Регулятор температуры горячего водоснабжения: для чего нужен как работает

Один из современных регуляторов температуры

Рассмотрим такое устройство как регулятор температуры горячего водоснабжения. В нашей статье опишем его назначение и устройство, принцип действия разновидности. Также опишем схемы монтажа и приведем  конструкцию для сборки своими руками. В нашей статье постараемся разъяснять все специальные термины.

Назначение и для чего нужно регулировать температуру

На первый взгляд назначение регулятора непонятно, мы и так настраиваем нужную температуру воды из крана смесителем…

Как и понятно из названия устройство предназначается для того чтобы управлять температурой горячей воды идущей из крана. Но для неспециалистов не совсем ясно, зачем это делать?

Ведь мы и так регулируем ее, добавляя различное количество холодной воды. Для начала, чтобы было проще раскрыть все вопросы, опишем устройство систем горячего водоснабжения (сокращенно ГВС).

Устройство систем горячего водоснабжения

Устройство системы горячего водоснабжения и отопления современного дома

Большинство систем горячего водоснабжения увязываются с отопительными системами. При этом вода не отбирается прямо от котла, только если это не небольшой двухконтурный котел, в котором есть специальные теплообменники для нужд ГВС.

Причин три:

1. вода для котлов очищается специальным образом, чтобы было меньше накипи, невыгодно отбирать ее для водоснабжения, а потом готовить снова;
2. подготовленная вода мягкая и не утоляет жажду, в ней могут содержаться вредные примеси;
3. неконтролируемый отбор воды опасен для котлов.

Поэтому устанавливают специальные теплообменники (еще их называют бойлеры), в которых нагревается водопроводная вода. Они бывают различной конструкции пучок труб в кожухе с водой для ГВС омываемый сетевой водой, наборы пластин с каналами.

Принцип действия один — обеспечивается нагрев воды теплоносителем через хорошо проводящий тепло материал, который препятствует их смешиванию.

Такой подход дает и еще одно преимущество. Если отопление центральное, то нет необходимости к каждому потребителю тянуть четыре трубы от котельной. Достаточно двух для отопления, а саму систему ГВС можно разместить в доме или центральном теплопункте (сокращенно ЦТП)

Почти всегда чтобы не приходилась долго ждать, пока вся холодная сбежит из системы и пойдет горячая,от теплообменника прокладывают еще одну трубу и устанавливают рециркуляционные (иногда называют просто циркуляционные) насосы. Горячая вода постоянно движется по кругу, та, которая не была отобрана, возвращается на дополнительный подогрев. Система горячего водоснабжения без рециркуляции применяется только в небольших домах, где длина трубопроводов тоже небольшая.

Та вода, которая идет нагретой от теплообменника (и труба тоже) называется подачей, которая возвращается назад обраткой. Эти же термины используют и для отопительных систем. Правда там, в роли теплообменника (не всегда) выступает котел, а вода может называться сетевой или теплоносителем.

На схемах подачу отопления обозначают Т1, обратку Т2. Для систем ГВС — Т3 и Т4 соответственно.

Почему регулируют температуру горячей воды

Теперь перейдем к ответу на вопрос: для чего регулируют температуру горячей воды. Ведь можно оставит ее такой, какой она на выходе теплообменника, то есть равной температуре сетевой воды. Причин три.

Большинство потребителей платят по счетчикам горячей воды

1. В целях экономии. В стране существует норматив для горячего водоснабжения, в котором оговаривается, что ее температура должна быть не меньше 60 и не больше 75 оС. Температура сетевой воды определяется специальным графиком в зависимости от температуры на улице и может достигать до 90 градусов.

Так как большинство потребителей платят за объем израсходованнойгорячей воды по показаниям водомеров, то компаниям, подающим ее, нет смысла тратить топливо на то чтобы нагревать ее выше нижнего предела норматива.

Совет. В частном доме автономным отоплением и горячим водоснабжением экономии не будет. Нагрев воду сильнее мы просто разбавим больше ее холодной (мы уже говорили об этом) и используем меньший объем.

