Одной из важнейших проблем в проектировании систем отопления, помимо выполнения ими своих прямых задач, является обеспечение безопасности эксплуатации. Поэтому и котельное оборудование, и смонтированные контуры в обязательном порядке должны оснащаться контрольно-измерительными приборами и предохранительными устройствами. Про один рубеж обеспечения безопасности мы уже рассказывали – это клапаны, срабатывающие при превышении допустимого давления в системе. Однако, этого порой бывает недостаточно.
Предохранительный клапан теплового сброса в системе отопления
Некоторые системы отопления, в особенности – работающие от твёрдотопливных котлов, в обязательном порядке должны защищаться от перегрева. И предохранительный клапан по давлению может в этом случае не помочь, особенно, если система оснащена открытым расширительным баком. Значит, необходимо какое-то устройство, которое реагировало бы на критичное повышение температуры. Такой прибор существует – это предохранительный клапан теплового сброса в системе отопления.
Давайте ознакомимся с этим устройством, посмотрим на его строение, принцип работы. Разберем схемы обвязки твердотопливных котлов с тепловым сбросом.
Для чего в принципе необходимы предохранительные клапаны теплового сброса?
Казалось бы – такой клапан не особо-то и нужен. Ведь безопасность обеспечивают и другие устройства. В частности, предохранительный клапан, срабатывающий (срывающийся) при превышении давления. Его часто так и именуют – подрывным или срывным.
На большинстве отопительных систем можно заметить так называемые «группы безопасности». Они состоят из манометра, показывающего давление в контуре, автоматического воздухоотводчика и предохранительного срывного клапана (на иллюстрации – слева).
На этом устройстве сейчас фокусировать внимание не станем – такие клапаны уже были рассмотрены на нашем портале ранее.
Предохранительный клапан в системе отопления
Такие приборы обычно имеют совсем нехитрое устройство и вполне понятный принцип действия. При возвышении давления в системе до какой-то установленной отметки происходит срабатывание с выпуском излишков теплоносителя. Подробнее о работе предохранительного клапана в системе отопления – читайте в отдельной публикации нашего портала.
Ну так и чего «огород городить» — есть же ведь уже защита? Если что-то пойдет не так, например, повышение температуры в контуре вызовет рост избыточного давления, клапан сработает, и чрезвычайное происшествие будет предотвращено. Правда ведь?
Увы, не всегда это так на все 100%. От избыточного давления, да, такая защита должна помочь. А вот с температурой – вопрос более сложный.
Допускать доведение теплоносителя до точки кипения (условно 100 ℃) в бытовой котельной технике – недопустимо! Поэтому граница в 95, максимум 100 ℃ должна стать «непроходимой». Слишком высокая температура может привести к деформации теплообменника котла, к разрыву труб проложенного контура или соединений между ними. к массовому парообразованию и появлению газовых пробок, к другим не только неприятным, но и чрезвычайно опасным последствиям.
Не забываем, что в замкнутых объёмах, при повышенном давлении в системе, точка кипения смещается значительно выше. То есть при неконтролируемой температуре может возникнуть чрезвычайно опасная ситуация. Вода уже перегрета выше границы в 100 ℃, но кипения все еще нет. Однако, стоит давлению упасть (появилась протечка или где-то открылся сбросовый кран или клапан), как вся перегретая масса воды вскипает разом. Взрывы случаются такие, что попросту сносит стены.
Вот такими могут быть последствия взрыва котла!
«Повышенную взрываемость» народная молва отчего-то приписывает газовым котлам. По всей видимости, из-за время от времени появляющихся сообщений о взрывах при утечках газа. А между тем – это не так. Действительно, утечки газа опасны сами по себе. Но наибольшую опасность представляют собой твёрдотопливные котлы, как это ни кажется странным.
А между тем – объясняется это довольно просто. Температура сгорания твёрдого топлива – намного выше, чем газа, и энергетический потенциал – тоже. А вот контролировать процесс горения и управлять им – не пример сложнее. «Прикрутить фитилек» на газовом или жидкотопливном оборудовании – дело нескольких секунд. Про электрические и речь не идет – там управление еще проще и чувствительнее. А вот работа котла на дровах или угле всегда характеризуется значительной тепловой инертностью, то есть даже внесенные изменения в режим горения топлива срабатывают не сразу. Не зря многие твёрдотопливные котлы оснащаются специальными контурами охлаждения — это вынужденная мера, в целях недопущения перегрева выше критичных температур.
Да, предохранительный клапан по давлению должен здесь взять на себя обязанность защиты. Но, во-первых, точность срабатывания таких пружинных устройств – невелика, нормой считается ±30% от номинала. Для некоторых систем такой «пунктуальности» становится недостаточно. А во-вторых, и это главное, если система отопления оснащается расширительным баком открытого типа, то клапан по давлению и вовсе становится бесполезным. Он никак не убережет систему от возможного перегрева и доведения до точки кипения.
