Управление водяными теплыми полами

Управление системой отопления, основу которой составляют тёплые водяные полы, может выполняться в ручном или автоматическом режимах. Каждый из вариантов имеет свои плюсы и минусы. В данной статье рассмотрены общие принципы, на которых основано управление тёплым полом дистанционно или в автоматическом режиме.

Устройство управления тёплым полом

Устройство управления тёплым полом

Автоматика, которая предназначена для управления тёплыми водяными полами, решает задачи поддержания установленных параметров (температура поверхности или воздуха, обратного и прямого теплоносителя) без непосредственного участия в процессе человека, и экономии энергоресурсов. Комплекты указанной аппаратуры принято разделять на три базовых группы, выполняющие задачи группового, зонального или комплексного регулирования.

Групповое регулирование – решает задачи управления температурой и/или объёмом теплоносителя, т.е. характеристиками процесса, которые являются главными. Указанная функция осуществляется через узел управления тёплыми полами:

• непосредственно на самом источнике тепла. Используется в тех случаях, когда применяются низкотемпературные источники со встроенными элементами управления и контроля;
• система управления тёплым полом на смесительных узлах, относящихся к групповым. Выполняет управление параметрами теплоносителя для комплекса групп потребителей (коллекторов или нескольких зон) с использованием для указанных целей оборудования в соответствии с реализованным техническим решением тёплого пола;
• на смесительных узлах, относящихся к индивидуальным. Используется на смесительных узлах, подключённых к конкретному коллектору тёплого водяного пола;
• с реализацией принципа «констант», заключающегося в постоянном поддержании выставленной температуры. Указанный вариант реализуется с применением термостатических головок, оснащённых накладным датчиком. Данное изделие устанавливается на трёх или двухходовой клапан смесительного узла;
• система управления тёплым полом с реализацией принципа «климатконтроль». В данном случае температура теплоносителя в подающих и обратных магистралях тёплого пола поддерживается на уровне, определяемом выбранной программой. Для реализации применяются контроллеры управления теплоснабжением.

Индивидуальное регулирование – иное наименование, регулирование зональное, реализуется через узел управления тёплыми полами, который включает:

• индивидуальную автоматику, рассчитанную на отдельное помещение, автоматически поддерживающую заданную программой температуру воздуха в указанном помещении. При этом последняя рассматривается как величина контролируемая и задаваемая, а температура полов является величиной управляемой (зависимой);
• зональная автоматика, оснащённая датчиком «в пол». Позволяет в автоматическом режиме поддерживать в полу заданную температуру. В этом варианте температура пола является контролируемой и задаваемой величиной, а температура воздуха в помещении – величина управляемая (зависимая). Чаще всего реализуется в тех помещениях, где приоритетом является постоянная температура тёплых полов (аквапарк, бассейн, сауна).

Комплексное регулирование – сочетает в себе автоматику первых двух вариантов в зависимости от того, какие именно задачи поставлены, в каких комбинациях используется оборудование, либо какие именно технические схемы были реализованы в конструкции данного пола.

Достаточно часто пользователи, исходя из высокой стоимости монтажа автоматики для водяного тёплого пола, принимают решение о том, что управление тёплыми водяными полами выполняется в варианте ручной регулировки. При этом тот или иной контур открывается, либо закрывается в ручном режиме. Результатом подобного управления становится разбалансировка контуров тёплых водяных полов и необходимости повторного приглашения наладчика (платного).

На заметку. Автоматика, изготавливаемая одним производителем, как правило, не стыкуется с коллекторами, произведёнными другим.
Регулирование групповое не может, чисто технически, полностью заменить индивидуальное.

Термостаты, осуществляющие регулировку в конкретном помещении, могут решать задачи управления температурой и контроля за её значениями. Поэтому их установка является обязательной. В качестве опции дополнительной рассматривается использование контроллеров, имеющих компенсацию температуры окружающей среды.

Способы регулирования температуры пола

1. Посредством управления значениями температуры подаваемой воды (теплоносителя).
2. Поддержанием температуры теплоносителя в подающем контуре на заданном уровне (const).
3. Изменением значений температуры поступающего теплоносителя, которое увязывается с температурой наружного воздуха (klimatkontrol).