Ожог от горячей воды

2. В целях безопасности. Те же 60-75 градусов регламентирует и СанПиН 2.1.4.2496-09. Причем если нижний предел выбран для того чтобы в воде были максимально неблагоприятные условия для развития бактерий то верхние 75оС объясняются заботой о здоровье. Если, например, в душе случайно открыть кран с водой нагретой выше этого предела на полный напор, то есть вероятность получить ожог.
3. Третья причина действует только в отдельных случаях. Если котел работает на газе, в летнее время и только для того чтобы обеспечивать нужды ГВС, то можно было бы держать температуру теплоносителя вблизи нижней границы норматива и регулировать ее котлом, обойдясь без регулятора на теплообменнике.

«Плачущий» котел

Но 60 оС находятся в районе точки росы газового топлива. И если сетевая вода будет такой температуры, котел начнет «плакать», на его внутренних поверхностях начнет конденсироваться вода, которая снижает КПД и ведет к коррозии. Поэтому нужно нагревать теплоноситель больше, а нужной температуры горячей воды достигают с помощью регулятора.

Как работают регуляторы

Сразу разберемся с принципом, с помощью которого снижают температуру подогреваемой воды.

Как уменьшают температуру воды

Пример байпаса без регулятора

Как мы помним, горячая вода нагревается от той, которая сетевая, через теплообменник. И тут начинает действовать закон  сохранения энергии. Если через прошедшее за единицу времени через бойлер количество теплоносителя равно или больше чем количество воды для подогрева, то температура горячей воды будет почти такой же как у него.

Уменьшив поток сетевой воды, мы уменьшаем нагрев воды горячей на выходе. Меньшее количество теплоносителя не может принести столько энергии, чтобы подогреть больший объем воды до своей температуры.

Регулятор температуры воды в системе водоснабжения снижает проходящее через теплообменник количество сетевой воды двумя способами:

1. Уменьшая сечение труб на входе или выходе неполным закрытием запорной арматуры (кранами, клапанами, вентилями и т. п.). На сленге энергетиков это называется «прижимать».
2. Направляя часть теплоносителя в обратку. Такой способ называют «холодный перепуск» а трубопровод, по которому это делают, называется байпас.

Эти два метода могут применяться и в комбинации. По этим же принципам работают и регуляторы отопления.

Узлы и принцип действия регуляторов

Любой регулятор температуры систем водоснабжения состоит минимум из двух узлов:

1. датчик, который контролирует температуру горячей воды на выходе теплообменника или сетевой воды на подаче в него;
2. исполнительное устройство, которое управляет потоками сетевой воды перед бойлером.

Также, в большинстве современных устройств есть блок управления, который анализирует показания датчика и по заданным значениям или программе управляет исполнительными механизмами. Широко встречаются терморегуляторы, у которых управляющие узлы одновременно работают и на отопление.

Регулятор температуры для горячего водоснабжения может выполнять и дополнительные функции. Например, регулировать давление или расход в системе, отправлять информацию на диспетчерский пульт.

Иногда эти приборы комбинируют  и со счетчиками тепловой энергии. Тогда информация датчиков используется дополнительно для контроля и для учета.

Принцип действия терморегуляторов предельно прост:

1. Датчик фиксирует превышение температуры.
2. Подается сигнал на исполнительное устройство.
3. Исполнительное устройство уменьшает поток сетевой воды через бойлер.
4. Температура горячей воды начинает падать.
5. При достижении заданного уровня подается следующий приказ на исполнительное устройство,оно снова увеличивает расход теплоносителя.

Причем, превышение температуры может фиксировать сам датчик, тогда он является настраиваемым. Он может и подавать команду на исполнительное устройство. В более распространенном случае сигнал датчика анализирует блок управления и уже он командует арматурой регулирующей поток воды.

Уменьшение потока воды через теплообменник может быть на фиксированную величину, ступенчатым или плавным. В большинстве устройств оно плавное. Таким образом, избегают гидроударов. А само исполнительное устройство находится почти в постоянной работе,то закрываясь то открываясь.

Классификация терморегуляторов

Общепринятой классификации не существует, поэтому попробуем разделить терморегуляторы для системы горячего водоснабженияусловно.

