Насосно-смесительные узлы для водяного теплого пола

Требуемый расход теплоносителя в любой системе водяного отопления подсчитывается по следующей формуле:

где Q — тепловая мощность системы, Вт; с — удельная теплоёмкость теплоносителя, Дж/кг °С; ∆Т — разность температур между прямым и обратным теплоносителем, °С.

В системах радиаторного отопления перепад температур ∆Т обычно составляет порядка 20 °С, а в системах напольного отопления ∆Т = 5–10 °С.

Это значит, что для переноса одного и того же количества теплоты тёплые полы требуют расхода теплоносителя в 2–4 раза больше.

Максимальная температура теплоносителя в системах тёплого пола, как правило, не превышает 55 °С, рабочее значение этого параметра обычно лежит в пределах 35–45 °С.

В радиаторном же отоплении теплоноситель обычно подаётся с температурой 80–90 °С.

В связи с этими двумя факторами неизменным атрибутом системы напольного отопления является узел смешения.

Насосно-смесительный узел системы тёплого пола должен выполнять следующие основные функции:
• поддерживать во вторичном контуре температуру теплоносителя ниже температуры первичного контура;
• обеспечивать расчётный расход теплоносителя через вторичный контур;
• обеспечивать гидравлическую увязку между первичным и вторичным контурами.

К вспомогательным функциям насосно-смесительного узла можно отнести следующие:
• индикация температуры (на входе и выходе);
• отсекание циркуляционного насоса шаровыми кранами для его замены или обслуживания;
• защита насоса от работы на «закрытую задвижку» с помощью перепускного клапана;
• аварийное отключение насоса при превышении максимально допустимой температуры теплоносителя;
• отведение воздуха из теплоносителя;
• дренирование узла.

Принцип работы простейшего насосно-смесительного узла можно объяснить по тепломеханической схеме на рис. 1.

Рис. 1. Тепломеханическая схема простейшего насосно-смесительного узла

Нагретый теплоноситель поступает на вход насосно-смесительного узла от котла или стояка радиаторной системы отопления с температурой T₁. На входе в узел установлен настраиваемый термостатический клапан 2, на приводе которого выставляется требуемая температура теплоносителя, поступающего в тёплый пол Т₁₁. Термочувствительный элемент 3 привода клапана располагается после насоса 1. При повышении температуры Т₁₁ выше настроечного значения, клапан 2 закрывается, а при понижении – открывается, пропуская горячий теплоноситель на вход насоса. Пройдя по петлям тёплого пола, теплоноситель остывает до температуры Т₂₁. Часть остывшего теплоносителя возвращается к котлу, а часть – через балансировочный клапан 4 поступает на вход насоса, смешиваясь с горячим теплоносителем.

Таким образом, в первичном (котловом) контуре температура теплоносителя снижается с Т₁ до Т₂₁ (∆Т_кк = Т₁ – Т₂₁). Температуру Т₂₁ задаёт пользователь. Перепад температур в петлях тёплого пола ∆Т_тп = Т₁₁ – Т₂₁ также задаётся на стадии расчётов. Зная эти данные, и требуемую тепловую мощность тёплого пола, можно определить соотношение расходов в узле:

Исходные данные:
• температура на входе в насосно-смесительный узел Т₁ = 90 °С;
• температура после насоса Т₁₁ = 35 °С;
• перепад температур в петлях тёплого пола ∆Т_тп = 5 °С;
• тепловая мощность тёплого пола Q = 12 кВт.

Решение:
1. Температура на выходе из петель тёплого пола: Т₂₁ = Т₁₁ – ∆Т_тп = 35 – 5 = 30 °С.
2. Перепад температур в первичном (котловом) контуре: ∆Т_кк = Т₁ – Т₂₁ = 90 – 30 = 60 °С.
3. Расход во вторичном контуре G₁₁ = Q/c⋅ ∆T_тп = 12000/4187⋅5 = 0,573 кг/с.
4. Расход в первичном (котловом) контуре G₁ = Q/c⋅ ∆T_тп = 12000/4187⋅60 = 0,048 кг/с.
5. Расход через байпас G₃ = G₁₁ – G₁ = 0,573 – 0,048 = 0,535 кг/с.

Таким образом, расход в контуре тёплого пола в данном примере должен быть в 12 раз выше, чем в котловом контуре.

