Особенности расчета систем отопления с термостатическими клапанами

Особенности расчета систем отопления с термостатическими клапанами

Термостатические клапаны для радиаторов по сравнению с ручными радиаторными клапанами имеют особенности при гидравлическом расчёте. Эти особенности связаны со спецификой работы клапана в системе отопления.

Эти клапаны управляются термочувствительным элементом (термоголовкой), внутри которого находится сильфонная ёмкость, заполненная рабочим телом (газ, жидкость, твёрдое вещество) с высоким коэффициентом объемного расширения. При изменении температуры воздуха, окружающего сильфон, рабочее тело расширяется или сжимается, деформируя сильфон, который, в свою очередь, воздействует на шток клапана, открывая или закрывая его (рис. 1).

Рис. 1. Схема работы термостатического клапана

Основной гидравлической характеристикой термостатического клапана является пропускная способность Kv. Это расход воды, который способен пропустить через себя клапан при перепаде давления на нем в 1 бар. Индекс «_V» обозначает, что коэффициент отнесен к часовому объемному расходу и измеряется в м 3 /ч. Зная пропускную способность клапана и расход воды через него, можно определить потерю давления на клапане по формуле:

ΔP_к = (V / K_v) 2 · 100, кПа.

Регулирующие клапаны, в зависимости от степени открытия, имеют разную пропускную способность. Пропускная способность полностью открытого клапана обозначается Kvs. Потери давления на термостатическом радиаторном клапане при гидравлических расчетах, как правило, определяются не при полном открытии, а для определенной зоны пропорциональности – Xp.

Xp – это зона работы термостатического клапана в интервале от температуры воздуха при полном закрытии (точка S на графике регулирования) до установленного пользователем значения допустимого отклонения температуры. Например, если коэффициент Kv дан при Xp = S – 2, и термоэлемент установлен в такое положение, что при температуре воздуха 22 ˚С клапан будет полностью закрыт, то этот коэффициент будет соответствовать положению клапана при температуре окружающего воздуха 20 ˚С.

Отсюда можно сделать вывод, что температура воздуха в помещении будет колебаться в пределах от 20 до 22 ˚С. Показатель Xp влияет на точность поддержания температуры. При Xp = (S – 1) диапазон поддержания температуры внутреннего воздуха будет в пределах 1 ˚С. При Xp = (S – 2) – диапазон 2 ˚С. Зона Xp = (S – max) характеризует работу клапана без термочувствительного элемента.

В соответствии с ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», в холодный период года в жилой комнате оптимальные температуры лежат в пределах от 20 до 22 ˚С, то есть, диапазон поддержания температуры в жилых помещениях зданий должен быть 2 ˚С. Таким образом, для расчёта жилых зданий требуется выбор значений пропускной способности при Xp = (S – 2).

Рис. 2. Термостатический клапан VT.031

На рис. 3 показаны результаты стендового испытания термостатического клапана VТ.031 (рис. 2) с термостатическим элементом VТ.5000 с установленным значением «3». Точка S на графике это теоретическая точка закрытия клапана. Это температура, при которой клапан имеет настолько маленький расход, что его можно считать, практически, закрытым.

Рис. 3. График закрытия клапана VT.031 с термоэлементом VT.5000 (поз. 3) при перепаде давлений 10 кПа

Как видно на графике, клапан закрывается при температуре 22 ˚С. При понижении температуры воздуха, пропускная способность клапана увеличивается. На графике показаны значения расхода воды через клапан при температуре 21 (S – 1) и 22 (S – 2) ˚С.

В табл. 1 представлены паспортные значения пропускной способности термостатического клапана VТ.031 при различных Xp.

Таблица 1. Паспортные значения пропускной способности клапана VT.031

Схемы обвязок твердотопливного котла

У домовладельцев после приобретения котла, возникают вопросы об обвязке и внедрении его в систему теплоснабжения дома.

