Как правильно отрегулировать смесительный узел для теплого пола?

Но такая работа пола, возможно, не будет устраивать владельца, так как разница температуры поверхности в точке А и в точке Б будет велика. И пользователь, стоя в точке А, будет ощущать перегретый пол, а в точке Б будет считать пол холодным. Данную проблему можно решить, увеличив расход воды. Допустим, мы увеличим расход воды в два раза. В этом случае температура в обратном трубопроводе будет увеличиваться. Причем при увеличении расхода в два раза разница температур между подающим трубопроводом и обратным снизится тоже в два раза и составит 40 ˚С на подаче и 35 ˚С на обратном трубопроводе. В точке А и Б температуры установятся приблизительно на уровне 30 ˚С и 27,5˚С а средняя температура пола вырастет примерно до 29,5 ˚С (рис. 4).

Чтобы снизить среднюю температуру пола до начального уровня и не допустить перегрева, достаточно снизить температуру воды, подаваемой в теплый пол. Если установить термостат на 38 ˚С, то температура в обратном трубопроводе установится примерно на уровне 32 ˚С, температуры в точках А и Б будут 29 ˚С и 26,5 ˚С. При этом средняя температура пола будет равна около 27,5 ˚С, то есть такая же, как и в первом примере, но разница температур между точкой А и Б на поверхности пола будет не столь значительна.

Чтобы выровнять температуру пола, можно применять схему «улитка», но ее надо предусмотреть ещё на стадии монтажа.

• чем больше расход воды через контуры теплого пола, тем меньше разница температур на поверхности пола во всех помещениях. Мощность насоса (и соответственно расход) выставляется в зависимости от разницы температур на подающем и обратном коллекторе. Для петель, уложенных «змейкой», эта разница должна составлять 3–5 ˚С. Для петель, уложенных «улиткой», разница может быть увеличена до 3–10 ˚С.
  Таким образом, чтобы определить наиболее подходящую настройку насоса, необходимо задаться определенной скоростью насоса, и через полчаса замерить разницу температур между подающим и обратным коллектором. Если разница окажется слишком высокой, то скорость насоса необходимо увеличить, либо установить более мощный насос. Нет ничего страшного в том, что разница температур окажется маленькой, в этом случае нагрев помещения будет более равномерным по всей площади.
• температура воды, подаваемой в коллектор системы напольного отопления, напрямую влияет на среднюю температуру пола, которая в свою очередь влияет на мощность. Чем выше температура, тем выше мощность. Но необходимо выбирать эту температуру так, чтобы максимальная температура пола не превысила 29 ˚С, иначе перегретый пол будет доставлять дискомфорт.

Но зачем же нужны остальные вентили и клапаны на узле, если достаточно выставить настройки насоса и термоэлемента? Дело в том, что насосно-смесительный узел VT.COMBI за счёт своей конструкции является очень универсальным устройством, способным успешно работать в различных системах. Универсальным его делает наличие дополнительных органов регулирования, которые позволяют расширить зону его работы и увеличить максимальную мощность.

Если требуется внедрить узел в систему со специфическими параметрами теплоносителя или «выжать» из узла максимум возможной мощности, то помимо установки термоэлемента в требуемое положение необходимо так же осуществить несколько простых операций по настройке.

