Automatyka zaworów mieszających

Automatyka zaworów mieszających jest nieodzownym elementem wyposażenia nowoczesnych instalacji grzewczych. To właśnie dzięki zaworom mieszającym ciecz robocza zasilająca jest mieszana z cieczą powrotną aby uzyskać stałą temperaturę na wyjściu.


W praktyce instalacyjnej odróżnia się termostatyczne zawory mieszające od ręcznych (obrotowych) zaworów mieszających. Zasada działania obu zaworów jest taka sama. Dochodzi bowiem do zmieszania wody gorącej z zimną poprzez odpowiednią proporcję mieszania.
W zaworze termostatycznym proporcja mieszania regulowana jest samoczynnie, bez względu na parametry zimnej i ciepłej wody. Automatyka zaworów mieszających zapewnia dążenie zaworu do utrzymywania stałej temperatury.

Fot. 1. Siłownik zaworu mieszającego. Automatyka zaworów mieszających. Fot. ESBE
Fot. 1. Siłownik zaworu mieszającego. Fot. ESBE

Z kolei w zaworze obrotowym (ręcznym) dla zapewnienia zmiany temperatury konieczne jest obracanie pokrętła zaworu mieszającego, co powoduje zmianę proporcji mieszania. I właśnie takie zawory można wyposażyć w siłowniki z ruchem płynnym lub skokowym, które powodują obracanie pokrętła zaworu mieszającego – jest to automatyka zaworów mieszających. Praca siłowników może być nadzorowana przez sterowniki, a te z kolei mogą uwzględniać szereg dodatkowych czynników takich jak chociażby temperatura wewnętrzna lub zewnętrzna budynku, a także warunki pogodowe, preferencje użytkowników itp.

Cechy siłowników

Automatyka zaworów mieszających powoduje zmianę położenia zaworów mieszających i odbywa się za pomocą siłowników. W zależności od potrzeb dobierane są siłowniki wykorzystujące sygnał 3-punktowy z uwzględnieniem całego zakresu pracy siłownika. Urządzenia tego typu niejednokrotnie bazują na regulowanych wyłącznikach krańcowych, dzięki którym, w zależności od wersji, zakres roboczy może wynosić nawet do 270°. Sterowanie ręczne można wykonać za pomocą dźwigni i naciskając przycisk rozłączający. Z kolei siłowniki, które mają sygnał 2-punktowy wykorzystują skrajne położenia zakresu roboczego. Na rynku nie brakuje siłowników z zakresem pracy wynoszącym 90°.

Fot. 2. Sterownik siłowników i zaworów mieszających. Automatyka zaworów mieszających. Fot. AFRISO
Fot. 2. Sterownik siłowników i zaworów mieszających. Fot. AFRISO

Siłowniki są sterowane poprzez sygnał prądowy lub napięciowy. Tym sposobem zapewniona jest precyzyjna kontrola pracy siłownika i zaworu.
Nowoczesne siłowniki do zaworów mieszających wraz z odpowiednimi sterownikami cechuje wiele zalet. Należy zwrócić uwagę na duże pokrętło z wyraźnym wskaźnikiem nastawy, dzięki czemu zyskuje się precyzyjne i łatwe obracanie zaworem w trybie ręcznym. Niejednokrotnie zastosowanie znajduje skala nadrukowana dwustronnie. Stąd też z jednej strony znajduje się podziałka „od 0 do 10” a z drugiej „od 10 do 0”. Takie rozwiązanie umożliwia montaż zaworu w różnych pozycjach. Pogrubiona część pokrętła zaworu określa położenie zawieradła zewnątrz zaworu, co zdecydowanie ułatwia nastawę i kontrolowanie poprawności pracy zaworu. Podczas diagnostyki pracy siłownika można wykorzystać diody LED jako sygnalizację kierunku obrotu.
Za pomocą odpowiedniego przycisku zmienia się tryb pracy siłownika z automatycznej na ręczną. Zawory montowane za pomocą klucza ośmiokątnego. Kable z odpinaną wtyczką zapewniają szybkie podłączenie elektryczne. Połączenie siłownika z zaworem wykonuje się zaledwie w dwóch krokach montażowych.

Fot. 3. Zawór mieszający trójdrogowy. Automatyka zaworów mieszających. Fot. FERRO
Fot. 3. Zawór mieszający trójdrogowy. Fot. FERRO

Parametry techniczne

Jako najważniejsze właściwości techniczne typowego regulatora stałotemperaturowego należy wymienić parametry takie jak: moment obrotowy (np. 6Nm), zakres nastawy temperatury (np. 0-99°C), kąt obrotu (np. 90°), czas obrotu o 90° (np. 120 s), napięcie zasilania (np. 230 V AC), zakres temperatury otoczenia (5-55°C), pobór mocy (np. 1,5 VA), stopień ochrony obudowy (np. IP 42), wymiary – wys. x szer. x gł. (np. 84 x 102 x 90 mm), masa (np. 492 g), materiał obudowy (np. czarny, PC), tryb pracy (np. grzanie lub chłodzenie), długość przewodu zasilającego (np. 2m, zakończony wtyczką), długość przewodu czujnika (np. 4 m), wymiary termoelementu (np. 20 x 6 mm – średnica), długość przewodu do pompy (np. 1 m), algorytm sterowania (np. PID).

