ABC ogrzewania. Zawór z głowicą

Zawór termostatyczny z głowicą termostatyczną stanowi regulator proporcjonalny bezpośredniego działania, ponieważ posiada zadajnik temperatury (pokrętło głowicy), element wykonawczy oraz czujnik temperatury wbudowany w pokrętło głowicy. Aby taki regulator dopływu energii cieplnej regulował temperaturę w pomieszczeniu ogrzewanym, musi być spełniony warunek podstawowy, czyli pomiar temperatury w miejscu reprezentatywnym.

W przypadku małych pomieszczeń, w których znajdują się grzejniki z zaworami termostatycznymi (wkładkami termostatycznymi) wraz z głowicami oraz gdy grzejniki nie są zasłonięte, warunek ten jest spełniony. Przekazywanie informacji na temat uśrednionej temperatury w pomieszczeniu do regulatora temperatury odbywa się na zasadzie swobodnej konwekcji z pewnym opóźnieniem w czasie. W przypadku pomieszczeń dużych, o dużej powierzchni lub dużej wysokości, ta wymiana informacji jest utrudniona i działający automatycznie regulator temperatury modyfikuje temperaturę tylko w swoim bezpośrednim sąsiedztwie. Wynika to z prostego faktu, iż czujnik temperatury jest zintegrowany z elementem nastawczym i regulacyjnym.

Sercem układu regulacji jest głowica termostatyczna, która oprócz możliwości zadawania temperatury (zadajnik) posiada element wykonawczy w postaci siłownika termicznego. W przypadku typowych głowic termostatycznych siłownik głowicy jest zintegrowany z czujnikiem temperatury. Rozwiązania konstrukcyjne elementów wykonawczych są różne, a spośród najróżniejszych siłowników, które możemy spotkać na rynku, najczęściej występują dwa rozwiązania. Pierwszym z nich jest siłownik termiczny typu tłok-cylinder, drugim – siłownik termiczny typu mieszek.

Zasada działania w przypadku siłowników termicznych jest taka sama, czynnik roboczy znajdujący się wewnątrz siłownika rozszerza się pod wpływem temperatury. Na skutek rozszerzającego się czynnika roboczego powstaje ciśnienie wewnątrz elementu wykonawczego, co powoduje parcie na tłok lub mieszek. Powstałe parcie przenoszone jest na element wykonawczy zawieradła, powodując zazwyczaj zamykanie zaworu termostatycznego. Istnieją rozwiązania w instalacjach klimatyzacyjnych działania odwrotnego, te jednak należą do rzadkości. W przypadku obniżania się temperatury następuje kurczenie się czynnika roboczego i cofanie się tłoka lub mieszka dzięki działaniu sprężyny zwrotnej w zawieradle zaworu. Analizując rozwiązanie z siłownikiem typu tłok-cylinder lub typu mieszek, można powiedzieć, iż zasada działania w obu przypadkach jest identyczna, różnica polega jedynie na rodzaju zastosowanego uszczelnienia. W przypadku rozwiązania typu tłok-cylinder mamy uszczelnienie dynamiczne z wykorzystaniem ringu, w którym ślizga się tłoczek, zaś przy siłowniku typu mieszek jest uszczelnienie statyczne kształtu mieszka wewnętrznego. Czynnikiem roboczym może być ciało stałe, ciecz lub gaz. Najczęściej jako czynnik roboczy stosuje się ciecz, która jest mieszaniną wieloskładnikową, zawierającą np. alkohol. W przypadku ciała stałego czynnikiem roboczym jest substancja zbliżona do wosku. Gdy czynnikiem roboczym jest gaz, najczęściej jest to mieszanina czynników ziębniczych, których temperatura przemiany fazowej jest zbliżona do temperatury pracy głowicy termostatycznej. Ustawione ciśnienie odpowiada temperaturze przejścia międzyfazowego pary nasyconej. Przy wzroście temperatury rośnie ciśnienie pary, a przy spadku temperatury ciśnienie pary maleje.

Zaletą cieczy jako czynnika roboczego jest stosunkowo dobra dynamika (szybkość) działania przy stosunkowo dużej sile nacisku na element wykonawczy. Wynika to z tego, iż ciecz praktycznie nie ulega sprężeniu, czyli każde termiczne zwiększenie objętości przekłada się na pracę. Podobna sytuacja występuje w przypadku ciała stałego jako czynnika roboczego, za wyjątkiem dynamiki. Niestety przekazywanie i wymiana ciepła w ciele stałym są znacznie gorsze niż w cieczy (dotyczy czynników roboczych). Głowice termostatyczne z siłownikami z ciałem stałym mają dużą bezwładność. Woskowe siłowniki termiczne były popularne w początkowej fazie rozwoju techniki regulacji termostatycznej.

Siłowniki termiczne gazowe mają największą dynamikę (prędkość) działania za sprawą małej pojemności cieplnej oraz dobrych warunków wymiany i przekazywania ciepła w stosunku do siłowników cieczowych i woskowych. Niestety ich wadą jest stosunkowo mała siła działania z powodu prężności gazu oraz większa podatność na wyciek czynnika roboczego w stosunku do siłowników cieczowych lub woskowych. W praktyce stosuje się siłowniki z ciekłym czynnikiem roboczym, gazowe i woskowe siłowniki stanowią rozwiązania niszowe.

Elementy składowe czynników roboczych oraz ich skład procentowy są chronionymi tajemnicami producentów siłowników termicznych. Ważne jest, aby przyrost objętości lub ciśnienia w przypadku głowic gazowych był proporcjonalny do przyrostu temperatury przy odpowiednio dużej sile działania. Na świecie jest zaledwie kilku producentów produkujących siłowniki termiczne do głowic termostatycznych.

Grzegorz Ojczyk

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij