Что такое трехходовой термостатический клапан и как он работает в системе отопления

В современных системах отопления трехходовой клапан применяется довольно часто, поскольку является средством качественного регулирования теплоносителя – по температуре, а не по расходу. Ведь подача в радиаторы оптимально нагретой воды – лучший способ экономить энергоносители.

Есть у термосмесительных кранов и другие полезные функции, о которых вы узнаете из данной статьи. Но вначале стоит рассмотреть, как работает трехходовой клапан, а также разобраться в его внутреннем устройстве.

Разновидности 3-ходовых клапанов

Все термостатические трехходовые клапаны для отопления делятся на 3 вида по устройству и принципу работы:

• смесительные;
• разделительные;
• переключающие.

О назначении каждой из 3 разновидностей можно судить по названию. Первый тип клапана смешивает два потока теплоносителя с различной температурой, второй – разделяет, третий занимается переключением воды между 2 линиями. Распознать их внешне нетрудно, обычно принцип работы изображен на корпусе в виде рисунка. Вот как выглядит трехходовой смесительный клапан:

На заводском шильдике от фирмы Herz четко показано смешивание 2 потоков, значит, это смесительный вентиль

Похожее обозначение стоит на разделительном элементе. Что же касается переключающих кранов, то на их корпусе изображения может и не быть, зато есть значительные внешние отличия по форме.

Разделительный (фото слева) и переключающий (справа) 3-ходовой клапан

С помощью смешивания или разделения потоков добиваются оптимальной температуры теплоносителя, подаваемого в радиаторы системы отопления или контуры теплого пола. Переключение используется в газовых двухконтурных котлах, когда нагретую воду надо поочередно направлять в разные теплообменники.

Устройство и принцип работы

Чтобы разобраться, из чего состоит и как работает термосмесительный трехходовой кран самого распространенного седельного типа, следует изучить представленную ниже схему. Внутри латунного корпуса с тремя патрубками методом литья устроены 3 камеры, проходы между которыми перекрываются тарельчатыми клапанами. Они закреплены на одной оси – штоке, выходящем из корпуса с четвертой стороны.

В смесительном 3-ходовом кране выходной патрубок (откуда идет смешанная вода) всегда открыт, остальные 2 штуцера поочередно закрываются термоголовкой

Принцип действия следующий: при нажатии на шток начнет открываться проход для одного потока и постепенно закрываться для другого, в результате чего в камере смешивания клапана получится вода необходимой температуры. Она покидает латунный корпус элемента через третий патрубок. Регулировка силы нажатия на шток осуществляется термоголовкой с выносным датчиком температуры, установленным в соответствии со схемой.

Весь процесс стоит разъяснить подробнее:

1. Представьте, что со стороны горячей воды поступает недостаточно прогретый теплоноситель. Тогда механизм пропускает его дальше, а третий патрубок закрыт. Выносной датчик наполнен термочувствительной жидкостью и посредством капиллярной трубки соединен с резервуаром (сильфоном) внутри термоголовки.
2. При нагреве датчика эта жидкость расширяется, ее объем в трубке и сильфоне увеличивается, в результате последний начинает нажимать на шток трехходового клапана. Момент нажатия определяется регулировкой на шкале термостатической головки, настроенной на требуемую температуру.
3. После этого к потоку разогретой воды подмешивается холодная из третьего патрубка и температура воды на выходе из термоклапана остается неизменной, хотя нагрев теплоносителя на входе продолжается.
4. Если входящая вода продолжает нагреваться сверх нормы, то для сохранения установленной температуры на выходе термостатический клапан может полностью перекрыть вход и открыть боковой проток. При этом шток опускается в крайнее нижнее положение.
5. Как только датчик отметит остывание теплоносителя, головка слегка отпустит шток, откроется седло клапана с горячей стороны и начнется подмешивание нагретой воды.

Способ регулировки трехходового крана термостатической головкой с датчиком – самый популярный, поскольку является достаточно точным и простым, причем не требующим электричества.