1. Из котла к насосно-смесительному узлу поступает теплоноситель с температурой 90 ˚С, при этом термостатический клапан настроен на поддержание температуры теплоносителя на входе в систему напольного отопления 30 ˚С, а из обратного коллектора возвращается теплоноситель с температурой 25 ˚С.
   Термостатический клапан должен принять такое положение, при котором соотношение расходов теплоносителя с температурой 90 ˚С и 25 ˚С обеспечило температуру на выходе 30 ˚С (рис. 3).
   Не сложно догадаться, что такая задача решается обычной пропорцией, и соотношение расходов воды из котла к воде из обратки должно быть 1 : 12. Иными словами, на каждый литр воды из котла должно приходиться 12 л воды из «обратки».
   Если настроечный клапан байпаса настроен в положение близкое к минимуму, то через него и будет проходить минимальное количество теплоносителя. Предположим, что клапан байпаса «3» открыт в такой позиции, что через него в данной системе проходит 12 л/мин. воды. Тогда термостатический клапан должен закрываться до тех пор, пока расход воды через него не будет равен 1 л/мин. В этом случае на выходе мы получим необходимые нам 30 ˚С с расходом 13 л/мин. (12 л/мин. холодной воды и 1 л/мин. горячей).
   А если начать открывать клапан байпаса? В этом случае расход теплоносителя через него начнет увеличиться. Предположим, что, открыв клапан до конца, мы получим расход 60 л/мин, при этом термостатический клапан займет такую позицию, чтобы пропускать в 12 раз меньше воды, т.е. 5 л/мин. В итоге мы получим те же 30 ˚С, но с расходом 65 л/мин. (60 л/мин. холодной воды и 6 л/мин. горячей).
   Таким образом, мы видим, что при минимальном и максимальном положении клапана байпаса узел поддерживает необходимый расход теплоносителя, но чем ниже настройка клапана, тем меньше расход будет обеспечивать такой узел, а как было сказано выше увеличение расхода через петли обеспечивает более равномерный прогрев помещения.
   Отсюда возникает вопрос – а зачем вообще закрывать клапан байпаса, если его закрытие приводит лишь к уменьшению расхода теплоносителя и как следствие уменьшение мощности системы? Чтобы ответить на этот вопрос представим себе другую гипотетическую ситуацию.
2. Допустим, что котел настроен на 60 ˚С, при этом на входе в систему напольного отопления нам необходимо поддерживать 45 ˚С. Температура воды, возвращаемой из обратного коллектора составляет 35 ˚С (рис. 7).
   Как мы видим, пропорция горячей и холодной воды в этом случае должна измениться. Пропорция воды из котла и из обратки при этих температурах составит 1 : 1,5. На каждый литр воды из котла должно приходится 1,5 л воды из «обратки».
   Если настроенный клапан байпаса открыт в максимальное положение, то через него идет максимальный расход. Примем расход такой же, как и в предыдущем примере — 60 л/мин. В этом случае термостатический клапан должен открываться до тех пор, пока расход не будет равен 40 л/мин. Но клапан не может открываться бесконечно, и в какой-то момент он откроется до максимального своего положения.
   Если насос, установленный в этой системе, сможет обеспечить максимальный расход через термостатический клапан только 20 л/мин., то узел даже при полностью открытом клапане сможет обеспечить только 41 ˚С на выходе.
   Для того, чтобы узел смог обеспечить необходимую температуру 45 ˚С на входе в теплый пол, необходимо закрывать клапан байпаса до тех пор, пока пропорция воды не будет достаточной для того, чтобы обеспечить необходимую температуру теплоносителя на выходе из узла.

Исходя из вышесказанного, можно дать общие рекомендации по настройке этого клапана. В случае, если разница температур между температурой теплоносителя, поступающего из котла и температурой настройки узла велика, клапан необходимо открывать. Если температура теплоносителя из котла близка к требуемой температуре после смесительного узла, то клапан следует прикрывать. Но как же настроить точно узел в каждом конкретном случае, если температура теплоносителя, поступающая из котла и температура, которую необходимо поддерживать на входе в систему напольного отопления, не постоянны в течение года? Неужели придётся постоянно его подстраивать? Конечно же, нет! Задача монтажника – сделать так, чтобы узел смог обеспечить требуемую температуру в любой ситуации, которая может возникнуть во время эксплуатации, обеспечивая при этом максимальный расход теплоносителя. В остальные периоды узел будет поддерживать требуемую температуру теплоносителя за счёт термостатического клапана. По большому счету, монтажник задает максимальный диапазон температур, которые насосно-смесительный узел будет поддерживать. Если монтажник задаст слишком низкий диапазон, то узел не сможет обеспечить требуемую температуру в те моменты, когда из котла идёт теплоноситель с низкой температурой. Если монтажник задаст слишком высокий диапазон, то узел будет работать не на полную свою мощность.

