Терморегуляторы для двухтрубных систем отопления

Терморегулирующая арматура уже давно не роскошь и не прихоть капризных хозяев. Применяя ее, не только создают комфортный микроклимат в помещении, но и существенно сокращают эксплуатационные расходы. Каким образом? Да очень просто. Как правило, и в жилых, и в хозяйственных помещениях помимо радиаторов отопления есть и другие, неучтенные тепловым расчетом источники тепла, такие, как бытовые электроприборы, кухонные плиты и др. Да что там бытовые приборы, даже солнечные лучи способны привести к повышению комнатной температуры. Автоматически поддерживать заданный температурный режим можно с помощью регулирующих клапанов с термостатическими головками. Таким образом, сокращая тепловой поток каждого радиатора в периоды неучтенных теплопоступлений, уменьшают общие энергозатраты на отопление. Исследования, проведенные в России и за рубежом, показали, что оснащение отопительных приборов индивидуальными автоматическими терморегуляторами позволяет уменьшить расход тепловой энергии на отопление на 10-20% (в зависимости от типа терморегуляторов и условий их эксплуатации) в основном за счет снижения перегрева помещения. А в некоторых частных случаях экономия может быть существенно выше.

ЦИВИЛИЗОВАННЫЙ ПОДХОД
Требования по использованию автоматических терморегуляторов прописаны в официальных документах. СНиП 41-01-2003 настоятельно рекомендует оснащать отопительные приборы в помещениях жилых и административных зданий терморегулирующими клапанами (термостатами). А вот московские городские строительные нормы МГСН 2.01-99 и аналогичные нормативы, введенные в ряд регионов России, более жесткие и предписывают обязательную установку термостатов в жилых и некоторых общественных помещениях.

ДРУЖНАЯ КОМПАНИЯ
Терморегулятор включает в себя два обязательных компонента — терморегулирующий вентиль (ТРВ, он же клапан) и механизм воздействия на шток клапана (термостатическая головка или термоэлемент). По определению ТРВ обеспечивает регулирование теплоотдачи отопительного прибора системы отопления, изменяя расход теплоносителя через прибор в зависимости от изменения температуры воздуха в обслуживаемом помещении. Вентиль состоит из корпуса (обычно из цветного металла) и штока с золотником (конусом), перекрывающим проходное сечение седла.

Регулировать температуру можно вручную или автоматически. Поворотом маховика вентиля приводят в движение шток клапана, изменяя проходное сечение седла и тем самым температуру отопительного прибора (радиатора или конвектора). При этом следует иметь в виду, что способ ручного регулирования не эффективен, а защитный колпачок клапана для этих действий не предназначен, на чем многие производители специально акцентируют внимание.

Для автоматического управления роль «напарника» термовентиля играет термоголовка. Изменения температуры воздуха в помещении воспринимаются установленным в ней термобаллоном (сильфоном), заполненным специальным веществом (жидкостью, газом или парафином, а иногда и керосином). При нагревании оно расширяется или меняет свое агрегатное состояние, сильфон растягивается и воздействует на шток вентиля, который начинает поступательно двигаться (выдавливаться из термобаллона).

В итоге конус перекрывает площадь проходного сечения седла, уменьшая расход  теплоносителя. При охлаждениисобытия происходят в обратном порядке: наполнитель сужается, шток втягивается, и сечение открывается.

Поскольку шток клапана находится в постоянном движении, качество исполнения ТРВ очень важно. Выход из строя сальника, старение уплотнителей, а также коррозия штока, пружины либо корпуса могут привести к неудовлетворительной работе или даже поломке клапана. К тому же, если место соединения клапана и радиатора сильно прокорродирует, возможно, придется менять и радиатор. Поэтому лучше сразу оборудовать отопительные приборы качественными клапанами.

ТИПЫ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОВ
В зависимости от вида и конфигурации отопительной системы применяют клапаны пониженного или повышенного гидравлического сопротивления. В нашей стране распространены два типа систем отопления — одно- и двухтрубная.

