Трехходовой клапан на системе отопления: работа, правила выбора, схема и монтаж

Принцип работы трехходового клапана

Трехходовой смесительный клапан устанавливается на тех участках трубопровода, где необходимо разделение основного потока теплоносителя на 2 контура:

• с переменным гидрорежимом;
• с постоянным.

Зачастую постоянный поток необходим для того, кому подается теплоноситель высокого качества и в установленных объемах. Его регулировка соответствует показателям качества. Касаемо же переменного потока, то он используется для объектов, где показатели качества не являются ключевыми. Здесь важную роль играет показатель коэффициента количества. Другими словами , подача тёплого носителя в этом случае осуществляется по требуемому количеству.

Обратите внимание! Одним из элементов запорной арматуры является и аналог прибора, о котором мы повествуем в данной статье, который называется двухходовой клапан. В чем его отличие? Он отличается от трехходового принципом своей работы

Дело в том, что один из элементов его конструкции, шток, не может перекрывать поток жидкости, имеющий постоянные гидравлические показатели.

Шток постоянно открыт, он настраивается на определенный объем жидкости. Исходя из этого, у пользователей появляется возможность получать требуемый объем как в плане количества, так и в плане качества. В общем, данный прибор не может остановить подачу жидкости для сети с постоянным гидравлическим потоком. А вот поток переменного типа он способен перекрыть, из-за чего появляется возможность регулировать давление/расход.

Можно создать один трехходовой клапан, соединив пару двухходовых. Но они должны работать в режиме реверса, то есть, при открытии одного, другой должен закрываться.

Трехходовой клапан для теплого пола или других целей работает со следующей последовательностью:

• к коллектору, который является одним из элементов теплого пола, поступает горячая вода;
• степень нагрева жидкости определяется во время ее прохождения через термосмесительный клапан;
• в том случае когда температура превышает установленный уровень, открывается проход откуда поступает охлажденная жидкость;
• оба потока смешиваются внутри;
• после того как температура падает до установленного предела, проход для холодной воды закрывается.

К недостаткам трехходовых клапанов, можно отнести вероятность появления резких скачков температуры, которые могут происходить при запуске нагретой воды, что может оказывать негативное воздействие на состояние трубопровода при смешении.

Трехходовой термостатический смесительный клапан применяется для того, чтобы:

• при необходимости перенаправлять потоки с разных трубопроводов;
• смешивать потоки диаметрально разных температур, для получения потока установленной температуры;
• динамически управлять направлением потоков для получения потока с постоянно установленной температурой;
• в водопроводной системе, это получение потока с заданной стабильной температурой;
• в отопительной системе, это получение отдельного смесительного узла со стабильно постоянной температурой циркуляции.

С помощью обычного шарового крана можно регулировать вручную. С виду он схож с обычным вентилем, но обладает такой особенностью как дополнительный выход. Данный вид арматуры используется для принудительного ручного управления.

Для автоматической регулировки используется особый трехходовой клапан, который оснащен электромеханическим прибором для того чтобы менять положение штока. Его нужно подключать к термостату для того, чтобы была возможность регулировать температурный режим в помещении.

Разновидности шпинделей

Все задвижки также подразделяются на две большие группы в зависимости от механизма движения шпинделя:

Фланцевая задвижка с выдвижным шпинделем. Устройство функционирует за счет винтовых или поступательных движений шпинделя. Такой вариант вентиля одинаково подойдет для любых рабочих сред. Легкость обслуживания подобных устройств также причисляют к их несомненным достоинствам. Из недостатков стоит отметить значительную высоту задвижки, особенно в поднятом состоянии.
Фланцевая задвижка с невыдвижным шпинделем. Затвор поднимается или опускается посредством вращения шпинделя непосредственно внутри устройства

Важное преимущество такого вида задвижек – компактные габариты, что позволяет использовать их в труднодоступных местах. Недостаток – ограничение выбора рабочих сред в пользу наименее агрессивных, поскольку воздействие осуществляется на весь механизм.

Устройство и принцип работы трехходового клапана

Трехходовой клапан – это специфичный вид запорно-регулирующей арматуры, способный контролировать соотношение холодного и горячего потоков в двух замкнутых контурах. Проще говоря, он добавляет к основному отопительному контуру еще один, в котором можно поддерживать ту же температуру, либо изменять ее, настраивая клапан по своему усмотрению.

