2.8. Термостатическое оборудование.

1.4.1. Назначение и принцип работы. Преимущества и экономия.

Применение термостатических устройств это не блажь и не дань моде. Кроме создания комфортных условий это еще и ощутимая экономия эксплуатационных расходов.

Термостатические устройства устанавливаются в системе отопления здания непосредственно на отопительном приборе, либо перед ним, на трубе, подающей в него теплоноситель. После установки терморегуляторов отпадает необходимость открывать окна для регулирования температуры в помещениях. Терморегуляторы будут постоянно поддерживать заданную температуру. Они позволяют регулировать температуру в помещении в диапазоне от 6 С до 28 С на желаемом уровне с точностью +/-1 °С.

Исключая подачу "излишнего" тепла от отопительного прибора, терморегулятор препятствует перегреву помещения, обеспечивая в нем комфортную температуру воздуха. Кроме этого терморегуляторы позволяют экономить до 40% энергии, потребляемой на отопление зданий, обеспечивая снижение расхода потребляемого энергоносителя.

Так как процесс терморегулирования протекает плавно, без пороговых включений и отключений, система становится значительно более экономичной и регулирует сама себя. При этом нет необходимости в комплектации котлов дорогостоящими электронными блоками управления, а комфортность отопления несравнимо лучше. Появляется возможность устраивать в каждой регулируемой зоне свой микроклимат, а также уменьшать расход энергии, за счет снижения температуры в неиспользуемых зонах и оптимального использования тепла в помещениях. Нет необходимости открывать окна или устанавливать дополнительные приборы. Через открытую форточку вылетает не просто тепло, а тепло на которое потрачены деньги.

С 01.11.1994 г. в России введены в действие изменения СНиП 2.04.07-86* и СНиП 2.04.05-91* в соответствии с которыми проектным и строительным организациям при проектировании, строительстве новых и реконструкции существующих зданий и сооружений необходимо предусматривать оснащение отопительных приборов систем водяного отопления жилых и общественных зданий автоматическими терморегуляторами (Постановление Госстроя России № ЕЕ-19-25/13 от 28.12.93 г.).

Рассмотрим, подробней, устройство и работу терморегулятора. Радиаторный терморегулятор состоит из двух частей (см.рис.1.4.1): термостатического клапана и термостатического элемента (термоголовки).

Рис. 1.4.1 Разрез термоклапана с термоголовкой

Термостатический элемент содержит в себе чувствительный элемент в виде сильфона , заполненного термочувствительной жидкостью и прикрепленного к сильфону толкателя, воздействующего на шпиндель клапана (см. рис 1.4.1. поз.1 и 2).При повышении температуры воздуха в помещении жидкость увеличивается в объеме и разжимает сифон и перемещает шток 2, который через настроечный барабан с пружиной 3 перемещает золотник клана 4. При этом теплоотдача прибора отопления и, соответственно температура в помещении уменьшаются.

Когда температура в помещении опускается ниже заданного значения , жидкость в сифоне сжимается и золотник клапана поднимается , увеличивается проток теплоносителя через отопительный прибор. Теплоотдача прибора возрастает и температура в помещении восстанавливается.

Меняя сжатие настроечной пружины поворотом рукоятки термоэлемента можно его настроить на любую температуру в диапазоне от 6 до 28(30) С. Относительная шкала температур нанесена на рукоятке термоэлемента и отображена в таблице 1.4.1. При настройке температуры соответствующий индекс должен быть совмещен с цветной меткой или выпуклостью на корпусе. Термостатическая головка устроена таким образом, что не позволяет полностью перекрыть радиатор. При снижении температуры в помещении до +6 °С термоголовка открывается и поддерживает в помещении температуру не позволяющую привести к размораживанию системы. Значок * показывает, что данное положение термоголовки позволяет снизить температуру помещения до +6 °С но циркуляция жидкости не прекращается и автоматически предотвращается замерзание прибора. Оптимальная температура 20 °С обозначена точкой (•) или значком "сердечко"

Таблица 1.4.1.

1.4.2. Основные виды термостатирующих устройств

Выбор термоэлемента зависит от условий размещения отопительного прибора и терморегулятора, так "стандарт", "дизайн", "мини" применяются при открытом размещении отопительного прибора и горизонтальном расположении оси термоэлемента. Модели с выносным регулятором используются при размещении отопительного прибора и клапана за декоративным экраном или в удаленном месте. Элемент дистанционного управления следует размещать на свободной от мебели стене в затененном от прямых солнечных лучей месте на высоте 1,2-1,5 м от пола. Все термоэлементы являются универсальными и могут применяться с любыми регулирующими клапанами данной фирмы.