В отопительных системах открытого типа предохранительный клапан по давлению становится бесполезным «украшением».
Стало быть, необходима система защиты, которая срабатывала бы при достижении верхнего температурного порога.
Такой «рубеж обороны» необходим и при других обстоятельствах. Например, твёрдотопливный котел работает в системе с принудительной циркуляцией теплоносителя. Если вдруг из-за проблем с подачей электроэнергии остановится насос и прекратиться циркуляция, может сложиться крайне опасная ситуация. Значит, система защиты «по температуре» должна быть полностью энергонезависимой, способной выручить в любом случае.
Вот к таким устройствам и можно отнести клапаны теплового сброса.
Принцип срабатывания и разновидности предохранительных клапанов теплового сброса.
Для того чтобы полностью исключить зависимость такого оборудования от источника внешней энергии, клапаны теплового сброса изготавливаются по сильфонному принципу.
Сам по себе сильфон – это гофрированная оболочка, чаще всего из тонкого металла, способная под определенным воздействием изменять свои линейные размеры. То есть если сильфон заполнить термочувствительной жидкостью, то при нагреве от банального расширения этой жидкости он будет пытаться увеличиваться в размерах.
Сильфоны — за счет гофрированной формы стенок способны изменять свой размер при определенном внешнем воздействии. Например, при изменении температуры окружающей среды. Широко применяются в теплотехнических приборах контроля и управления.
Это усилие как раз и можно использовать для открытия нормально закрытого затвора клапана. Этот принцип широко используется и в других устройствах автоматизации управления отопительными системами.
Лежит он и в основе рассматриваемых клапанов теплового сброса. А сам чувствительный элемент может размещаться как непосредственно в корпусе клапана, так и в выносном термодатчике (зонда), связанном с клапаном капиллярной трубкой.
Кроме того, клапан может работать только на сброс перегретого теплоносителя, или же одновременно со сбросом открывать канал автоматической подпитки системы.
Простой прямой клапан теплового сброса
Пришла пора поближе познакомиться с устройством клапанов.
Начнём с самого простого –срабатывание клапана открывает только один канал для сброса излишков теплоносителя или, наоборот, подачи воды в систему. Клапан может быть оснащен выносным термодатчиком, либо работать со встроенным.
На иллюстрации – одна из моделей клапанов подобного типа.
Клапан теплового сброса с выносным термозондом.
Теперь посмотрим, как устроен этот прибор:
Устройство прямого клапана теплового сброса с выносным термодатчиком
Весь механизм клапана сбирается в металлическом корпусе (поз. 1). Чаще всего в этих целях используется латунь, хотя встречаются и стальные модели с оцинкованным покрытием повышенной стойкости.
У клапана сразу заметны два патрубка. Один из них – входной (поз. 2), и подключается он к той магистрали, откуда необходимо будет делать сброс теплоносителя млм подавать воду для подпитки. Второй расположен симметрично первому – это выходной патрубок (поз. 3) через него будет осуществляться или сброс при срабатывании клапана, или заполнение системы в зщависимости от схемы подключения. Естественно, патрубки снабжены резьбовыми участками для подключения их к обвязке котла и к дренажной трубе, направленной в канализацию или иное место, в зависимости от схемы.
Внутри корпуса имеется круглое седло клапана (поз. 4) к которому свержу прижата тарельчатая задвижка с уплотнением (поз. 5). Поджим задвижки к седлу обеспечивается пружиной (поз. 6). Плюс к этому, совершенно очевидно, что на поджим будет работать и создаваемое внутри конура давление теплоносителя.
В тарелку клапана снижу упирается шток (поз. 7), который через сальниковое уплотнение, не допускающее прорыва воды (поз. 8), проходит к управляющему механизму, собранному в отдельном корпусе (поз. 9). Соединение двух «половинок» клапана, гидравлической и управляющей, производится посредством специальной муфты. Цифрой она на схеме не обозначена, но показана очень хорошо. Внутри этого корпуса расположен главный рабочий элемент прибора – сильфон (поз. 10), заполненный термочувствительной жидкостью (так называемым агентом), например, на глицериновой основе.
На иллюстрации показан вариант с выносным датчиком. Это, по сути, прочная металлическая капсула (поз. 12), заполненная тем же агентом, и соединенная гидравлически с сильфоном капиллярной трубкой (поз. 11). Эта трубка защищена от внешнего воздействия эластичной оболочкой, заключенной в гофрированную трубу из нержавеющей стали. Датчик имеет свою резьбовую муфту для герметичной врезки в тот участок контура или даже непосредственно котла, где требуется контролировать уровень температуры теплоносителя.