Если вести речь о разделительном клапане, принцип его работы практически такой же, только при нажатии на шток один поток начинает делиться на два. А вот в переключающем элементе направление движения меняет электропривод, о чем подробно рассказано на видео:

Использование приводов

Помимо термостатической головки, клапаном можно управлять и другими способами. Первый из них – ручной, когда глубину нажатия штока определяет поворот рукоятки снаружи корпуса. Не самый лучший вариант и годится только в том случае, когда температура воды, поступающей в патрубки, неизменна. Другой вариант – управление с помощью серво— и электропривода, получающего команды от контроллера. Для совместной работы с разными приводами используется и другой тип клапанов – поворотные, чье устройство показано на рисунке:

Этот клапан с 3 выходами очень похож на обычный шаровой кран с электроприводом

Здесь есть определенное сходство с шаровым краном, только рабочий поворотный элемент имеет другую форму отверстия, чтобы пропускать теплоноситель сразу в двух направлениях. Принцип работы здесь простой: ось поворачивается на требуемый угол, вращаемая приводом. Последний управляется контроллером, получающим импульсы от одного или нескольких датчиков. Обычно приводы на клапаны устанавливают в сложных либо автоматизированных системах отопления с погодным регулированием.

Схемы подключения клапана к системе отопления

Когда есть понимание, что такое трехходовой клапан и в чем состоит его работа, можно рассмотреть различные схемы подключения, зависящие от назначения и роли элемента в отоплении дома. Установка термосмесительного 3-ходового клапана производится в 4 случаях:

1. Для защиты твердотопливного котла от воздействия конденсата и температурного шока после внезапных отключений электроэнергии.
2. Теплоноситель в контурах теплых полов должен прогреваться до 45 °С, температуру поддерживает смесительный узел с трехходовым краном.
3. Для поддержания необходимой температуры воды в разных ветвях системы.
4. Когда требуется подключить бойлер косвенного нагрева к одноконтурному газовому котлу.

Чтобы защитить тепловой агрегат на твердом топливе от образования конденсата, нельзя во время его разогрева допускать подачу в котловой бак остывшей воды из радиаторной сети. Для этого используется следующая схема подключения котла с байпасом и трехходовым смесительным клапаном:

Схема работает так. Пока теплогенератор не прогрелся, вода циркулирует по малому кругу через байпас. При нагреве теплоносителя в обратке до 50—55 °С клапан начинает открываться и подмешивать холодный теплоноситель из системы. При выходе отопителя на рабочий режим байпас перекрывается и весь поток идет через радиаторы. Подробнее эта тема раскрыта на видео:

В системе теплых полов данный элемент выполняет те же функции. Циркуляционный насос гоняет теплоноситель по греющим контурам до тех пор, пока он не начнет остывать. Как только это произойдет, сработает датчик и термоголовка, после чего трехходовой клапан станет добавлять в замкнутый контур горячую воду, идущую от котла. Как своими руками правильно выполнить монтаж коллектора теплых полов, насоса и клапана, показано на схеме:

Насос заставляет циркулировать воду по контурам теплого пола, а клапан поддерживает ее температуру на уровне 35…45 градусов

Следующий пример использования и подключение этой важной детали – обвязка твердотопливного теплогенератора и буферной емкости – аккумулятором тепла. Чтобы прогреть ее целиком достаточно быстро, температура подаваемого теплоносителя должна быть от 70 до 85 °С, каковая вовсе не нужна в системе радиаторного отопления. Понизить ее как раз и помогает трехходовой клапан, установленный за емкостью вместе с отдельным циркуляционным насосом.

В схеме с теплоаккумулятором и ТТ-котлом применяется 2 смесительных клапана, каждый регулирует температуру в своем контуре

Важно. Устанавливая смесительный клапан, помните, что насос должен располагаться с той стороны, где находится всегда открытый патрубок трехходового крана.