По принципу действия управляющих систем

1. Пневмо- или гидромеханические, прямого действия. Это самые простые регуляторы. В них используются сильфоны, наполненные жидкостью, газом изменяющими свой объем в зависимости от температуры. Сильфон при этом удлиняется или укорачивается и приводит в действие исполнительный механизм. Так работают и регуляторы на батареях отопления.

Устаревшая система, но благодаря простоте врезки используется до сих пор. Еще одним достоинством таких регуляторов является их независимость от электропитания, которое просто им не нужно. Блок управления у них чаще всего тоже отсутствует.

2. Пневмогидромеханические с командными трубопроводами непрямого действия. В них тоже чаще всего используются сильфоны датчики.Но для передачи и усиления сигнала от них используются импульсные трубопроводы и давление сетевой воды. В отличие от предыдущей разновидности могут работать на более мощных системах ГВС с трубопроводами большого давления.
3. Электромеханические. В них исполнительные устройства уже с электрическим приводом (двигатель или соленоид) и имеется бок управления. Для связи их с датчиком могут устанавливаться промежуточные реле.
4. Электронные. Наиболее распространенная на сегодня разновидность. В них работой системы управляет электронная схема. Он может быть аналоговой (почти не встречается) или цифровой. Современные терморегуляторы для горячего водоснабжения обычно включают в свою электронную схему микроконтроллеры и благодаря программному управлению их очень легко перенастраивать.

По схеме  установки терморегуляторов

Схемы установки регуляторов определяются врезками датчиков и исполнительных устройств. Блок управления, если он есть, как и понятно, монтируется в любом удобном месте.

По месту врезки датчика

Есть несколько вариантов:

1. Врезка на выходе горячей воды из теплообменника. Это наиболее распространенный способ, он прописан почти во всех руководствах по эксплуатации терморегуляторов. Тем более второй нижеописанный способ невозможен при системе ГВС без рециркуляции, так как обратка там отсутствует. Недостаток в том, что нужно учитывать остывание на пути к потребителю и немного завышать температуру настройки.
2. Врезка на обратке трубопроводов горячей воды. Способ применяется редко, но только он может обеспечить соответствие заданной температуры на всех точках разбора воды.
3. Врезка на подаче сетевой воды. Используется пи установке простейших регуляторов, в которых исполнительное устройство находится в одном корпусе с датчиком. Врезка на подаче обычно применяется когда теплоноситель и горячая вода в бойлере движутся противотоком и температура последней на выходе почти равна температуре подачи.
4. Врезка на обратке сетевой воды. Используется если в бойлере вода и теплоноситель движутся в одном направлении, в этом случае горячая вода на выходе будет нагрета до температуры обратки.

По местам врезки исполнительных устройств

Существуют четыре схемы установки исполнительных устройств терморегуляторов:

1. Двухходовое (кран задвижка вентиль и т.п.) исполнительное устройство монтируется на трубопроводах сетевой воды подкаченной к бойлеру. Исполнительное устройство перекрывает сечение обратки или подачи. Это простейшая схема врезки наиболее часто используемая.
2. Исполнительное двухходовое устройство устанавливается на байпасе сетевой воды перед бойлером и, при открытии за счет перепуска части потока мимо, уменьшает поток через теплообменник. Так врезают реже всего.
3. Врезается трехходовой кран или подобная ему арматура с приводом. Он одновременно перепускает часть потока через байпас и прижимает подачу на теплообменник. Самый выгодный вариант, так как обеспечивает эффективное регулирование и минимально влияет на режимы других узлов отопительной сети.
4. Два двухходовых запорных устройства устанавливаются на подаче или обратке теплоносителя и байпасе. Работает система точно так же как и с трехходовым краном (являясь его имитацией). Требует более сложной схемы управления.Схема применяется редко.

Дополнительно можете просмотреть видео в этой статье, где рассказываться о подобных системах. Дальше разберем несколько промышленно выпускаемых и используемых на сегодняшний день терморегуляторов, а также одно устройство для самостоятельной сборки.

Терморегуляторы заводской сборки

Начнем с наиболее простых.

Регуляторы РТЦГ

Регулятор РТЦГВ

Это простейший регулятор горячего водоснабжения стоимостью немного больше за 10 тысяч рублей.

