Zawory termostatyczne trójdrogowe

Zawory termostatyczne trójdrogowe
Grzejnik bezpieczny
Artykuł ten poświęcony będzie układowi regulacji temperatury i zabezpieczenia grzejnika przed
przegrzaniem z zastosowaniem zaworu termostatycznego trójdrogowego, mieszającego.
W poprzednich artykułach „Magazynu Instalatora" (7-8/06 i 10/06) opisane były termostatyczne
układy regulacji temperatury wody zasilającej grzejnik płaszczyznowy. Powyższe układy stanowiły
jednocześnie zabezpieczenie grzejników przed przegrzaniem. Do tego celu były wykorzystane
termostatyczne zawory przelotowe oraz termostatyczne zawory trójdrogowe rozdzielające. W obu
przypadkach elementem regulacyjnym była głowica termostatyczna z czujnikiem przylgowym i
kapilarą. Obecnie zajmiemy się układem regulacji temperatury i zabezpieczenia grzejnika przed
przegrzaniem z zastosowaniem zaworu termostatycznego trójdrogowego, mieszającego. Na rysunku
przedstawiono schemat hydrauliczny powyższego układu.
Elementy systemu stanową:
• głowica termostatyczna z czujnikiem przylgowym (1),
• zawór termostatyczny trójdrogowy mieszający (2),
• wyłącznik zabezpieczający (3),
• pompa obiegowa (4),
• zawór zwrotny (5).
Zasada działania
układu do obniżania temperatury zasilania ogrzewania płaszczyznowego polega na wykorzystaniu
zjawiska mieszania dwóch strumieni czynnika grzewczego o różnych temperaturach tZ i tP, w
wyniku czego uzyskuje się czynnik o temperaturze pośredniej, tM taki, że:
tP
< tM <
tZ
Analogicznie jak poprzednio, czynnik grzewczy o wysokiej temperaturze tZ (pochodzący ze źródła
ciepła) przepływa do zaworu trójdrogowego (2) i ulega zmieszaniu z czynnikiem wychłodzonym o
temperaturze tP, powracającym z grzejnika płaszczyznowego. W typ przypadku zawór trójdrogowy
mieszający jest jednocześnie węzłem mieszającym WM.
Wartość temperatury czynnika grzewczego wychodzącego z zaworu trójdrogowego, po zmieszaniu
się dwóch strumieni o różnych temperaturach (tP, tZ), zależy od ich wzajemnej proporcji, tak, że tP
< tM < tZ. Wypływający z zaworu trójdrogowego czynnik grzewczy o obniżonej temperaturze tM
przepływa przez pompę obiegową (4), zawór zwrotny (5) oraz przez rurę, do której jest
przytwierdzony czujnik przylgowy CZ głowicy termostatycznej (1). Czujnik przylgowy CZ połączony
jest z głowicą termostatyczną (1) za pomocą giętkiej kapilary, która przenosi informację o
temperaturze rury w miejscu przyłożenia czujnika CZ. W zależności od temperatury mierzonej przez
czujnik CZ, głowica termostatyczna przymyka lub otwiera zawór termostatyczny.
Gdy temperatura czynnika grzewczego jest zgodna z temperaturą zadaną na pokrętle głowicy
termostatycznej, wówczas stopień otwarcia zaworu trójdrogowego (2) nie zmienia się. W przypadku,
gdy temperatura czynnika w punkcie CZ jest wyższa od temperatury zadanej na pokrętle głowicy
termostatycznej, głowica termostatyczna przymyka zawór (2) aż do osiągnięcia temperatury w
punkcie CZ zgodnej z temperaturą zadaną na głowicy termostatycznej. Przymknięcie zaworu
trójdrogowego oznacza zmniejszenie przepływu czynnika o temperaturze tz (przez tzw. przelot) do
węzła mieszającego WM (zaworu mieszającego (2)), z jednoczesnym zwiększeniem strumienia
czynnika o temperaturze tp dopływającego do węzła mieszającego WM (przez obejście). Większy
udział czynnika o niższej temperaturze w punkcie WM powoduje obniżenie temperatury tM.