Как правило, циркуляционный насос при проектировании выбирается с некоторым запасом, поэтому он может перекачивать через байпас большее количество теплоносителя, чем требуется по проекту. К тому же, и температура теплоносителя в первичном контуре может по факту оказаться меньше расчётной. Именно для корректировки этих расхождений с расчётными данными служит балансировочный клапан 4, которым можно ограничить расход через байпас.

Насосно-смесительные узлы VT.COMBI и VT.COMBI.S

В насосно-смесительных узлах VT.COMBI и VT.COMBI.S (рис. 2, 3) приготовление теплоносителя с пониженной температурой происходит при помощи двухходового термостатического клапана, управляемого либо термоголовкой с капиллярным термочувствительным элементом, установленном в линии подающего коллектора (модель VT.COMBI), либо аналоговым сервоприводом, который работает под управлением контроллера VT.К200.М (модель VT.COMBI.S). Контроллер с датчиками температуры теплоносителя и наружного воздуха не входит в комплект поставки насосно-смесительного узла и приобретается отдельно.

В линии подмеса узла установлен балансировочный клапан, который задаёт соотношение между количествами теплоносителя, поступающего из обратной линии вторичного контура и прямой линии первичного контура, а также уравнивает давление теплоносителя на выходе из контура тёплых полов с давлением после термостатического регулировочного клапана.

От настроечного значения Kvb этого клапана и установленного скоростного режима насоса зависит тепловая мощность смесительного узла.

Узел адаптирован для присоединения к нему коллекторных блоков с межосевым расстоянием 200 мм и горизонтальным смещением между осями коллекторов 32 мм. При этом коллекторные блоки могут присоединяться как на входе, так и на выходе насосно-смесительного узла. Это позволяет использовать этот узел в комбинированных системах отопления (рис. 4), где отопление тёплым полом совмещается с радиаторным отоплением.

Рис. 4. Узел VT.COMBI.S в комбинированной системе отопления

Насосно-смесительный узел VT.DUAL

Насосно-смесительный узел VT.DUAL (рис. 5 и 6) состоит из двух модулей (насосного и термостатического), между которыми монтируется коллекторный блок контура тёплого пола. Для смешения используется трехходовой термостатический клапан, управляемый термоголовкой с капиллярным термочувствительным элементом, установленным на обратный коллектор вторичного контура.

Рис. 5. Насосно-смесительный узел VT.DUAL

Предохранительный термостат подающего коллектора останавливает насос в случае превышения настроечного значения температуры, прекращая циркуляцию в петлях тёплого пола.

Рис. 6. Узел VT.DUAL с коллекторным блоком (подключение справа)

Конструкция узла предусматривает перепускной контур с балансировочным клапаном, сохраняющим неизменным расход теплоносителя в первичном контуре при перекрытии петель тёплого пола.

Элементы узла устанавливаются не вертикально, а под углом 9°, что вызвано горизонтальным смещением осей коллекторного блока. Это позволяет подключать узел к подводящим трубопроводам как справа, так и слева.

Насосно-смесительный узел VT.VALMIX

Насосно-смесительный узел VT.VALMIX (рис. 7) отличается от узла VT.COMBI меньшей монтажной длиной и отсутствием перепускного клапана. Узел рассчитан на установку циркуляционного насоса монтажной длиной 130 мм. Ручной воздухоотводчик узла расположен на регулировочной втулке балансировочного клапана вторичного контура.

Узел поставляется с термоголовкой VT.3011, имеющей диапазон настройки температур от 20 до 62 °С. Вместо термоголовки может быть установлен аналоговый термоэлектрический сервопривод VT.TE3061, работающий под управлением контроллера VT.K200.М. Узел поставляется без циркуляционного насоса.

Рис. 7. Насосно-смесительный узел VT.VALMIX

Насосно-смесительный узел VT.TECHNOMIX

Так же как узел VT.VALMIX, узел VT.TECHNOMIX (рис. 8) рассчитан на установку циркуляционного насоса длиной 130 мм, но имеет несколько большую монтажную длину.

Кроме того, входные и выходные патрубки узла находятся в одной плоскости, поэтому узел монтируется к коллекторному блоку под углом 9°, и может устанавливаться как справа от обслуживаемого коллекторного блока, так и слева от него.

Узел поставляется с термоголовкой VT.5011, имеющей диапазон настройки температур от 20 до 60 °С.

Вместо термоголовки может быть установлен аналоговый термоэлектрический сервопривод VT.TE3061, работающий под управлением контроллера VT.K200.М. Узел поставляется без циркуляционного насоса.

Сравнение насосно-смесительных узлов VALTEC

Таблица 1. Сравнительная таблица насосно-смесительных узлов VALTEC

Водяной теплый пол

Хотите сделать свой дом уютным, современным и теплым? Обратите внимание на теплый водяной пол. В этой статье мы подробно опишем все его преимущества и недостатки, расскажем, как выбрать трубы и уложить их, опишем схему коллектора и системы управления.

Преимущества и недостатки водяного тёплого пола. Подготовка основания. Нюансы монтажа. Выбор труб, способы их укладки, частота витков и варианты фиксации. Стяжка и сроки созревания.

Устройство и принцип работы

Водяной тёплый пол, это система обогрева помещения, в которой теплоноситель циркулирует по контуру, находящемуся под напольным покрытием. Обратите внимание, что не всегда трубы находятся в стяжке. Есть «настильные системы», в которых контур не заливается бетоном.

При детальном рассмотрении, пирог водяного тёплого пола состоит из следующих элементов:

1. Подготовленное основание;
2. Стяжка (5 см);
3. Теплоизолятор (5 см);
4. Трубы (2 см);
5. Стяжка (4 см);
6. Напольное покрытие (2 см).

В зависимости от применяемых труб, может быть несколько слоёв гидроизоляции. Основание, это черновой пол в подвальном помещении или на первом этаже частного дома. Первый слой стяжки, требуется именно при отсутствии ровной поверхности.

Теплоизолятор толщиной 5 см – стандартное решение. Но если имеется возможность, то лучше увеличить толщину до 10 см. Это на 10-15% повышает эффективность всей системы. Особенно если водяной тёплый пол устраивается на первом этаже. Лучшим материалом для этого слоя является экструдированный пенополистирол.

Трубы в подавляющем большинстве водяных тёплых полов используются диаметром 16 мм.

Второй слой стяжки закрывает всю систему и служит гигантским аккумулятором тепла.

Толщина пирога водяного тёплого пола, варьируется от 18 до 23 см. А масса 1 м 2 этой системы достигает четверти тонны! Такие жёсткие условия, существенно ограничивают распространение водяных тёплых полов.

Контур подключают к насосу и котлу, через систему регулировки и контроля.

Где можно использовать

В виду достаточной толщины и массы всей системы, её использование ограничено частным домостроением. В квартирах водяной тёплый пол устанавливать крайне нерационально.

Главная причина – это сложности с подключением питания. К системе центрального отопления можно подключаться только после разрешения из контролирующих органов. И получить его практически невозможно. Даже если оно будет, то исчезнет основной лейтмотив – автономность. Нам известны варианты с установкой в квартире электрических и даже газовых котлов, но это единичные случаи, которые только подтверждают правило: водяной тёплый пол используют только в частных домах.

Преимущества и недостатки

Преимущества водяных тёплых полов во всей полноте раскрываются только при использовании дешёвых энергоносителей, как-то: газ, уголь, дрова. Нагрев теплоносителя электрическим котлом, приблизительно в 7 раз более затратный, чем при использовании газового оборудования.

Гигантская теплоёмкость системы водяного тёплого пола, ещё один плюс. Комната, в которой находится ≈ 100 кг/м 2 нагретого бетона, быстро остыть не может (в расчёт берётся только верхний слой стяжки).

Но и минусы тоже есть. Прежде всего, это чудовищная инерционность. Чтобы прогреть такой слой стяжки, необходимо время и энергия.

Инерционность подводит к тому, что регулировка температуры водяного тёплого пола, весьма условна. Контролирующая аппаратура снимает показатели температуры с теплоносителя, поверхности пола и воздуха (в некоторых терморегуляторах). Но вносимые через терморегулятор изменения, очень медленно проявляются.

Монтаж водяного тёплого пола

Задача довольно сложная, но выполнимая. Только сначала требуется выровнять основание. Это очень важное требование, учитывая, что выравнивать всё равно потребуется и первым слоем стяжки это делать эффективнее. Почему?