Некоторые модели клапанов имеют рукоятку точной настройки (поз. 13). Но большинство таких устройств не дают пользователю вмешиваться в свои установки – клапаны проходят проверку и калибровку в процессе производства и рассчитаны на определённую температуру срабатывания (обычно в диапазоне от 95 до 100 ℃).
Несколько слов о том, как работает клапан теплового сброса, хотя это уже должно быть и так понятно.
Температурный зонд устанавливается там, где требуется контроль за допустимым разогревом теплоносителя. При нагревании жидкий агент в зонде начинает расширяться в объеме. А так как сама по себе капсула жесткая, и своих размеров не меняет, это расширение через капиллярную трубку передается на сильфон управляющей части клапана.
За счет особенностей своей конструкции, сильфон начинает увеличиваться в объеме и давить на шток, который, в свою очередь, передает давление на тарелку клапана. При определенной температуре расширение агента достигает таких значений, что создаваемое сильфоном усилие становится достаточным для преодоления усилия пружины, тарелка клапана приподнимается над седлом и открывает проход теплоносителю, который начинает выходить из контура наружу.
Как только температура опустится ниже критической отметки, усилие пружины вновь станет превалирующим, и клапан закроется.
Как видите, все очень просто и надежно. И никакой зависимости от какого бы то ни было внешнего источника энергии.
Аналогичный клапан теплового сброса может быть скомпонован с термодатчиком и в одном корпусе. Если точнее, то наружу из прибора выглядывает зонд, который после монтажа прибора оказывается внутри трубы, за которой ведется температурный контроль. А в остальном устройство – практически такое же.
В одном корпусе собран и клапанный механизм, и управляющий, с сильфоном и выступающим наружу температурным зондом.
Какой лучше? – сказать трудно. С одной стороны, компактность и отсутствие капиллярной трубки упрощают монтаж и делают прибор менее уязвимым в внешним повреждениям. Но ряд схем обвязки котла предполагает именно вынесенное расположение самого клапана при контроле температуры, например, в теплообменнике котла. Так что подбираться модель должна исходя из планируемой съемы монтажа.
Комбинированные клапаны теплового сброса и подпитки системы
Эти приборы позволяют не только сбрасывать излишки перегретого теплоносителя, но и автоматически производить пополнение системы холодной водой.
По сути, это два клапана в одном корпусе с одним общим управляющим сильфонным приводом.
Сразу обращает на себя внимание наличие двух пар патрубков с указателями встречных потоков – сбрасываемого перегретого теплоносителя и добавляемой вместо него холодной воды.
Ниже на схеме показан принцип устройства и действия этого комбинированного клапана. Надо думать, нет смысла всё снова расписывать до мелочей – прослеживается полная аналогия с уже рассмотренным выше вариантом, с совершенно несущественными компоновочными изменениями. А вот главное отличие – при срабатывании прибора открывается и сброс перегретого теплоносителя (розовые стрелки) и подача воды из трубы подпитки (голубые стрелки).
Принцип устройства и работы комбинированного клапана теплового сброса и подпитки системы (с выносным температурным зондом).
И, чтобы закончить с модификациями подобных приборов – также комбинированный клапан, но со встроенным сильфоном и термочувствительным датчиком.
Комбинированный клапан теплового сброса и подпитки, со встроенным термочувствительным элементом. Стрелками показаны направления потоков после срабатывания устройства.
Условный вход в этот клапан расположен снизу – там можно увидеть своеобразный «зонд», прикрытый сеткой. Этот узел после монтажа оказывается в участке системы отопления, где ведется контроль, и откуда будет отводиться перегретый теплоноситель.
Если температура переходит границу допустимого максимума, то клапан срабатывает, открывая канал для сброса теплоносителя (движение потока показано розовыми стрелками). Одновременно с этим в верхней части прибора открывается и канал для подпитки системы из внешнего источника (голубые стрелки).
Кстати, есть и другие модели сходной конструкции, но несколько иного алгоритма действия. У них верхний проход по умолчанию открыт, а при срабатывании клапана происходит его закрытие с одновременным сбросом перегретого теплоносителя наружу. Такие устройства могут работать в качестве перепускных клапанов – или открывают свободную циркуляцию теплоносителя, или временно перекрывают ее производя сброс перегретой воды в дренаж.
Опять же, нельзя отдать преимущество ни одной из этих двух разновидностей. Все зависит от планируемой схемы обвязки котла.
Вот к рассмотрению возможных схем обвязки мы сейчас как раз и перейдем.
