Насосно-смесительный узел для теплого пола

Теплый пол в отличие от других автономных систем отопления требует более тщательного конструктивного подхода. В данном случае не достаточно иметь источник нагрева и обогревательные приборы. Для полноценной работы теплых водяных полов требует куда больше дополнительного оборудования, оснастки и приборов. Все дело в том, что греющие полы являются низкотемпературной системой отопления и требуют более тщательной подготовки теплоносителя. Существенная разница между температурой нагрева теплоносителя в нагревательном приборе и температурой воды, циркулирующей в трубопроводе греющих полов, заставляет использовать узел подмеса.

Насосно-смесительный узел для работы теплого пола или узел смешения, представляет собой комплекс взаимосвязанного между собой оборудования, приборов и механизмов. Каждая деталь узла выполняет возложенные на нее функции и задачи, действую в едином ключе. Разберемся, что собой представляет группа смешения, какова ее роль в работе отопительной системы.

Основное предназначение насосно-смесительного узла

Основная задача, которая возлагается на насосно-смесительный узел, заключается в технической возможности осуществлять смешивание и распределение потоков теплоносителя разной температуры для последующей подачи готовой воды в отопительный контур теплого пола. Для чего это нужно? Все дело в том, что нагревательный котел или система централизованного отопления выдают теплоноситель высокой температуры (75-95 0 С), тогда как для теплых полов оптимальными режим нагрева воды должен быть в диапазоне 35-55 0 С.

С понижением температуры воды и интенсивностью потока теплоносителя в системе как раз и справляется насосно-смесительный узел. Благодаря этому оборудованию, теплые полы можно подключить к уже существующей системе обогрева, имея тепловые и гидравлические расчеты. Смесительная группа для теплого пола оснащена всеми необходимыми приборами, устройствами и приспособлениями, обеспечивающими не только смешивание различных потоков, но и оптимальный расход теплоносителя по отопительным контурам.

Смешивать воду удается в результате подмеса к горячей воде, идущей по основной трубе, жидкости, поступающей в обратном направлении (обратки). Далее, для нормальной работы теплых водяных полов в систему подается под определенным давлением подготовленная, до необходимой температуры вода. Смесительный узел в данном случае играет роль охладительной системы. Этим и обусловлено название блока.

На заметку: теплый пол с длинными водяными контурами, рассчитанный на обогрев больших площадей, нуждается в принудительной циркуляции теплоносителя, поэтому в комплекте к основному, охлаждающему и распределительному оборудованию, идет циркуляционный насос.

Определившись с назначением насосно-смесительного узла, следует отметить его значение для автономной системы отопления. Благодаря установке этого оборудования, вы можете обеспечить:

• максимально комфортную температуру обогрева в жилых помещениях;
• безопасность эксплуатации отопительной системы с жидким и горячим теплоносителем;
• повысить эксплуатационные возможности отопительных контуров и увеличить срок эксплуатации теплых полов.

На рисунке-схеме показаны основные функции всех элементов насосно-смесительного блока и место расположения каждого прибора.

Комплектация узла и принцип работы оборудования

В основе всей конструкции лежит простой и понятный комплекс оборудования, каждое из которых выполняет свою определенную роль в работе всего устройства. На первый взгляд конструкция довольно сложная, однако при детальном анализе, место и функциональность каждого прибора имеет свое объяснение. В большинстве случаев смесительные узлы комплектуются стандартно. В комплект входят следующие элементы:

• насосное оборудование, обеспечивающее циркуляцию воды в системе. С помощью насоса создается необходимое рабочее давление в трубопроводе, обеспечивается необходимая скорость подачи теплоносителя в водяной контур. На рисунке показаны рекомендуемые положения насоса. Можно использовать в работе насосы с сухим или с мокрым ротором.

На заметку: без установки насоса теплый пол может функционировать только в двух вариантах: при использовании централизованного отопления или при монтаже теплого пола, работающего от системы ГВС.

• узел подмеса — устройство, осуществляющую непосредственную регулировку температуры нагрева теплоносителя. Обычно это трехходовой кран с ручным управлением или трехходовой электромеханический клапан. Основная задача прибора, подпитка основного контура горячей водой. За счет взаимосвязи термостата с краном, осуществляется периодические включения, выключения клапана. Нагретая вода в результате работы поступает в теплый пол в том объеме, в котором необходимо для нормальной работы. При достижении в отапливаемом помещении необходимой температуры, клапан срабатывает в обратном направлении, перекрывая подачу горячей воды.
• коллекторная группа — устройство обеспечивающее сбор и распределение теплоносителя непосредственно циркулирующего в петлях водяного контура. Коллектор состоит из двух частей, гребенка для сбора отработанной воды и гребенка для распределения подготовленного теплоносителя в систему теплых полов. С помощью коллектора можно подключить не один, а несколько водяных контуров. В гребенке имеется для этой цели несколько патрубков, в зависимости от количества водяных контуров. На подающую часть коллектора устанавливается расходомер, контролирующий расход теплоносителя в системе отопления.
• последним звеном в цепи приборов и устройств, стоящих на оснащении насосно-смесительного узла является воздухоотводчик. Это самый простой вариант коллектора, который является сепаратором, обеспечивающим удаление воздуха из водяных контуров системы отопления.