Как уже было сказано выше, золотую середину можно найти, используя расчетные формулы, но можно и следующим образом – надо выставить на котле минимальную температуру, которую он будет поддерживать в течение года. Если котел в течение года будет настроен на одну и ту же температуру, то выставляется именно она. Далее с термостического клапана снимается термоголовка или сервопривод. Система в таком режиме должна проработать несколько часов, пока температура на входе в теплый пол не стабилизируется. Именно такой и будет максимальная температура, которую узел сможет поддерживать. Если эта температура намного выше той, которая необходима на входе в теплый пол, то клапан байпаса приоткрывается. В большинстве случаев желательно его открыть на позицию и подождать от получаса до часа, после чего опять проверить температуру на входе в систему напольного отопления. Если она опять будет велика, то продолжать открывать клапан. Если температура будет на 2–5 ºС выше, то настройку можно считать оконченной. Если же температура после узла оказалась ниже требуемой, то балансировочный клапан байпаса следует зарывать. После окончания настройки на термостатический клапан обратно монтируется термоэлемент или сервопривод. Далее узел будет регулировать требуемую температуру самостоятельно.

Внимательный читатель, возможно, скажет: «А зачем эти сложности, если можно поставить трёхходовой клапан, у которого не надо настраивать клапан байпаса?». В какой-то степени читатель будет прав – узлы с трёхходовым клапаном устроены таким образом, что при увеличении потока воды из котла одновременно уменьшается поток воды через байпас, что позволяет обойтись без упомянутого выше балансировочного клапана байпаса. Но, к сожалению, на сегодняшний день не существует идеального узла, который бы без настроек и регулировок вписывался бы в любую систему отопления. И насосно-смесительные узлы с трёхходовым клапаном тоже не лишены недостатков, и тем более, их нельзя рассматривать как узлы, не требующие настройки.

На рис. 8 представлена схема насосно-смесительного узла собранная на базе трёхходового клапана VT.MR03 (рис. 9). Требуемая температура теплоносителя в таком узле достигается за счёт все той же пропорции воды, поступающей из котла и воды, поступающей из «обратки».

Рассмотрим работу такого узла на тех же примерах, что и в предыдущих случаях.

Трёхходовой клапан за счёт термоэлемента займет такое положение, при котором из котла будет поступать 1 литр воды, а из байпаса будет поступать 12 литров. При этом, если температура воды на выходе из котла, допустим, снизится, то клапан займет новое положение, увеличив расход воды из котла и одновременно с этим уменьшив расход воды из обратного коллектора, таким образом, поддерживая необходимую температуру воды на входе в теплый пол.

К сожалению, в таком совершенном режиме узел работает только в теории. На практике часто встречаются ситуации, когда такой узел подает воду в систему напольного отопления почти без смешения. Из-за чего это происходит? Предположим, что в доме, отапливаемом напольной системой отопления, днем стало тепло (солнечная теплая погода) и все петли тёплых полов по сигналам термостатов закрылись. Узел стоит долгое время без расхода, так как все петли отключены. Вечером похолодало, и автоматика запустила работу петель напольного отопления. В течение дня вода, находящаяся в трубе между котлом и насосно-смесительным узлом, неизбежно остынет. Трёхходовой клапан в начальный момент времени будет находиться в полностью открытом положении (проход воды из котла будет максимально открыт, проход воды из байпаса будет закрыт). Далее, как только горячая вода из котла достигнет трёхходового клапана, он начнет закрываться, но приводы у клапана, как правило, имеют задержку минимум 2–3 минуты. Всё это время в петли теплого пола будет поступать теплоноситель с температурой близкой к 90 ºС. Скорость воды в петлях в основном составляет около 0,5 м/с. Таким образом, за 2 мин. до температуры 90 ºС прогреется по 60 м всех открытых петель, что, конечно же, не понравится жильцам такого дома.

Кроме описанного выше случая, такая ситуация часто возникает из-за гистерезиса котла при поддержании им определенной температуры. Гистерезис, это разница температуры воды, при которой котел отключается и включается. У некоторых котлов это значение может достигать 20–30 градусов. Получается, что котел, находясь в выключенном состоянии, не греет воду, и она потихоньку остывает до 60–70 ºС, затем, когда котел резко включится, может произойти такой же эффект резкого перегрева петель за счёт задержки трёхходового клапана.

Такие узлы, как VT.COMBI и VT.VALMIX (рис. 14) лишены такого недостатка, так у них смешение происходит постоянно, даже при полностью открытом термостатическом клапане. За счёт этого в этих узлах невозможно резкое увеличение температуры в петлях.

Узлы с трёхходовым клапаном, несмотря на вышеописанный недостаток все же имеют право на существование. Такие узлы хорошо себя зарекомендовали в системах с гидравлической стрелкой. Гидравлическая стрелка выравнивает колебания температур во вторичных контурах.