Схемы использования предохранительных клапанов теплового сброса в обвязках твердотопливных котлов
Котел со встроенным контуром горячего водоснабжения
Довольно часто твердотопливные котлы оснащаются встроенным теплообменником контура снабжения дома горячей водой. Это может быть как неотъемлемая часть какой-то модели, так м опциональная, то есть устанавливаемая по заказу потребителя.
Наряду с выполнением своей основной функции (ГВС), этот контур способен еще и выполнять своеобразную защитную задачу, предохраняя твердотопливный котел от перегрева. Главным «управленческим» звеном в этой схеме как раз и служит клапан теплового сброса.
Разбираемся со схемой:
Клапан теплового сброса в контуре горячего водоснабжения твердотопливного котла
Итак, твердотопливный котел (поз. 1), с традиционными трубами подачи теплоносителя (поз. 2 и красная стрелка) и обратки (поз. 3 и синяя стрелка). Обе трубы показаны здесь условно, без традиционным для них элементов обвязки — просто чтобы перегружать схему и сделать акцент на использовании именно предохранительного клапана теплового сброса.
В котле предусмотрен теплообменник (поз. 4) для нагрева воды для ГВС. В контур с ним включены труба подачи холодной воды из водопровода (поз. 5 и голубая стрелка), труба, по которой нагретая вода подается на точки потребления (поз. 6 и розовая стрелка).
То есть циркуляция воды через этот теплообменник все же отводит часть тепла из верхней части котла, не допуская его быстрого перегрева. Однако, горячей водой пользуются в доме не постоянно, и создаваемый ее запас, например, в бойлере, тоже не безразмерен. То есть может случиться момент, когда циркуляция в контуре ГВС замерла, а сам котел начинает подбираться к верхней критической для себя отметке, например, 95 ℃. Вот здесь-то и придет на помощь клапан теплового сброса (поз. 10).
Он установлен в данной схеме на трубе подачи ГВС после отвода в проложенный контур потребления горячей воды. А сброс осуществляется в канализацию (дренаж) по трубе (поз. 7), и при этом, для визуального контроля за ситуацией рекомендуется использовать специальную воронку с разрывом струи (поз. 8).
Итак, если выносной термозонд (поз. 11), установленный в теплообменнике котла, регистрирует температуру, близкую к точке закипания воды, клапан срабатывает, и происходит сброс разогретой воды из контура ГВС в канализацию (показано оранжевой стрелкой). Это, естественно, сопровождается притоком холодной водопроводной воды в контур, что и приводит к необходимому охлаждению котла.
Котел со встроенным контуром аварийного охлаждения
Многие производители котельного оборудования предусматривают в своих моделях (иногда – также в виде доступной опции) специальный предохранительный контур, по которому в случае опасности перегрева начинается циркуляция воды, например, из подключённого водопровода. А включит эту циркуляцию именно клапан теплового сброса. Внимание на схему:
Схема включения клапана теплового сброса в обвязку котла с аварийным охладительным контуром
Ту нумерацию, которая не претерпела изменений, на этой схеме решено еще раз не указывать Все, казалось бы, очень похоже на предыдущий вариант. Так оно в целом и есть, но имеется и принципиальная разница. Посмотрите на место установки клапана. Его выносной датчик (поз. 11) находится там же, где был прошлый раз, то есть в верхней части котла, и следит за температурой в основном теплообменнике системы отопления. А сам клапан (поз. 10) расположился на трубе подачи холодной водопроводной воды в аварийный контур (поз. 12). То есть функцию теплового сброса он выполняет, так сказать, косвенно.
Когда температура приближается к критичной отметке, клапан срабатывает на открытие, но не сбрасывает воду, а, наоборот, открывает подачу холодной воды (голубая стрелка) в аварийный охладительный контур. За счет напора происходит вытеснение перегретой воды в канализацию через дренажную трубу с открытой воронкой (оранжевая стрелка). Так продолжается, пока температура в теплообменнике котле не опустится в диапазон допустимых значений.
Схема с наличием теплоаккумулятора в системе
Глядя на эти схемы, можно невольно подумать, что частый сброс в канализацию вызовет большой перерасход водопроводной воды. На самом деле – это, конечно, не так. Клапан срабатывает именно в аварийных ситуациях, когда по каким-либо нештатным причинам основной теплообменник твердотопливного начинает нагреваться до критических температур.
Известно, что твердотопливные котлы тем и неудобны, что обладают выраженной цикличностью работы. То есть чередуются циклы загрузки, розжига, основного горения топливной закладки с постепенным прогоранием и затуханием, чистки, опять загрузки и т.п. Иными словами, работает он неравномерно, и температурный режим колеблется в очень широком диапазоне. Но если модель котла имеет адекватную необходимым условиям эксплуатации мощность (без существенного превышения), если проведены качественные настройки системы, и тем более – если в систему включён еще и аккумулятор тепла, то критических превышений температуры в теплообменнике происходить не должно. Во всяком случае, если остальные узлы и приборы системы исправны и работают в штатном режиме.