Gdy temperatura czynnika w punkcie CZ jest niższa od temperatury zadanej na pokrętle głowicy
termostatycznej, wówczas głowica termostatyczna otwiera zawór (2) aż do osiągnięcia temperatury
w punkcie CZ zgodnej z temperaturą zadaną na głowicy termostatycznej. Otwarcie zaworu
trójdrogowego powoduje zwiększenie strumienia czynnika o temperaturze tZ dopływającego do
punktu WM, przy jednoczesnym ograniczeniu dopływu czynnika o niższej temperaturze tP przez
obejście (tzw. by-pass).
Większy udział czynnika o wyższej temperaturze tz dopływającego do punktu WM powoduje
podniesienie temperatury tM czynnika wypływającego z węzła WM do grzejnika płaszczyznowego.
Temperatura czynnika grzewczego zasilającego grzejnik płaszczyznowy zależy od proporcji
mieszania się strumieni. Im większy jest udział czynnika grzewczego z powrotu grzejnika o niskiej
temperaturze tP, tym temperatura wypadkowa (po zmieszaniu się strumieni) jest niższa. W
granicznym przypadku temperatura czynnika w punkcie WM jest równa temperaturze czynnika
powracającego z grzejnika powierzchniowego o niskiej temperaturze tP. Sytuacja taka ma miejsce,
gdy zawór trójdrogowy (2) zostanie zupełnie zamknięty i cały strumień czynnika powracającego z
grzejnika jest zawracany obejściem przez pompę obiegową (4) na zasilanie grzejnika
płaszczyznowego. Całkowite zamknięcie zaworu trójdrogowego (2) może nastąpić, gdy temperatura
źródła tZ jest znacząco wyższa od temperatury zadanej na głowicy termostatycznej lub gdy
temperatura zadana na głowicy termostatycznej (1) jest bliska temperaturze pomieszczenia, w której
zabudowany jest grzejnik powierzchniowy. Jest to forma ochrony grzejnika przed przegrzaniem.
Zawór całkowicie otwarty
Drugim skrajnym przypadkiem jest sytuacja, gdy zawór trójdrogowy (2) jest całkowicie otwarty.
Wówczas temperatura czynnika tM za węzłem mieszającym WM jest równa temperaturze zasilania
tZ. Taka sytuacja może mieç miejsce, gdy temperatura zasilania tZ jest równa lub mniejsza od
temperatury zadanej na pokrętle głowicy termostatycznej. Powyższy przypadek stanowi zasadniczą
różnicę w działaniu układu regulacji temperatury, z zastosowaniem zaworu termostatycznego trój
drogowego, w stosunku do układu mieszającego z zastosowaniem zaworu termostatycznego
przelotowego, opisanego w artykule „Magazynu Instalatora" 7-8/06.
W przypadku układu mieszającego z zastosowaniem zaworu termostatycznego przelotowego, zawsze
temperatura za węzłem mieszającym tM jest niższa niż temperatura zasilania tZ (tM<tZ).
Analogiczna sytuacja ma miejsce, gdy zastosujemy zawór trójdrogowy z niepełnym zamknięciem
obejścia np. zawory stosowane w instalacjach jednorurowych.
Niskotemperaturowe źródło ciepła
Podobnie jak w poprzednim artykule, możliwość uzyskania za węzłem mieszającym WM czynnika o
temperaturze tM równej temperaturze źródła ciepła tZ (tM = tZ) jest pożądana w przypadku, gdy
mamy do czynienia z niskotemperaturowym źródłem ciepła, takim jak pompa ciepła lub kocioł
kondensacyjny lub gdy instalacja zasilana jest za pośrednictwem bufora ciepła (kotły stałopalne,
systemy solarne). W przypadku źródeł ciepła niskotemperaturowych, dąży się do maksymalnego
obniżenia temperatury zasilania, aby zwiększyć wskaźnik efektywności pracy systemu. Są jednak
sytuacje, gdy chwilowo podnosi się temperaturę zasilania źródeł niskotemperaturowych (pomimo
gorszej efektywności ich pracy) dla uzyskania odpowiedniej temperatury c.w.u., zasilenia grzejnika
konwencjonalnego, szybszego ogrzania pomieszczeń.
