Как подобрать трехходовой клапан для теплых полов и дровяного котла

Если вы через поиск добрались до этой статьи, то наверняка уже что-то слышали о смесительной трубопроводной арматуре, применяющейся в системах отопления частных домов и квартир. Так что без долгих предисловий предлагаем обсудить 3 вопроса: как работает термостатический трехходовой клапан, где его нужно устанавливать и как правильно подобрать, чтобы не тратить лишних денег.

Принцип работы и виды клапанов

Задача любого 3-ходового вентиля – подать в магистраль воду требуемой температуры путем смешивания либо разделения 2 потоков. Соответственно, элемент оснащен тремя выходами, один из которых всегда открыт, а два других полностью или частично перекрываются в процессе работы. Отсюда и название крана – трехходовой (иногда еще говорят «трехходовый», что не есть правильно).

Примечание. Циркуляционный насос отопления всегда устанавливается именно со стороны открытого выхода, иначе схема будет функционировать некорректно, о чем мы писали ранее в другой инструкции.

По способу приготовления теплоносителя нужной температуры термостатические клапаны делятся на 2 группы, изображенные на фото:

1. Смесительные. В них подается 2 потока воды – горячий и охлажденный (входы обозначают буквами «А» и «В»), а из третьего патрубка (маркировка «АВ») идет смесь установленной температуры. На латунном корпусе стоит метка в виде сходящейся с двух направлений стрелочки.
2. Разделительные или распределительные. Поступающий теплоноситель делится на 2 потока регулируемой величины. Маркировка на корпусе – 2 расходящиеся стрелки либо буквы «А», «В» на выходных патрубках и «АВ» на входе.

Для справки. Существует третья разновидность 3-ходовых термоклапанов – перекидные. Они ставятся в настенные газовые котлы с водяным контуром и с помощью электропривода переключают движение потока между основным теплообменником отопления и вторичным, обеспечивающим ГВС. Вне теплогенераторов подобные элементы применяются крайне редко.

По принципу действия трехходовые краны тоже делятся на два типа – седельные и шаровые. Устройство первых похоже на обычные водопроводные вентили, только вместо резьбового штока используется нажимной. На нем закреплена тарелка, движущаяся между двумя седлами и перекрывающая 2 прохода поочередно. Нажатие на шток осуществляется тремя способами:

• встроенным термоэлементом
• термоголовкой с выносным температурным датчиком
• сервоприводом.

Как это происходит, показано на схеме и подробно расписано в другой нашей публикации.

Шаровые термосмесительные клапаны работают по принципу таких же кранов, только с тремя выходами. Управляются вручную или от электропривода, вращающего шток по команде автоматики. Элементы являются полнопроходными и отличаются высокой пропускной способностью, а значит, меньшим гидравлическим сопротивлением. Недостаток – зависимость от напряжения в электросети и необходимость установки блока бесперебойного питания (ИБП).

Где надо ставить 3-ходовой кран и когда он не нужен

Прежде чем заниматься подбором трехходового вентиля, желательно убедиться в том, что он действительно необходим. Ведь в интернете и в реальной жизни хватает советчиков, слабо понимающих суть вопроса. Итак, перечислим ситуации, когда этот вентиль реально нужен:

1. Для защиты твердотопливного котла от подачи холодного теплоносителя и выпадения конденсата на внутренних стенках топки.
2. Чтобы регулировать температуру воды в отопительных контурах.
3. Для ограничения нагрева теплоносителя в контурах теплого пола.

О конденсате, провоцирующем образование липких наростов на стенках камеры ТТ-котла, сказано немало, в том числе и на нашем ресурсе. Он появляется в процессе разогрева, когда температура в топке уже высокая, а вода из системы отопления поступает холодная. Чтобы этого избежать, подающая и обратная магистраль связывается байпасом, где и ставится 3-ходовой кран. Он заставляет теплоноситель из котлового бака течь по малому кругу, и только при нагреве до 50—60 °С начинает подмес воды из системы.

Важное замечание. Клапан служит элементом безопасности для чугунного теплообменника, если таковой установлен в вашем теплогенераторе. Представьте, что в доме отключили электричество на 1—2 часа, за которые радиаторная сеть успевает остыть. Без смесителя в разогретый котел резко пойдет холодная вода, когда электроснабжение возобновится. От такого перепада чугун испытает температурный шок и может треснуть.

