть оснащены:
- Термостатическим приводом. Он производит нажатие на шток в процессе расширения находящегося в нем жидкого состава, который чувствителен к температурным изменениям. Большинство трехходовых клапанов, применяющихся в системах водяного обогрева пола, оснащаются именно таким видом привода.
- Термостатической головкой, которая содержит высокочувствительный термоэлемент, реагирующий на изменения температуры в воздухе помещения. Для осуществления регулировки трехходовой клапан оснащается наружным температурным датчиком. Датчик размещается в трубопроводе, по которому проходит теплоноситель. Такая регулировка наиболее точна.
- Электроприводом, которым управляет контроллер. К контроллеру непрерывно поступают данные о значении температуры теплоносителя в трубопроводе водяного пола. Если они изменяются, то трехходовой клапан, оборудованный сервоприводом, выполняет регулировку.
- Сервоприводом. В таком запорном механизме отсутствует контроллер, а управление краном происходит напрямую через привод на основании сигналов от температурных датчиков. Сервопривод в большинстве случаев комплектуется с кранами, которые оснащены секторным или шаровым распределительным элементом.
Принцип действия трехходового крана для отопления
Трехходовой кран — изделие с тремя отверстиями, в котором посредством запорного устройства осуществляется перераспределение теплового носителя в отопительной системе. Его назначение – равномерное распределение тепла и поддержание оптимальной температуры тепловой массы в сети отопления.
Использование крана имеет неоспоримые преимущества: компактность и небольшой вес, высокая непроницаемость затворного механизма, сокращение времени и денежных средств на установку и техобслуживание системы отопления, возможность эффективного и правильного переключения трубопровода и перенаправления движения теплоносителя.
Устройство и принцип работы трехходового крана
Конструкция трехходового смесителя включает такие элементы:
- Герметичный корпус с тремя Т-образно расположенными патрубками.
- Затвор с внутренними Т- или L-образными каналами. Чаще всего затворный механизм имеет форму шара, реже конуса или цилиндра.
- Сальник.
- Шток, передающий движение на затворный механизм.
- Блок управления – ручка (бабочка или рычаг) или привод.
Принцип работы трехходового крана построен на вращении затвора внутри корпуса. Высверленный в затворе L- или Т-образный ход служит для пропуска потоков. Поворачиваясь, затвор либо открывает все отверстия патрубков, либо перекрывает одно из них.
Рассмотрим принцип его работы на примере отопительного контура. Трехпроходной кран устанавливается в контур таким образом, чтобы один его патрубок был подключен к трубопроводу, идущему от котла.
Патрубок, расположенный посередине, через байпасное соединение подключается к «обратке», где теплоноситель имеет уже меньшую температуру. Третий патрубок соединяется с трубопроводом, идущим к радиаторам.
На заметку! Схема монтажа указывается производителем в виде маркировки на самом «тройнике».
Положение затвора задается поворотом рукоятки:
- В первой позиции смешиваются транспортируемые потоки, одновременно поступающие с подаваемого от теплогенератора контура и с «обратки».
- Во втором положении в отопительный контур подается только горячий теплоноситель от котла.
- В третьей позиции перекрывается поток горячего теплоносителя, в систему подается только остывшая вода с обратного контура.
Функциональные основы и базовые разновидности коллекторов
Схема работы коллектора для теплого пола достаточно проста. Теплоноситель от котла отопления поступает в подающий распределитель. Его рекомендуют размещать сверху (над возвратной гребенкой), однако, в зависимости от местных монтажных особенностей, а также разновидности подключаемого смесительного узла, он может устанавливаться и внизу. Корпус коллектора имеет от двух и более ответвлений, оборудованных соответствующей запорно-регулирующей арматурой. По каждой из веток теплоноситель перенаправляется в определенные трубопроводы ТП. Выходной конец трубной петли замыкается на возвратной гребенке, направляющей собранный общий поток к котлу отопления.
Очевидно, что в самом простом случае коллектор для водяного теплого пола представляет собой кусок трубы с неким количеством резьбовых отводов. Однако, в зависимости от того какую конечную комплектацию он получит, сложность его сборки, настройки и стоимость могут изменяться в разы. Рассмотрим для начала наиболее популярные базовые модели распределителей для водяного ТП.
С фитингами для подключения контуров
Одной из самых бюджетных, но полностью готовой к использованию является гребенка с входной/выходной резьбами и фитингами для подсоединения металлопластиковых или труб из цельносшитого полиэтилена. Одна из таких моделей изображена на фото ниже.
Рисунок 2.