Оборудование. используемое для автоматизации процедуры управления

Только одно его перечисление потребует внушительной статьи (термоклапаны, термостаты. сервоприводы, термоголовки и т.п.). Поэтому рассмотрим только одно, наиболее значимое изделие — групповой контроллер.

Изделие рассчитано на работу от 24В батареи или штатной сети (через адаптер) и может применяться в помещениях с повышенной влажностью. В комплект входит погружной (для теплоносителя) и выносной (для наружного воздуха) датчики ДКТ (контроля температуры).
Блок управления тёплым полом конструктивно предусматривает возможность его перепрограммирования и дистанционного управления контроллером. По желанию заказчика может быть реализовано управление тёплым полом через интернет («умный дом»).

В конструкцию теплых водяных полов входят различные детали и элементы, без которых система не сможет нормально работать. Как и в обычном отоплении, здесь также присутствует теплоноситель. Однако, если в обычные радиаторы и прочее высокотемпературное оборудование он может подаваться без ограничений температуры, то для теплых полов такой вариант совершенно не годится. В первую очередь это связано с ограничениями по нагреву, которые устанавливаются строительными нормами для большинства напольных покрытий. Поэтому, чтобы обеспечить правильный монтаже системы отопления дома и комфортную и безопасную эксплуатацию, в схеме предусмотрен смесительный узел для теплого пола, выполняющий ряд полезных функций.

Для чего нужны смесительные узлы

Следует отметить, что данное оборудование может эффективно использоваться лишь в системах водяных теплых полов, наполненных таким же теплоносителем, что и с обычных радиаторах отопления. Общая схема состоит из нагревательного котла и одного или нескольких контуров водяных труб, уложенных в определенном порядке. Изначально вода нагревается в котле до высокой температуры и без каких-либо ограничений используется в радиаторах отопления. Однако нагрев напольных покрытий ограничивается санитарными нормами и не должен быть выше 31 градуса. То есть, на полу устанавливается среднее температурное значение. Следовательно, в зависимости от типа и толщины напольного покрытия, теплоноситель, наполняющий трубы, удерживает температуру на уровне 35-55 градусов. Таким образом, вода не может поступать в систему напрямую из котла, поскольку требуется ее предварительное охлаждение до установленного порога.

В связи с этим и возникла необходимость в применении смесительного узла, устанавливаемого на входе контура водяных полов. Данное устройство обеспечивает равномерное смешивание горячего теплоносителя, поступающего из котла и охлажденного теплоносителя, проходящего в обратном направлении. В результате, средняя температура воды понижается, и жидкость в таком виде поступает в контур. У многих пользователей нередко возникает вопрос, так ли уж необходим узел смешения для теплого пола и можно ли без него обойтись? Такое вполне возможно при условии использования низкотемпературного контура во всех помещениях. При этом котел должен нагревать теплоноситель до установленного значения исключительно для теплых полов. Если же в системе отопления присутствуют высокотемпературные элементы, то смесительный узел устанавливается в обязательном порядке.

Принцип действия

Типовой смесительный узел работает по стандартной схеме. Теплоноситель, нагретый до горячего состояния, подходит к коллектору водяных полов. На своем пути он встречает преграду в виде смесительного клапана, оборудованного термостатом. Если температура воды превышает требуемое значение, происходит срабатывание клапана, открывающего подачу охлажденного теплоносителя из обратки и смешивающего обе жидкости. В результате, горячая и холодная вода соединяются и по достижении температурой требуемого значения клапан вновь срабатывает, перекрывая поступление горячей воды.

Смесительный узел в системе теплых полов не только регулирует температуру жидкости, но и обеспечивает ее циркуляцию внутри контура.
Для этих целей в устройстве предусмотрены следующие элементы:

• Смесительный клапан. С его помощью происходит подпитка отопительного контура горячей водой в необходимом объеме. Одновременно выполняется контроль над температурой при входе.
• Циркуляционный насос. После его включения вода в контуре начинает двигаться с установленной скоростью. В результате, вся площадь теплых полов нагревается равномерно.

Работу смесительного узла также обеспечивают дополнительные элементы:байпас, защищающий от перегрузок, воздухоотводы, и различные типы дренажных и отсекающих клапанов. Поэтому смесительный узел для теплого пола своими руками можно сделать по разному, в соответствии с его функциями и условиями эксплуатации.