Регулирование температуры в отопительных контурах с помощью смесительного узла необходимо в таких случаях:

• в сложных системах отопления, когда к общей гребенке надо подключить несколько линий с разными температурными режимами, например, радиаторная сеть, теплые полы и бойлер косвенного нагрева;
• при подключении тех же потребителей к буферной емкости – тепловому аккумулятору;
• при подаче нагретой воды в теплообменник вентиляционной приточной установки, задействованной для воздушного отопления загородного коттеджа.

Поскольку в греющие контуры теплых полов направляется теплоноситель с температурой не более 50 °С, а от котла может поступать и 85 °С, то ее следует ограничить. Обычно (но не всегда!) вопрос решается путем установки на распределительный коллектор смесительного узла с 3-ходовым вентилем. Последний смешивает охлажденную воду из напольных контуров с «внешним» теплоносителем, идущим от котла.

Теперь обозначим ситуации, когда покупка и монтаж смесителя (или разделителя) не обязательна:

1. Если протяженность каждой петли водяного теплого пола не превышает 50—60 м, чего вполне возможно добиться, то регулирование делается без смесительного узла. Вместо него на обратный коллектор ставятся головки типа RTL, ограничивающие поток по количеству теплоносителя.
2. Когда на обогрев частного дома поочередно работает 2—3 отопительных агрегата, поддерживающих постоянную температуру в сети не ниже 40 °С, то ставить трехходовой клапан для твердотопливного котла не нужно.
3. В системах отопления с естественной циркуляцией воды. Причина – перепад давления на клапане, препятствующий движению теплоносителя. То же касается теплоаккумуляторов, задействованных по самотечной схеме.

Примечание. В гравитационных системах используются трубы увеличенного диаметра DN40— DN50. Это значит, что для них придется купить не обычный муфтовый смеситель, а громоздкий вентиль фланцевого типа по приличной цене. Такое решение разумным не назовешь.

Если вас интересует, почему лучше выбрать головки RTL и как они управляют контурами напольного обогрева, посмотрите видео от опытного мастера и нашего эксперта Владимира Сухорукова:

Расчет пропускной способности

Просто подобрать трехходовой клапан по диаметру патрубка отопительного агрегата или подводящему трубопроводу не получится. Дело в том, что в процессе автоматического регулирования элемент создает переменное гидравлическое сопротивление, которое должен преодолевать циркуляционный насос, чтобы обеспечить требуемый расход теплоносителя. Путем расчета клапан подбирается таким образом, чтобы пропускать нужный объем воды при различных положениях штока.

Главная конструктивная характеристика любого 3-ходового вентиля – условная пропускная способность, обозначаемая буквой Kvs и выражаемая в м³/ч. Эта величина, указываемая в паспорте изделия, отражает количество холодного теплоносителя, проходящего через полностью открытый клапан за 1 час. При этом перепад давления на участке до регулятора и после него составляет 1 Бар.

Пример. Если через трехходовой кран с Kvs = 1.6 м³/ч пропустить именно такой объем воды в течение часа, то перепад давлений (гидравлическое сопротивление) составит 1 Бар или 10 м водного столба. Это слишком много для системы отопления частного дома, поэтому при расчетах принимается реальное падение давления – 0.15—0.2 Бар (1.5—2 м вод. ст.).

Чтобы выбрать регулирующий клапан по пропускной способности, сначала нужно определить расход теплоносителя, идущего по регулируемой линии. Используется такая формула:

Здесь:

• G – искомый расход воды, м³/ч;
• Q – тепловая нагрузка на ветвь отопления, кВт;
• ∆t – разница температур воды на подаче и в обратке, обычно принимается равной 20 °С, а в теплых полах – 10 °С.

Пример. Дом площадью 100 м² планируется отапливать напольными контурами, которые должны обеспечить теплоотдачу 10 кВт. Тогда на распределительный коллектор нужно подать G = 0.86 х 10 / 10 = 0.86 м³/ч теплоносителя.