С интегрированными кранами
В минимальной комплектации можно также встретить коллектор на теплый пол оборудованный двухходовыми шаровыми кранами (Рис. 3). Такие устройства не предусматривают поконтурную регулировку – они рассчитаны только включить или выключить отдельные отопительные ветки. Учитывая, что система теплый пол приобретается и устанавливается для повышения комфорта проживающих, который обеспечивается точной подстройкой системы, целесообразность использования таких гребёнок имеет сугубо выборочный характер. На фото представлен подобный коллектор на три контура с интегрированными двухходовыми шаровыми кранами.
Приобретая указанные бюджетные варианты распределителей, следует учитывать, что их использование требует фундаментальных знаний, а также большого опыта в монтаже систем отопления. Кроме того, закупочная экономия является довольно условной, так как всё дополнительное оборудование придется докупать отдельно. Практически упрощенные коллектора для теплого водяного пола без доработки подходят только для вспомогательных систем на одну-две петли небольшой протяженности. Годятся они и для нескольких контуров, но имеющих идентичные тепловые и гидравлические характеристики. Ведь конструкции таких гребенок не предоставляет технической возможности установки контрольно-регулирующего оборудования непосредственно на каждую ветку.
Рисунок 3.
С регулировочными вентилями
Следующий уровень, как по стоимости, так и по функциональности – это распределительный коллектор для тёплого пола с регулировочными вентилями. Такие устройства, эксплуатируясь в ручном режиме, уже могут обеспечить настройку интенсивности подачи теплоносителя по отдельным отопительным контурам. Для них в большинстве случаев существует техническая возможность установки на них вместо ручных вентилей исполнительные устройства с сервоприводами. Приводы могут подключаться либо непосредственно к электронным термодатчикам, установленным в помещениях, либо к центральному программируемому устройству контроля. На рисунке 4 показан пример гребенки с регулировочными вентилями.
Рисунок 4.
Сборка из подающего и обратного коллекторов
К эконом варианту коллектора для теплого водяного пола относятся также и спаренные сборки из подающего и обратного распределителей (Рис. 5). В них уже могут быть предусмотрены дополнительные монтажные отверстия или установлены краны Маевского, группы безопасности, быстроразъемные резьбовые «американки» для удобства подключения к первичным контурам отопления или смесительному узлу.
Рисунок 5.
Устройство и принцип работы трехходового клапана
Трехходовой клапан – это специфичный вид запорно-регулирующей арматуры, способный контролировать соотношение холодного и горячего потоков в двух замкнутых контурах. Проще говоря, он добавляет к основному отопительному контуру еще один, в котором можно поддерживать ту же температуру, либо изменять ее, настраивая клапан по своему усмотрению.
Условно трехходовой клапан можно представить в виде пары двухходовых клапанов, работа которых обратно пропорциональна: открытие одного ведет к прикрытию другого на равную величину
Важно понимать, что при этом общая интенсивность потока остается неизменной
В зависимости от принципа работы, выделяют три основные группы трехходовых клапанов:
Смесительный трехходовой клапан
Имеет два входных и один выходной патрубок. Применяется для регулирования температуры ведомого контура путем смешивания двух раздельных потоков с разной температурой в заданной пользователем пропорции.
Разделительный трехходовой клапан
Имеет один входной и два выходных патрубка. Используется для регулирования температуры путем изменения количества циркулирующего в ведомом контуре теплоносителя, а также перед системами дополнительно подогрева/охлаждения – в них подается отобранная клапаном часть потока.
Переключающий трехходовой клапан
Способен переключать поток между контурами, не влияя на его температуру и интенсивность. Переключение может осуществлять по схеме «вход-вход-выход» или «вход-выход-выход».
Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем
Существуют также комбинированные трехходовые клапаны, способные, в зависимости от способа установки, выполнять функции как смесительной, так и разделительной фурнитуры. Однако ввиду дороговизны и сложной конструкции они менее распространены.
На рисунках выше показаны схемы трехходовых клапанов седельного типа. Существуют также конструкции поворотного типа, однако они менее долговечны и могут устанавливаться лишь в контурах с небольшим внутренним давлением. В большинстве случаев приобретение седельного клапана предпочтительнее.
Внешне трехходовой клапан представляет собой Т-образную цилиндрическую развилку, концы который оснащены унифицированной резьбой. В моделях, рассчитанных на большую интенсивность потока, роль соединительного элемента может играть торцевой фланец.