Монтаж оборудования всегда выполняется перед отопительным контуром. Непосредственное место установки выбирается исходя из конкретных условий использования теплых полов. При наличии нескольких отапливаемых помещений, смесительный узел помещается в отдельный коллекторный шкаф или монтируется отдельно в каждой комнате.

Варианты схем размещения

Смесительные узлы, независимо от конструкции, могут монтироваться по различным схемам. Основное требование, предъявляемое к каждой из них, заключается в получении нужной температуры теплоносителя. Все известные схемы можно условно разделить на две группы: параллельные (рис. 1) и последовательные (рис. 2). Основным отличием каждой схемы является направление движения теплоносителя.

Конструкция параллельной схемы предусматривает подачу воды после смешивания до нужной температуры не только в контур теплых полов, но и к обычным радиаторам отопления. В этом случае не весь теплоноситель попадает в теплый пол, и для подачи части теплоносителя к радиаторам потребуется насос с более высокой производительностью.

Последовательная схема будет нормально функционировать и с менее производительным насосом. В этом случае весь теплоноситель после смешивания циркулирует исключительно в отопительном контуре водяного пола. Данная схема считается более простой и чаще всего используется потребителями.

Конструкции обеих схем создаются с помощью определенного набора деталей и запорно-регулирующей арматуры. Основную роль играют смесительные клапаны и циркуляционный насос, с помощью которых удается получить нужное количество теплоносителя с требуемой температурой.

Конструкции и типы клапанных кранов

В насосно-смесительный узел для теплого пола могут входить различные типы смесительных клапанов. Среди них следует отметить трехходовые клапаны (рис. 1), с помощью которых водяные потоки смешиваются, разделяются и переключаются между собой. Основной функцией этих приборов в смесительных узлах является создание смеси с заданной температурой, где перемешивается горячий теплоноситель, поступающий из котла, и охлажденная жидкость из трубопровода обратной подачи. Главная задача двухходового клапана (рис. 2) заключается в изменении количества воды, поступающей из одного места. То есть, в данном случае регулируется величина потока. Если сечение клапана уменьшается, то снижается и объем теплоносителя, проходящего через этот прибор. Чтобы насос продолжал нормально работать, вода для него в нужном количестве поступает из другого трубопровода.

Каждый из этих клапанов по своей сути является обычным запорным механизмом с возможностью различных регулировок. В самых простых случаях поток воды перекрывается вручную обычным вентилем. Однако для смесительного оборудования данный метод не годится, поскольку он не обеспечивает автономную работу прибора. Поэтому совместно с клапанами используются термоголовки, регулирующие открытие клапанов в автоматическом режиме. Информация для открытия или закрытия поступает от термодатчика, установленного на подающем или обратном трубопроводе. В некоторых конструкциях работа клапанов осуществляется через сервоприводы.

Следует остановиться и на термостатических трехходовых клапанах (рис. 3). К ним подключаются два трубопровода с разными температурами воды. После смешивания через третий отвод выходит жидкость с температурой, установленной заранее. Образуется насосный узел с улучшенными свойствами. Для регулировки температуры используются датчики, встроенные в корпус устройства. Выбирая необходимый клапан, независимо от его конструкции, следует учитывать величину его пропускной способности. Данный параметр, обозначаемый Kvs или Kv, соответствует максимальному потоку теплоносителя, пропускаемого через клапан, находящийся полностью открытым. При этом перепад давления составляет 1 Бар. Существует стандартный ряд этой величины, указываемой в технических характеристиках в виде 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,6; 10 и т.д.