Котел Таймень относится к котлам длительного горения, где объем загрузки топлива рассчитан на более длительную автономную работу, и безусловно есть ряд определенных условий, для надежной и безаварийной эксплуатации котла. Одно из главных условий — температура обратного теплоносителя (воды) из системы отопления ДОЛЖНА БЫТЬ НЕ МЕНЕЕ 60 С. Это связано с тем, что в дровах даже сухих, содержится очень много влаги и смол, которые при низких температурах (ниже 60) обильно выделяются в топливной шахте котла, что вызывает неприятные последствия при работе.. Итак, как же решить данное условие, рассмотрим варианты подключения котла:

Схема №1

Самая распространенная и простая схема, когда с помощью насоса вода последовательно проходит через котел, систему отопления, и так по кругу..

(1) — котел

(2) — предохранительный клапан (в комплекте с котлом)

(4, 11, 12) — запорные краны

(5) — циркуляционный насос

(6) — сетчатый фильтр

(8) — закрытый расширительный бак (экспанзомат)

Основной недостаток данной схемы связан с тем, что для выдерживания главного условия (обратка не ниже 60С), Вы не можете подать воду в систему отопления ниже этой температуры… При старте на холодную систему отопления, Вам понадобится долго времени на прогрев теплоносителя в котле выше 60С весной и осенью, когда на улице не так холодно как зимой, в отопление нельзя подавать воду с температурой выше 60 С иначе Вам придется открыть все форточки, будет ОЧЕНЬ ЖАРКО..

Cхема №2

Часто практикуется среди монтажников систем отопления…

появляется дополнительное устройство, поз (7) — термостатический смесительный клапан 1″ ( ESBE VTC511, t=60С), с помощью которого при понижении температуры обратной воды ниже 60, открывается перемычка и часть воды с подающего трубопровода подмешивается в обратный трубопровод, тем самым немного подняв температуру (в нашем примере с 55 до 60 градусов) Если сравнить схему №1 и Схему №2 то проблема перетопа помещения сохраняется, т.е. слишком горячая вода направляется в систему отопления, что по прежнему создает неудобство в осенне-весенний период (ОЧЕНЬ ЖАРКО).

Собранную готовую обвязку Вы можете приобрести в нашем магазине

Схема №3

Для возможности снижать температуру воды направляемой в систему отопления устанавливается дополнительный насос (14) и трехходовой клапан (13). Вода из обратного трубопровода при этой схеме может подмешиваться в подающий (за счет насоса). Данная схема целиком соответствует требованиям безотказной работы связки котел — система отопления.

(1) — котел Таймень

(5) — насос циркуляционный котлового контура (типа Wilo Star-RS 30/6)

(6) — фильтр (грязевик) сетчатый

( 7) — термостатический смесительный клапан 1″ ( ESBE VTC511, t=60С)

(8) — мембранный расширительный бак (экспанзомат)

(13) — Клапан трехходовой смесительный 1″ (ESBE VRG131)

(14) — насос циркуляционный контура системы отопления (типа Wilo Star-RS 30/7)

Собранную готовую обвязку, которая состоит из двух частей (готовая обвязка 3.1, 3.2), Вы можете приобрести в нашем магазине.

Схема №4

Многие домовладельцы, хотят использовать дополнительно возможности котла для нагрева горячей воды (ГВС), это также полезно для работы котла (своего рода теплоаккумулятор) в случае небольшой тепловой нагрузки на систему отопления. В схему №3 добавляется бойлер косвенного нагрева с необходимой обвязкой..

(G1,G2,G4,G5) — краны шаровые латунные

(G6) — Бойлер косвенного нагрева горячей воды (Drazice OKC 160 NTR)

(G7) — предохранительный клапан бойлера Ду15, 6 бар

Схема №5

Если Вы ограничены в денежных средствах, то схему №4 можно упростить….