Корпуса клапанов изготавливаются из распространенных в отопительных системах материалов: чугуна, нержавеющей стали, латуни, бронзы. Элемент трехходового клапана, осуществляющий регулирование выходящего потока или потоков, называют затвором.
Конструктивно он может быть:
- шаровым – характеризуется плавностью работы, но может изнашиваться быстрее, чем аналоги других форм;
- цилиндрическим или плоским – имеет повышенный ресурс за счет большей площади контакта с гнездом;
- конусным – позволяет уменьшить габариты клапана.
Клапан должен быть оборудован надежной системой привода, которая может быть:
- Механической – регулирование рабочего режима осуществляется путем поворота головки на необходимый угол.
- Электронной – угол поворота затвора устанавливается электрическим сервоприводом, сигнал которому передается датчиком или системой климат-контроля.
- Термостатическим – конструкция клапана дополняется термическим элементом, который, при повышении температуры теплоносителя на определенное значение, расширяется, поворачивая затвор.
Трехходовые клапаны с ручным управлением наиболее надежны, хотя и не предоставляют такой гибкости и оперативности настроек, как их автоматизированные аналоги. Кроме того, на ресурс клапана любого типа оказывает большое влияние наличие абразивных частиц в теплоносителе, поэтому контуры, работающие с подобной высокоточной фурнитурой, рекомендуется оборудовать улавливающими фильтрами.
Электрическая схема подключения для приводов 24/DC
Электрическая схема управления для электропривода с напряжением питания 24В постоянного тока с двумя концевыми микропереключателями (LS1, LS2), отключающими электродвигатель постоянного тока в крайних положениях рабочего органа и двумя дополнительными микропереключателями (LS3, LS4), отвечающими за обратную связь при достижении крайних положений.
| Клеммы: 1: плюсовой провод 3: команда «Открыть» 4: команда «Закрыть» 5: сигнальная лампа «Открыто» 6: сигнальная лампа «Закрыто» 7: не используется 8: не используется ↓: защитный ноль («земля») | «Сухие контакты»: 3-NC: нормально закрыт 3-NO: нормально открыт 3-COM: общий 4-NC: нормально закрыт 4-NO: нормально открыт 4-COM: общий |
Условные обозначения: LS3: дополнительный концевой микропереключатель «Открыто» LS4: дополнительный концевой микропереключатель «Закрыто» F1: предохранитель H: обогреватель двигателя (опционально) M: двигатель
Виды трехходовых клапанов и особенности их работы
Прежде всего трехходовые термоклапаны классифицируются по назначению на разделительные и смесительные:
У смесительного клапана 2 направления работают на подачу теплоносителя разных температур (горячей и холодной), а 1 направление выводит уже смешанный поток жидкости. Настойка нужных температурных параметров осуществляется регулировкой температуры и пропорций подаваемых потоков.
У распределительного термоклапана 1 патрубок подает теплоноситель, а 2 других его делят между собой и распределяют в разных направлениях.
По способу управления трехходовые термоклапаны бывают автономными, ручными, термостатическими и электрическими. Два последних, как правило, работают в автоматическом режиме.
Простые автономные модели снабжены установленным внутрь корпуса термостатическим элементом с уже заданной в заводских условиях температурой теплоносителя на выходе. Это значение остается постоянным на протяжении всего срока службы.
| Автономный смесительный трехходовой клапан | |
| Плюсы | Минусы |
| Низкая цена | Необходимость подбора клапана под температурный режим обратки теплогенератора |
| Контроль температурного режима теплоносителя | Нельзя изменить установленный заводом-изготовителем температурный режим |
Для ручного управления шток снабжается вентилем или поворотной ручкой и панелью управления с отметками, в соответствии с которыми регулируется тепловой режим.
| Смесительный трехходовой клапан ручного управления | |
| Плюсы | Минусы |
| Относительно низкая цена | Необходимость постоянного контроля со стороны человека, как следствие, затяжной характер реагирования на изменения условий окружающей среды |
| Контроль температурного режима теплоносителя | |
| Возможность изменения температурного режима в процессе эксплуатации | Неравномерное прогревание отопительного контура |
Трехходовой термостатический клапан с терморегулятором оборудован термостатом, наполненным жидкой или газовой средой, реагирующей на малейшие колебания температуры теплоносителя.
Как только теплоноситель нагревается до заданной температуры, за счет расширения реагента автоматически активизируется поршневая система термоклапана и перекрывается патрубок с горячим потокам.
Трехходовые клапаны с терморегулятором могут быть механическими и электронными. Достоинство механических моделей в их абсолютной автономности. Электронные же требуют подключения к сети электропитания или питаются от батареек.