Условно трехходовой клапан можно представить в виде пары двухходовых клапанов, работа которых обратно пропорциональна: открытие одного ведет к прикрытию другого на равную величину

Важно понимать, что при этом общая интенсивность потока остается неизменной

В зависимости от принципа работы, выделяют три основные группы трехходовых клапанов:

Смесительный трехходовой клапан

Имеет два входных и один выходной патрубок. Применяется для регулирования температуры ведомого контура путем смешивания двух раздельных потоков с разной температурой в заданной пользователем пропорции.

Разделительный трехходовой клапан

Имеет один входной и два выходных патрубка. Используется для регулирования температуры путем изменения количества циркулирующего в ведомом контуре теплоносителя, а также перед системами дополнительно подогрева/охлаждения – в них подается отобранная клапаном часть потока.

Переключающий трехходовой клапан

Способен переключать поток между контурами, не влияя на его температуру и интенсивность. Переключение может осуществлять по схеме «вход-вход-выход» или «вход-выход-выход».

Мнение эксперта
Гребнев Вадим Савельевич
Монтажник отопительных систем

Существуют также комбинированные трехходовые клапаны, способные, в зависимости от способа установки, выполнять функции как смесительной, так и разделительной фурнитуры. Однако ввиду дороговизны и сложной конструкции они менее распространены.

На рисунках выше показаны схемы трехходовых клапанов седельного типа. Существуют также конструкции поворотного типа, однако они менее долговечны и могут устанавливаться лишь в контурах с небольшим внутренним давлением. В большинстве случаев приобретение седельного клапана предпочтительнее.

Внешне трехходовой клапан представляет собой Т-образную цилиндрическую развилку, концы который оснащены унифицированной резьбой. В моделях, рассчитанных на большую интенсивность потока, роль соединительного элемента может играть торцевой фланец.

Корпуса клапанов изготавливаются из распространенных в отопительных системах материалов: чугуна, нержавеющей стали, латуни, бронзы. Элемент трехходового клапана, осуществляющий регулирование выходящего потока или потоков, называют затвором.

Конструктивно он может быть:

• шаровым – характеризуется плавностью работы, но может изнашиваться быстрее, чем аналоги других форм;
• цилиндрическим или плоским – имеет повышенный ресурс за счет большей площади контакта с гнездом;
• конусным – позволяет уменьшить габариты клапана.

Клапан должен быть оборудован надежной системой привода, которая может быть:

1. Механической – регулирование рабочего режима осуществляется путем поворота головки на необходимый угол.
2. Электронной – угол поворота затвора устанавливается электрическим сервоприводом, сигнал которому передается датчиком или системой климат-контроля.
3. Термостатическим – конструкция клапана дополняется термическим элементом, который, при повышении температуры теплоносителя на определенное значение, расширяется, поворачивая затвор.

Трехходовые клапаны с ручным управлением наиболее надежны, хотя и не предоставляют такой гибкости и оперативности настроек, как их автоматизированные аналоги. Кроме того, на ресурс клапана любого типа оказывает большое влияние наличие абразивных частиц в теплоносителе, поэтому контуры, работающие с подобной высокоточной фурнитурой, рекомендуется оборудовать улавливающими фильтрами.

Обзор производителей и моделей

Трехходовых клапанов выпускается огромное количество с диаметрами от 15 до 500 мм, а по специальному заказу и больше. Поэтому в данном разделе коснемся только небольших диаметров от 15 до 32 мм, для бытового использования.

Наиболее известными производителями трехходовых клапанов и приводов к ним, являются:

Классификация вариантов регулирования мощности установок

Схема №1

Система теплоснабжения приточной вентиляции может работать в нескольких принципиально отличающихся режимах регулирования:

• Если во время работы систем вентиляции происходит плавное или ступенчатое изменение температуры воды при неизменном расходе, то принято говорить, что на данном узле используется качественное регулирование. Применяется на котельных или в индивидуальных тепловых пунктах, то есть изменение параметров теплоносителя будет происходить непосредственно во всей системе теплоснабжения. Температура горячей воды корректируется по специальному графику теплоснабжающей организации в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.
• Если изменение тепловой нагрузки происходит при изменении количества поступающего в установку теплоносителя, то есть при постоянной температуре плавно изменяется расход горячей воды. Здесь мы имеем дело с количественным регулированием.
• При качественно-количественном способ регулирования происходят и корректировки температуры в системе теплоснабжения (либо от источника тепла) и изменение расхода теплоносителя зонально на каждой установке в своем режиме. Достаточно сложный способ регулирования, но получивший наибольшее распространение в системах теплоснабжения вентиляции. Его можно реализовать только при установке системы автоматизации.