Убираем темостатические клапаны поз.7 и G3, при этом по трубопроводу нагрева бойлера (по линии кранов G1-G2) будет происходить постоянный подмес подающей воды в обратный, тем самым поднимая температуру воды перед котлом. Но чудес не бывает ,у этой схемы есть два минуса: возможно переохлаждение обратки (ниже 60С) при нагреве свежей порции воды (еще холодной) и нагрев воды в баке до очень горячего состояния 65-90 С. Второй недостаток убирается установкой термостатического смесителя (G3) на выходе воды из бака (например ESBE VTA321 3/4″, 35-60С)

Схема №6

По желанию в схему №4 можно добавить резервный электрокотел или дополнительный контур с другим температурным графиком, например теплые полы. Для эксплуатации электрокотла с температурой уставки теплоносителя ниже 60С, требуется установка байпасного крана (15) в обход антиконденсационного клапана (7)

(1) — котел Таймень

(K1-K3, 11,12, 15, G1,G2,G4,G5) — краны шаровые латунные

(5) — насос циркуляционный котлового контура (типа Wilo Star-RS 30/6)

(К4) — резервный котел

(6) — фильтр (грязевик) сетчатый

(7) — термостатический смесительный клапан 1″ ( ESBE VTC511, t=60С)

(8) — мембранный расширительный бак (экспанзомат, например Flexcon C 25)

(G7) — предохранительный клапан бойлера Ду15, 6 бар

(13) — Клапан трехходовой смесительный Ду 25 (TOURDIVERT или ESBE VRG131)

(14) — насос циркуляционный контура системы отопления (типа Wilo Star-RS 30/7)

(15) — узел смешения теплого пола

Схема №7

Для домовладельцев желающих сэкономить на обвязке котла схожей со схемой №3, можно установить вместо дорогостоящего термостатического смесительного клапана (поз. 7 в схеме №3) на перемычку котловой насос управляемый электронным термостатом (10), термостат настраивается таким образом, что насос (5) работает до тех пор пока температура обратки не достигнет 60С

(1) — котел Таймень

(2) — предохранительный клапан (в комплекте с котлом)

(3, 4, 9, 11, 12) — запорные краны

(5) — циркуляционный насос

(6) — сетчатый фильтр

(7, 8) — обратный клапан

(10) — накладной термостат

(13) — Клапан трехходовой смесительный Ду 25 (TOURDIVERT или ESBE VRG131)

(14) — насос циркуляционный контура системы отопления (типа Wilo Star-RS 30/7)

(15) — закрытый расширительный бак (экспанзомат)

Схема №8

Во многих городах России в магазинах торгующих сантехническим и отопительным оборудованием невозможно найти трехходовые вентили и клапана, а хочется реализовать полноценную схему обвязки схожей со схемой №3, так как же быть? Выход есть! Можно изменить схему №7 и вместо трехходового смесительного клапана (13) перед перемычкой смешения с обратным клапаном (8) установить балансировочный клапан или обычный ВЕНТИЛЬ тонкой регулировки (11). Схема работает следующим образом, при желании понизить температуру воды в системе отопления, Вы закрываете немного вентиль (балансировочный клапан) и циркуляционный насос подмешивает из обратного трубопровода в подающий воду по смесительной перемычке. Единственный недостаток схемы, нужно подобрать скорость циркуляционного насоса так, что бы при полностью открытом балансировочном клапане (вентиле) небыло подмеса воды из обратки.

(1) — котел Таймень

(2) — предохранительный клапан (в комплекте с котлом)

(3, 4, 9, 11, 12) — запорные краны

(5) — циркуляционный насос

(6) — сетчатый фильтр

(7, 8) — обратный клапан

(10) — накладной термостат

(11) — Клапан балансировочный (вентиль)

(13) — насос циркуляционный контура системы отопления (типа Wilo Star-RS 30/7)

(14) — закрытый расширительный бак (экспанзомат)

Схема №9

Каждый домовладелец в России задумывается, что будет с котлом и системой отопления при отключении электроэнергии ? Как продолжить отбор теплоты и не дать котлу закипеть?Есть два способа решения данной проблемы:

2) предусмотреть работу схемы обвязки котла и системы отопления на естественной циркуляции теплоносителя, но как быть со всевозможными клапанами? Ответ на этот вопрос учтен в схеме приведенной ниже..