Например, перепад высот в комнате составляет 3 см. Если сразу уложить трубу и только потом выравнивать стяжкой, то получится, что в одном углу высота цементной смеси будет минимальная – 4 см, а в другом 7. Значит, во время эксплуатации тёплых полов, с одной стороны они буду прогревать 4, а с другой 7 см бетона. Такая неравномерная нагрузка, весьма пагубно действует на всю систему в целом и ведёт к быстрой порче напольного покрытия.

Поэтому, первым и важным этапом является выравнивание полов по уровню горизонта. Для подготовки бетонных полов потребуется:

• Маячковый профиль;
• Лазерный уровень;
• Угольник строительный;
• 5-10 кг гипса;
• Грунтовка;
• Мобильная бетономешалка;
• Цемент;
• ПГС;
• Фибра полипропиленовая.

Ход работ:

Полы подметают и грунтуют. Пока сохнет грунт, выставляют маяки. Для этого, посреди комнаты устанавливают лазерный уровень с таким расчётом, чтобы проекция горизонтального луча была на высоте 15-20 см от пола. Затем угольником замеряют высоту от пола до луча в разных углах комнаты и по результатам определяют самую высокую точку. В этом месте, высота стяжки будет минимально допустимой – 4 см. В остальных местах – согласно потребности.

Для установки маяков, гипс разводят до состояния густой сметаны. Затем делают из полученной массы небольшие кучки вдоль одной стены, с шагом 60-80 см, на них укладывают маячковый профиль. Приставляя к нему угольник, выравнивают по уровню горизонта, располагая его на нужной высоте. От стены до первого маяка должно быть 50 см. Между соседними маяками расстояние варьируется в зависимости от длины прави́ла (ориентируйтесь на 1-1,3 м). Учтите, гипс схватывается быстро, работу проводят «без перекура».

Примерно через 30-40 м, можно заливать стяжку. Цемент разводят с ПГС в соотношении 1:5. Полипропиленовую фибру добавляют из расчёта 80 гр. на 100 л смеси. Фибра является элементом дисперсного армирования, качественно повышая прочность покрытия. Кроме того, после застывания, новая поверхность будет идеально гладкой.

Заливают полученную смесь таким образом, чтобы каждая следующая порция, на 10-15 см заходила на предыдущую. По уровню стяжка выравнивается правилом, с ориентацией по маякам.

После заливки всей поверхности, требуется время для технического созревания цементно-песчаной стяжки. Расчёт, примерно, следующий 1 см толщины – 1 неделя.

Укладка теплоизолятора

Экструзионный пенополистирол и сшитый пенополиэтилен, только эти два материала можно применять для устройства теплоизоляции в системе водяных тёплых полов.

Перед укладкой листов теплоизолятора, по периметру комнаты приклеивают демпферную ленту толщиной 10-12 мм. Она служит не только для компенсации теплового расширения стяжки, но и для предотвращения ухода тепла в стены. По высоте, она должна выступать за границы верхнего слоя стяжки.

Листы теплоизолятора раскладывают вразбежку и обязательно на слой гидроизоляции. Для гидроизоляции лучше всего использовать полиэтиленовую плёнку толщиной 0,2 мм.

Если вы решились сделать толщину теплоизоляции 10 см, то будет лучше, если уложить два слоя плит толщиной 5 см. Обязательно с разбежкой между слоями.

Есть вариант использовать в качестве теплоизолятора специальные плиты, предназначенные для организации водяных тёплых полов. Их отличие в бобышках на одной из поверхностей. Между этими бобышками укладывают трубу. Но их стоимость неоправданно высокая. Кроме того, в таких плитах будут держаться далеко не все трубы. Например, полипропиленовые и полиэтиленовые трубы слишком упругие, для них потребуется дополнительная фиксация.

Крепление труб к теплоизолятору не осуществляется. Крепёж должен пройти сквозь слой пенополимера, и зафиксироваться в стяжке. Это очень трудоёмкий процесс, учитывая объём работы.

Монтажные ленты более приемлемое решение, но на них очень трудно укладывать трубу спиралью (улиткой).

Оптимальным вариантом будет фиксация труб на сетке. При этом сетка будет служить именно для крепежа труб, а не для армирования стяжки.