Установка перепускного клапана в насосно-смесительный узел с трёхходовым клапаном позволяет так же снять негативный момент, возникающий при остывании воды в трубе между котлом и узлом при длительном простое. Специально для таких случаев VALTEC выпустил готовый узел с трёхходовым клапаном MINIMIX, объединяющий в себе компактность и простоту настройки (рис. 10).

Настройка балансировочного клапана первичного контура (рис. 11)

Порой встречается такая ситуация, что при открытии балансировочного клапана байпаса до максимальной позиции (Кv = 5), температура на выходе из узла все равно остается слишком большой. Можно конечно оставить все как есть, ведь термостатический клапан во время своей работы уменьшит её до необходимого значения. Однако в таком режиме узел будет обладать недостатками узла с трёхходовым клапаном описанным выше. А именно, при резких колебаниях температур в первичном контуре узел может не успеть среагировать и подать в теплый пол теплоноситель с завышенной температурой.

Происходит это, как правило, из-за котлового насоса с чрезмерной мощностью. За счёт большого напора котлового насоса при открытом термостатическом клапане в узел поступает слишком большой расход котловой воды, для разбавления которой, не хватает расхода обратки даже с открытым балансировочным клапаном на байпасе.

Конечно же, эту проблему с точки зрения энергосбережения лучше решать, уменьшая мощность котлового насоса, но если его мощность выбрана, исходя из обеспечения необходимым расходом удаленных радиаторов, а на насосно-смесительном узле напор оказался большим из-за близкого расположения к насосу, то на выручку приходит как раз балансировочный клапан первичного контура. При помощи него можно ограничить максимальный расход котловой воды.

Его настройка схожа с настройкой балансировочного клапана байпаса. Если при настройке балансировочного клапана байпаса оказалось так, что он дошёл до максимального значения, при этом температура после узла все ещё слишком велика, то тогда приступаем к закрытию балансировочного клапана первичного контура. Его желательно закрывать постепенно по 0,5–1,0 оборотов, после чего следить за изменением температуры воды после узла. Как только температура после узла станет на 2–5 ºС выше требуемой, то настройку можно считать оконченной.

Настройка перепускного клапана (рис. 12)

К сожалению, на сегодняшний день многие производители насосно-смесительных узлов пренебрегают данным устройством, более того, многие даже не понимают, зачем перепускной клапан нужен, и вводят в заблуждение коллег сомнениями о его необходимости. На самом деле, у него несколько функций, он нужен для защиты насоса от работы на «закрытую задвижку», для предотвращения влияния петель теплого пола друг на друга во время регулировки и для поддержания узла в рабочем режиме в течение длительных простоев.

Перепускной клапан предотвращает работу на закрытую задвижку следующим образом: как только происходит закрытие сервоприводов, расход воды в контуре напольного отопления снижается. При снижении расхода воды через насос увеличивается напор. Перепускной клапан устроен так, что при достижении определенного перепада давлений он открывается. Таким образом, как только напор насоса достигнет определенной точки, это будет свидетельствовать о том, что насос работает при расходе близким к нулю. Максимальный напор, развиваемый насосом, указывается непосредственно на корпусе насоса и, как правило, выбирается из ряда 2, 4, 6, 8 метров водяного столба. Если поставить перепускной клапан на давление чуть меньшее максимального напора насоса, то он откроется, как только расход в системе упадет до минимума и предохранит его от перегрева. Конечно же, подобную защиту от работы «на закрытую задвижку» можно осуществить при помощи средств автоматики.

Вторая проблема — это выравнивание потоков теплоносителя и исключение влияния петель друг на друга. Данная проблема заключается в том, что при работе системы автоматики петли будут закрываться сервоприводами независимо друг от друга. При закрытии одних петель, расход воды на оставшихся петлях будет увеличиваться. Увеличение расхода воды происходит за счёт того, что стандартный трёхскоростной насос устроен таким образом, что при уменьшении расхода, он самостоятельно увеличивает напор, а в петлях теплого пола при увеличении напора создаваемого насосом увеличивается расход. Приведем конкретный пример:

Предположим, что у нас имеется насосно-смесительный узел с насосом 25/4, настроенным на скорость «2». К нему подключен коллекторный блок с пятью выходами. Так же предположим, что длина всех петель одинаковая, и при этом все петли настроены на одинаковый расход 2 л/мин (0,12 м³/ч). По графику (оранжевые линии на рис. 13) можно увидеть, что все петли при таком расходе (суммарный расход составит 0,6 м³/ч) будут иметь потерю давления 3 м вод.ст. (или 30 кПа).