Сложная отопительная система большого коттеджа может иметь множество потребителей, подключаемых посредством гидрострелки и распределительного коллектора. Причем в каждый из контуров надо подать теплоноситель с разной температурой. Самая высокая нужна бойлеру косвенного нагрева, поэтому на подводке к нему регулирующей арматуры нет. Остальным потребителям нужен более холодный теплоноситель, а потому они подключены через трехходовые клапаны.

В каждом контуре схемы стоит трехходовой вентиль, поскольку нужно готовить воду с разной температурой. Только бойлер ГВС подключен к гребенке напрямую

В схеме с бойлером косвенного нагрева и одноконтурным газовым котлом тоже не обойтись без 3-ходового крана. Задача элемента – переключать поток теплоносителя на змеевик бойлера ГВС по команде контроллера (срабатывает электропривод).

Пока змеевик прогревает бойлер, отопление бездействует, поскольку клапан переключает поток между 2 линиями

Бюджетные элементы с фиксированной температурой воды

В несложные отопительные системы загородных домов, получающие тепловую энергию от ТТ-котла, допускается ставить трехходовой клапан упрощенного типа, действующий автономно. Для работы ему не нужна термоголовка с температурным датчиком, да и штока там нет. Управляющий термостатический элемент установлен внутрь корпуса и настроен на определенную температуру воды на выходе, например, 60 или 50 °С (указывается на корпусе).

Схема работы и устройство клапана со встроенным регулирующим элементом

Термосмесительный кран данного типа всегда поддерживает фиксированную температуру теплоносителя на выходе, изменить эту настройку нельзя. Отсюда возникает плюс и минус в использовании подобной арматуры:

1. Преимущество — более низкая цена, чем стоимость узла с термоголовкой. Разница существенная — около 30%.
2. Недостаток — нельзя регулировать нагрев выходящего теплоносителя. Когда элемент с завода настроен на 55 °С, то он всегда будет подавать воду с этой температурой ±2 °С.

Совет. Перед покупкой клапана упрощенной конструкции внимательно читайте техническую документацию на твердотопливный котел, в ней нередко указывается минимальная температура обратного теплоносителя. Больше информации по применению смесительной арматуры вы найдете в отдельной публикации.

Заключение

Термостатический трехходовой кран – очень полезная деталь системы отопления частного дома, позволяющая эффективно использовать нагреваемый теплоноситель, а значит, и экономить топливо. Кроме того, эта простая деталь играет роль элемента безопасности для твердотопливных котлов и позволяет продлить им срок службы. С другой стороны, не стоит ставить клапан без нужды и куда попало, по этому поводу всегда консультируйтесь со специалистом в данной области.

Как подобрать трехходовой клапан для теплых полов и дровяного котла

Если вы через поиск добрались до этой статьи, то наверняка уже что-то слышали о смесительной трубопроводной арматуре, применяющейся в системах отопления частных домов и квартир. Так что без долгих предисловий предлагаем обсудить 3 вопроса: как работает термостатический трехходовой клапан, где его нужно устанавливать и как правильно подобрать, чтобы не тратить лишних денег.

Принцип работы и виды клапанов

Задача любого 3-ходового вентиля – подать в магистраль воду требуемой температуры путем смешивания либо разделения 2 потоков. Соответственно, элемент оснащен тремя выходами, один из которых всегда открыт, а два других полностью или частично перекрываются в процессе работы. Отсюда и название крана – трехходовой (иногда еще говорят «трехходовый», что не есть правильно).

Так выглядит смешивание потоков внутри изделия

Примечание. Циркуляционный насос отопления всегда устанавливается именно со стороны открытого выхода, иначе схема будет функционировать некорректно, о чем мы писали ранее в другой инструкции.