Однако этот недостаток сглаживается полной автоматизацией процесса, удобством настройки и расширенным функционалом – автоматическое изменение температурного режима по времени суток, дням недели и пр.
| Смесительный трехходовой клапан с терморегулятором | |
| Плюсы | Минусы |
| Автоматический контроль температурного режима теплоносителя | Высокая цена |
| Возможность изменить температурный режим | Требуется предельно четкая настройка, ошибки в выставленных параметрах дают небольшую погрешность в работе системы |
| Равномерное прогревание отопительного контура |
Трехходовые термоклапаны с электроприводом управляются за счет электронного блока управления, работающего на сервоприводе. Выход температурного режима теплоносителя за пределы установленных значений фиксируется установленным в модуль термостатом, который сигнализирует об этом контроллеру. Тот передает команду на привод, регулируя поток холодного или горячего теплоносителя в системе.
При этом ни один из патрубков полностью, как правило, не перекрывается, а регулируется лишь объем подаваемого охлажденного и горячего теплоносителя.
| Смесительный трехходовой клапан с электроприводом | |
| Плюсы | Минусы |
| Автоматический контроль температурного режима теплоносителя | Высокая цена |
| Возможность изменения температурного режима | Повышенный расход электроэнергии |
| Точная регулировка температуры потока теплоносителя | Увеличенный расход теплоносителя |
| Равномерное прогревание отопительного контура |
Назначение
Основные сферы применения:
- Устройство водяных теплых полов. Применяется при подключении от одного источника с радиаторным отоплением. Температура теплоносителя, подаваемого на радиаторы, может достигать 90 °C и больше. Учитывая, что такой нагрев недопустим для теплого пола, требуется снижение температуры.
- Поддержание температурного баланса между обраткой и подачей с разницей не более 60°C для защиты котельного оборудования от ускоренного износа и поломок.
- Предотвращение образования конденсата на теплообменнике котла.
- Предотвращение перегрева котельного оборудования.
- Выполнение гидравлической обвязки бойлера косвенного нагрева.
- Устройство байпаса.
Учитывая назначение и устройство трехходового клапана, его установка позволяет повысить энергоэффективность отопительной системы и повысить срок эксплуатации ее основных элементов.
Смесительные устройства
Приборы можно разделить на две больших подгруппы:
- Смесительные.
- Разделительные.
Особенности функционирования можно видеть из названий. Смесительное имеет один вход и два выхода. Иными словами, с помощью таких приборов производится смешивание двух потоков теплоносителя. Обычно это необходимо для случаев, когда требуется понизить температуру жидкости. Обычно такие конструкции используются при осуществлении регулировки температуры теплого пола.
Процесс регулировки прост, достаточно знать показатели температур потоков, которые входят в клапан. Остается просто вычислить пропорцию, а это школьный курс математики. Кстати, если правильно осуществить монтаж и регулировку, то можно сделать так, что устройство без труда сможет разделять потоки.
Как выбрать
Выбирая трехходовой кран, необходимо учитывать несколько параметров. В процессе выбора хорошо заручиться помощью опытного инженера-сантехника.
Прежде всего нужно оценить назначение устройства- разделительный или смесительный. Следующим шагом следует определить место установки на схеме системы, а также способ управления устройством. Если планируется автоматизированное управление отоплением, надо решить, каким образом будет управляться данный кран- электроприводом, термостатом или вручную.
Далее анализу подлежат следующие технические характеристики:
- Пропускная способность магистрали. Это объем жидкости, проходящий за единицу времени. Пропускная способность крана должна быть не меньше. Слишком маленький просвет создаст нежелательное сопротивление потоку и затруднит работу всей системы.
- Максимальное и рабочее давление. Также должно соответствовать расчетным величинам для системы отопления.
- Присоединительные размеры. Если точного соответствия диаметров достичь не удалось, то применяют переходники-фитинги.
- Диапазон регулировки рабочих температур.
Руководствуясь перечисленными параметрами, нужно отобрать из десятков рыночных предложений несколько моделей, соответствующих заданным требованиям.
На этом этапе настает время сравнивать цену, гарантийный срок, доступность сервиса и, конечно, репутацию фирмы- производителя. Гарантированным качеством обладают такие лидеры рынка, как:
- Honeywell. Американская компания второе столетие производит, поставляет, монтирует и обслуживает широкий спектр компонентов и целых систем управления отоплением, вентиляции, безопасностью.