Как выбрать насос

Без циркуляционного насоса не сможет функционировать ни один смесительный узел для теплого пола. Теплоноситель к теплому полу должен поступать в заранее определенном количестве. Выбор насоса также следует производить с учетом того, что в наиболее длинном трубопроводе пола неизбежно возникают потери давления. Их величина зависит от длины самой ветки, количества вентилей и кранов и прочих факторов, тормозящих движение воды.
В современных условиях все расчеты выполняются с помощью специальных программ, а при их отсутствии – применяются формулы, взятые в справочниках. Основной расчетной формулой является следующая: Q=3600 х P/c х (tп – tо), в которой Р является суммарной мощностью петель водяного пола, с – теплоемкость (значение для воды – 4,2 Дж/кг), tп и tо – величина расчетной температуры подачи и обратки. Разница между ними не должна быть выше 10 градусов. Если в качестве примера взять температуру подачи и обратки соответственно 35 и 25 градусов, а мощность всех петель – 8 кВт, то общий расход теплоносителя составит по формуле: Q = 3600 х 8/4,2 х 10 = 685 л/ч или 0,685 м3/ч. Полученное значение расхода воды, а также предварительно рассчитанные потери давления в системе позволяют выбрать циркуляционный насос с необходимой производительностью.
Потери давления рассчитываются путем гидравлического расчета водяных полов на основании большого количества параметров. В первую очередь принимаются во внимание потери давления в трубопроводе. На их величину влияет протяженность самой длинной петли, скорость перемещения в ней теплоносителя, материал и диаметр труб. Следует учесть, что в каждой петле расход воды будет отличаться, в зависимости от технических характеристик данного участка. Общие потери давления во всей петле вычисляются исходя из потерь давления на 1 метре трубопровода. Удельная потеря для 1 метра конкретной трубы указывается в прилагаемой документации. Потери давления возникают когда приходится преодолевать местные сопротивления фитингов на расчетном участке. В этом случае учитывается общее количество тройников, клапанов и других элементов. После подсчета общих потерь давления можно легко выбрать нужную модель насоса.

Виды смесительных узлов

До сих пор рассматривался лишь принцип работы представленных схем смесительных узлов. Однако каждая из них отличается конструктивными особенностями в связи с использованием различного оборудования и комплектации. Обладая этими знаниями, вполне по силам соорудить смесительный узел для теплых полов своими руками. Таким образом, все схемы по своей конструкции разделяются на два основных типа: смесительные узлы на двухходовых и на трехходовых клапанах. В каждой из них применяются различные элементы, отличающиеся разной последовательностью и расположением.

Смеситель с двухходовым клапаном

Двухходовая конструкция известна также в качестве питающего клапана. Он оборудован термостатической головкой с жидкостным датчиком для постоянного контроля температуры воды, поступающей в контур теплых полов. С помощью этой головки осуществляется открытие и закрытие клапана, за счет чего и происходит добавление или отсечение подачи горячей жидкости, поступающей от отопительного котла.
Таким образом, наступает этап смешивания двух теплоносителей, осуществляемый по очень простой схеме. Вода из обратки на узел теплого пола поступает непрерывно, а горячая жидкость подается только при необходимости. Именно этот процесс и регулируется с помощью двухходового клапана. Данная схема исключает перегрев теплого пола и способствует продлению его срока службы. Незначительная пропускная способность такого клапана позволяет плавно регулировать температуру теплоносителя, избегая резких скачков. В большинстве водяных полов используются именно двухходовые клапаны. Единственным ограничением является площадь помещения: если она составляет 200 м2 и более, то применение этих приборов считается нецелесообразным.

Смеситель с трехходовым клапаном

Трехходовой клапан одновременно является питающим перепускным клапаном и байпасным балансировочным краном в смесительном узле. Отличительной особенностью данного прибора является возможность смешивания внутри него горячего и холодного теплоносителей, поступающих, соответственно, с подачи и обратки. Нередко трехходовые устройства оборудуются сервоприводами, под управление которых функционируют термостатические устройства и погодозависимые контроллеры.
Внутреннее пространство клапана перекрывается заслонкой, расположенной между трубах для тёплого водяного пола подачи горячей и охлажденной воды в зоне 90 градусов. Она может быть выставлена в любое положение – по центру или с уклоном в какую-либо сторону в зависимости от того, какую температуру смешанной воды требуется получить. Трехходовые клапана считаются универсальными и просто незаменимы в крупных системах с большим количеством контуров. Управление погодозависимой арматурой позволяет изменять мощность теплых полов при изменении погодных условий. Резкое снижение температуры наружного воздуха приводит к быстрому остыванию помещения, и водяной тёплый пол уже не справляется со своей задачей. Для повышения его эффективности с помощью трехходового клапана и арматуры увеличивается расход воды и ее температура.