Но случается всякое, и нужно быть готовым предотвратить аварийную ситуацию в любых условиях. Например, нарушена циркуляция ввиду проблем с подачей электроэнергии на насосы. Или даже еще проще – циркуляционный насос банально вышел из строя.
Смотрим, какая схема часто применяется в «тандеме» твердотопливный котел + теплоаккумулятор.
Клапан теплового сброса в обвязке котла и теплоаккумулятора
Твердотопливный котел (поз. 1) в данном случае не имеет никаких дополнительных встроенных теплообменников. «Малым» контуром, трубами подачи и обратки, котел связан с теплоаккумулятором (поз.13), в котором происходит накопление выработанной тепловой энергии и ее постепенное расходование на нужды отопления, независимо от цикла работы котла. То есть «раздача» горячего теплоносителя на проложенные контуры отопления осуществляется уже из теплоаккумулятора.
Дополнительно на схеме показаны:
14 — циркуляционный насос, обеспечивающий работу «малого контура».
15 — расширительный бак закрытого типа.
16 — группа безопасности, свойственная, наверное, любой системе отопления закрытого типа – манометр, автоматический воздухоотводчик и предохранительный клапан, срабатывающий на превышение давления в системе.
17 — противоконденсатный трехходовой клапан (на его работе в контексте данной статьи останавливаться не будем).
18 — фильтр-грязевик, в котором собирается шлам, появляющийся в теплоносителе.
На данной схеме показан узел автоматической подпитки системы отопления от водопровода. Он врезается в трубу обратки обычно между циркуляционным насосом и котлом. На трубе (показана зеленой линией) разместились, кроме кранов, следующие элементы:
19 — «косой» фильтр-грязевик, не допускающий попадания возможных загрязнений из водопровода в контур отопления.
20 — редуктор давления, чтобы не допустить гидроудара в системе.
21 — обратный клапан.
В нормальном режиме эксплуатации выработанное тепло постоянно расходуется на текущую работу радиаторов и других нагревательных приборов системы отопления, и на накопление в теплоаккумуляторе, если он подобран правильно.
Но если по каким-то причинам (о них уже говорилось) выработанное тепло не отбирается, и накапливать его уже некуда, в теплообменнике котла и, стало быть, в идущей от него трубе подачи температура начинает опасно возрастать. Когда она приближается к рубежу кипения воды, срабатывает клапан (поз. 10). Он в данном случае, во первых, перекрывает подачу теплоносителя дальше на теплоаккумулятор. А во-вторых — производит сброс перегретой воды в дренаж (оранжевая полупрозрачная стрелка).
Естественно, освобождающийся объем сразу же начнет автоматически пополняться из системы подпитки (направление потока холодной воды показано голубой стрелкой). Тем самым теплообменник котла охлаждается, опасность закипания воды устраняется.
Еще раз повторимся – чтобы такие ситуации не возникали пугающе часто, котел должен иметь адекватную тепловую мощность, без существенного ее превышения. А объем теплоаккумулятора – соответствовать и мощности котла (с учетом КПД), и режиму его эксплуатации.
Кстати, правильно подсчитать минимально необходимую емкость теплоаккумулятора поможет расположенный ниже онлайн-калькулятор.
Калькулятор расчета минимально необходимого объема теплоаккумулятора системы отопления с твердотопливным котлом
Перейти к расчётам Введите запрашиваемые значения и нажмите
«РАССЧИТАТЬ МИНИМАЛЬНЫЙ ОБЪЁМ ТЕПЛОАККУМУЛЯТОРА»
коэфф Паспортная мощность котла, кВт
Период активности котла, часов
Рассчитанная тепловая мощность для отопления дома, кВт
КПД котла, %
Укажите температурный режим работы системы отопления: Температура в трубе подачи, ºС
Температура в трубе обратки, ºС
Дадим несколько пояснений по расчету:
- В первом поле ввода данных необходимо указать паспортную мощность котла отопления. – ту, что указана в его технической документации.
- Вторым пунктом указывается промежуток времени, в течение которого котел будет находиться в состоянии работы в течение суток. Одним словом, сложившийся режим топок — их количество в течение суток, умноженное на продолжительность.
- Следующий параметр – требуемая тепловая мощность для обеспечения восполнения тепловых потерь дома. Если сказать проще, то эта расчетная мощность системы отопления, определённая с учетом особенностей региона проживания и конкретного здания. Не путайте это показатель с паспортной мощностью котла – она всегда будет несколько выше, так как оборудование выбирается с некоторым эксплуатационным резервом!