Но что произойдет, если 4 из 5 петель закроют сервоприводы. В этом случае расход воды будет стремиться к расходу через одну петлю, т.е. 0,12 м³/ч. Но при этом такой расход будет идти и через насос. Насос же в свою очередь при изменении расхода, увеличит напор до 4 м вод ст. (зеленые линии на рис. 13). В свою очередь расход по единственной оставшейся петле увеличится. Данная задача выходит за рамки этой статьи и более подробно описана в статье «Особенности расчёта систем отопления с термостатическими клапанами». Стоит отметить, что в результате совместной работы оставшейся петли и насоса в итоге расход и напор установятся в среднем положении. Т.е. расход будет равен примерно 0,3 м³/ч. Отсюда мы видим, что расход воды в оставшейся петле увеличится с 2 до 5 л/мин.

Подобное увеличение расхода повлечет за собой увеличение температуры теплоносителя на выходе из этой петли, что в свою очередь увеличит среднюю температуру пола. Возможно, подобные колебания средней температуры пола для многих пользователей не являются проблемой, однако в грамотной системе отопления недопустимо, чтобы тепловой режим соседних помещений каким либо образом влиял друг на друга.

В этом случае перепускной клапан работает тем же образом, что и для защиты насоса. При закрытии петель напор насоса начинает расти. Перепускной клапан при увеличении напора открывается и перепускает часть теплоносителя в обратный коллектор. За счёт этого напор и расход теплоносителя остается практически неизменным во всех петлях. Для того чтобы перепускной клапан работал в этом режиме, необходимо его настроить на перепад чуть меньший, чем в первом случае. Если коллекторный блок оснащен расходомерами, то определить настройку достаточно просто. Для этого сначала во всех петлях настраивается требуемый расход теплоносителя. Затем выбирается самая короткая петля либо петля с наименьшим расходом. Как правило, это одна и та же петля. Далее при помощи регулирующих клапанов закрываются все петли кроме выбранной, при этом отслеживается изменение расхода в выбранной петле. Как только все петли будут закрыты, необходимо начать открывать перепускной клапан (уменьшать давление открытия). Клапан открывается до тех пор, пока расход воды в оставшейся петле не вернется к изначальному значению. На этом настройка перепускного клапана считается оконченной. Если после насосно-смесительного узла установлен коллекторный блок без расходомеров, то единственный известный автору статьи способ настройки перепускного – это рассчитать потерю давления в самой длинной петле и выставить это значение на клапане.

Как и ранее, данную функцию может взять на себя система автоматики. А именно – насос с частотным управлением типа VT.VRS25/4EA. У такого насоса есть режим, при котором он автоматически изменяет скорость вращения рабочего колеса при изменении расхода, поддерживая постоянный напор. Но подобные насосы, как правило, дороже обычных трёхскоростных наcосов, и их установка требует технико-экономического обоснования.

И наконец, функция поддержания узла в рабочем режиме в течении длительных простоев. Бывают ситуации, особенно в осенне-весенний период, когда средняя температура днём на улице достаточно высокая, и отопление большую часть дня не работает. Ночью температура на улице опускается, и в этот момент отопление включается. Вода в трубах в период простоя днём без циркуляции остывает, и когда автоматика вечером дает команду на запуск системы, требуется некоторое время, пока остывшая вода сменится горячей водой из котла.

Как уже было сказано выше, функции перепускного клапана не всегда нужны, и при желании их могут на себя взять другие элементы, такие как коммуникаторы или насосы с частотным преобразователем.

Именно поэтому в 2016 году специалистами компании VALTEC был разработан насосно-смесительный узел VT.VALMIX (рис. 14). Данный узел оптимизирован и имеет более компактный корпус и, в отличие от узла VT.COMBI, не имеет встроенного перепускного клапана. Однако в этом узле, так же как и в узле VT.COMBI, имеется балансировочный клапан байпаса, балансировочный клапан первичного контура, которые позволяют осуществить его настройку практически для любой системы.