Однотрубные системы устраивают по одной из двух схем. В более простом варианте все отопительные приборы последовательно связывают друг с другом трубами, при этом стояк как таковой отсутствует, и теплоноситель подается сверху вниз, поступая в каждый последующий прибор, уже охладившись в предыдущем. Чтобы компенсировать недостаток температурного напора, обычно на нижних этажах монтируют отопительные приборы большего размера. Такая система регулированию не поддается в принципе. Если установить термостат на одном радиаторе, это сразу же скажется на всей цепочке.

В более продвинутом варианте однотрубной системы стояк существует, и вода от него частично отводится в каждый из отопительных приборов, после чего вновь возвращается в стояк. Другая часть воды проходит мимо прибора по обводному каналу (байпасу). Выражаясь языком профессионалов, это проточная система с замыкающими участками. В такой системе вода остывает меньше. Здесь уже можно регулировать ее количество, поступающее в каждый из нагревательных приборов, с помощью вентиля, устанавливаемого на верхней подводящей трубе.

Такая схема не в полной мере предназначена для регулирования, потому что при закрытии одного из термоклапанов вода проходит по байпасу мимо этого отопительного прибора в последующие, не охладившись, что может вызвать срабатывание остальных терморегуляторов в лавинообразном режиме.

Еще одним недостатком однотрубных систем является повышение температуры обратной воды на выходе из стояка при закрытии термостатических клапанов, что недопустимо при централизованном теплоснабжении.

В регулируемых однотрубных системах отопления используют клапаны малого гидравлического сопротивления, чтобы в отопительный прибор попадало как можно больше воды (по отношению к ее расходу через замыкающий участок).

Двухтрубная система лишена этих недостатков. В ней отопительные приборы подключены к двум стоякам параллельно друг другу: из подающего вода подается в радиаторы, по обратному — возвращается из них. Эта схема позволяет регулировать количество теплоносителя, поступающего в каждый отопительный прибор.

Терморегуляторы для двухтрубных систем отопления рассчитаны на работу с большими перепадами давления, так как гидравлическая балансировка системы во многом происходит за счет высоких потерь давления на клапанах.

Чтобы обеспечить эти потери, регулирующие клапаны терморегуляторов имеют большое гидравлическое сопротивление (на порядок больше, чем у клапанов для однотрубной системы), а значит, малое проходное сечение.

Более того, все термостатические клапаны для двухтрубных систем можно разделить на две группы: с предварительной настройкой гидравлического сопротивления и без нее. Если использовать клапаны без предварительной настройки, то в основном все отопительные приборы на стояке будут иметь примерно одинаковый расход теплоносителя, в то время как он должен устанавливаться в зависимости от мощности, а точнее, от теплопотерь помещения, которые необходимо компенсировать. Например, если через радиатор проходит больше теплоносителя, чем нужно, то помещение окажется перегрето, если меньше, то температура воздуха будет ниже требуемой.

Следовательно, предпочтительнее клапаны с предварительной настройкой. Задание правильных значений настройки на клапанах обеспечит оптимальный расход и комфортную температуру в каждом помещении.

Не стоит забывать, что в системе отопления, где теплоотдачей отопительных приборов управляют с помощью радиаторныхтерморегуляторов, во избежание возникновения чрезмерного шума из-за существенного перепада давления на термостатических вентилях целесообразно устанавливать на стояках автоматические балансировочные клапаны.

«ПРОПУСК» ЧЕРЕЗ КЛАПАН
Гидравлические характеристики регулирующей арматуры в отечественной практике обычно представлены коэффициентами местного сопротивления или характеристиками сопротивления, которые определяются потерями давления на участке трубы при постоянном расходе.

Иногда можно встретить зависимость потерь давления на рассматриваемом участке от различных значений расхода теплоносителя и уровней предварительной настройки клапана.