Рис 1.4.2. Правильное расположение термоэлементов

Термоклапаны выбираются в зависимости от вида и конфигурации отопительной системы: однотрубная или двухтрубная система, стояковая или горизонтальная разводка. От способа подключения труб(из стены, из пола, боковое подключение) зависит выбор исполнения : прямой, угловой, специальный.

Также тип и размер регулятора выбирается исходя из пропускной способности клапана. Необходимая пропускная способность Kv , м3/ч, может быть определена по следующей формуле:

Kv =V/(?P)°'5 ,

где V - расчетный расход теплоносителя через клапан, м3/ч ;

?Р - перепад давления на клапане при расчетной нагрузке (принимается в расчетах 0,1-0,3 бара), бар

Наиболее часто используемые виды термостатирующих устройств представлены в таблице 1.4.2.

1.4.3. Основная концепция применения термостатических устройств.

Термостатические устройства являются конечной автоматикой, обеспечивающей независимую по комнатную (или по контурную) регулировку. Автоматическое управление происходит после разовой предварительной настройки на требуемый режим. Таким способом достигается расход тепла на управляемом контуре строго в соответствии с его потребностями и непрерывно во времени. Принципиально регулирование происходит с помощью ограничения массового расхода теплоносителя, а соответственно количества тепла Q, через термостатический клапан. Требуемый режим может быть оперативно изменен в соответствии с потребностями людей находящихся в помещении с отопительным прибором, оснащенным термостатом.

При такой схеме система отопления поддерживает выделяемое суммарное количество тепла равным суммарным потерям тепла через тепловые ограждения. Это происходит полностью автоматически, при этом система может оперативно реагировать на их изменение. Для поддержания соответствующего количества тепла, выделяемого котлом вполне достаточно базовой автоматики котла, т.е. автоматического поддержания заданной температуры теплоносителя внутри котла или температуры обратной линии.

При наличии в системе нескольких независимых контуров с собственными насосами автоматическое управление каждым таким отдельным контуром может потребовать организации узла подмеса. Такой узел также может быть создан с помощью термостатической арматуры.

На данный момент в продаже появились сложные электронные устройства, позволяющие управлять одновременно работой котла в соответствии с показаниями электрического датчика внутри в дома (или уличного датчика, или и того и другого одновременно), а также несколькими отопительными контурами с помощью термосмесительных кранов с сервоприводами. Недостатком такой системы управления температурой внутри дома является то, что один датчик внутри дома не может объективно снимать показания, тем более уличный, так как он может "врать" из-за ветра, солнца, тепла от дома и т.п. При этом для достижения необходимого комфорта по помещениям без конечной автоматики все равно не обойтись, а применяемая в таких случаях термостатика вполне самодостаточна. Централизованное управление узлами подмеса также не имеет особого смысла, даже тогда когда необходимо установить трехходовой термосмесительный вентиль с электрическим сервоприводом (обычно их применяют когда необходима очень большая пропускная способность).

Применение электронных устройств может быть оправдано при управлении каскадом из нескольких котлов или котлов с горелками, имеющими две ступени и более.

При организации системы отопления частного дома с помощью термостатической арматуры можно решить все задачи ее управления в подавляющем количестве случаев.

1.4.4. Технические параметры

Таблица 1.4.2.

1.4.5. Особенности применения некоторых видов термостатирующих устройств Особенности применения четырехходовых клапанов.

Термостатический четырехходовый клапан VTA-40 предназначен для радиаторов (алюминиевых, чугунных) с одноместным подключением "снизу" в двух или однотрубных системах. Особенно это удобно для трубопроводов проложенных в полу или в стене. Четырехходовый клапан монтируется в нижней части радиатора сбоку и подключается к трубопроводам согласно стрелок, указанных на корпусе клапана. Конструкция клапана включает запорно-регулирующий винт, который позволяет производить гидравлическую настройку и делает возможным отключение радиатора. При закрытом клапане термостата возможен демонтаж радиатора без слива воды в системе. Подключение к радиатору осуществляется присоединителем с ланцетной трубкой и снабжено клинкеритовой прокладкой. Подключение клапана через отдельный соединитель с ланцетной трубкой упрощает монтаж радиатора. Радиатор монтируется на клапан с предварительно установленным в нем присоединителем с ланцетной трубкой. Это позволяет избежать повреждений трубки и сложностей при монтаже в узких нишах, а также снимать и устанавливать радиаторы на действующих системах.

Четырехходовые клапаны для однотрубных систем имеют внутри клапана байпас для перепуска 40% теплоносителя в обратную магистраль.

Особенности применения термостатики для отопления полом.