В схему №3 добавляется обводные трубопроводы с лепестковыми обратными клапанами, которые открываются под действием сил гравитации при отключении насоса и закрываются при его включении…

Готовая часть (9.1) узла присутствует в нашем магазине

(1) — котел Таймень

(4, 11, 12) — запорные краны

(5) — насос циркуляционный котлового контура (типа Wilo Star-RS 30/6)

(6) — фильтр (грязевик) сетчатый

( 7) — термостатический смесительный клапан 1″ ( ESBE VTC511, t=60С)

(8) — открытый расширительный бак

(2, 10) — лепестковый обратный клапан

(13) — Клапан трехходовой смесительный 1″ (TOURDIVERT или ESBE VRG131)

(14) — насос циркуляционный контура системы отопления (типа Wilo Star-RS 30/7)

Схема №10

В схеме №6 мы рассмотрели как последовательно установить простейший электрокотел, но бывают в продаже или уже установлены в доме электрокотлы со своим насосом, автоматикой и пр. С таким оборудованием можно добиться автоматического перехода на электроотопление например при прогорании топлива в котле Таймень или по команде GSM модема.

Реализуется это установкой электрокотла параллельно твердотопливному с добавлением 2-х обратных клапанов ( 9,10) предотвращающих обратные течения при автоматическом запуске электрокотла, например по комнатному термостату…

Схема №11

Несмотря на то, что котлы Таймень, можно с комфортом использовать круглый год без теплоаккумулятора (ТА), есть потребители желающие добавить в схему обвязки котла теплоаккумулятор. Желательно использовать ТА высокий, на сколько позволяет помещение котельной, и предусмотреть естественную циркуляцию между котлом и ТА при отключении электроэнергии, это достигается установкой обратного лепескового клапана (поз.2) в обход антиконденсационного клапана (поз.7) . Для постепенной разрядки и сохранения стабильной температуры в системе отопления, рекомендуем устанавливать трехходовой термостатический смесительный клапан (поз.13)

Надеемся, что это статья внесла некоторое понимание в принципах обвязки твердотопливного котла, и Вы сделаете отличную индивидуальную котельную, а в доме будет всегда тепло !

Зачем нужен термостатический клапан для твердотопливных котлов

Закипание теплоносителя, вследствие перегрева, является распространенной проблемой эксплуатации котлов, работающих на твердом топливе. Для подержания необходимой температуры, подключения сразу нескольких контуров к отопительному оборудованию, используется термостатический клапан для твердотопливных котлов.

Для чего нужен трёхходовой клапан для твердотопливного котла

В котлах, работающих на твердом топливе, достаточно сложно добиться стабильной температуры нагрева теплоносителя. Еще сложнее, обеспечить постоянные параметры на подаче и обратке водяного контура.

Назначением трехходового клапана в системе отопления с твердотопливным котлом, является:

Предотвратить аварийные ситуации и выход из строя котла, по причине большой разницы температуры водяного потока на подаче и обратке системы отопления. Особенно чувствительны к перепадам нагрева, чугунные теплообменники.

Заменить трехходовой клапан в системе отопления можно, установив два двухходовых устройства. При этом, обязательным условием является работа арматуры на реверсе. При открытии одного клапана, должен закрываться второй и т.д.

Как работает трехходовой термоклапан для ТТ котла

Температурный предохранительный клапан для котлов на твердом топливе, имеет несколько предназначений. Тип выбранного устройства влияет на место установки и принцип работы.

Принято классифицировать два вида регулирующей арматуры, в зависимости от принципа действия клапана:

Распределительный трёхходовой термостатический клапан для твердотопливного котла, служит для разделения потока циркулирующей жидкости для двух отопительных контуров, работающих при одинаковой температуре нагрева. Арматура имеет один вход и два выхода, и работает, в зависимости от конструкции, при постоянном или переменном давлении в системе отопления.

Принцип действия клапана напоминает обычный тройник, только со сложным внутренним устройством. Теплоноситель проходит внутри корпуса от входного до выходного патрубка, пока его температура не достигнет установленного пользователем значения. После этого, поток частично перекрывается штоком. Одновременно открывается второй входной патрубок, подключенный к холодной воде, разбавляющей теплоноситель.