Следующим шагом вычисляем реальный коэффициент K пропускной способности смесительного клапана с учетом перепада давления на нем 0.2 Бар по формуле:

Для того же примера величина К будет равна 0.86 / √0.2 = 0.86 / 0.45 = 1.9 м³/ч. Дальше открываем каталог выбранного производителя арматуры и подбираем из линейки трехходовой кран, чей Kvs равен или больше полученного значения. Возьмем известный бренд Danfoss (Данфосс) и выберем из серии изделий VRB3 клапан с патрубками DN15 и Kvs = 2.5 м³/ч. Предыдущий в ряду номинал составляет 1.6 м³/ч, чего явно недостаточно в нашем случае.

Для справки. Как правило, для твердотопливных котлов и теплых полов, устраиваемых в частных домах, применяются трехходовые клапаны с условным проходом DN15—DN25, не больше. А вот их пропускную способность необходимо высчитывать. Вдобавок после подбора элемента желательно проверить скорость протекающего теплоносителя, как об этом рассказывается в очередном видео:

Советы по выбору

Несведущий домовладелец, решивший в поисках трехходового клапана полистать каталог любой известной фирмы, может растеряться от количества и разнообразия предлагаемых изделий. Чтобы помочь вам выбрать нужный вентиль из широкого ассортимента, мы дадим несколько рекомендаций и начнем с перечня брендов, чьи каталоги вообще стоит открывать. Вот список известных фирм, чьи изделия заслуживают доверия:

• Danfoss (Дания);
• Herz Armaturen (Австрия);
• Honeywell (США);
• Icma (Италия);
• Esbe (Швеция);
• Caleffi (Италия).

Для справки. Перечисленные компании продают огромное количество разнообразной арматуры для отопительных систем, в том числе двухходовые, предохранительные и четырехходовые клапаны, электромагнитные шиберы и термостаты. Из производителей стран постсоветского пространства мы можем рекомендовать продукцию бренда Valtec (Валтек).

Теперь основной блок рекомендаций:

1. Для защиты твердотопливного котла от конденсата можно выбрать 2 вида трехходовых клапанов – с фиксированной настройкой и термоголовкой с выносным датчиком. Второй вариант обойдется дороже на 20—30% и не всегда оправдан, поскольку изменение температуры обратки здесь излишне. Приобретайте регулятор с внутренним термостатом, настроенным на температуру 50 либо 55 °С.
2. Чтобы управлять нагревом отдельных ветвей и контуров теплых полов, однозначно нужен 3-ходовой клапан с выносным датчиком и термостатической головкой. Колба датчика устанавливается на тот коллектор или трубопровод, чью температуру необходимо контролировать.
3. Шаровые (они же поворотные) регуляторы действуют в паре с электроприводом либо выставляются вручную. Если вы не хотите усложнять схему и зависеть от электричества, выбирайте подходящее по характеристикам изделие среди седельных клапанов, работающих от термоголовок.
4. Самый «ходовой» материал корпуса – латунь или бронза. Нержавеющие элементы стоят дороже, а чугунное литье боится температурного шока и обладает приличной массой.
5. В схемах с одинаковым успехом применяются как смесительные, так и разделительные трехходовые краны. Но если вы не являетесь специалистом в области отопления и собираете систему своими руками, то лучше возьмите клапан – смеситель. С ним проще разобраться и правильно поставить, о чем подробно расскажет эксперт в своем видеосюжете:

Две рекомендации напоследок

Поскольку мы представили упрощенную методику вычисления и подбора 3-ходового клапана по пропускной способности, настоятельно советуем проконсультироваться по этому поводу со знающими людьми. Если такой возможности нет, приобретайте вентиль с запасом, невзирая на цену. Есть и другой вариант: договоритесь с продавцом о возможной замене изделия на тот случай, если оно не подойдет.

Если вам необходимо смонтировать водяное отопление в большом коттедже, обогреваемом радиаторной сетью и теплыми полами, а ГВС планируется обеспечивать от бойлера косвенного нагрева, то без помощи опытных специалистов обойтись не удастся. Придется сделать от 4 до 10 регулируемых ветвей, для каждой из которых нужно рассчитать и подобрать трехходовой клапан, а потом сбалансировать их работу в комплексе.