W takich sytuacjach konieczne jest stosowanie układów regulacji temperatury wody zasilającej
grzejnik płaszczyznowy i zabezpieczenie grzejnika przed przegrzaniem, aby w okresie pracy
niskotemperaturowej temperatura za węzłem mieszającym tM mogła być równa temperaturze źródła
ciepła tZ.
Drugim przypadkiem jest sytuacja, gdy mamy instalację zasilaną za pośrednictwem bufora ciepła,
gdzie występują znaczne różnice temperatury zasilania. Wysoka temperatura zasilania występuje w
końcowej fazie „ładowania" bufora przez kocioł stałopalny lub system solarny. Niska temperatura
zasilania występuje w początkowej fazie „ładowania" bufora ciepła. Możliwość pracy bufora ze
znacznymi różnicami temperatury pozwala na zmniejszenie jego pojemności, ponieważ w granicznym
przypadku system regulacji temperatury wody zasilającej grzejnik płaszczyznowy pozwala na
przeniesienie czynnika grzewczego od źródła ciepła do grzejnika płaszczyznowego bez obniżania
temperatury zasilania. Podobnie jak w poprzednich artykułach, dodatkowym zabezpieczeniem
grzejnika płaszczyznowego jest wyłącznik termiczny (3), którego zadaniem jest wyłączenie pompy
obiegowej (4), gdy temperatura czynnika przekroczy w punkcie ZT wartość zadaną na pokrętle
wyłącznika termicznego. Z tego względu wartość zadana na wyłączniku termicznym winna być o ok.
4°C wyższa od wartości zadanej na głowicy termostatycznej (1). Gdy temperatura ustawiona na
wyłączniku termicznym ZT jest równa lub nieznacznie wyższa od temperatury ustawionej na głowicy
termostatycznej (1), wówczas będzie występowało zakłócenie pracy układu poprzez wyłączanie
pompy. W przypadku ustawienia temperatury na wyłączniku termicznym ZT niższej od temperatury
ustawionej na głowicy termostatycznej (1), będzie następowało cykliczne wyłączanie pompy
obiegowej. Średni czas pracy pompy będzie zależał od różnicy temperatur tZ i tP, zaś częstość
wyłączeń od bezwładności cieplnej układu.
Przekroczenie zadanej temperatury w punkcie ZT może wystąpić, np. gdy zanieczyszczenie z
instalacji zablokuje grzybek zaworu trójdrogowego (2) w stanie otwartym, gdy ciśnienie w instalacji
pokona siłę docisku głowicy termostatycznej, gdy wystąpi uszkodzenie kapilary lub zacisku
łączącego czujnika CZ z rurą. W układzie zabudowany jest zawór zwrotny (5), jego zadaniem jest
zapewnienie odpowiedniego kierunku przepływu czynnika w instalacji.
Termostatyczne układy regulacji temperatury zasilania i zabezpieczeń przed przegrzaniem
grzejników płaszczyznowych oparte na termostatycznych zaworach trój drogowych mieszających są
analogiczne do układów opartych na termostatycznych zaworach trójdrogowych rozdzielających.
Zasadnicza różnica polega na lokalizacji zaworu trójdrogowego. Ważnym aspektem praktycznym
przemawiającym za zaworami trójdrogowymi mieszającymi jest ich większy asortyment, w
szczególności w zakresie dużych kVS.
autor: Grzegorz Ojczyk
KONTAKT
Magazyn Instalatora - lider wśród czasopism branży instalacyjnej