- КПД котла – это значение следует отыскать в паспортных характеристиках прибора.
- Наконец, последние два пункта – это планируемый температурный режим работы системы отопления. То есть уровень температуры в трубах подачи и обратки отопительных контуров.
После внесения всех запрашиваемых значений останется только нажать кнопку «РАССЧИТАТЬ…» — и будет выдан результат в литрах и кубометрах, как кому удобнее.
Это – минимальное значение. Именно такой объем теплоаккумулятора должен обеспечить и накопление, и постепенный расход выработанного котлом тепла. Понятно, что и здесь при выборе обычно останавливаются на более объемной модели, но близкой к расчетному показателю.
А как самостоятельно определить необходимую тепловую мощность системы отопления?
Этот параметр, действительно очень важен. И рассчитывать его начинают заранее, еще при проектировании системы – для последующего подбора оборудования. Подробно алгоритм самостоятельного расчета изложен в публикации нашего портала, полностью посвященной проблемам выбора отопительного котла для частного дома.
Схема со сбросом избыточного тепла через бойлер косвенного нагрева
Одним из путей отбора избыточного тепла из теплообменника котла отопления является использование бойлера косвенного нагрева.
Удобная система, когда в запасе у хозяев всегда имеется немалый объем горячей воды, готовой к применению. А ее подогрев осуществляется за счет циркуляции теплоносителя из котла по «малому контуру» — по теплообменнику-змеевику, расположенному внутри бойлера косвенного нагрева. Как правило, такие схемы оснащены своим собственным циркуляционным насосом, который запускается автоматически, если температура воды в бойлере снижается до определенной отметки, то есть требует подогрева.
И помимо этого удобства – еще и надежная защита твердотопливного котла от перегрева, если включить в схему клапан теплового сброса.
Вот как это будет выглядеть и работать:
Котел в паре с бойлером косвенного нагрева
Под номером 1 – уже традиционно, котел. Но здесь на схеме совершенно не показаны трубы подачи и обратки системы отопления – просто в данном варианте организации защиты от перегрева они не играют никакой роли. Но надо правильно представлять, что они на деле есть…
На некотором удалении от котла (не принципиально) расположился бойлер косвенного нагрева (поз. 22). Внутри него – змеевик-теплообменник, входящий в «малый контур», связанный с котлом топления. В этом контуре должен быть свой циркуляционный насос (на схеме не показан) и, что характерно – собственная группа безопасности в ее стандартном аппаратном наполнении (поз. 24), то есть с манометром, воздухоотводчиком и предохранительным клапаном по давлению.
Бойлер заполнен водой – она поступает снизу из трубы холодного водоснабжения (поз. 25) и затем сверху отбирается на потребление в домашнюю сеть ГВС (поз. 26).
Обратите внимание на место расположения клапана теплового сброса (поз. 10). Он стоит на выходе горячей воды из бойлера, сразу после отвода на сеть ГВС. Но его температурный датчик (поз. 11) размещён дистанционно – контролирует нагрев теплообменника котла.
Допустим, по каким-то причинам начал отмечаться опасный подъем температуры в теплообменнике котла. И при этом температура в бойлере тоже максимальная, то есть отбора горячей воды в данный момент нет.
Повышение нагрева до установленного критичного порога приводит к срабатыванию клапана, связанного с зондом капиллярной трубкой. Начинается сброс горячей воды из бойлера в канализацию (оранжевая стрелка). Естественно, это будет сопровождаться притоком в бойлер холодной воды из водопровода.
Снижение обшей температуры воды в бойлере приводит к запуску циркуляционного насоса, и по «малому контуру» начинается движение теплоносителя, перегретого на настоящий момент. Но он начнет оставлять часть тепла в бойлере за счет того, что в последний сейчас идет приток холодной воды. В итоге – температура в теплообменнике котла снижается до допустимого уровня.
Опять же, надо правильно понимать, что это – нештатная ситуация, которой при нормальной эксплуатации быть не должно. Но на которую необходимо быстро реагировать, если она начинает складываться. И это опять поручено клапану теплового сброса.
Кстати, эта схема хороша тем, что не производится сброса теплоносителя и его разбавления водой из системы подпитки. Такой подход может быть важен, например, если в качестве теплоносителя используются специальные незамерзающие жидкости.
Кроме того, сам теплообменник котла не подвергается излишним температурным воздействиям из-за поступления холодной воды – для него это не особо полезно. А если теплообменник чугунный – то и вовсе запрещено.
Схема с подпиткой котла через комбинированный клапан теплового сброса
Если в качестве теплоносителя используется вода, а теплообменник у котла не чугунный, то можно организовать тепловую защиту с автоматической подпиткой по упрощенной схеме, с использованием комбинированного клапана теплового сброса. Схематично это будет выглядеть так:
Организация теплового сброса и одновременной подпитки системы отопления с помощью комбинированного предохранительного клапана
Подробно здесь особо расписывать и нечего – тому, кто разобрался в расположенных выше схемах, все сразу понятно.