Типы, устройство и принцип работы защитных клапанов

Сегодня существует две группы защитных клапанов:

• Одноконтурные (одинарные);
• Многоконтурные.

Конструкция простейшего 4-х контурного защитного клапана

Одинарные клапаны используются для защиты одной магистрали или отдельных деталей (ресиверов). Для разделения пневмосистемы на несколько контуров необходимое количество одиночных клапанов собирается в блоки с использованием коллекторов и иных вспомогательных деталей. Такая конструкция получается громоздкой и сложной, поэтому сегодня это решение вытесняется многоконтурными клапанами. Кроме того, применение блоков одинарных клапанов не соответствует требованиям ГОСТ Р 41.13-99 (Правила ?13 ЕЭК ООН. Поправка 9), поэтому автомобили с этими агрегатами не могут пройти некоторые виды сертификации.

Многоконтурные клапаны бывают трех основных типов — 2-х, 3-х и 4-х контурные. Соответственно, эти агрегаты содержат два, три или четыре защитных клапана, каждый из которых работает на свой контур. Многоконтурные клапаны компактные и надежные, поэтому они находят самое широкое применение на различных типах техники с пневмосистемами.

Конструктивно защитный клапан независимо от конструкции объединяет несколько элементов:

• Корпус — в многоконтурных клапанах он выступает в роли коллектора для распределения потока воздуха из подводящей магистрали к клапанам;
• Перепускные клапаны;
• В некоторых устройствах — обратные клапаны;
• Регулировочные винты для установки давления, срабатывания клапанов;
• Вводы (патрубки на корпусе) для подключения к магистралям пневматической системы.

Основные элементы агрегата — перепускные клапаны мембранного (диафрагменного) или поршневого типа, уравновешенные пружинами. Пружины клапанов и регулировочные винты располагаются в индивидуальных или интегрированных корпусах (крышках) с колодцами. Клапанные механизмы могут располагаться на одной поверхности устройства или парами по разные стороны. Давление открытия клапанов может регулироваться, что позволяет устанавливать приоритет наполнения контуров системы при запуске двигателя транспортного средства. Обычно первыми открываются клапаны контуров рабочих тормозов, затем срабатывают клапаны вспомогательных систем.

Работает защитный многоконтурный клапан просто. При запуске двигателя в подводящей магистрали повышается давление, сжатый воздух при достижении определенного давления (510-555 кПа для разных моделей автомобилей) преодолевает упругость пружин и поочередно открывает клапаны — происходит наполнение контуров. При достижении рабочего давления во всех контурах подача воздуха прекращается (компрессор отключается от системы регулятором давления). Если давление в подводящей магистрали по тем или иным причинам снижается (поломка компрессора или некорректная работа регулятора, возникновение утечек), клапаны закрываются, герметизируя контуры системы. В этом случае запаса воздуха в ресиверах хватает для торможения транспортного средства и устранения неисправности.

Работа защитного клапана при утечке в одном из контуров

Несколько иначе клапан работает при возникновении утечки в одном из контуров. При исправности всех контуров их клапаны открыты, поэтому вся пневматическая система становится единым воздушным резервуаром. Если же в одном из контуров возникает утечка, давление воздуха снижается сразу во всей системе, и в какой-то момент (при достижении давления закрытия клапана контура, в котором возникла утечка) несколько или сразу все клапаны закрываются (все зависит от регулировки этих клапанов) — это препятствует утечке воздуха из исправных контуров. При расходовании воздуха давление в исправных контурах снижается до уровня, при котором включается компрессор — в питающей магистрали растет давление, все клапаны открываются, но при достижении давления закрытия перепускного клапана неисправного контура вновь закрываются, а излишки воздуха уходят через клапан неисправного контура. Таким образом, в исправных контурах сохраняется давление несколько ниже рабочего, однако его достаточно для уверенного управления транспортным средством.

Советы специалистов

При закручивании терморегулирующей головки на корпус нельзя применять сантехнический ключ. Можно раздавить пластиковый корпус терморегулятора. Закручивать нужно рукой. Усилие затягивания здесь не играет важную роль.

Температурный датчик на трубопроводе, следует располагать по возможности дальше от точки смешивания, чтобы потоки успели перемешаться и выровняться по температуре. От 0,5 метра на трубах до 40 мм и до 1,0 – 1,5 метра на трубах свыше 50 мм. Температурный датчик воздуха в помещении следует устанавливать на высоте 1 – 1,5 метра. Датчик температуры пола, устанавливается на поверхности пола, либо под верхним слоем отделки пола, но не ближе 25 – 35 см от греющего трубопровода.

