Termostatyczne zawory mieszające w instalacjach c.o. Temperatura na powrocie

Wśród trójdrogowych zaworów mieszających można wyróżnić zawory sterowane siłownikami elektrycznymi, sterowane ręcznie lub samoczynne.

Zawory samoczynne nazywane są zaworami termostatycznymi, temperaturowymi lub termicznymi. Charakteryzują się określoną fabrycznie temperaturą czynnika po zmieszaniu. Najczęściej stosowane są w instalacjach c.o. W jakich przypadkach i z jakim skutkiem?

Trójdrogowe zawory termostatyczne o samoczynnym działaniu (rys. 1) regulują przepływy na trzech przyłączach, oznaczanych fabrycznie literami: A, B i AB. Do przyłączy A i B dopływają czynniki z powrotu i zasilania, o różnych temperaturach. Przyłączem AB płynie czynnik w zależności od temperatur na przyłączach A i B albo tylko z przyłącza A, albo tylko z przyłącza B lub z obu przyłączy A i B jednocześnie, po zmieszaniu i ustaleniu się odpowiedniej temperatury czynnika.

Ten nieco zawiły opis rozjaśni rys. 1, na którym pokazany jest jeden z typowych samoczynnych zaworów trzydrogowych (tj. bez regulacji zewnętrznej), oraz schemat przepływów przez przyłącza A, B i AB z zaznaczonymi źródłami (A i B) i docelowym kierunkiem (AB). W zależności od położenia zaworu trójdrogowego w instalacji dobiera się zawór z oznaczeniami przyłączy A i B, jak pokazano na rys. 1, lub zamiennie.

Rys. 1. Zawór i schemat trójdrogowego, samoczynnego zaworu termostatycznego.

Zadanie zaworu

Zadaniem mieszającego zaworu trójdrogowego jest możliwie jak najszybsze spowodowanie, by do kotła wracał z instalacji c.o. czynnik roboczy o temperaturze odpowiedniej dla zapewnienia właściwych warunków pracy wymiennika głównego. Taki wymóg występuje dla kotłów żeliwnych i stalowych o dużym zładzie niezależnie od rodzaju paliwa. Kryteria stosowania zapewnienia temperatury powrotu dla kotłów gazowych i olejowych zostały podane w „Magazynie Instalatora” 4/2015 (gaz > 15 dm3/kW, olej > 10 dm3/kW). Odpowiednia temperatura na powrocie to 40 ± 2oC.

W przypadku kotłów na paliwa stałe (węgiel, koks, drewno) należałoby stosować jeszcze bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące temperatury powrotu czynnika do kotła z powodu spalin o większej agresywności korozyjnej i skłonności do osadzania się sadzy oraz smoły na zimnym wymienniku i w przewodach dymowych. Dobrą praktyką byłoby stosowanie kontroli temperatury powrotu w każdym urządzeniu grzewczym na paliwo stałe, łącznie z termokominkami. Producenci kotłów na paliwo stałe zalecają temperaturę na powrocie w zakresie 55-65oC.

Wypisana temperatura

Na obudowie zaworu ujrzymy wypisaną temperaturę, np. 45, 50, 55oC itd. Oznacza to, że zawór zapewnia temperaturę po zmieszaniu strumieni A i B, z zasilania i z powrotu, o wartości wskazanej na obudowie. Producent podaje również w danych technicznych przedział tolerancji tej temperatury, np. ±5oC, i temperaturę otwierania się zaworu oraz, w nielicznych przypadkach, czas pełnego otwarcia zaworu, np. po 10 minutach od uzyskania temperatury na zasilaniu o 10oC wyższej niż temperatura otwarcia zaworu.

Szybkość otwierania

Jak wynika z powyższego, nie są to precyzyjne dane techniczne, na których można polegać całkowicie. Mogą wystąpić zarówno uzasadnione wątpliwości przy doborze tych zaworów, jak i obawa, że nie będą one spełniać do końca swego zadania polegającego na zapewnieniu właściwej temperatury czynnika na powrocie kotła.

Na początku bowiem, gdy kocioł dopiero ruszył, zawór trójdrogowy ogranicza przepływ czynnika z kotła do tzw. obiegu kotła. Czynnik wraca w całości przez przyłącze B (by-pass) do kotła. Dopiero, gdy temperatura rozgrzewanego czynnika roboczego osiągnie odpowiednią wartość (temperaturę otwierania), zawór otwiera przepływ na przyłączu A i jednocześnie przymyka przepływ na przyłączu B. Na skutek tej reakcji zaworu woda grzewcza zaczyna sukcesywnie przepływać do instalacji c.o. w ilości, która zapewni odpowiednią, stałą temperaturę czynnika na powrocie do kotła. Nie wiadomo jednak, jak szybko zawór się otwiera, z czego mogą wynikać pewne komplikacje praktyczne.

Informacji o szybkości otwierania się samoczynnych zaworów termostatycznych producenci nie umieszczają w danych technicznych. Szybkość otwierania się zaworu jest uzależniona zarówno od szybkości zmian temperatury czynnika grzewczego, ciśnień czynnika na przyłączach zaworu, jak też od tzw. bezwładności mechanicznej zaworu.