Маркируются он следующим образом:

1. РТЦГВ — это аббревиатура «регулятор температуры централизованного горячего водоснабжения»
2. Дальше идут две цифры 20, 25 или 32. Это диаметр условного прохода (Ду) в миллиметрах. Его можносчитать равным диаметру труб, на которые устанавливается регулятор. С Ду равным 32 мм регулятор может обеспечить управление работой ГВС в домах с проживанием до тысячи человек.
3. Следующие две цифры это температура, на которую настроен прибор, от 35 до 85 градусов шагом пять. Причем делается это на заводе и поставляется уже настроенный терморегулятор. Самостоятельно изменить температуру нельзя.

Устройство регулятора РТЦГВ

Принцип работы тоже прост. Фактически это вентиль, клапан которого управляется не винтовым штоком, а сильфоном, о котором мы говорили выше. Сильфон омывается водой. Чем она горячее, чем больше он удлиняется и прижимает клапан к седлу.

При максимальной температуре, на которую настроен РТЦГВ, он закрывается полностью и прекращает подачу теплоносителя в бойлер. Температура падает, и он снова начинает открываться. Монтируется такой регулятор на подаче или обратке (о способах врезки мы уже рассказывали).

К достоинствам РТЦГВ можно отнести:

1. Простота монтажа. Достаточно просто его врезать в трубопровод. Нет никаких дополнительных деталей проводов или импульсных трубок.
2. Прибор не нужно настраивать. После врезки он сразу готов к работе.
3. Регулятор не нуждается в электропитании. Его можно устанавливать в помещениях, к которым не проведена проводка.

Минусы тоже есть:

1. Невозможно при необходимости перенастроить регулятор на другую температуру. Его нужно просто менять.
2. Регулировка, по температуре подачи или обратки перед теплообменником, не точна.
3. Нельзя дистанционно проконтролировать работу прибора.
4. Патрубки входа и выхода находятся под углом 90 градусов, что затрудняет врезку на прямолинейных участках трубопровода. Хотя, если планируется изгиб, то регулятор можно врезать вместо отвода.

Надо отметить, что благодаря простоте и надежности, даже если проектируют новое горячее водоснабжение, регулятор температуры РТЦГВ продолжают использовать, особенно в случаях, где не надо высокой точности и дополнительных функций.

РТ —ГВ

Регулятор РТ-ГВ

Еще одна условно устаревшая, но широко применяющаяся модель. Может работать на более мощных системах ГВС, так как она рассчитана на врезку в трубопроводы диаметром до 80 миллиметров.

В отличие ранее рассмотренного регулятора состоит из двух узлов (блоков) соединенных между собой импульсными трубками:

• исполнительное устройство РК;
• преобразователь температуры ПТ-1-1.

Дополнительно может выполнять функцию защиты. Для этого в схему установки добавляют третий блок— УРДД который не допускает резких перепадов давления.

Схема врезки РТ-ГВ со сливом

Принцип работы регулятора следующий:

1. При изменении температуры сетевой воды подаваемой на бойлер, так же как и регуляторе РТЦГВ изменяется длина сильфона связанного со штоком клапана в преобразователе температуры. Но в данном случае датчик (преобразователь температуры) может быть, и не установлен подаче или обратке.
2. К нему подключен трубопровод небольшого диаметра, который врезан в подачу до исполнительного устройства РК в котороместь постоянное давление, создаваемое сетевыми насосами системы отопления.
3. Клапан преобразователя меняет давление на выходе командного (импульсного) трубопровода тоже небольшого диаметра. Лишний объем теплоносителя либо сбрасывается в канализацию (схема врезки со сливом) либо возвращается в обратку отопления. Давление на выходе командного трубопровода прямо пропорционально зависит от температуры воды.

Схема врезки без слива

4. Командный трубопровод подключен к камере исполнительного устройства, одной из стенок которого служит гибкая мембрана. Она связана со штоком клапана непосредственно регулирующего подачу теплоносителя в бойлер.
5. Чем больше давление (напрямую зависящее от температуры на датчике-преобразователе) тем больше он перекрывает трубопровод и снижает подаваемый объем сетевой воды в бойлер.
6. Для регулирования перемещения клапана исполнительного устройства на его штоке установлена дополнительная пружина. Изменяя ее натяжение можно настраивать то командное давление, при котором происходит срабатывание. Как мы помним командное давление напрямую зависит от температуры на датчике, то есть так регулируется нагрев подаваемой в сет ГВС воды.

