Если вы попали на эту статью через поиск, то наверняка уже что-то слышали о смесительных трубопроводах, применяемых в системах отопления частных домов и квартир. Итак, без долгих предисловий, предлагаем обсудить 3 вопроса: как работает термостатический трехходовой клапан, где его установить и как правильно выбрать, чтобы не тратить лишние деньги.
Принцип работы и виды клапанов
Задача любого 3-ходового клапана – подавать в магистраль воду нужной температуры, смешивая или разделяя 2 потока. Следовательно, элемент снабжен тремя выходами, один из которых всегда открыт, а два других полностью или частично перекрываются в процессе работы. Отсюда и название крана – трехходовой (иногда говорят еще «трехходовой», что неверно).
Похоже на смешение токов внутри изделия
Примечание. Циркуляционный насос всегда устанавливается ровно со стороны открытого выхода, иначе схема будет работать некорректно, о чем мы писали ранее в другой инструкции.
По способу приготовления теплоносителя нужной температуры термостатические вентили делятся на 2 группы, показанные на рисунке:
- Смешивание. К ним подается 2 потока воды – горячая и охлажденная (входы обозначены буквами «А» и «Б»), а из третьего патрубка (обозначен «АВ») идет смесь заданной температуры. На латунном корпусе имеется клеймо в виде сходящейся с двух сторон стрелки.
- Разделение или распределение. Поступающий теплоноситель разделяется на 2 потока регулируемого размера. Маркировка на корпусе – 2 расходящиеся стрелки или буквы «А», «В» на выходных патрубках и «АВ» на входных.
Смесительный (слева) и распределительный (справа) регулятор расхода
Для справки. Существует третий вид 3-ходовых термоклапанов – переключающий. Они устанавливаются в настенных газовых котлах с водяным контуром и с помощью электропривода переключают ток между основным теплообменником и вторичным, обеспечивающим горячее водоснабжение. Вне теплогенераторов такие элементы используются крайне редко.
По принципу работы трехходовые клапаны также делятся на два типа – седельные и шаровые. Устройство первого аналогично обычным водяным клапанам, только вместо резьбового стержня используется кран. На нем закреплена пластина, которая перемещается между двумя залами и перекрывает по очереди 2 прохода. Жим штанги осуществляется тремя способами:
- встроенная термопара
- термоголовка с внешним датчиком температуры
- серво.
Как это происходит показано на схеме и подробно описано в другой нашей публикации.
трехходовой клапан с ручным регулированием температуры и встроенной термопарой
Шаровые краны термосмесителя работают по принципу тех же кранов, только с тремя выходами. Управляются они вручную или от электропривода, вращающего шток по команде автоматики. Элементы полностью просверлены и имеют высокий расход, что означает меньшее гидравлическое сопротивление. Недостатком является зависимость от сетевого напряжения и необходимость установки источника бесперебойного питания (ИБП).
Моторизованная поворотная конструкция
Где надо ставить 3-ходовой кран и когда он не нужен
Прежде чем выбрать трехходовой клапан, разумно убедиться, что он действительно необходим. На самом деле в интернете и в реале хватает советчиков, плохо разбирающихся в сути проблемы. Итак, перечислим ситуации, когда этот клапан действительно нужен:
- Для защиты твердотопливного котла от поступления холодного теплоносителя и образования конденсата на внутренних стенках печки.
- Для регулирования температуры воды в контурах отопления.
- Ограничить нагрев теплоносителя в контурах теплого пола.
О конденсате, провоцирующем образование липких наростов на стенках камеры котла ТТ, сказано немало, в том числе и на нашем ресурсе. Появляется в процессе нагрева, когда температура в духовке уже высокая, а вода из системы отопления холодная. Чтобы этого избежать, подающая и обратная линии соединяются между собой байпасом, где установлен 3-ходовой клапан. Он заставляет теплоноситель из бака котла течь по малому кругу, и только когда он прогревается до 50-60°С, начинает подмешивать воду из системы.
Схема с байпасом и смесителем защищает котел ТТ от появления конденсата и температурных ударов
Важная заметка. Клапан выполняет функцию предохранительного элемента для чугунного теплообменника, если он установлен в вашем теплогенераторе. Представьте, что электричество в доме отключили на 1-2 часа, за это время радиаторная сеть успевает остыть. Без смесителя холодная вода будет внезапно поступать в прогретый котел при возобновлении подачи электроэнергии. От такой разницы чугун испытает температурный удар и может треснуть.
