Смесительный узел для теплого пола

Использование системы «теплый пол» для отопления помещений уже перестало быть новшеством. Многие оборудуют теплыми полами, если не весь дом, то отдельные помещения, например, ванную комнату или гостиную. Конечно, одновременно с теплыми полами используются и другие отопительные приборы, например, привычные всем радиаторы. «Теплые полы» относятся к низкотемпературным отопительным системам, а радиаторы отопления – к высокотемпературным, поэтому обязательным элементом в системе теплого пола является смесительный узел теплого пола. Основная функция данного узла – смешивать, что и следует из названия. Для чего нужен смесительный узел, что с чем он смешивает, каков принцип его работы, а также алгоритм монтажа и настройки – все это мы расскажем в данной статье. Также приведем примеры рабочих схем установки смесительного узла в контур отопления и обозначим нюансы.

1. Зачем нужен смесительный узел для теплого пола
2. Как работает узел подмеса для теплого пола
   • Смесительный узел с двухходовым клапаном
   • Смесительный узел с трехходовым клапаном
3. Схема смесительного узла теплого пола
4. Настройка смесительного насосного узла для теплого пола

 

Зачем нужен смесительный узел для теплого пола

 

Необходимо сразу уточнить, что смесительный узел необходим только для водяной системы теплого пола, так как в ней течет тот же теплоноситель, что и в радиаторах отопления. Как правило, система отопления организована таким образом: один котел, нагревающий теплоноситель, контур высокотемпературных радиаторов и контур или несколько контуров водяного теплого пола.

Котел, естественно, нагревает воду до той температуры, которая требуется для высокотемпературных радиаторов. Чаще всего это 95 °С, но иногда используются радиаторы для температуры 85 – 75 °С. По санитарным нормам температура поверхности пола не должна превышать 31 °С, это связано со множеством причин, и в первую очередь с комфортным пребыванием на напольном покрытии, чтобы не было ни холодно, ни жарко. Учитывая толщину стяжки пола, в которой вмурованы трубы системы «теплый пол», а также толщину и тип напольного покрытия, температура теплоносителя в трубах теплого пола должна быть 35 – 55 °С и не выше. Логично предположить, что в контур отопления теплого пола нельзя направлять воду непосредственно из котла, так как ее температура слишком велика. Что же делать? Как понизить температуру теплоносителя?

Именно с целью понизить температуру теплоносителя на входе в контур теплого пола используется узел смешения для теплого пола. В нем смешивается горячий теплоноситель и более холодный теплоноситель обратки теплого пола. Как результат, средняя температура становится ниже, теплоноситель подается в контур. Все контуры отопления в доме работают корректно: в радиаторный контур подается горячая вода температурой 95 °С, а в контур теплого пола – с температурой 55 °С.

Если вас интересует вопрос, можно ли обойтись без смесительного узла и в каких ситуациях, то ответим – такое возможно. Если отопление во всем доме выполнено с помощью низкотемпературных контуров, а источник тепла подогревает теплоноситель только для системы отопления до заданной температуры, то смесительные узлы можно не использовать. Примером такой системы отопления может быть использование воздушного теплового насоса. Если же источник тепла нагревает воду не только для теплых полов, но и для душа, температура которого – 65 – 75 °С, то установка смесительного узла обязательна.

 

Как работает узел подмеса для теплого пола

 

Условно работу смесительного узла можно описать так: горячий теплоноситель доходит до коллектора теплого пола и упирается в предохранительный клапан с термостатом, если его температура выше требуемой, клапан срабатывает и открывает подачу холодной обратки, происходит подмес – смешивание горячего и холодного теплоносителя. Как только температура достигает требуемых значений, снова срабатывает клапан и перекрывает подачу горячего теплоносителя. Более детально работу узла мы рассмотрим ниже, так как она может быть организована двумя путями.

Коллекторный узел для теплого пола служит не только для регулировки температуры теплоносителя, но и для обеспечения его циркуляции в контуре. Поэтому коллекторный узел состоит из двух основных элементов:

• Предохранительный клапан, о котором мы уже говорили. Он подпитывает контур отопления теплого пола горячим теплоносителем ровно настолько, насколько это необходимо, контролируя температуру на входе.
• Циркуляционный насос, который обеспечивает движение воды в контуре теплого пола с заданной скоростью. Это гарантирует, что нагрев всей площади теплого пола будет равномерным.