В случае совместного функционирования систем отопления полом (СОП) и традиционным радиаторным отоплением с параметрами 90С/70С необходимо использовать узлы подмеса (см. раздел 2.3.5.), понижающие параметры теплоносителя 60С/50С. Схема смесительной установки с фиксацией диапазона регулирования температуры подачи представлена на рисунке 1.4.1. Установка накладного датчика термостата производится на подающий трубопровод после насоса либо на трубопровод обратки. Ручной дроссель (6) (кран) грубой регулировки должен быть отрегулирован так чтобы при максимальных параметрах воды в котле и максимально открытом клапане 3 температура подачи в СОП не превышала 60С. Схема с использованием трехходового термостатического клапана на узле смешения рис 1.4.2. позволяет более динамично изменить температуру в СОП. Возможно также использование трехходового клапана (код Т082 или Т083) разделительного типа установив его на обратке (см. рис. 1.4.3.). Рассмотренные системы реализуют т.н. центральное количественное регулирование, т.е. регулирование температуры воды, подаваемой во всю систему.

Дополнительно можно применить т.н. местное регулирование количественного типа (дроссельное). Получается оно посредством использования на распределителе СОП на соответствующих контурах вентилей с приводами, управляемыми термостатом из помещения ТР (рис. 1.4.2.).

В качестве термостатов возможно применение термостатов с дистанционным регулированием или электронные регуляторы в комплекте с термоприводом. Это регулирование позволяет поддерживать температуру в помещении на заданном уровне.

Предварительное регулирование греющих контуров основывается на выравнивании гидравлических сопротивлений потока через греющий контур, питающихся от общего распределителя, с целью обеспечения запланированного потока массы воды, текущей через каждый отдельный греющий контур.

Оно реализуется за счет подбора соответствующих настроек на регулирующих вентилях, размещенных на обратном распределителе, в соответствии с характеристиками предоставляемыми производителем.

Распределители устанавливаются в шкафчиках наружных или встраиваемых, что придает эстетичный вид оборудованию и обеспечивает защиту от несанкционированного доступа.

Особенности применения жидкостных и электрических датчиков.

Автоматическое регулирование температуры воздуха в помещении возможно как с помощью простых радиаторных термостатов с жидкостными датчиками, не требующих вспомогательного питания, так и электронных регуляторов с электрическими приводами (термоприводы). Они более дорогие, чем жидкостные, но более точные (Т=+-0,ЗС) и самое главное электронные регуляторы могут быть установлены на любом расстоянии и в любом месте.

При установке термостата с жидкостным датчиком следует руководствоваться правилами:

• датчик всегда должен быть в состоянии реагировать на температуру воздуха в помещении. Для этого термостаты со встроенным датчиком нужно располагать горизонтально, чтобы окружающий воздух мог беспрепятственно циркулировать вокруг датчика. Если установить датчик вертикально, тепловое воздействие корпуса клапана и, возможно, наружных отопительных труб приведет к неправильной работе термостата.

• Термостаты с дистанционным регулированием следует применять в тех случаях, когда:

. место установки термостата закрыто глухой занавеской; экраном или удалено от клапанов на

большое расстояние (до 8 м).

. тепловой поток от трубопроводов системы отопления воздействует на встроенный

температурный датчик;

. термостат располагается в зоне сквозняка;

. требуется вертикальная установка термоголовки.

. блок дистанционной настройки рекомендуется устанавливать на свободной от мебели и занавесок стене и вдали от бытовых источников тепла таких, как отопительные приборы, телевизоры, холодильники и пр.

. блок дистанционной настройки соединяется с клапаном, установленным на клапане, при помощи капиллярной трубки, которая производится длиной 2-8 м. При этом небольшая толщина трубки

позволяет размещать ее под обоями или вдоль плинтуса. Блок настройки размещают на высоте 1,2-1,5 м. от пола.

Для электронных регуляторов расположение блока управления такое же- на высоте 1,2-1,5 м от пола.

Электронный термостат может работать одновременно совместно с шестью исполнительными датчиками двухпозиционного регулирования (открыто - закрыто). Исполнительный датчик (термопривод) представляет собой термический элемент с наполнителем, разогреваемым электроспиралью. Включение электроспирали происходит через внешний контакт электронного термостата. Расширяющийся наполнитель приводит в действие шток клапана, изменяя тем самым расход воды через клапан и, как следствие, температуру в помещении. При отключении тока привод закрывает (открывает) клапан. Термопривод работает абсолютно бесшумно и не требует профилактического обслуживания. При монтаже следует избегать положения, при котором привод расположен ниже оси шпинделя вентиля.

1.4.6. Различие при работе с однотрубными и двухтрубными системами.

Регулирующие клапаны подразделяются на клапаны, которые могут быть использованы для двухтрубных систем отопления, например, TS-90 клапаны для одно- и двухтрубных систем TS-90Е и клапаны для однотрубных систем TS-E.