Система с несколькими отопительными контурами, работающими в разных режимах
Регулирование температуры в контурах отопления с помощью смесительного узла необходимо в таких случаях:
- в сложных системах отопления, когда к общей гребенке необходимо подключить несколько линий с разным температурным режимом, например, радиаторную сеть, теплый пол и бойлер косвенного нагрева;
- при подключении тех же потребителей к буферной емкости — аккумулятору тепла;
- при подаче нагретой воды в теплообменник вентиляционной установки, используемой для воздушного обогрева кабины.
Клапан в контуре отопления не только регулирует температуру подачи, но и позволяет котлу нагревать аккумулятор тепла
Так как в отопительные контуры теплых полов направляется теплоноситель с температурой не более 50°С, а от котла может поступать и 85°С, его следует ограничивать. Обычно (но не всегда!) проблема решается установкой на распределительном коллекторе смесительного узла с 3-ходовым клапаном. Последний смешивает охлаждающую воду из этажных контуров с «внешним» теплоносителем, поступающим от котла.
Система подготовки воды заданной температуры для подачи в контуры теплого пола
Теперь обозначим ситуации, когда покупка и установка смесителя (или сепаратора) не требуется:
- Если длина каждого контура водяного теплого пола не превышает 50-60 м, что вполне достижимо, регулирование производится без смесительного узла. Вместо этого на обратном коллекторе расположены коллекторы RTL, ограничивающие поток количеством охлаждающей жидкости.
- Когда на обогрев частного дома попеременно работают 2-3 тепловых пункта, поддерживая в сети постоянную температуру не ниже 40°С, нет необходимости устанавливать трехходовой кран для твердотопливного котла.
- В системах отопления с естественной циркуляцией воды. Причина в перепаде давления на клапане, который препятствует движению теплоносителя. То же самое касается и тепловых аккумуляторов, задействованных в самотечной схеме.
Примечание. В самотечных системах применяют трубы увеличенного диаметра DN40—DN50. Это значит, что для них придется покупать не обычный гильзовый смеситель, а громоздкий фланцевый вентиль по приличной цене. Такое решение нельзя назвать разумным.
Если вам интересно, почему лучше выбрать головки RTL и как они управляют контурами теплого пола, посмотрите видео от опытного мастера и нашего эксперта Владимира Сухорукова:
Расчет пропускной способности
Просто подобрать трехходовой кран по диаметру трубы отопительного узла или подающей трубы не получится. Дело в том, что в процессе автоматического управления элемент создает переменное гидравлическое сопротивление, которое циркуляционный насос должен преодолевать, чтобы обеспечить требуемый расход теплоносителя. При расчете клапан подбирается таким образом, чтобы он пропускал необходимый объем воды при разных положениях штока.
Основной конструктивной характеристикой любого трехходового клапана является номинальная производительность, обозначаемая буквой Kvs и выражаемая в м³/ч. Это значение, указанное в паспорте изделия, отражает количество холодного теплоносителя, проходящего через полностью открытый клапан в течение 1 часа. При этом перепад давления на участке до регулятора и после него составляет 1 бар.
Пример. Если через трехходовой кран с Kvs = 1,6 м³/час пропустить такой объем воды, то перепад давления (гидравлическое сопротивление) составит 1 бар или 10 м водяного столба. Это слишком много для системы отопления частного дома, поэтому в расчеты включается фактическое падение давления – 0,15-0,2 Бар (1,5-2 м вод.ст.).
Для выбора регулирующего клапана по пропускной способности необходимо предварительно определить расход теплоносителя, протекающего по регулируемой магистрали. Используется следующая формула:
Здесь:
- G — требуемый расход воды, м³/ч;
- Q — тепловая нагрузка на отопительную ветку, кВт;
- ∆t – разница температур подающей и обратной воды, принимаемая обычно равной 20 °С, а в теплых полах – 10 °С.