Есть специальные сетки из двуосно ориентированного полипропилена, а можно применять простую кладочную сетку.

Выбор труб и их укладка

Для водяного тёплого пола подходят следующие виды труб:

• Медные;
• Полипропиленовые;
• Полиэтиленовые PERT и PEX;
• Металлопластиковые;
• Гофрированная нержавейка.

У них есть свои сильные и слабые стороны.

Характеристика Материал	Радиус изгиба	Теплопередача	Упругость	Электропроводность	Срок службы*	Цена за 1 м.**	Комментарии
Полипропилен	Ø 8	Низкая	Высокая	Нет	20 лет	22 р	Гнутся только с нагревом. Морозостойкие.
Полиэтилен PERT/PEX	Ø 5	Низкая	Высокая	Нет	20/25 лет	36/55 р	Не выдерживают перегрева.
Металлопластик	Ø 8	Ниже среднего	Нет	Нет	25 лет	60 р	Изгиб только со спецоборудованием. Не морозостойкие.
Медные	Ø3	Высокая	Нет	Есть, требует заземления	50 лет	240 р	Хорошая электропроводность может вызвать корродированние. Требуется заземление.
Гофрированная нержавейка	Ø 2,5-3	Высокая	Нет	Есть, требует заземления	30 лет	92 р

* характеристики труб рассмотрены при эксплуатации в водяных тёплых полах.

** Цены взяты с яндекс.маркета.

Выбор очень сложен, если пытаться сэкономить на себе. Конечно, медные к рассмотрению можно не брать – очень дорого. Но вот гофрированная нержавейка, при более высокой цене, обладает исключительно хорошей теплоотдачей. Разница температур в обратке и на подаче, у них самая большая. Это значит, что тепло они отдают лучше конкурентов. Учитывая маленький радиус изгиба, лёгкость в работе и высокие эксплуатационные характеристики, это самый достойный выбор.

Укладка труб возможна спиралью и змейкой. У каждого варианта есть плюсы и минусы:

• Змейка – простой монтаж, почти всегда наблюдается «эффект зебры».
• Улитка – равномерный прогрев, расход материала увеличивается на 20%, укладка более трудоёмкая и кропотливая.

Но эти способы можно сочетать в пределах одного контура. Например, вдоль стен «смотрящих» на улицу, труба укладывается змейкой, а на остальной площади улиткой. Также можно изменять и частоту витков.

Есть общепринятые стандарты, на которые ориентируются профессионалы:

• Шаг – 20 см;
• Длина трубы в одном контуре не более 120 м;
• Если будет несколько контуров, то их длина должна быть одинакова.

Под стационарные и крупногабаритные предметы интерьера, трубы лучше не заводить. Например, под газовую плиту.

ВАЖНО: обязательно нарисуйте схему укладки с соблюдением масштаба.

Укладку начинают от коллектора. Разматывая бухту фиксируют трубу согласно схеме. Для крепления удобно использовать пластиковые хомуты.

Гофрированная нержавейка выпускается в бухтах по 50 м. Для её соединения используют фирменные муфты.

Последним элементом, уложенным между витков труб, является термодатчик. Он проталкивается в гофротрубу, конец которой заглушен и привязан к сетке. Расстояние от стены не менее 0,5 м. Не забудьте: 1 контур – 1 термодатчик. Другой конец гофротрубы выводится к стене и далее по кратчайшему пути подводится к терморегулятору.

Система управления и опрессовка контура

Система управления водяным тёплым полов включает:

Компоновка всех элементов с соблюдением технических параметров, очень сложная теплотехническая задача. В расчёт принимается масса параметров начиная от количества фитингов и длины труб, и оканчивая толщиной стен и регионом страны. В общих чертах можете ориентироваться на следующие данные:

1. Насос можно использовать только циркуляционный. «Мокрый» тип насоса, надёжнее «Сухого» и менее требователен в обслуживании.

Для расчёта производительности используйте следующую формулу:

Где W – мощность отопительной системы.

Например, при мощности системы 20 кВт, производительность насоса должна быть 20 х 0,172 = 3,44 м 3 /ч. Округляют результат в большую сторону.