По способу приготовления теплоносителя нужной температуры термостатические клапаны делятся на 2 группы, изображенные на фото:

1. Смесительные. В них подается 2 потока воды – горячий и охлажденный (входы обозначают буквами «А» и «В»), а из третьего патрубка (маркировка «АВ») идет смесь установленной температуры. На латунном корпусе стоит метка в виде сходящейся с двух направлений стрелочки.
2. Разделительные или распределительные. Поступающий теплоноситель делится на 2 потока регулируемой величины. Маркировка на корпусе – 2 расходящиеся стрелки либо буквы «А», «В» на выходных патрубках и «АВ» на входе.

Смесительный (слева) и распределительный (справа) регулятор потока

Для справки. Существует третья разновидность 3-ходовых термоклапанов – перекидные. Они ставятся в настенные газовые котлы с водяным контуром и с помощью электропривода переключают движение потока между основным теплообменником отопления и вторичным, обеспечивающим ГВС. Вне теплогенераторов подобные элементы применяются крайне редко.

По принципу действия трехходовые краны тоже делятся на два типа – седельные и шаровые. Устройство первых похоже на обычные водопроводные вентили, только вместо резьбового штока используется нажимной. На нем закреплена тарелка, движущаяся между двумя седлами и перекрывающая 2 прохода поочередно. Нажатие на шток осуществляется тремя способами:

• встроенным термоэлементом
• термоголовкой с выносным температурным датчиком
• сервоприводом.

Как это происходит, показано на схеме и подробно расписано в другой нашей публикации.

Конструкция 3-ходового вентиля с ручной регулировкой температуры и встроенным термоэлементом

Шаровые термосмесительные клапаны работают по принципу таких же кранов, только с тремя выходами. Управляются вручную или от электропривода, вращающего шток по команде автоматики. Элементы являются полнопроходными и отличаются высокой пропускной способностью, а значит, меньшим гидравлическим сопротивлением. Недостаток – зависимость от напряжения в электросети и необходимость установки блока бесперебойного питания (ИБП).

Поворотная конструкция с электроприводом

Где надо ставить 3-ходовой кран и когда он не нужен

Прежде чем заниматься подбором трехходового вентиля, желательно убедиться в том, что он действительно необходим. Ведь в интернете и в реальной жизни хватает советчиков, слабо понимающих суть вопроса. Итак, перечислим ситуации, когда этот вентиль реально нужен:

1. Для защиты твердотопливного котла от подачи холодного теплоносителя и выпадения конденсата на внутренних стенках топки.
2. Чтобы регулировать температуру воды в отопительных контурах.
3. Для ограничения нагрева теплоносителя в контурах теплого пола.

О конденсате, провоцирующем образование липких наростов на стенках камеры ТТ-котла, сказано немало, в том числе и на нашем ресурсе. Он появляется в процессе разогрева, когда температура в топке уже высокая, а вода из системы отопления поступает холодная. Чтобы этого избежать, подающая и обратная магистраль связывается байпасом, где и ставится 3-ходовой кран. Он заставляет теплоноситель из котлового бака течь по малому кругу, и только при нагреве до 50—60 °С начинает подмес воды из системы.

Схема с байпасом и смесителем оберегает ТТ-котел от появления конденсата и температурного шока

Важное замечание. Клапан служит элементом безопасности для чугунного теплообменника, если таковой установлен в вашем теплогенераторе. Представьте, что в доме отключили электричество на 1—2 часа, за которые радиаторная сеть успевает остыть. Без смесителя в разогретый котел резко пойдет холодная вода, когда электроснабжение возобновится. От такого перепада чугун испытает температурный шок и может треснуть.

Регулирование температуры в отопительных контурах с помощью смесительного узла необходимо в таких случаях:

• в сложных системах отопления, когда к общей гребенке надо подключить несколько линий с разными температурными режимами, например, радиаторная сеть, теплые полы и бойлер косвенного нагрева;
• при подключении тех же потребителей к буферной емкости – тепловому аккумулятору;
• при подаче нагретой воды в теплообменник вентиляционной приточной установки, задействованной для воздушного отопления загородного коттеджа.

Клапан в отопительном контуре не только регулирует температуру на подаче, но и позволяет котлу нагреть теплоаккумулятор

Поскольку в греющие контуры теплых полов направляется теплоноситель с температурой не более 50 °С, а от котла может поступать и 85 °С, то ее следует ограничить. Обычно (но не всегда!) вопрос решается путем установки на распределительный коллектор смесительного узла с 3-ходовым вентилем. Последний смешивает охлажденную воду из напольных контуров с «внешним» теплоносителем, идущим от котла.

Схема приготовления воды нужной температуры для подачи в петли теплых полов

Теперь обозначим ситуации, когда покупка и монтаж смесителя (или разделителя) не обязательна:

1. Если протяженность каждой петли водяного теплого пола не превышает 50—60 м, чего вполне возможно добиться, то регулирование делается без смесительного узла. Вместо него на обратный коллектор ставятся головки типа RTL, ограничивающие поток по количеству теплоносителя.
2. Когда на обогрев частного дома поочередно работает 2—3 отопительных агрегата, поддерживающих постоянную температуру в сети не ниже 40 °С, то ставить трехходовой клапан для твердотопливного котла не нужно.
3. В системах отопления с естественной циркуляцией воды. Причина – перепад давления на клапане, препятствующий движению теплоносителя. То же касается теплоаккумуляторов, задействованных по самотечной схеме.

Примечание. В гравитационных системах используются трубы увеличенного диаметра DN40— DN50. Это значит, что для них придется купить не обычный муфтовый смеситель, а громоздкий вентиль фланцевого типа по приличной цене. Такое решение разумным не назовешь.

Если вас интересует, почему лучше выбрать головки RTL и как они управляют контурами напольного обогрева, посмотрите видео от опытного мастера и нашего эксперта Владимира Сухорукова:

Расчет пропускной способности

Просто подобрать трехходовой клапан по диаметру патрубка отопительного агрегата или подводящему трубопроводу не получится. Дело в том, что в процессе автоматического регулирования элемент создает переменное гидравлическое сопротивление, которое должен преодолевать циркуляционный насос, чтобы обеспечить требуемый расход теплоносителя. Путем расчета клапан подбирается таким образом, чтобы пропускать нужный объем воды при различных положениях штока.

Главная конструктивная характеристика любого 3-ходового вентиля – условная пропускная способность, обозначаемая буквой Kvs и выражаемая в м³/ч. Эта величина, указываемая в паспорте изделия, отражает количество холодного теплоносителя, проходящего через полностью открытый клапан за 1 час. При этом перепад давления на участке до регулятора и после него составляет 1 Бар.

Пример. Если через трехходовой кран с Kvs = 1.6 м³/ч пропустить именно такой объем воды в течение часа, то перепад давлений (гидравлическое сопротивление) составит 1 Бар или 10 м водного столба. Это слишком много для системы отопления частного дома, поэтому при расчетах принимается реальное падение давления – 0.15—0.2 Бар (1.5—2 м вод. ст.).

Чтобы выбрать регулирующий клапан по пропускной способности, сначала нужно определить расход теплоносителя, идущего по регулируемой линии. Используется такая формула:

• G – искомый расход воды, м³/ч;
• Q – тепловая нагрузка на ветвь отопления, кВт;
• ∆t – разница температур воды на подаче и в обратке, обычно принимается равной 20 °С, а в теплых полах – 10 °С.

Пример. Дом площадью 100 м² планируется отапливать напольными контурами, которые должны обеспечить теплоотдачу 10 кВт. Тогда на распределительный коллектор нужно подать G = 0.86 х 10 / 10 = 0.86 м³/ч теплоносителя.

Следующим шагом вычисляем реальный коэффициент K пропускной способности смесительного клапана с учетом перепада давления на нем 0.2 Бар по формуле:

Для того же примера величина К будет равна 0.86 / √0.2 = 0.86 / 0.45 = 1.9 м³/ч. Дальше открываем каталог выбранного производителя арматуры и подбираем из линейки трехходовой кран, чей Kvs равен или больше полученного значения. Возьмем известный бренд Danfoss (Данфосс) и выберем из серии изделий VRB3 клапан с патрубками DN15 и Kvs = 2.5 м³/ч. Предыдущий в ряду номинал составляет 1.6 м³/ч, чего явно недостаточно в нашем случае.