К достоинствам данного устройства можно отнести:

1. Не требуется подключения к сетям электроснабжения.
2. Возможность перенастройки на любую температуру самостоятельно.
3. При необходимости точной регулировки можно врезать датчик-преобразователь на выходе горячей воды. Хотя завод изготовитель этот способ не делает стандартной схемой врезки (непонятно почему).

Но недостатков больше.

1. Сложность монтажа нужно делать дополнительные трубопроводы и врезки.
2. Настраивать регулятор необходимо по показаниям внешних термометров. Процедура настройки может занять до часа.
3. Трубопровод управляющего давления ограничен по длине. При большей его протяженности агрегат работает неточно и с большой инерцией.
4. Из-за того что клапан исполнительного устройства приводится в действие давлением создаваемым сетевыми насосами при изменении режима работы их (например при переходе на резерв) необходимо перенастраивать и регулятор.
5. Отсутствие функций дистанционного контроля и управления.
6. Цена — регулятор под Ду 25 мм стоит около 15000 рублей, для труб диаметром 80 мм комплект стоит уже более 60 тысяч.

ВТР – 10 И от компании VOGEZ

Блок управления терморегулятора ВТР

Это один из современных микропроцессорных регуляторов. Он рассчитан на работу не только в сетях ГВС, но и в сетях отопления и вентиляции. Состоит из блока управления, к которому опционально поставляются или закупаются отдельно исполнительные устройства и датчики.

Блок управления двух канальный, в зависимости от необходимости выбирается одна из программ.

1. Регулирование по одному каналу отопления и по второму системы ГВС.
2. Два канала на две системы горячего водоснабжения.
3. Регулирование системы вентиляции.
4. Два канала на две системы отопления.
5. Использование только одного канала для ГВС или отопления. Второй остается в резерве.

Достоинства прибора

Выбор этого регулятора более чем оправдан,по сравнению с ранее рассмотренными системами из-за множества достоинств.

1. Не требуется два блока управления для отопления и горячего водоснабжения.
2. Производительность систем ГВС, которые может регулировать устройство, неограничено. Все определяется выбором исполнительных устройств с нужным Ду.

Для этого терморегулятора диаметр трубопроводов не имеет значения

3. Врезка и установка терморегулятора проще, чем приборов с командными (импульсными) трубопроводами. Исполнительная арматура, конечно,устанавливается в разрыв трубы. Датчик монтируется во вваренную в небольшое отверстие трубопровода гильзу. Все остальные соединения выполняются кабелями.

Внимание. Для корректной работы датчика перед его установкой гильза заполняется веретенным маслом. Наличиеего в ней нужно периодически контролировать.

4. Заводская программа управления ГВС самостоятельно подстраивается по особенности системы. Нужно выставить только диапазон температур и время. Но при необходимости можно менять и другие параметры. При этом при отключении прибора от сети настройки сохраняются.
5. Используются не аналоговые, а цифровые датчики, которые точно замеряют и передают температуру в независимости от длины сигнальных кабелей и не подвержены внешним помехам и наводкам.

Цифровые датчики температуры

6. Невозможно изменить настройки системы не зная пароля. То есть, случайно попавший в теплопункт человек не может нарушить работу системы, кроме как механически повредив ее компоненты.
7. Возможность отслеживания параметров системы за последние 72 часа.
8. Дополнительно в контроллер встроена система защиты рециркуляционных (для отопления сетевых) насосов от пуска на «сухом ходу».
9. Программа контролера имеют функцию оповещения об аварийных ситуациях.
10. Блок управления имеет порт RS 232 для связи с внешними устройствами.

Разъем RS 232

11. Все настройки и данные сохраняются при перебоях питания.

К недостаткам этого, да и всех подобных ему регуляторов, можно отнести только то, что он требует питания от электросети. Но почти все помещения, где располагаются узлы ГВС, имеют электропроводку, хотя бы для освещения не говоря уже о насосах.