Określenie parametru szybkości nie jest proste, nie da się wyrazić w postaci jednej, uniwersalnej wartości liczbowej. Do określenia tego parametru należałoby sporządzić skomplikowane wykresy, ujmujące wiele dodatkowych parametrów. Ich praktyczna popularność, siłą rzeczy, byłaby niewielka. To wyjaśnia, bez większych wątpliwości, brak tych informacji w danych technicznych zawartych w instrukcjach i kartach katalogowych, jakie dołączane są przez producentów do urządzeń grzewczych i samoczynnych zaworów termostatycznych.

Szybkość otwierania się zaworu będzie się zmieniać wraz z czasem eksploatacji. Zmianie może też ulec temperatura otwierania się zaworu. Każdy zawór posiada własną charakterystykę otwierania i zamykania się, nazywaną histerezą zaworu, która spowodowana jest mechanicznym tarciem wewnętrznych elementów zaworu. Histereza z czasem może się zwiększyć i przyczynić do wzrostu temperaturowej niedokładności działania zaworu.

Te nieuniknione zjawiska są kolejnymi atutami w rękach serwisantów instalacji grzewczych. Instalacje grzewcze należy systematycznie i profesjonalnie kontrolować, a przedtem uświadamiać o takiej potrzebie ich użytkowników.

Żeliwny kocioł gazowy

W instalacji centralnego ogrzewania z żeliwnym kotłem gazowym zapewnienie temperatury powrotu za pomocą samoczynnego zaworu termostatycznego jest pokazane na schemacie na rys. 2. Jest to bodaj najtańszy inwestycyjnie sposób, który poza tym ma sporo wad wynikających z natury samego zaworu termostatycznego.

Rys. 2. Schemat instalacji (fragment) z kotłem gazowym i termostatycznym zaworem na powrocie.

W większości przypadków praca takiego zespołu z trójdrogowym zaworem termostatycznym samoczynnego działania nie będzie się sprawdzać w praktyce. Dlaczego?

Od chwili startu kotła do czasu osiągnięcia temperatury otwierania się zaworu czynnik roboczy w całości podąża połączeniem B do kotła. Po osiągnięciu temperatury otwierania zaworu następuje jego samoczynne, sukcesywne przełączanie na instalację c.o. Odbywa się to jednak zbyt wolno, przez co utrudniony jest odbiór ciepła z kotła. Zanim przepływ wzrośnie do odpowiedniej wartości na c.o., a kocioł uzyska stabilną pracę, dochodzi do osiągnięcia maksymalnej temperatury czynnika na zasilaniu kotła i jego wyłączeniu. Wyłączony kocioł czeka następnie aż do odpowiedniego zmniejszenia się temperatury na zasilaniu. Podczas drugiego startu sytuacja się powtarza, tak jak i podczas trzeciego. Dopiero za czwartym razem, po przeszło godzinie od pierwszego startu, kocioł wchodzi w stabilną pracę na c.o.

Taka wzięta z życia sytuacja nie może być uznana za prawidłowe działanie instalacji. W jej rezultacie instalacja c.o. nie funkcjonowała prawidłowo; temperatura w pomieszczeniu nie była stabilnie utrzymywana, a zużycie gazu było niepotrzebnie zawyżone przez wielokrotne rozgrzewanie i stygnięcie samego kotła przy każdym starcie. Zawiniło tu źle dobrane rozwiązanie zapewnienia temperatury czynnika na powrocie kotła i dodatkowo błędy w doborze samego zaworu oraz towarzyszących elementów instalacji. Pikanterii dodaje fakt, że działo się to w instalacji c.o. w magazynie urządzeń, jednej z renomowanych firm grzewczych.

Kocioł na paliwa stałe

Nieco inaczej przedstawia się sytuacja w przypadku kotłów na paliwa stałe. Te charakteryzują się wolniejszym tempem osiągania mocy grzewczej, wolniejszym wzrostem temperatury czynnika grzewczego na zasilaniu i przez to lepiej współpracują z zaworami termostatycznymi o samoczynnym działaniu. Dlatego zastosowanie tych zaworów jest przede wszystkim rozpowszechnione w instalacjach z kotłami na paliwa stałe. Typowy uproszczony schemat hydrauliczny z samoczynnym, termostatycznym zaworem mieszającym pokazano na rys. 3.

Rys. 3. Schemat instalacji z kotłem na paliwo stałe i samoczynnym termostatem (archiwum firmy Afriso).

Pozostają jednak wszystkie wyżej wymienione mankamenty stosowania samoczynnych zaworów termostatycznych do regulacji temperatury czynnika grzewczego na powrocie do kotła. Zaletą takiego rozwiązania jest prostota rozwiązania, łatwość wykonania i niskie koszty inwestycyjne. Jednak, jak uczy samo życie, takie składowe przedsięwzięcia inwestycyjnego (proste, łatwe, tanie) bardzo często tworzą swego rodzaju pułapkę i w efekcie prowadzą do niezadowolenia użytkownika i kosztownych przeróbek. „Tanie” bywa często bardzo drogie. Warto pamiętać o tej maksymie.

Niniejszy artykuł jest dalszym ciągiem i uzupełnieniem tematu dotyczącego zapewnienia temperatury czynnika roboczego na powrocie kotła, przedstawionego w „Magazynie Instalatora” 5/2015. Został tam opisany najlepszy sposób, zdaniem autora, w postaci trójdrogowego zaworu mieszającego, sterowanego siłownikiem elektrycznym i z bezpośrednim pomiarem temperatury na powrocie. W tym artykule, natomiast, ten najmniej polecany.

dr inż. Jan Siedlaczek

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