Функции и назначение двух-, трех- и четырехходового клапана

Двух-, трех и четырехходовые клапаны характеризуются изменяющейся пропускной способностью в зависимости от положения конуса клапана. Этот вид запорно-регулирующей арматуры может выполнять запорную, регулирующую, разделительную, распределительную и смесительную функцию. Управление реализуется с помощью привода, который может иметь гидравлическую, электрическую, пневматическую или электромагнитную природу. Для управления двух-, трех- и четырехходовыми клапанами может использоваться дискретный и аналоговый тип управления. Сигнал об изменении положения конуса подается микроконтроллером, в результате клапан принимает заданное положение. Разберем, Для чего нужен трехходовый клапан в системах отопления? И когда его заменяют четырехходовым.

С помощью трех- и четырехходовых клапанов можно решать сложные задачи автоматизации процесса отопления, подкачки воды в систему отопления и другие. Они используются, как правило, в проектных системах, но разобравшись в установке и специфике, такие клапаны существенно улучшат функционал систем отопления частного дома.

Конструкционные особенности двух-, трех- и четырехходового клапана

Несмотря на первоначально одинаковый принцип действия, из-за разной конструкции и функциональных особенностей двух-, трех- и четырехходовые клапаны имеют разное назначение и применение.

Двухходовый клапан

Двухходовый клапан работает по одному принципу с шаровым регулирующим клапаном. Внутренний конус изменяет коммуникационные способности клапана и, соответственно, расход проходящей через него жидкости. Но этот вид клапанов применяется не только в отоплении, рабочей средой может быть любая термодинамическая среда.

Двухходовые клапаны особенно показали высокую эффективность в системах теплоснабжения и вентиляции. Они используются для изменения и управления параметрами тепловых контуров, используются как смесительные, регулирующие, запорные, распределительные устройства, изменяющие условия рабочей среды.

Трехходовый клапан

Трехходовый клапан имеет другое конструктивное решение, хотя по факту представляет собой два двухходовых клапана в одном. Он используется для разделения и смешения потоков с нужной степенью проникновения сред в друг друга. Благодаря трехходовым клапанам обеспечивается подмес сырой воды в системах отопления и ГВС. По аналогии с двухходовым клапаном рабочей средой может быть воздушная, жидкостная или газообразная среда. Управление клапаном осуществляется микроконтроллером и сервоприводом. Способ регулирования аналогичен двухходовому клапану.

Наиболее часто трехходовые клапаны используются в системах отопления в качестве регулирующего узла для контролируемых изменений теплоотдачи приборов отопления, вентиляции, теплообменников. Трехходовый клапан имеет три патрубка, два – входных, один – выходной. Рабочая среда подается во входные патрубки, где смешивается в зависимости от предустановок и положения конуса. Теперь становится более понятным, для чего нужен трехходовый клапаню

В отдельных случаях трехходовые клапаны совмещают функции обратного запорного устройства, предотвращающего обратный поток жидкости. По характеру возможностей арматурный узел может иметь смесительные, разделительные и переключающие функции. Трехходовые клапаны широко применяются в автоматических системах. Важной характеристикой и показателем качества является герметичность клапана, обеспечиваемая внутренними уплотнениями.

Виды трехходовых клапанов

На практике часто используются следующие аналоговые устройства на основе трехходового клапана:

• смесительный вентиль для гидравлически-корректного смешивания теплоносителя с разными показателями температуры. Защищает контуры отопления от перегрева;
• термостатический вентиль поддерживает постоянный уровень температуры в теплых полах и радиаторах. Часто устанавливается на входе в котел, чтобы гарантировать стабильные температурные показатели теплоносителя. Применяется в различных смесительных и разделительных узлах;
• клапан теплого пола, используется для понижения температуры теплоносителя и удержания его в заданном диапазоне значений. Если используется электронная версия, то появляется возможность регуляции параметров в каждой комнате. Это касается только стабильной температуры теплоносителя, теплоотдача в расчет, в данном случае, не берется.

Для чего нужен трехходовый клапан, можно разобраться на примере конкретной системы отопления, хорошо понимая его функции и принципы выбора этого вида запорной арматуры.