Помимо основных элементов в смесительный узел могут входить: байпас, который защищает узел от перегрузок, дренажные и отсекающие клапаны и воздухоотводчики. Поэтому коллекторный смесительный узел может быть выполнен различными способами в зависимости от поставленных задач.

Смесительный узел устанавливается всегда до контура теплого пола, но само место его установки может быть различным. Например, его можно оборудовать непосредственно в помещении с теплым полом, в котельной на разделении коллекторов, идущих в высокотемпературный контур и низкотемпературный контур. Если же помещений с теплыми полами много, то смесительные узлы устанавливаются в каждом помещении отдельно или в ближайшем коллекторном шкафу.

Основное различие в работе смесительных узлов заключается в том, что в них можно использовать разные предохранительные клапаны. Самыми распространенными являются 3-х ходовые клапаны и 2-х ходовые клапаны.

 

Смесительный узел с двухходовым клапаном

Двухходовый клапан иногда еще называют питающим клапаном. На этом клапане установлена термостатическая головка с жидкостным датчиком, который постоянно контролирует температуру теплоносителя, поступающего в контур теплого пола. Головка открывает и закрывает клапан, и таким образом добавляет или отсекает подачу горячего теплоносителя, идущего от котла отопления.

Получается, что смешение теплоносителей происходит таким образом – теплоноситель из обратки подается постоянно, а горячий теплоноситель подается только, когда необходимо, т.е. его подача регулируется клапаном. В связи с этим теплый пол никогда не перегревается и срок его эксплуатации продлевается. Двухходовый клапан обладает малой пропускной способностью, благодаря чему регулирование температуры теплоносителя происходит плавно, без резких скачков.

Большинство специалистов по монтажу теплых полов предпочитают устанавливать в теплый пол водяной смесительный узел с двухходовым клапаном. Но существует ограничение – их нецелесообразно устанавливать, если отапливаемая площадь больше 200 м2.

 

Смесительный узел с трехходовым клапаном

Трехходовый клапан совмещает в себе функции питающего перепускного клапана и байпасного балансировочного крана. Основное его отличие в том, что он смешивает внутри себя горячий теплоноситель с холодной обраткой. Трехходовые клапаны довольно часто оснащаются сервоприводами, которые управляют термостатическими устройствами и погодозависимыми контролерами. Внутри такого клапана находится заслонка, которая располагается в зоне 90 ° между трубой подачи горячего теплоносителя от котла и трубой от обратки. Можно выставлять любое положение – срединное или с уклоном в одну из сторон в зависимости от необходимого соотношения смеси обратки и горячей воды.

Считается, что такой тип клапанов универсален и незаменим в системах отопления с погодозависимыми контролерами и просто в крупномасштабных системах с множеством контуров.

Также следует обозначить недостатки трехходовых клапанов. Во-первых, не исключается случай, когда по сигналу от термостата трехходовый клапан откроется и впустит горячий теплоноситель с температурой 95 °С в контур теплого пола. Резкие скачки температуры недопустимы в эксплуатации теплых полов, трубы могут лопнуть от избыточного давления. Во-вторых, по причине большой пропускной способности трехходовых клапанов даже минимальное смещение в регулировке клапана приведет к значительному изменению температуры в контуре.

Зачем используется погодозависимая арматура? Чтобы изменять мощность системы «теплый пол» в зависимости от погодных условий. Например, при резком снижении температуры за бортом помещение остывает быстрее, а значит, теплый пол не будет справляться с задачей отопления дома. Дабы повысить его эффективность, необходимо увеличить температуру теплоносителя и расход.

Конечно, можно использовать клапаны с ручным управлением и каждый раз при изменении температуры вручную подкручивать вентиль. Но установить оптимальный режим таким образом сложно. Поэтому используются клапаны с автоматическим управлением. Погодозависимый контроллер вычисляет необходимую температуру и управляет клапаном очень плавно. Весь спектр 90 ° разбит на 20 участков по 4,5 °. Контроллер проверяет температуру каждые 20 секунд,  и если фактическая температура теплоносителя, подающегося в теплый пол, не соответствует расчетной, то контроллер поворачивает клапан на 4,5 ° в необходимую сторону.

Также контроллер позволяет экономить на энергоносителях. Если все жильцы дома отсутствуют, он снижает температуру дома и поддерживает ее в пределах заданного значения.

 

Схема смесительного узла теплого пола

 

Ниже представлены самые распространенные схемы смесительных узлов, но на самом деле их значительно больше. Смешение теплоносителей можно производить как до коллекторов, так и непосредственно на каждом отводе коллекторных групп. При этом каждую коллекторную группу необходимо будет оборудовать своими термостатами, расходомерами и клапанами.

Схемы смесительных узлов (так выглядит узел теплого пола в сборе):

• Смесительный узел для теплого пола Valtec для одного контура (до 20 м2.)

• Смесительный узел для теплого пола Valtec для одного контура (до 20 м2.) с автоматической регулировкой

• Коллектор теплого пола Valtec для 2 - 4 контуров (20-60 м2.)

• Смесительный узел для теплого пола Valtec для 2 - 4 контуров (20-60 м2.) с автоматической регулировкой

• Коллектор теплого пола Valtec для 3-12 контуров (30-150 м2.)

1. Балансировочный клапан вторичного контура.

С помощью балансировочного клапана выполняется регулировка соотношения расходов горячего теплоносителя и холодного теплоносителя из обратки. Фактически задается температура в контуре теплого пола. Поворот клапана выполняется с помощью шестигранного ключа. Чтобы случайно не сместить положение клапана, он фиксируется с помощью зажимного винта. Также на клапане имеется шкала расхода – пропускной способности клапана от 0 до 5 м3/час.

2. Балансировочно-запорный клапан радиаторного контура.

Данный клапан используется для связки смесительного узла со всеми остальными элементами системы. Клапан поворачивается также с помощью шестигранного ключа.

3. Перепускной клапан.

Это предохранительный клапан, задача которого защищать насос от режима, при котором проток теплоносителя через него прекращается. Данный клапан срабатывает, если давление в системе снижается до заданного значения. Значение устанавливается ручкой.

 

Схемы установки смесительных узлов:

Также схемы отличаются в зависимости от того, однотрубная система отопления или двухтрубная. Например, при однотрубной системе байпас всегда в открытом положении, чтобы часть горячего теплоносителя всегда могла следовать дальше по направлению к радиаторам (фото ниже).

В двухтрубной системе отопления байпас закрыт, так как в нем нет необходимости (фото ниже).

Обратите внимание, что коллекторную группу теплого пола не обязательно устанавливать до радиаторного контура. Если площадь дома не слишком большая и падение температуры теплоносителя не слишком велико, то коллектор со смесительным узлом можно устанавливать на обратке радиаторного контура.

 

Настройка смесительного насосного узла для теплого пола

 

После установки смесительного узла согласно выбранной схемы его работу необходимо отрегулировать. Сама установка довольно простая, необходимо только подсоединить трубы друг другу, а вот настройка потребует разъяснений.

1. Термоголовку или сервопривод необходимо снять, чтобы они не влияли на узел в процессе настройки.

2. Перепускной клапан следует выставить в максимальное положение – 0,6 бар. Если случайно клапан сработает в процессе настройки, то результат будет некорректным. Поэтому его следует установить в такое положение, при котором он не сработает.

 

3. Далее следует рассчитать положение балансировочного клапана контура теплого пола. Далее для удобства мы будет обозначать 1 – радиаторный контур, 2 – контур теплого пола.

Требуемая пропускная способность балансировочного клапана рассчитывается по формуле:

Где,

t1 – температура теплоносителя в подающей трубе радиаторного контура (высокотемпературного контура);

t2подачи – температура теплоносителя в подающей трубе контура теплого пола;

t2обр – температура теплоносителя в трубе обратки контура теплого пола;

Kυт – коэффициент=0,9.

Пример расчета:

Примем что t1=95 °С, t2подачи = 45 °С, t2обр = 35 °С. Подставляем значения в формулу:

 Полученное значение Kυб выставляем на клапане балансировки.

4. Далее необходимо настроить насос.

Для настройки насоса необходимо рассчитать расход теплоносителя в контуре теплого пола вместе с коллектором и потери давления в контуре после смесительного узла.

Расход теплоносителя в контуре теплого пола рассчитывается по формуле:

Где,

G2 – расход теплоносителя в контуре теплого пола – во вторичном контуре;

Q – сумма тепловых мощностей всех подключенных после смесительного узла приборов;

c – теплоемкость теплоносителя. Если теплоноситель вода, то с=4,2 кДж/(кг*°С);

t2подачи и t2обр  температуры теплоносителя в контуре теплого пола: на трубе подачи и в обратке;

Пример расчета:

Чтобы рассчитать потери давления в контуре теплого пола, необходимо выполнить гидравлический расчет. Для удобства можно воспользоваться бесплатной программой для расчетов на сайте производителя смесительных узлов, например, программой Valtec.prg.

По представленным ниже графикам необходимо определить скорость насоса.

Сначала отмечаем точку, которая соответствует расходу и напору насоса. Кривая, которая находится выше полученной точки, и будет соответствовать скорости насоса. Полученное значение расхода = 0,86 м3/час, напор насоса = 4,05 м в.ст.

Потери давления в контурах после смесительного узла берутся с запасом 1 м в.ст.

ΔPн = ΔPс + 1 = 4,05 + 1 м в.ст.

График насоса:

Если по какой-то причине рассчитать насос не получается, можно пропустить данный этап настройки. При этом необходимо выставить насос в минимальное положение. Если в дальнейшем, в процессе балансировки системы выяснится, что скорости не хватает, то просто поставить насос на большую скорость.

5. Следующий этап – необходимо выполнить балансировку веток теплого пола.

Сначала необходимо закрыть балансировочно-запорный кран радиаторного (первичного) контура. Откидываем крышку с клапана и проворачиваем его до упора по часовой стрелке шестигранным ключом.

Ветки контура теплого пола балансируются с помощью балансировочных клапанов. Если после смесительного узла только одна ветка – один контур теплого пола, то балансировать ничего не нужно.

Как происходит балансировка:

• Балансировочные регуляторы необходимо открыть на максимум;
• На той ветке, отклонение расхода у которой максимальное (фактический расход от проектного), клапан необходимо закрыть до требуемого размера.
• Таким же образом регулируются все ветки теплого пола.
• Если расход сбился после балансировки веток, необходимо еще раз его подкорректировать.
• Если не получилось установить требуемый расход даже при открытых  клапанах, насос необходимо переключить на более высокую скорость.

 

6. Далее необходимо увязать узел смешивания для теплого пола с остальными приборами отопления.

Первым делом открываем балансировочно-запорный клапан радиаторного контура, который мы закрыли в самом начале. Открыть его необходимо до того положения, которое будет обеспечивать требуемый расход теплоносителя.

Расход теплоносителя можно контролировать с помощью расходомеров. Также возможен вариант контроля в обратке теплого пола.

Расход теплоносителя в радиаторном контуре рассчитывается по формуле:

 Все значения нам уже известны из предыдущих расчетов, поэтому рассчитываем:

 

7. Теперь настраиваем перепускной клапан.

Выставляем давление клапана, его значение должно быть меньше на 5 – 10 % максимального давления насоса при заданной скорости. Максимальное значение давления насоса необходимо определить по характеристике насоса.

Перепускной клапан насоса должен открываться только в той ситуации, когда насос работает на нагнетание давления, а расхода воды практически нет.

На приведенном ниже графике видно, как определяется значение перепускного клапана.

При отсутствии движения воды в трубопроводе на первой скорости давление насоса 3,05 м в.ст. или 0,3 бара. На средней скорости – 4,5 м в.ст. или 0,44 бара, на максимальной – 5,5 м в.ст. или 0,54 бара.

Устанавливаем на перепускном клапане значение 0,54 – 5% = 0,51 бар.

8. Проверяем правильность работы смесительного узла.

Необходимо проверить равномерность прогрева веток теплого пола и правильность соотношения температур в контурах.

Должно выполняться следующее равенство:

Индекс «р» означает, что значение расчетное, а индекс «ф» - фактическое.

Если равенство не выполняется, то следует закрыть на ¼ оборота балансировочно-запорный клапан радиаторного контура и снова снять показания и выполнить расчеты.

Если же равенство выполняется, то смесительный узел работает корректно, необходимо установить термоголовку или сервопривод на место, надеть защитные колпачки на все элементы, которые этого требуют, и затянуть винт балансировочного клапана.

Пример расчета:

Отклонение в значениях составляет 6,6 %, это менее 10 %. Значит, смесительный узел настроен верно, можно устанавливать термоголовку и защитные колпачки и приступать к эксплуатации контура отопления.

Смесительный узел отопления устанавливается в коллекторный шкаф, который обычно располагается в помещении с теплыми полами и рядом с ним. Но также можно устанавливать его рядом с котлом отопления, если расстояние до теплого пола не слишком велико. Все элементы смесительного узла можно собрать самостоятельно, а можно приобрести готовое изделие. Все зависит от ваших навыков и знаний.