Выносной температурный датчик (поз. 11) может располагаться как в области теплообменника котла, (если модель котла это позволяет), так и на трубе подачи в непосредственной близости от агрегата – как показано на этой схеме.
При подходе температуры к опасным значениям клапан открывается, одновременно производя и тепловой сброс теплоносителя в канализацию, и подпитку из внешнего источника (водопровода). Кстати, расположение в одном корпусе двух каналов, для горячего и холодного теплоносителя, несколько снижает негативный эффект слишком большой температурной разницы поступающей через подпитку воды. Но все равно с ним приходится бороться установкой дополнительного противоконденсационного трёхходового клапана (он есть на схеме с теплоаккумулятором, но в подробности сейчас погружаться не станем – это тема для отдельного рассмотрения).
Схема теплового сброса с подпиткой через расширительный бак открытого типа
Если твердотопливный котел оснащен чугунным теплообменником, то подавать холодную воду для подпитки непосредственно в него – крайне опасно. Просто из тех соображений, что чугун является хрупким сплавом, не любящим ни механических ударов, ни резких перепадов температур. И банально может дать трещину, со всеми вытекающими, в буквальном смысле слова, последствиями.
Как поступать в этом случае?
Если система отопления закрытого типа, то напрашивается подпитка (если она необходима) через теплоаккумулятор или бойлер косвенного нагрева, чтобы в теплообменник котла вода приходила, уже получив некоторый нагрев.
В открытой системе подпитку при тепловом сбросе лучше всего организовать через расширительный бак. Можно взять за основу примерно такую схему:
Вариант организации теплового аварийного сброса и подпитки в обвязке твердотопливного котла с открытым расширительным баком.
Итак, открытая система отопления с твердотопливным котлом (поз. 1). Необходимо установить тепловую защиту и, соответственно, подпитку системы. Положение усугубляется тем, что чугунный теплообменник не позволяет использовать принцип прямой подпитки непосредственно в трубу обратки (поз. 3). Но это – не страшно, все решается довольно простым способом.
Расширительный открытый бак установлен в самом высоком месте системы и связан расширительной трубой (поз. 29) с обраткой. Обязательно – до точки установки циркуляционного насоса.
Система открытая, поэтому вскипание теплоносителя запросто может начинаться при температурах около 100 ℃. Чтобы в этом случае был выход для образующейся воздушно-водяной смеси, организуется так называемая свечная труба (поз. 29), начинающаяся от трубы подачи (поз. 2) и входящая сверху расширительный бак – для остывания и конденсации. Не успевший сконденсироваться пар имеет возможность выхода в атмосферу через выпускной патрубок (поз. 30).
Клапан теплового сброса (поз. 10) расположен тоже на трубе подачи – в нормальном состоянии поток теплоносителя организован через него, то есть один канал у клапана – нормально открытый.
Если теплоноситель в котле начал перегреваться, то, во-первых, ему обеспечивается свободный сброс по свечному трубопроводу в расширительный бак. То есть убирается угроза воздушной пробки и превышения давления.
А во-втрых, далее последует срабатывание клапана. Он начинает открывать канал сброса перегретого теплоносителя из трубы подачи в канализацию, одновременно прикрывая ему путь дальше по трубе подаче в сторону отопительных приборов. То есть основной круг циркуляции теплоносителя временно замыкается расширительным баком, расширительной вертикальной трубой и участком обратки. Здесь температуры не столь высоки, что дает довольно быстрое охлаждение котла.
Одновременно с этим начинается и подпитка. Она организована так, что холодная вода из водопровода (поз. 31) поступает в расширительный бак через поплавковый клапан (поз. 32). То есть, сброс воды через предохранительный клапан, естественно, ведет к снижению уровня воды в баке. Поплавок клапана опускается, открывая кран подпитки. Поступающая из трубы вода смешивается с уже имеющейся в системе, то есть прежде чем попасть в обратку и чугунный теплообменник, она станет в достаточной мере теплой, чтобы не причинить вреда.
Поступление воды будет продолжаться, пока не прекратится сброс, то есть пока температура в трубе подачи не нормализуется. Поплавок в баке поднимется в верхнюю точку, перекрывая клапан подпитки.
Если вдруг уровень воды в баке по тем или иным причинам временно поднимется выше нормального уровня, то излишки будут выпущены через патрубок перелива (поз. 33), который обычно тоже связан со сбросом в канализацию.