Регулятор своими руками

В завершении статьи приведем пример, как можно самостоятельно собрать и установитьтерморегулятор для водоснабжения, например, для частного дома. Хотя если быть откровенным самостоятельная сборка не дает большой выгоды, так как компоненты для нее все равно придется покупать, а качество работы самоделок, как правило, оставляет желать лучшего.

Простейшая схема всего из нескольких деталей

Для нее нам понадобятся электроконтактный манометрический термометр, примерно такой, как на фото ниже.

Электроконтактный термометр

В этом термометре есть две пары контактов, которые работают на переключение при достижении температуры, на которую установлены стрелкиуставки (на фото они красные и их можно перемещать). Контакты могут работать с нагрузкой до 30 ватт. Этого нам более чемдостаточно.

Эти термометры выпускаются на разные напряжения. Чтобы упростить схему лучше приобрести модельрассчитанную на 220 вольт, тогда можно обойтись без понижающего трансформатора или блока питания. Хотя в целях безопасности можно выбрать и более низкое напряжение.

Схема контактов и цоколевка электроконтактного термометра

Вторая деталь, которая нам нужна это вентиль, задвижка или кран с электроприводом. Он может быть таким же, как и для работы с ранее рассмотренным регулятором. Например, можно выбрать модель как на снимке снизу.

Шаровый кран с электроприводом

Можно выбрать и любую другую разновидность. Главное чтобы кран соответствовал следующим критериям.

1. Подходил по диаметру трубы, на которую он будет врезаться.
2. Напряжение питания и его тип (постоянный переменный) были одинаковы с этими же параметрам блока питания и термометра.
3. Потребляемая мощность не превышала 30 ватт, которые позволяют подключаться напрямую к термометру без промежуточных реле.
4. Имелись встроенные концевые выключатели.

Совет. Лучше выбирать краны с возможностью ручного привода ими можно управлять при отсутствии электроэнергии.

У таких кранов, как правило, три вывода:

1. общий;
2. закрытие, при подаче питание кран перерывается;
3. напряжение на открытие.

Теперь переходим к сборке, инструкция предельно проста.

1. Врезаем на выходе горячей воды гильзу, вкотороюустанавливается датчик термометра. Со шкалой он связан гибким капилляром трубкой.
2. На обратке или подаче сетевой воды к бойлеру устанавливаем кран.
3. Подсоединяем один провод источника питания на общий вывод крана. Второй на манометр к егоклемме переключаемого контакта. В нашем случае она обозначена цифрой 1.
4. Нормально замкнутый вывод манометра подключаем к выводу на открытие крана (обозначен 2).
5. Нормально разомкнутый контакт (3),соединяем с выводом на закрытие у крана.

Наша схема собрана. Желательно дополнительно заземлить ее и установить выключатель питания. Осталось только выставить стрелку уставку на нужную температуру. Работать она будет следующим образом.

1. При запуске системы кран сразу откроется полностью, так как подано напряжение на открытие. Температура будет расти.
2. Когда горячая вода нагреется до температуры заданной при настройке (сделанной перемещением стрелки уставки) контакт подающий напряжение на открытие разомкнетсяи одновременно замкнется другой, на закрытие. Кран начнет закрываться и температура горячей воды будет падать.
3. Когда температура снизиться снова сработает кран на открытие и процесс повторится.

Чтобы контакты термометра меньше изнашивались можно использовать его вторую контактную группу. При этом выставляем стрелки уставки с разницей в несколько градусов.

В этом диапазоне будет колебаться температура горячей воды и срабатывание контактов будет менее частым. При этом подключаем контактные группы так, чтобы одна при нижнем пределе подавала напряжение на открытие, а вторая,при верхней температуре, на закрытие крана.

Вот и все что мы хотели рассказать о таком устройстве как регулятор температуры системы горячего водоснабжения. Будем рады, если она была для вас познавательной, и вы разобрались в том, как они работают и их разновидностях. Еще лучше если она была для вас и практически полезной и с ее помощью вы смогли подобрать и установить самостоятельно подобное устройство.

Пусть Ваш дом всегда будет уютным.