Напор высчитывается более сложной методикой. Ведь трубы расположены горизонтально, а характеристика насоса показывают вертикальный напор. Используйте следующую формулу: H = (L * K) + Z/10. Где L – общая длина контуров, К – коэффициент потерь давления от трения (указан в паспорте трубы, переводится в Мпа), Z – коэффициент ослабления напора в дополнительных элементах

Z₁ – 1,7 вентиль термостата;

Z₃ – 1,3 вентили и фитинги.

На примере это выглядит так, допустим, имеются 3 контура, по 120 м. В сумме есть 18 фитингов, 3 вентиля термостата, 1 смеситель. Труба – гофрированная нержавейка ø16 мм, коэффициент потерь 0,025 Мпа.

H = (120*3*0,025) + ((1,7 * 3) + (1,3 * 1) + (1,2 * 18))/10 = 9 + (5,1 + 1,3 + 21,6)/10 = 11,8 м. Результат округляется в большую сторону – напор насоса 12 м.

1. Мощность котла рассчитывается по формуле W = S * 0,1. Где S — площадь дома. Есть ещё масса поправочных коэффициентов, в зависимости от толщины и материала стен дом, климата региона, этажности, наличия смежных комнат.

Учтите, что температура воды на выходе должна быть более 30 — 35́˚C. Чтобы выдержать такую температуру, перед коллектором устанавливают смеситель. В нём вода смешивается до нужной температуры перед подачей в контур.

1. Коллектор регулирует подачу воды в каждом контуре. Без него, вода пойдёт по пути наименьшего сопротивления потоку, то есть по самому короткому контуру. Регулировка осуществляется сервоприводами, согласно данным от терморегулятора.
2. Терморегуляторы наблюдают за температурой в контролируемых помещениях, снимая показатели с термодатчиков.

До опрессовки контура его промывают и только затем подключат к коллектору. Воду подают под обычным давлением, но температуру увеличивают на 4˚C в час, до 50 ˚C. В таком режиме система должна функционировать 60-72 часа. ВАЖНО: во время опрессовки требуется постоянный контроль!

В домашних условиях, без использования специального оборудования, опрессовывать повышенным давлением невозможно.

Если проверка не выявила изъянов монтажа, то можно приступать к дальнейшим операциям.

Стяжка

ВАЖНО: верхний слой стяжки заливают только при заполненном контуре. Но перед этим, металлические трубы заземляют, и закрывают толстой полиэтиленовой плёнкой. Это важное условие, для предотвращения коррозии вследствие электрохимических взаимодействий материалов.

Вопрос армирования можно решить двумя способами. Первый – положить сверху трубы кладочную сетку. Но при таком варианте, возможно появление трещин в следствии усадки.

Другой способ – дисперсное армирование фиброй. При заливке водяных тёплых полов, лучше всего подходит стальная фибра. Добавленная в количестве 1 кг/м 3 раствора, она равномерно распределится по всему объёму и качественно повысит прочность застывшего бетона. Полипропиленовая фибра, для верхнего слоя стяжки подходит гораздо меньше, ибо прочностные характеристики стали и полипропилена даже не конкурируют друг с другом.

Устанавливают маяки и замешивают раствор по вышеизложенной рецептуре. Толщина стяжки должна быть не менее 4 см над поверхностью трубы. Учитывая, что ø трубы 16 мм, общая толщина будет достигать 6 см. Время созревания такого слоя цементной стяжки – 1,5 месяца. ВАЖНО: Ускорять процесс включая подогрев пола – недопустимо! Это сложная химическая реакция образования «цементного камня», которая происходит при наличии воды. А нагрев вызовет её испарение.

Ускорить созревание стяжки можно при включении в рецептуру специальных добавок. Некоторые из них вызывают полную гидратацию цементу уже через 7 суток. И кроме этого значительно уменьшают усадку.

Определить готовность стяжки можно, если положить на поверхность рулон туалетной бумаги, и накрыть его кастрюлей. Если процесс созревания окончился, то на утро бумага будет сухая.

Первое включение

Очень важный этап эксплуатации водяного тёплого пола. Чтобы не потрескалась стяжка от неравномерного прогрева, и не повредились трубы, включение проводят по следующей схеме:

1 сутки – температура 20 ˚C.

2 сутки – увеличивают температуру на 3 ˚C.

3 и следующие сутки, поднимают температуру по 4 ˚C, до выхода на рабочий режим.

Только после этого, можно переходить к монтажу напольного покрытия.