Как видите, система довольно проста и очень надежна. Подпитка идет параллельно тепловому сбросу, ограничена установленным уровнем в расширительном баке, и не таит угрозы для чугунного теплообменника котла.
* * * * * * *
Безусловно, это были показаны далеко не все схемы. Но, поняв принцип продемонстрированных «базовых решений», уже не столь сложно будет разобраться в других вариантах обвязки с использованием клапанов теплового сброса.
Какой клапан приобрести?
Надо сказать, что большого разнообразия именитых компаний, занимающихся производством таких клапанов теплового сброса, вы и не встретите. Но если попадутся оригинальные модели брендов «ICMA» или «Caleffi» (Италия), «Regulus» (Чехия), «WATTS» (США – Германия), «Danfoss» (Дания), то можно сразу приобретать, так как эти производители заслуживают всяческого доверия.
Покупать ли «кота в мешке», выписывая себе клапан в каком-то юго-восточном интернет-магазине? Сложно сказать, как повезет. Но если рассудить с позиции не ценовой целесообразности, а с той, что вы вверяете этому небольшому устройству заботу об обеспечении безопасности вашей семьи и вашего жилья – наверное, не стоит рисковать.
- Понятно, что критерием выбора, кроме наиболее подходящей по конструкции и компоновке модели, является диаметр соединений с другими элементами обвязки котла. И, конечно, место установки прибора.
- В паспортных характеристиках клапанов указывается диапазон рабочих температур и установленный порог срабатывания. Можно обратить внимание на допустимое значение давления (хотя даже в закрытых системах отопления оно, как правило, невысокое, и этот критерий не столь важен).
- Указывается в параметрах изделий и объем сброса или пропускающая способность. Причем, он может быть и в единицах объёма (например, литров в час), и в пересчете на количество транспортируемого тепла (например, кВт или Ккал в час).
- Если требуется клапан с выносным температурным зондом, то имеет смысл сразу поинтересоваться длиной капиллярной трубки.
- Естественно, ответственный производитель даст на свою продукцию гарантию.
В таблице ниже приведено несколько моделей предохранительных клапанов теплового сброса от ведущих производителей, гарантирующих качество, надёжность, безотказность (а она в данном случае особенно важна) своей продукции. Просто для примера – чтобы читателя имелось хотя бы общее представления об уровне цен на подобные приборы.
| Иллюстрация | Краткое описание клапана | Примерный уровень цен |
|---|---|---|
|
|
ICMA 267 ¾” – Клапан теплового сброса, комбинированная модель, работающая на сброс и на подачу воды подпитки. Встроенный датчик. Корпус – латунь. Температура срабатывания – 95℃. Максимальная мощность – 93 кВт, или 80000 Ккал/час, или 2000 л/час. |
4600 руб. |
|
|
Regulus DBV 1-02 ¾” Клапан теплового сброса, комбинированная модель, работающая на сброс и на подачу воды подпитки. Встроенный датчик. Температура срабатывания – 95℃, максимальная – 100℃ Предельная рабочая температура – 120℃. Максимальное давление: со стороны котла – 4 бар, со стороны водопровода – 6 бар. Пропускная способность при ΔР= 1 бар — 1,3 м³/час |
7000 руб. |
|
|
«Danfoss BVTS 1,3» – клапан теплового сброса с выносным температурным зондом. Латунь, нержавеющая сталь, капиллярная трубка – медь. Длина трубки – 1,2 м. Температура срабатывания – 95÷100 ℃. Присоединительный диаметр – ¾ “, диаметр гильзы капиллярной трубки – ½ “. |
4600 руб. |
|
|
«Watts STS 20» – клапан теплового сброса с выносным термозондом. Длина трубки – 1,3 м. Латунь, нержавеющая сталь, мель (капилляр). Температура срабатывания: 95 ± 2℃. Максимальная рабочая температура – 110 ℃. Максимальное давление в системе – 10 бар. Присоединительный диаметр – ¾ “, диаметр гильзы капиллярной трубки – ½ “. |
4200 руб. |
|
|
«Caleffi 544» – комбинированный клапан теплового сброса и подпитки системы, с выносным температурным зондом. Материал =-хромированная латунь, нержавеющая сталь, медь. Длина капиллярной трубки – 1,3 м. Температура срабатывания: 100 ℃ (+0 ℃ /– 5℃). Максимальное рабочее давление – 6 бар. Максимальный расход при ΔР = 1 бар — 1,6 м³/час. Присоединительный диаметр всех патрубков – ½ “. |
от 10 000 руб. |
Как видно, цены на такие изделия – довольно-таки внушительные. Ничего не поделаешь: обеспечение безопасности — это не та сфера, на которой нужно экономить.
В завершение – небольшой видеосюжет о клапанах теплового сброса производства компании ICMA.