Варианты использования термостатического смесительного защитного клапана перегрева в обвязке, зависят от схемы отопления. Но, в основном, устройство устанавливают:

На подачу или обратку в теплые полы.

Как выбрать трехходовой клапан к котлу

Чтобы подобрать клапан, потребуется учесть несколько важных характеристик, связанных как с работой самого котла, так и регулирующей арматуры. На выбор влияют следующие параметры:

Рабочие параметры теплоносителя – указаны в технической документации, прилагаемой к котлам. Как правило, температура обратки составляет 45-50°С.

Электронный клапан чувствителен к изменениям температуры в жилых помещениях. Установка устройства с сервоприводом, подключенного к термодатчику, экономит от 10-25% затрат на отопление.

Какой марки термосмесительный клапан поставить на ТТ котел

Запорную и регулирующую арматуру изготавливают несколько зарубежных и отечественных производителей. С помощью отзывов потребителей, были выбраны наиболее популярные модели клапанов. Постоянным спросом пользуется продукция следующих производителей:

ESBE – шведская компания, поставляющая запорную и регулирующую арматуру, практически по всему миру. Главный акцент, компания делает на энергосберегающих технологиях и автоматизации управления.
Потребителю предлагается модельный ряд термосмесительных и распределительных клапанов, с встроенными и выносными датчиками, и возможностью подключения к сервоприводу. Продукция ESBE отличается высоким качеством, надежностью и экономичностью.

Как и в какое место устанавливается термостатический клапан ТТ котла

Чтобы правильно подключить трехходовой термоклапан защиты от перегрева к твердотопливному котлу, требуется определить цель, для которой будет использоваться регулирующая арматура:

Защита котла – правильная установка распределительного клапана осуществляется на подачу теплоносителя, незакрывающимся отверстием в сторону котла. Смесительный узел устанавливается исключительно на обратку. Сразу после включения котла, теплоноситель циркулирует по малому кругу системы отопления, после нагревания, клапан начинает пропускать жидкость в водяной контур.

Для облегчения монтажа, схема движения теплоносителя с трехходовым термосмесительным или распределительным клапаном, указана на корпусе арматуры, стрелочками или буквенными обозначениями. Устанавливать узел можно исключительно по указанному направлению.

Термостатический клапан является необходимым устройством обвязки твердотопливного котельного оборудования. Установка клапана требуется и при одновременном подключении нескольких контуров отопления с разными температурными характеристиками.

Трехходовой клапан в системе отопления: устройство и особенности монтажа

Давать тепло в нужном месте – главное требование к системе отопления. В квартирах этот вопрос можно считать решенным.

В частных домах иногда хочется дополнительно оборудовать пол с подогревом. Причем не всегда электрическим. Вот здесь и начинаются проблемы.

Температура пола и радиатора обогрева не может быть одинаковой. Чтобы этого не происходило, в системе отопления устанавливается трехходовой клапан. Благодаря ему распределение тепловых потоков будет обеспечено. Пол теплый, радиаторы горячие – в доме тепло. Наличие такого устройства в системе ГВС (горячего водоснабжения) просто необходимо.

Устройство

Конструктивно он представляет два соединенных двухходовых крана в одном корпусе.

Но в отличие от них полностью водяной поток горячей воды не перекрывается, а регулируется интенсивность его прохождения. За счет этого меняется температура горячей воды.

Основные детали клапана:

• корпус;
• шток с запорной шайбой или металлический шарик;
• гайки крепления (муфты).

Клапаны со штоком позволяют автоматизировать управление посредством электромеханического привода. Это позволяет автоматически регулировать температуру воды. Шариковый клапан по принципу действия можно сравнить со смесителем на кухне. Они используются только в клапанах с ручным управлением.

[advice]Примите к сведению: выбирая кран, следует обратить внимание на материал, из которого сделан корпус. Латунный более легкий и долговечный в сравнении с чугунным.[/advice]

Они различаются по способу управления.