Четырехходовый клапан

У потребителей часто возникает вопрос целесообразности использования трех- или четырехходового клапана в системе. Чаще всего они применяются в случае автоматизации и поддержке в контуре отопления и ГВС особых параметров. Четырехходовые клапаны применяются, например, для регулировки работы твердотопливных котлов.

В некоторых случаях для этих целей достаточно обычного клапана.

Сравнение применения трех- и четырехходового клапана

Например, для чего нужен трехходовый клапан, и когда применяется четырехходовый:

• для получения стабильной температуры на входной и выходной линии котла. Принцип работы трехходового клапана заключается в подмесе теплоносителя из «обратки». Показатели температурных датчиков передаются контроллеру, который управляет «перегревом» контура отопления и регулирует состояние трехходового клапана, его положение и пропускную способность;
• трехходовые клапаны некоторых производителей поддерживают дополнительные управляющие сигналы и бывают, например, двух- и трехпозиционные. В случае двухпозиционного регулирования клапан или открыт (есть подмес), или закрыт (нет подмеса). У этих клапанов недостаток в невозможности промежуточного положения с небольшим подмесом. Такие клапаны не используются в системах со стабильной температурой на прямом и обратном контуре. Так как эффективность смешивания зависит от ряда параметров (диаметра трубы, скорости потока, сопротивления теплоносителя), то требуется более точная регулировка, обеспечиваемая трехпозиционным трехходовым или четырехходовым клапаном.
• трехпозиционные трехходовые клапаны применяются для газовых котлов с модуляционной горелкой или в аналогичных случаях, в том числе, в пеллетных твердотопливных котлах (включая каскадное подключение котлов), когда автоматика плавно снижает мощность горения и безопасно для оборудования выключает котел с поддержкой работы насоса и другого сопутствующего оборудования;
• трехходовые клапаны применяются для поддержки температуры на входе в твердотопливный котел. Например, регулятор FR124 (Honeywell) твердотопливного котла позволяет автоматизировать процесс, но не дает возможности удерживать температуру. Для этого используются трехходовые клапаны. Отметим, что перепадах температур наблюдается также выпадение конденсата, что грозит коррозией теплообменного контура и увеличивается осадок накипи. В чугунных теплообменниках могут появиться трещины, а также в стыках сварных швов котлогенератора.

Трехходовый заменяем на четырехходовый

Вместо трехходового клапана на входе в котел в последнем случае может использоваться четырехходовый клапан. В его задачи входит не только модулирование параметров работы климат-контроля, но и внутренних физических характеристик работы котлового контура и сопутствующей системы отопления. На рисунке показана типичная тепловая схема включения твердотопливного котла и бака ГВС, выходной патрубок котла подключается к прямой котловой линии, где разделяется на ГВС и отопление. Разделение как раз осуществляется с помощью четырехходового клапана, которая обеспечивает постоянную циркуляцию в котловом и отопительном контуре и регулярную подачу горячего теплоносителя в бак ГВС для поддержки температуры.

Типовые тепловые схемы

Рис. 1. Тепловая схема подключения твердотопливного котла к системе отопления с принудительной циркуляцией и четырехходовым клапаном.

Условные обозначения:

1 – котел; 2 – блок автоматики управления котлом; 3 – датчик температуры теплоносителя; 4 – комнатный термостат; 5 – циркуляционный насос; 6 – потребитель тепла; 7 – дифференциальный клапан; 8 – четырехходовой смесительный клапан; 9 – расширительный бак; 10 – бойлер ГВС; 11 – насос бойлера; 12 – запорная арматура; 13 – фильтр.

Рис. 2. Принципиальная схема использования термостатический трехходового клапана для твердотопливных котлов с целью выравнивания температуры

Условные обозначения:

ТК – твердотопливный котел; ГК – газовый котел; 1 – четырехходовой клапан; 2 – датчик температуры; 3 – котловые насосы; 4 – потребитель тепла; 5 – циркуляционный насос; 6 – контроллер.

Примеры, для чего нужен трехходовый клапан и подробно схема работы четырехходового клапана рассматривается в статье «Автоматика для системы отопления».

Обратите внимание, что для управления работой трехходового клапана потребуется микроконтроллер PLUM для твердотопливных котлов с ручной загрузкой.