- Esbe. Шведская фирма также более 100 лет поставляет точные и очень надежные клапана, арматуру и компоненты систем, специализируясь на отопительной технике. Скандинавские традиции тщательной и высококачественной работы сочетаются с инновационными подходами к конструированию.
- Valtec- Российско- итальянское предприятие удачно совмещает высокое итальянское качество с семилетней гарантией и доступными ценами. Полностью локализованное производство с европейской системой контроля качества не давно появилось на рынке, но уже успело завоевать популярность.
На рынке присутствует также множество поставщиков, не успевших завоевать столь безупречную репутацию. Экономия на стоимости клапана может в дальнейшем привести к его нестабильной работе, повышенным расходам или даже к выходу из строя всей системы.
Принцип работы
Трехходовой кран оборудован тремя патрубками для подключения линий. Между ними устанавливается вентиль регулирующий подачу воды в два из трех ответвлений. В зависимости от ориентации крана и его подключения он выполняет две функции:
- смешивание двух потоков теплоносителя на один выход;
- разделение с одной линии на две выходные.
Трехходовой кран, как и четырехходовой, не осуществляет перекрытие каналов, подведенных к нему, а только перенаправляет жидкость от входа к одному из выходов. Единовременно может быть закрыт только один из выходов, либо частично перекрыты оба.
В самом простом варианте радиаторы напрямую подключаются к котлу, последовательно или параллельно. Настраивать отдельно каждый радиатор по тепловой мощности нельзя, допустимо только регулировать температуру теплоносителя в котле.
Чтобы все-таки регулировать отдельно каждую батарею, можно вставить байпас параллельно радиатору и после него регулирующий кран игольчатого типа, с помощью которого контролировать количество теплоносителя, проходящего через него.
Байпас при этом нужен для сохранения общего сопротивления всей системы, чтобы не нарушать работу циркуляционного насоса. Однако такой подход весьма накладно реализовывать и сложно эксплуатировать.
Трехходовой клапан фактически совмещает точку подключения байпаса и регулирующей арматуры, делая подключение компактным и легким в управлении. Кроме этого за счет плавной регулировки легче добиться целевой температуры в ограниченном контуре, содержащем один или два радиатора в конкретном помещении.
Если ограничить часть тока теплоносителя от котла и дополнить его обраткой, водой, возвращающейся от радиатора к котлу, то снижается температура обогрева. Котел при этом продолжает работать в прежнем режиме, поддерживая установленный нагрев воды, скорость обращения воды в нем не снижается, зато уменьшается потребление топлива.
Если используется один циркуляционный насос на всю систему отопления, то он располагается со стороны котла по отношению к включению трехходового клапана. Устанавливают его на обратном входе котла, по которому поступает уже остывшая вода от радиаторов, выступая в роли разделителя потока.
По входу к нему подается горячий теплоноситель от котла, в зависимости от настройки клапана поток разделяется на две части. Часть воды идет к радиатору, а часть сразу же сбрасывается в обратный ход. Когда нужна максимальная тепловая мощность клапан переводят в крайнее положение, при котором соединены вход и выход, ведущий к радиаторам.
Если обогрев не нужен, то весь объем теплоносителя поступает по байпасу в обратку, котел работает только на поддержание температуры в отсутствие реальной теплоотдачи
Недостаток такого подключения – сложная балансировка отопления, чтобы в каждое ответвление и к каждому радиатору поступало одно и то же количество теплоносителя, кроме того при последовательном подключении к крайним радиаторам доходит уже остывшая вода.
В многоконтурных системах проще всего разрешить проблему с неравномерным распределением тепла – использование коллекторной группы с циркуляциями насосами на каждом отдельном контуре
Это особенно важно в домах с двумя и более этажами и большим числом радиаторов или при наличии теплого пола
Трехходовой клапан при этом работает на смешивание двух потоков. По одному вводу подключается линия от котла, а по второму от трубы обратки. Смешиваясь, вода поступает на выход, подсоединенный к теплообменнику.
Такая схема подключения особенно актуальна при подключении теплого пола
Она дает возможность ограничить максимальную температуру воды в контуре, что особенно важно, учитывая максимально допустимое значение в 35ºС при температуре теплоносителя от котла в 60ºС и выше
Циркуляция воды в трубах теплого пола постоянно поддерживается, что необходимо для равномерного нагрева без перекосов. Фактически горячая вода от котла поступает лишь для подогрева остывающего теплоносителя в контуре теплого пола, а излишек сбрасывается обратно к котлу.
Таким образом, даже в высокотемпературном отоплении, где котел греет воду до 75-90ºС, есть возможность обустроить теплые полы с нагревом 28-31ºС.