Пример. Дом площадью 100 м² планируется отапливать этажными контурами, которые обеспечат теплоотдачу 10 кВт. Тогда в распределительный коллектор необходимо подать теплоноситель G = 0,86 х 10/10 = 0,86 м³/ч.
Следующим шагом является расчет фактического коэффициента К для расхода через смесительный клапан с учетом перепада давления на нем 0,2 бар по формуле:
Для того же примера значение К будет равно 0,86/√0,2=0,86/0,45=1,9 м³/ч. Затем открываем каталог выбранного производителя арматуры и выбираем из линейки трехходовой кран, если Квс равно или больше полученного значения. Возьмем известную марку Danfoss (Данфосс) и выберем из ассортимента VRB3 клапан с патрубками DN15 и Kvs = 2,5 м³/ч. Предыдущий показатель в серии — 1,6 м³/ч, что в нашем случае явно мало.
Для справки. Как правило, для твердотопливных котлов и теплых полов, устраиваемых в частных домах, применяют трехходовые краны с номинальным диаметром Ду15-Ду25, не более. Но их пропускная способность должна быть рассчитана. Кроме того, после выбора элемента желательно проверить скорость движения жидкого теплоносителя, как описано в следующем видео:
Советы по выбору
Несведущий домовладелец, решивший полистать каталог известной фирмы в поисках трехходового клапана, может растеряться от количества и разнообразия предлагаемой продукции. Чтобы помочь вам выбрать правильный клапан из широкого ассортимента, мы дадим вам несколько рекомендаций и начнем со списка брендов, каталоги которых вообще стоит проверить. Вот список известных компаний, продукция которых надежна:
- Данфосс (Дания);
- Herz Armaturen (Австрия);
- Ханивелл (США);
- Икма (Италия);
- Эсбе (Швеция);
- Калеффи (Италия).
3-ходовой термоклапан был изобретен не вчера. На снимке продукт ESBE 1935 года
Для справки. Перечисленные компании продают широкий ассортимент фитингов для систем отопления, в том числе двухходовые, предохранительные и четырехходовые клапаны, электромагнитные вентили и термостаты. Из производителей постсоветских стран можно порекомендовать продукцию марки Valtec (Валтек).
Теперь основной блок рекомендаций:
- Для защиты твердотопливного котла от конденсата можно выбрать 2 типа трехходовых клапанов – с фиксированной настройкой и термоголовкой с выносным датчиком. Второй вариант будет стоить на 20-30% дороже и не всегда оправдан, так как изменение температуры обратки здесь не нужно. Купите регулятор с внутренним термостатом, установленным на 50 или 55°C.
- Для управления обогревом отдельных веток и контуров теплого пола обязательно нужен 3-ходовой клапан с выносным датчиком и головкой термостата. Колба сенсора устанавливается на коллектор или трубопровод, температура которого должна быть проверена.
- Шаровые регуляторы (они же поворотные) подключаются к электроприводу или выставляются вручную. Если вы не хотите усложнять схему и зависеть от электричества, выбирайте подходящее по своим характеристикам изделие среди седельных клапанов с приводом от термоголовок.
- Самый распространенный материал корпуса – латунь или бронза. Нержавеющие элементы дороже, а чугун боится температурных ударов и имеет приличную массу.
- В схемах с одинаковым успехом применяются как смесительные, так и разделительные трехходовые клапаны. Но если вы не специалист в отоплении и собираете систему своими руками, то лучше взять смесительный клапан. С ним проще обращаться и правильно настроить, о чем подробно расскажет эксперт в своем видео:
Две рекомендации напоследок
Так как мы представили упрощенную методику расчета и подбора 3-ходового клапана по пропускной способности, то настоятельно рекомендуем проконсультироваться по этому поводу у знающих людей. Если такой возможности нет, покупайте вентиль с запасом вне зависимости от цены. Есть еще вариант: договориться с продавцом о возможной замене товара в случае, если он не подойдет.
Если вам необходимо установить водяное отопление в большом коттедже, отапливаемом радиаторной сетью и теплыми полами, и планируется обеспечить горячую воду от бойлера косвенного нагрева, без помощи опытных специалистов не обойтись. Нужно сделать от 4 до 10 регулируемых ответвлений, для каждого из них нужно рассчитать и подобрать трехходовой клапан, а затем сбалансировать работу в целом.