Для справки: Говоря еще раз о насосной группе, можно отметить. Некоторые отопительные котлы имеют в своей конструкции встроенные насосы, поэтому ставить еще один насос на подающую трубу нет необходимости, если речь идет о радиаторном варианте обогрева. Для теплых полов требуются дополнительные усилия, направленные на обеспечения циркуляции воды в контурах.

Перечислив основные элементы блока, следует сказать пару слов о вспомогательных устройствах и приспособлениях, входящих в комплект насосно-смесительного узла. Речь идет о термостатах и клапанах, приводящих в действие насос.

На рисунке представлена принципиальная схема работы насосно-смесительных конструкций, стоящих на оснащении теплых водяных полов.

Если вы решили сделать коллектор своими руками, необходимо брать во внимание на следующий факт. Насос ставится в таком положении, сразу после трехходового клапана, не мешая его работе, а наоборот, вытягивал смешенную воду из него. Т.е. сначала устанавливается трехходовой клапан, потом насосный узел и уже следом за ними, коллектор. В любой другой конфигурации регулировка температуры нагрева теплоносителя и интенсивность циркуляции будет невозможна.

В дополнение ко всему, можно сказать, что насосно-смесительные блоки принято оснащать байпасом. Это обводная труба, через которую циркулирует теплоноситель в обход клапана и циркулирующего насоса.

Такая схема применяется в тех ситуациях, когда возникает необходимость направить обратку сразу через байпас в систему.

Как видно из описания оборудования, входящего в комплект смесительных станций, ничего сложного в конструкции нет. Поэтому при желании, вы можете сами собрать подобное устройство и обеспечить себе существенную экономию средств.

Трехходовой клапан для смесительного узла. Его место и значение

Основную работу в работе насосно-смесительного узла играет трехходовой кран или автоматизированный аналог устройства, трехходовой клапан. Обычно в продаже уже идут смесительные узлы, укомплектованные подобными устройствами. Если вы решили собрать комплекс самостоятельно, определитесь с функциональностью клапана и с тем, каким образом он должен работать.

По умолчанию модели клапанов имеют настройку на определенные температурные параметры. При желании вы уже самостоятельно можете осуществить настройку прибора под собственную отопительную систему. Для этого достаточно передвинуть термоголовку клапана в нужное положение.

Важно! Трехходовые клапаны имеют низкую пропускную способность, всего 2 м 3 в час. Поэтому оптимальным будет использование трехходовых клапанов для смешения теплоносителя при работе с непродолжительными водяными контурами. (Для отопления площадей не более 50м 2 ).

Для работы с водяными контурами большой протяженностью, используются трехходовые клапаны, рассчитанные на большие объемы воды (до 4 м 3 в час). Как правило, такие устройства имеют, и ручной вариант управления и оснащаются сервоприводами. Такие приборы используются с успехом для работы теплых полов в помещениях площадями более 100 м 2 .

Монтаж насосно-смесительного узла. Способы подключения

Собирая теплый пол в своем доме, самая тяжелая работа — это монтаж стяжки. Однако подключение водяных полов к системе отопления так же задача не простая и требующая определенных знаний. Как правило, насосный узел, смеситель и коллектор устанавливаются уже после того, как закончены работы по укладке отопительных водяных контуров. Подключаются смесительные станции в четкой последовательности. Каждый прибор и устройство должно иметь свое место, которое определяет функциональность устройств.

Монтаж оборудования осуществляется в коллекторный шкаф, в отапливаемом помещении или рядом с ним, в непосредственной близости. Все соединения должны выполняться в соответствии с технологией. Для соединения используется резьбовое соединение, холодная сварка или муфтовые соединения. При сборке смесителя и насосной группы своими руками, старайтесь добиваться коротких и удобных соединений, обеспечивающих удобный доступ к каждому элементу конструкции.

Для подключения и нормальной функциональности узла необходимо соблюдать правильное расположение труб и настройку каждого элемента системы:

• балансировочный клапан (требуется расчет места его установки);
• циркуляционный насос (требуется настройка скорости подачи);
• балансировка каждой ветки отопительного контура;
• перепускной, трехходовой клапана (требуется настройка в ручном или в автоматическом режиме);
• провести диагностику готового блока уже в полной комплектации.

Все соединения должны отвечать требованиям тепловых и гидравлических расчетов. Здесь уместно напомнить, что перед тем, как приступать к сборке и монтажу насосно-смесительного узла, важно правильно подобрать оборудование. Мощность насоса, диаметр и пропускная способность трехходового клапана. Число водяных контуров играет роль в выборе гребенок для коллекторной группы. Воздухоотводчики и спускные клапаны так же должны быть установлены в определенных местах.

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