Однако многие фирмы пользуются зарубежным опытом и для характеристики термостатов используют расходные коэффициенты Кv и Кvs (или коэффициенты пропускной способности клапана). Кv определяет расход теплоносителя через клапан с установленным термоэлементом (куб.м/ч) и зависит от положения штока клапана, а также положения устройства предварительной монтажной настройки (если такое имеется). Кvs показывает максимальный проток через клапан при снятой термостатической головке или защитном колпачке и максимальном открытии устройства предварительной монтажной настройки.

На основе значений Кv и Кvs или после пересчета их на значения местного сопротивления вычисляются коэффициенты затекания и определяются необходимые площади нагрева отопительных приборов.

Для однотрубных систем отопления желательно применять термостаты со значением v больше 1, а лучше выше 1,5. Для двухтрубных систем обычно выбирают термостаты с Кv в пределах 0,5-0,9. Полезно знать, что для них не столь важно это значение, так как главная задача — увеличить гидравлические потери на клапане.

УСТАНОВКА УПРАВЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
Как правило, термоголовку размещают на самом ТРВ. При этом для правильной регистрации температуры ее ось надо располагать горизонтально. При вертикальном расположении встроенный термодатчик находится в области влияния пристенных и восходящих тепловых потоков, температура которых отличается от средней температуры воздухав помещении, поэтому работа прибора будет искажена. Но если клапан смонтирован так, что ось штока вертикальна, выход тоже существует. Для правильной работы отопительного прибора в автоматическом режиме следует применять управляющие элементы с выносным датчиком, термоэлементы дистанционного управления, электрическую систему регулирования с термоэлектрическими приводами для регулирующих клапанов и комнатными термостатами, а иногда и с радиопередачей сигнала.

ВЗАИМОПОНИМАНИЕ НА РАССТОЯНИИ
При использовании терморегулятора со встроенным датчиком управляющий модуль крепят в таком месте, где он не закрыт посторонними предметами и не попадает в область прямого воздействия тепловых приборов. Он состоит из регулятора температуры (который «крутит» пользователь) и термочувствительного элемента, связанного с клапаном радиатора при помощи капиллярной трубки.

Обычно ее длина около 2 м, бывает и до 8 м. Термочувствительный элемент регистрирует комнатную температуру и благодаря изменению внутреннего давления наполняющей его жидкости активирует открытие или закрытие клапана, поддерживая заданную пользователем температуру.

Терморегулятор с дистанционным датчиком отличается тем, что в нем термоэлемент устанавливается отдельно от регулирующей ручки, и они могут находиться на значительном удалении друг от друга.

Управление термоэлектрическим приводом осуществляется от термостата, установленного в контролируемой зоне. Конструктивно привод представляет собой сильфон с термочувствительной жидкостью и расположенный поверх него нагревательный элемент. При подаче напряжения от термостата наполнитель сильфона нагревается, тот растягивается, воздействуя на нажимной шток, который, в свою очередь, перемещает рабочий шток терморегулирующего клапана. Термоэлектрические приводы применяются, как правило, в полностью автоматизированных системах отопления, охлаждения, вентиляторных конвекторах и системах «теплый пол». Управляющими устройствами могут быть мембранные, биметаллические или электронные термостаты.

Отдельно стоит сказать, что со специальными комнатными термостатами могут работать радиочастотные электронные головки. Принцип действия заключается в следующем: в помещении устанавливают термостат, по радиоканалу передающий управляющий сигнал на радиаторные головки. Такая система позволяет создавать индивидуальные временные расписания для двух различных зон (например, днем в спальне холодно, а в гостиной и на кухне тепло, а ночью — наоборот). Ею можно оснастить уже введенные в эксплуатацию помещения, так как она не требует прокладки проводов между элементами.

P. S. Чтобы оптимизировать расход теплоты и обеспечить комфортные условия в отапливаемых помещениях, важно не только использовать терморегуляторы, но и правильно спроектировать систему отопления с автоматическим регулированием температуры, грамотно выполнить монтаж и ввести систему в эксплуатацию. То есть весь этот комплекс работ следует доверить специалистам.

Обзор тероморегуляторов для двухтрубных систем отопления можно посмотреть в выпуске журнала «Всё для стройки и ремонта» серии «Потребитель» №35’2006