Условно можно поделить на клапаны:

• с ручным управлением;
• с термоголовкой;
• с электроприводом;
• гидравлические;
• пневматические.

В частном доме наиболее приемлемым будет клапан с электроприводом. Установленные внутри датчики выдают команду через контроллер на привод, если изменяются контролируемые параметры воды. В результате становится теплее, или наоборот, прохладнее.

Термосмесительный эффект происходит автоматически. При этом не важно, какой котел установлен в системе – газовый или твердотопливный.

[warning]Совет мастера: не рекомендуется выбирать клапан с ручным управлением. В этом случае управлять обогревом дома будет затруднительно.[/warning]

Если нет возможности в системе отопления установить регулируемый клапан, то лучшим решением в этом случае станет клапан с термоголовкой.

Работа

Принцип работы клапана заключается в смешивании потоков воды с разной температурой. Для чего это нужно делать?

Если не вдаваться в технические подробности, можно ответить так: для продления срока службы отопительного котла и его более экономичной работы.

Трехходовой клапан смешивает нагретую воду с остывшей после прохождения по отопительным приборам и направляет ее снова в котел для нагрева. На вопрос, какую воду нагреть быстрее и легче – холодную или горячую – в состоянии ответить каждый.

Одновременно со смешиванием клапан потоки еще и разделяет. Возникает естественное желание автоматизировать сам процесс управления. Для этого клапан оснащается термодатчиком с терморегулятором. В этом случае лучше всего здесь справляется электрический привод. От устройства привода зависит качество функционирования всей системы отопления.

[advice]Обратите внимание: автоматический трехходовой клапан, установленный в системе отопления позволяет получить до 50% экономии топлива.[/advice]

Особенности монтажа

Термостатический смеситель устанавливают в систему отопления в смесительном узле при одно – или многоконтурном распределении тепла.

Таких контуров может быть несколько. Принципиальная схема не изменится. Добавятся лишь новые элементы.

Например, смесительный узел. Наличие дополнительного контура распределения теплоносителя является его главной отличительной особенностью. Зачем он нужен? Для подключения дополнительных теплопотребителей. Например, теплого пола.

При выполнении монтажных работ по установке клапана необходимо помнить, что он устанавливается перед насосом системы. От соблюдения этого требования зависит работоспособность всей системы.

Во время врезания клапана нужно следить, чтобы в него не попали отходы сварки (шлак, капли расплавленного металла). Так же необходимо предусмотреть возможность легкого снятия клапана в процессе его эксплуатации. Такое действие понадобится при периодической проверке его работоспособности.

[warning]Совет специалиста: монтаж системы отопления в доме должны проводить квалифицированные исполнители.[/warning]

Выбор

Чтобы правильно выбрать клапан нужно учитывать очень много различных нюансов.

В первую очередь:

• количество контуров в отопительной системе;
• конструктивная особенность управления клапаном;
• диаметр входного патрубка;
• пропускная способность трубопроводов системы отопления;
• материал, из которого изготовлен клапан.

С количеством контуров системы отопления легко разобраться самостоятельно. С остальными моментами выбора все обстоит намного сложнее. Чтобы узнать, как устроен и работает трехходовой клапан, достаточно вникнуть в этот вопрос. А для того, чтобы правильно определить даже его размеры, необходимо иметь понятие в термодинамике.

[advice]Совет от редакции: лучше такой сложный вопрос, как выбор клапана, доверить специалисту. От правильно сделанного выбора будет зависеть работоспособность системы отопления.[/advice]

По своей сути 3-ходовой клапан является вентилем с термостатической головкой.

При автоматизированном приводе управления он в состоянии распределять потоки горячей воды в нужном направлении и в необходимом количестве.

Вентили с подобной задачей справиться не в состоянии, что говорит о необходимости наличия трехходового клапана в системе отопления. Используя клапан в системе отпадает необходимость придумывать какой-то выносной пульт управления ею. Все делается без участия человека.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно разъясняет принцип работы и устройство трехходового клапана для системы отопления: