ООО Проектно-производственная Компания "Азов-Интерм"

тех. директор ППК "Азов-Интерм"
Кузьмин Роман Владимирович

Регулирование температуры в системах водяного напольного отоплени.

     Регулирование количества тепла, подводимого к системе водяного напольного отопления - важная задача, обуславливающая экономичную работу «теплого пола», его способность поддерживать в помещении комфортные условия. В настоящий момент разработан и применяется ряд схемных и аппаратных решений, обеспечивающих такое регулирование. Некоторые из них представлены ниже.
     Общим для рассматриваемых схем является то, что циркуляция теплоносителя между водогрейным котлом и коллекторами системы напольного отопления организуется при помощи отдельного циркуляционного насоса. Все описываемые системы могут быть снабжены дополнительными устройствами регулирования, предназначенными для того, чтобы удовлетворять каким-либо индивидуальным требованиям или компенсировать недостатки, характерные для той или иной схемы.В настоящее время конструируются новые системы управления, гораздо более сложные (например, система электронного управления трех- и четырехходовыми клапанами).
     Независимо от того, какой из представленных методов используется для регулирования температуры воды в системе, он подразумевает наличие приборов регулирования по времени, а также комнатных термостатов или датчиков температуры воздуха в помещении. Эти устройства не упоминаются если не обладают какими-либо дополнительными функциями, имеющими отношение к управлению «теплым полом».

Регулирующие устройства на узлах коллекторов

     Системы напольного отопления снабжаются подающими и обратными распределительными коллекторами с устройствами, играющими важную роль в настройке и регулировании всей системы.
     Так, коллекторы могут быть снабжены регуляторами, не зависящими от главной системы регулирования. В основном это - регулирующие клапаны, устанавливаемые в точках присоединения к подающему коллектору петель нагревательного контура, и отсечные клапана, монтируемые на подводках обратного коллектора. Последние используются для гидравлической балансировки петель. В более сложных случаях применяются отсечные клапана, оснащаемые расходомерами. Регулирующие клапаны могут использоваться в качестве устройств обслуживания, для отключения отдельных петель «теплого пола».
     Вместо регулирующих клапанов возможна установка исполнительных механизмов с сервоприводом, управляемых комнатными термостатами. Эти приборы работают по алгоритму «включено-выключено» и действуют обычно следующим образом: небольшой термоэлемент, находящийся в рабочей головке исполнительного механизма, нагревает заполненную воском капсулу, которая расширяется и перекрывает клапан.

Система с нагнетанием горячей воды

Наиболее простой способ регулирования температуры в системе напольного отопления связан с использованием циркуляционного насоса. Как правило, он используется только в системах с теплоотдачей до 10 кВт, отапливающих пол площадью до 100 м.кв. Работа циркуляционного насоса регулируется по времени и температуре. При этом вода циркулирует по системе «теплого пола» через байпас.

     Поддержание в системе требуемой температуры осуществляется с помощью термочувствительного элемента с капиллярной трубкой, реагирующего на температуру прямой или обратной воды. Когда она опускается ниже заданного уровня, открывается клапан термостата, пропуская в первичный контур горячую воду от котла, вытесняющую остывший теплоноситель. Как только вода, окружающая чувствительный элемент, достигнет заранее заданной температуры, клапан закроется и циркуляционный насос снова будет прогонять воду по системе до тех пор, пока она не остынет.
     Преимущество данной схемы заключается в простоте и относительно низкой стоимости, обусловленной возможностью собрать ее из стандартных компонентов. Однако в ней не предусмотрено внесение корректив при изменении погодных условий. Кроме того, простота системы не дает возможности производить ее точную настройку; отсечные клапаны, установленные на возвратных петлях, приходится настраивать методом подбора, если только не были заранее рассчитаны параметры каждой петли и не используются расходомеры.
     Срабатывание термостатической головки по схеме «включено-выключено» может привести к образованию участков местного перегрева: если температура воды на выходе из котла составляет около 80 С, в систему напольного отопления будет подаваться теплоноситель близких параметров, что может привести к повреждению материалов, из которых устроен пол, и дискомфорту для пользователя. Разумно включить в состав описанной схемы ограничительный термостат для управления клапанами зонального регулирования в случае, если термостатическая головка выйдет из строя и в систему начнет поступать неограниченное количество воды с высокой температурой.
     Дополнительным неудобством данной системы является то, что температуру воды приходится задавать вручную; неосуществимо в настоящее время и дистанционное регулирование ее работы.

Термостатическое смешивание

На рисунке показана типичная схема управления напольным отоплением с применением термостатического смесителя. Этот тип регулирования используется в системах тепловой мощностью до 15 кВт, обогревающих пол площадью до 150 м2. Здесь также предусмотрена циркуляция теплоносителя.

     Когда в системе «теплого пола» не требуется повышения температуры, вода поступает в нее с выхода термостатического смесителя через насос, распределительный коллектор, нагревательный контур, уложенный под полом, и возвращается к смесителю, поступая на вход для холодной воды. Если температура воды в контуре становится ниже заданной, встроенный в смеситель термостат перемещает плунжер вентиля, открывая доступ в систему горячей воде. Смешиваясь с циркулирующим по контуру теплоносителем, она приобретает необходимую температуру. При этом остывшая вода вытесняется из системы и направляется к теплогенератору.
     Еще один элемент схемы, электрический клапан зонального регулирования, работающий по заданной временной программе или в зависимости от температуры в помещениях, служит для предотвращения подачи тепла, когда отопления не требуется. Обычно используют клапан зонального регулирования, подключаемый при помощи 4-проводной линии. Он управляет циркуляционным насосом при помощи концевого выключателя: «циркуляционник» работает лишь тогда, когда клапан находится в открытом положении.
     Использование термостатического смесителя обеспечивает эффективное регулирование температуры, что особо важно в системах с быстрой теплоотдачей, например, там, где «теплый пол» уложен на балках. Поскольку в систему поступает только смешанная вода, в данном случае исключается образование участков местного перегрева.
     Данная схема также имеет невысокую стоимость, поскольку ее можно собрать из стандартных компонентов. Однако современная система регулирования должна быть компактной, а при комплектации ее «в розницу» это недостижимо. Впрочем, в настоящее время на рынке появились специально сконструированные компактные устройства регулирования.
     Недостатками этого метода регулирования являются необходимость ручной установки температуры теплоносителя, отсутствие возможности организовать дистанционное регулирование, а также то, что построенная таким образом система не является погодозависимой.

Использование четырехходового клапана с серводвигателем

Данная схема строится на основе четырехходового клапана. Для нее характерны низкие потери динамического давления, благодаря чему она может быть использована в крупных системах напольного отопления. (Четырехходовые клапаны изготовляются с проходными отверстиями большого диаметра, что позволяет применять их там, где расход воды велик.) Четырехходовой клапан может приводиться в действие вручную или с помощью серводвигателя; работу циркуляционного насоса можно регулировать по времени и (или) температуре. Такая система не нуждается в применении дифференциального байпасного клапана, поскольку она автоматически пропускает требуемое количество воды, протекающей по байпасу, иначе говоря, суммарное количество воды, поступающей в систему напольного отопления, и воды, протекающей обратно по байпасу, будет постоянным.

     Представленная система регулирования является одной из самых простых: в зависимости от своего положения четырехходовой клапан пропускает определенное количество воды, поступающей от источника нагрева в первичный контур; ровно столько же теплоносителя вытесняется в обратную магистраль. При этом вода, которая нагнетается в систему, имеет ту же температуру, что и вода, заполняющая первичный контур. Управление четырехходовым клапаном может осуществляться четырьмя способами:

          1) клапан механически настраивается на стадии пусконаладочных работ таким образом, чтобы в контур напольного отопления поступало определенное количество горячей воды, соизмеримое с тепловыми потерями в системе;
          2) клапан снабжается серводвигателем для регулирования температуры воздуха в помещении. Он будет открыт или закрыт (если только не применяется электронное устройство управления; тогда в системе регулирования температуры будет предусмотрена коррекция на температуру в помещении и на внешние погодные условия);
          3) в отличие от предыдущего случая, клапан снабжается регулятором пропорционального действия, благодаря чему достигается необходимая модуляция сигнала, управляющего исполнительным механизмом, и обеспечивается смешивание воды. Это осуществляется электронным регулированием установки, но без какой-либо коррекции на изменение погодных условий.
          4) клапан приводится в действие астатическим электродвигателем, работающим от источника переменного тока напряжением 230 В или от источника постоянного тока напряжением 24 В, и устанавливается в нужное положение при помощи электронного регулятора. Требуемая температура теплоносителя обеспечивается путем смешивания обратной воды с водой, нагретой теплогенератором; при этом в помещение будет поступать столько тепла, сколько необходимо. В автоматике клапана может быть предусмотрена коррекция на изменения погодных условий.
     Систему первого типа легко монтировать, и она относительно недорога, поскольку не требует дифференцированного байпаса. Первоначальная настройка четырехходового клапана осуществляется в данном случае подбором или в зависимости от расчетной величины тепловых потерь в системе. Клапан имеет пронумерованные позиции. Поскольку здесь используется вода с наивысшей температурой, начальный участок системы напольного отопления может нагреваться сильнее конечного.
     Система второго типа тоже легко монтируется. Серводвигателю необходимо время для закрытия или открытия клапана, что облегчает регулирование подачи горячей воды, поступающей в контур напольного отопления от котла. Управление серводвигателем может осуществляться в зависимости от температуры теплоносителя, а все органы управления могут находиться либо в котельной, либо в тепловом пункте. Недостаток данной схемы регулирования заключается в том, что срабатывание четырехходового клапана способно вызвать избыточную компенсацию и появление участков местного перегрева (по той же причине, что в схеме с нагнетанием горячей воды). Эту систему необходимо оборудовать ограничительным термостатом, иначе она может выйти из строя, если в нее будет поступать вода с наивысшей температурой.
     Система третьего типа обладает теми же достоинствами, что и предыдущая. Недостаток системы заключается в том, что здесь также может понадобиться ограничительный термостат (это зависит от метода, при помощи которого система была первоначально настроена).
     Система четвертого типа способна обеспечить стабильное регулирование работы напольного отопления и допускает полную коррекцию при изменении погодных условий. Все устройства регулирования могут быть расположены в котельной или в тепловом пункте. Недостаток - дороговизна.

Использование трехходового клапана с серводвигателем

Система с трехходовым клапаном действует по тому же принципу, что и описанная выше, однако нуждается во внешней балансировке.Трехходовой клапан снабжен затвором. В положении «Закрыто» затвор перекрывает проходное отверстие, обращенное к котлу, а при включении клапана - проходное отверстие, обращенное к байпасу, пропуская горячую воду в систему напольного отопления. Когда клапан снова закроется, вода будет протекать из обратного коллектора по байпасу в клапан, а оттуда - в систему напольного отопления.

Если клапан открыть полностью, горячая вода будет поступать в систему напрямую и возвращаться непосредственно в котел. В среднем положении клапана от котла в контур «теплого пола» будет поступать лишь половина теплоносителя, другая -от обратного коллектора; этим достигается требуемая для напольного отопления температура.

Нагнетание воды при помощи насоса с переменной скоростью вращения

При использовании этого метода вода, поступающая от котла, нагнетается в систему напольного отопления с помощью насоса в количестве, пропорциональном той температуре, которую должен приобрести «теплый пол». Вытесненная остывшая вода возвращается в первичный контур через балансирoвочный клапан, установленный в байпасе. Циркуляционный насос прогоняет воду по контуру напольного отопления при постоянном расходе.

     Работа нагнетательного насоса регулируется изменением скорости его вращения. Это осуществляется таким образом, чтобы в систему «теплого пола» поступало столько горячей воды, сколько необходимо для достижения желаемой в данный момент температуры (ее определяет электронный регулятор, автоматически вводящий поправку на изменение погодных условий).
     Управление циркуляционным насосом, установленным в системе напольного отопления, также производится при помощи электронного регулятора в зависимости от времени суток или недели и заданных значений температуры; необходимые данные вводятся в электронный регулятор.
     Подобный метод обычно применяется только в крупных системах напольного отопления (от систем больших коттеджей до установок торговых и общественных зданий). Такая схема позволяет обеспечивать высокие расходы горячей воды при малых перепадах давления; благодаря эффективному регулированию температуры теплоносителя значительно сокращаются затраты на отопление объектов.
     К недостаткам технологии следует отнести потребность в довольно большом пространстве как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. Оно необходимо, чтобы отделить подающие трубопроводы от обратных и для создания вертикального отвода от нагревательных петель, играющего роль тепловой ловушки для предотвращения поступления тепла из первичного контура, когда потребность в нем отсутствует. Стоит такая система довольно дорого.

В заключение
Выше перечислены лишь основные достоинства и недостатки, присущие каждой из описанных схем. Следует сказать, что все они будут нормально работать, но одни являются более пригодными для использования в конкретных условиях, чем другие. Решения, одинаково подходящего для всех без исключения слу¬чаев, пока не найдено.