Для справки. Как правило, для твердотопливных котлов и теплых полов, устраиваемых в частных домах, применяются трехходовые клапаны с условным проходом DN15—DN25, не больше. А вот их пропускную способность необходимо высчитывать. Вдобавок после подбора элемента желательно проверить скорость протекающего теплоносителя, как об этом рассказывается в очередном видео:

Советы по выбору

Несведущий домовладелец, решивший в поисках трехходового клапана полистать каталог любой известной фирмы, может растеряться от количества и разнообразия предлагаемых изделий. Чтобы помочь вам выбрать нужный вентиль из широкого ассортимента, мы дадим несколько рекомендаций и начнем с перечня брендов, чьи каталоги вообще стоит открывать. Вот список известных фирм, чьи изделия заслуживают доверия:

• Danfoss (Дания);
• Herz Armaturen (Австрия);
• Honeywell (США);
• Icma (Италия);
• Esbe (Швеция);
• Caleffi (Италия).

3-ходовой термоклапан изобретен не вчера. На фото — изделие компании ESBE образца 1935 года

Для справки. Перечисленные компании продают огромное количество разнообразной арматуры для отопительных систем, в том числе двухходовые, предохранительные и четырехходовые клапаны, электромагнитные шиберы и термостаты. Из производителей стран постсоветского пространства мы можем рекомендовать продукцию бренда Valtec (Валтек).

Теперь основной блок рекомендаций:

1. Для защиты твердотопливного котла от конденсата можно выбрать 2 вида трехходовых клапанов – с фиксированной настройкой и термоголовкой с выносным датчиком. Второй вариант обойдется дороже на 20—30% и не всегда оправдан, поскольку изменение температуры обратки здесь излишне. Приобретайте регулятор с внутренним термостатом, настроенным на температуру 50 либо 55 °С.
2. Чтобы управлять нагревом отдельных ветвей и контуров теплых полов, однозначно нужен 3-ходовой клапан с выносным датчиком и термостатической головкой. Колба датчика устанавливается на тот коллектор или трубопровод, чью температуру необходимо контролировать.
3. Шаровые (они же поворотные) регуляторы действуют в паре с электроприводом либо выставляются вручную. Если вы не хотите усложнять схему и зависеть от электричества, выбирайте подходящее по характеристикам изделие среди седельных клапанов, работающих от термоголовок.
4. Самый «ходовой» материал корпуса – латунь или бронза. Нержавеющие элементы стоят дороже, а чугунное литье боится температурного шока и обладает приличной массой.
5. В схемах с одинаковым успехом применяются как смесительные, так и разделительные трехходовые краны. Но если вы не являетесь специалистом в области отопления и собираете систему своими руками, то лучше возьмите клапан – смеситель. С ним проще разобраться и правильно поставить, о чем подробно расскажет эксперт в своем видеосюжете:

Две рекомендации напоследок

Поскольку мы представили упрощенную методику вычисления и подбора 3-ходового клапана по пропускной способности, настоятельно советуем проконсультироваться по этому поводу со знающими людьми. Если такой возможности нет, приобретайте вентиль с запасом, невзирая на цену. Есть и другой вариант: договоритесь с продавцом о возможной замене изделия на тот случай, если оно не подойдет.

Если вам необходимо смонтировать водяное отопление в большом коттедже, обогреваемом радиаторной сетью и теплыми полами, а ГВС планируется обеспечивать от бойлера косвенного нагрева, то без помощи опытных специалистов обойтись не удастся. Придется сделать от 4 до 10 регулируемых ветвей, для каждой из которых нужно рассчитать и подобрать трехходовой клапан, а потом сбалансировать их работу в комплексе.