Клапаны TS-90 являются клапанами повышенного гидравлического сопротивления. Требуемая пропускная способность KV клапана определяется в ходе гидравлического расчета системы отопления.

При предварительном выборе требуемого гидравлического сопротивления клапана следует соблюдать следующие условия:

а) необходимо, чтобы требуемое гидравлическое сопротивление клапана лежало в пределах от 0,1 до 0,3 бар. При перепаде давления на клапане свыше 0,3 бар возможно шумообразование. Предельный перепад, при превышении которого перестает работать термоэлемент, составляет 0,6 бар;

б) сопротивление клапана Р должно быть, как минимум, в полтора раза больше естественного давления Н для самого верхнего отопительного прибора системы при расчетных параметрах теплоносителя, чтобы обеспечить гидравлическую устойчивость системы.

При конструировании двухтрубной системы отопления с терморегуляторами следует отдавать предпочтение либо системе с вертикальными стояками и нижней разводкой разводящих магистралей, либо горизонтальной поэтажной системе. Диаметры регулирующих клапанов выбираются обычно по диаметру присоединительного отверстия или штуцера отопительного прибора, а диаметры трубопроводов - по допустимой скорости движения теплоносителя, либо по удельной потере давления на трение, исходя из располагаемого давления на систему в целом с учетом вышеизложенных рекомендаций по определению потерь давления в клапанах.

Клапаны TS-E являются проходными клапанами пониженного гидравлического сопротивления и предназначены для использования в однотрубных системах отопления с замыкающими участками.

Обычно диаметр клапана принимается по размеру пробки или штуцера отопительного прибора. Однако предпочтение следует отдавать клапану диаметром 20 мм при диаметре замыкающего участка 15 мм. При этом будет достигнут наибольший коэффициент затекания теплоносителя в отопительный прибор и, соответственно, меньшая требуемая его поверхность нагрева.

Терморегуляторами гарнитур 2000 оснащены специальные обвязки отопительных приборов для двухтрубных и однотрубных систем, предусматривающие возможность нижнего подключения к приборам с помощью уплотнительных фитингов трубопроводов из металлопластиковых труб, прокладываемых по плинтусам или в полу. Такие обвязки находят распространение в системах отопления коттеджей и в поквартирных системах многоэтажных зданий.

В однотрубных системах целесообразно применять трехходовые термостаты, обеспечивающие удобное подключение к прибору и монтаж замыкающего участка. Среди наиболее интересных термостатов этого типа выделяются трехходовой вентиль типа "CALIS-TS-E-3-D", у которых оси термостатических головок перпендикулярны плоскости стены. Отметим, что гидравлические характеристики радиаторных узлов с трехходовыми термостатами определяют перепад давлений между подводящим и обратным патрубками у замыкающего участка, зависят от настройки на коэффициент затекания, расхода теплоносителя в стояке и от гидравлических характеристик отопительных приборов.

1.4.7. Гидравлические критерии.

Для многоэтажных домов с разветвленной двухтрубной системой необходима предварительная настройка радиаторных клапанов и гидравлическая балансировка стояков, результатом которой будет ограничение максимального расхода воды через стояк и через конкретный радиатор. Степень этого ограничения определяется проектом.

Принципиально возможно производить предварительную настройку на радиаторе двумя способами:

. механически ограничивая движение штока термостатического клапана в сторону его открытия (клапан TS-90V);

. создавая дополнительное гидравлическое сопротивление на обратной подводке радиатора (вентиль запорный код Т).

Первый способ предполагает совмещение в одном устройстве функций предварительной настройки и регулирования. Термостатический клапан, конструктивно выполненный с возможностью предварительной настройки, устанавливается обычно на подающей подводке радиатора.

Реализация второго способа требует установки на обратной подводке радиатора ручного регулирующего клапана, который может выполнять также функции запорного устройства, в то время как на подающей подводке радиатора должен устанавливаться термостатический клапан, конструкция которого не допускает возможности предварительной настройки (клапан TS-90).

Для гидравлической увязки стояков используются балансировочные вентили (код Т089-Т158).

Эти клапаны выполняют роль дросселирующих диафрагм переменного гидравлического сопротивления. Клапаны представляют собой устройства вентильного типа с механическими ограничителями подъема шпинделя. Они одновременно могут применяться в качестве запорного устройства. С помощью имеющихся на корпусе клапана ниппелей имеется возможность настроить клапан на требуемое гидравлическое сопротивление или соответствующий ему расход воды. Для этого необходимо измерить перепад давления на клапане любыми стандартными манометрами, а затем по формуле (1) предыдущего параграфа или по специальным номограммам по измеренному перепаду давления и известному К, который соответствует конкретному подъему шпинделя, находится действительный расход воды через клапан.