Принцип работы клапана в системе отопления

Поток приходит в устройство слева. Он постепенно нагревается, с какого-то момента начинается расширение специальной жидкости в термоголовке. Что, в конечном счёте, приводит к опусканию штока с открыванием патрубка внизу для менее горячей воды из обратной линии отопления. Она смешивается с горячей водой приточки. На тёплые полы уже идёт менее горячий поток. Термоэлемент сжимается, шток опускается.

Пока теплоноситель нагревается, шток продолжает опускаться. Может опуститься до самого низа, прекратив поступление горячей воды, максимально открыв патрубок с тёплой. Это продолжится до момента охлаждения теплоносителя до необходимого уровня. Тогда откроется верхний клапан и опять пойдёт горячая вода из приточки.

Предназначение устройства

Даже при точном тепловом расчёте при проектировании домов микрорайона в квартире может появляться избыток тепла за счёт внешних факторов: жаркого солнца, сильного ветра, купленных хозяевами бытовых приборов, выделяющих тепло. Нет возможности для отдельных квартир уменьшить температуру теплоносителя, так как у простых котлов слабым местом является теплообменник, не выдерживающий низкую температуру. Нужен другой тип котла – конденсационный, но он существенно дороже. При наличии простого котла можно уменьшить количество горячей воды к радиатору.

Для чего и предусмотрен в подключение трехходовой клапан отопления.

Конкретные случаи использования трёхходового клапана:

Обогрев полов (тёплые полы). На два входа клапана подаётся соответственно обратка и подача. Через выход идёт перемешанный (охлаждённый) поток. На остальном контуре это никак не отражается.

Поддержание температуры в обратке. Котёл работает нормально, пока вода, приходящая в него, не холоднее выходящей больше, чем на 600. Для этого вода из подачи разделяется, и часть её направляется в обратку для её подогрева.

Чтоб не собирался конденсат. Вода в теплообменнике не должна пройти точку росы. Поэтому она охлаждается.

Чтобы котёл не перегревался. Достигается аналогичным охлаждением.

Совместная работа бойлера с котлом — терморегулятор клапана срабатывает, когда вода в бойлере охлаждается ниже заданного уровня, механизм открывается.

Если нужен байпас — параллельный путь, то проще всего задействовать клапан.

Виды трехходовых клапанов и особенности их работы

Прежде всего трехходовые термоклапаны классифицируются по назначению на разделительные и смесительные:

У смесительного клапана 2 направления работают на подачу теплоносителя разных температур (горячей и холодной), а 1 направление выводит уже смешанный поток жидкости. Настойка нужных температурных параметров осуществляется регулировкой температуры и пропорций подаваемых потоков.

У распределительного термоклапана 1 патрубок подает теплоноситель, а 2 других его делят между собой и распределяют в разных направлениях.

По способу управления трехходовые термоклапаны бывают автономными, ручными, термостатическими и электрическими. Два последних, как правило, работают в автоматическом режиме.

Простые автономные модели снабжены установленным внутрь корпуса термостатическим элементом с уже заданной в заводских условиях температурой теплоносителя на выходе. Это значение остается постоянным на протяжении всего срока службы.

Для ручного управления шток снабжается вентилем или поворотной ручкой и панелью управления с отметками, в соответствии с которыми регулируется тепловой режим.

Трехходовой термостатический клапан с терморегулятором оборудован термостатом, наполненным жидкой или газовой средой, реагирующей на малейшие колебания температуры теплоносителя.

Как только теплоноситель нагревается до заданной температуры, за счет расширения реагента автоматически активизируется поршневая система термоклапана и перекрывается патрубок с горячим потокам.

Трехходовые клапаны с терморегулятором могут быть механическими и электронными. Достоинство механических моделей в их абсолютной автономности. Электронные же требуют подключения к сети электропитания или питаются от батареек.

Однако этот недостаток сглаживается полной автоматизацией процесса, удобством настройки и расширенным функционалом – автоматическое изменение температурного режима по времени суток, дням недели и пр.

Трехходовые термоклапаны с электроприводом управляются за счет электронного блока управления, работающего на сервоприводе. Выход температурного режима теплоносителя за пределы установленных значений фиксируется установленным в модуль термостатом, который сигнализирует об этом контроллеру. Тот передает команду на привод, регулируя поток холодного или горячего теплоносителя в системе.

При этом ни один из патрубков полностью, как правило, не перекрывается, а регулируется лишь объем подаваемого охлажденного и горячего теплоносителя.