Automatyka zaworów mieszających – systemy montażu bez użycia narzędzi

Ciekawe rozwiązanie techniczne stanowią innowacyjne systemy montażu siłowników na zaworze mieszającym. W efekcie montaż sprowadza się do dwóch kroków – zdjęcia pokrętła z zaworu oraz nałożenia z zakliknięciem siłownika na zawór. Nie ma przy tym potrzeby używania jakichkolwiek narzędzi. W niektórych siłownikach specjalne pokrętło i pierścień ograniczający montuje się na zaworze poprzez zatrzask, natomiast pod pokrętłem przykręcany jest adapter do siłowników elektrycznych. Siłownik instaluje się nasuwając go na zawór z adapterem uwzględniając najbardziej dogodną pozycję montażową. Chcąc zsunąć siłownik z zaworu należy nacisnąć i przytrzymać przycisk zwalniający mechanizm blokujący.

Fot. 4. Sterowniki siłowników i zaworów mieszających. Automatyka zaworów mieszających. Fot. ESBE
Fot. 4. Sterowniki siłowników i zaworów mieszających. Fot. ESBE

Sterowanie siłownikami

Nowoczesne sterowniki zaworów mieszających cechuje bogata funkcjonalność. Niektóre urządzenia tego typu mogą pracować jako regulatory pogodowe oraz jako sterowniki temperatury do kotła.
W wielu aplikacjach sprawdzą się zintegrowane sterowniki stałotemperaturowe z siłownikami. Są to np. instalacje, które łączą funkcje ogrzewania i chłodzenia w tym samym obiegu. Wykorzystuje się wtedy dwa tryby pracy. Np. do trybu pierwszego przypisuje się ogrzewanie, zatem gorąca ciecz jest mieszana z cieczą powrotną przy uwzględnieniu zadanej temperatury. Z kolei w trybie drugim steruje się chłodzeniem w efekcie aktywacji poprzez sygnał zewnętrzny. Jeżeli dojdzie do aktywacji to sterownik zainicjuje zmianę kierunku pracy a ciecz zimna zmiesza się z cieczą powrotną uwzględniając alternatywną nastawę temperatury.

Fot. 5. Nowoczesne sterowniki informują o realizowanych funkcjach. Automatyka zaworów mieszających. Fot. AFRISO
Fot. 5. Nowoczesne sterowniki informują o realizowanych funkcjach. Fot. AFRISO

Oprócz tego odpowiednie sterowniki z siłownikami można dobrać do instalacji, które wymagają regulacji stałotemperaturowej w zakresie pomiędzy 5 a 95°C. Temperatura jest ustawiana za pomocą prostego panelu z wyświetlaczem i przyciskami. Specjalne sterowniki dobierane są do aplikacji, gdzie trzeba zapewnić stałą temperaturę przepływu ale utrzymując temperaturę drugiego przepływu w zmiennych przedziałach.

Sterowniki pogodowe a automatyka zaworów mieszających

Wspomniane już sterowniki pogodowe w zależności od wersji są urządzeniami niezależnymi lub bazującymi na zintegrowanym siłowniku zaworu mieszającego. Jako zalety urządzeń tego typu wymienia się przede wszystkim komfort obsługi wynikający z ustawiania idealnej krzywej charakterystycznej ogrzewania. Tym sposobem zapewniona jest optymalizacja zużycia energii niezbędnej do ogrzania budynku. W procesie regulacji analizowane są wyniki pomiarów zebrane poprzez czujnik zewnętrzny, w efekcie czego dopasowywana jest krzywa charakterystyczna ogrzewania. W razie potrzeby dla zapewnienia przesunięcia krzywej charakterystycznej ogrzewania zarówno poprzecznego jak i równoległego jest możliwe ręczne zainicjowanie zadziałania siłownika.

Przydatne rozwiązanie stanowi funkcja filtru temperaturowego powodującego opóźnienie zmiany reakcji na zmiany temperatury zewnętrznej. Tym sposobem eliminuje się zjawisko braku równowagi względem szacowanych a rzeczywistych potrzeb grzewczych.

Fot. 6. Sterowniki siłowników dobiera się w zależności od preferencji użytkowników. Automatyka zaworów mieszających. Fot. ESBE
Fot. 6. Sterowniki siłowników dobiera się w zależności od preferencji użytkowników. Fot. ESBE

Sterownik kotła

Sterowanie siłownikiem zaworu mieszającego może odbywać się również poprzez sterownik kotła c.o. – np. z podajnikiem. Funkcjonalność nowoczesnych sterowników tego typu jest bardzo szeroka i nie sprowadza się jedynie do nadzorowania pracy siłowników zaworów mieszających. Zaawansowane sterowniki kotłów c.o. odpowiadają za pracę wentylatora i podajnika ślimakowego lub tłokowego, a także pompy: podłogowej, cyrkulacyjnej, c.o., c.w.u. Proces sterowania wykorzystuje algorytm PID.\

Do sterownika można podłączyć regulator pokojowy wykorzystując do tego komunikację RS oraz moduły GSM i Ethernet. Z kolei aktualizację oprogramowania można wykonać przy użyciu portu USB. Wyposażenie sterowników kotłów na paliwa stałe jest bardzo bogate i obejmuje chociażby kolorowy wyświetlacz LCD, a także czujniki temperatury: c.o., c.w.u., podłogówki, zaworu mieszającego, powrotu, zewnętrznej, podajnika.

Fot. 7. Nowoczesne sterowniki siłowników mogą uwzględniać kilka parametrów zewnętrznych. Automatyka zaworów mieszających. Fot. ESBE
Fot. 7. Nowoczesne sterowniki siłowników mogą uwzględniać kilka parametrów zewnętrznych. Fot. ESBE

Jako najważniejsze parametry typowego sterownika pogodowego ze zintegrowanym siłownikiem zmieniającym położenie obrotowych zaworów mieszających należy wymienić zakres temperatur czujnika na rurę zasilającą (np. 5 do 95°C), zakres temperatur czujnika zewnętrznego (np. –50 do 70°C), rodzaj czujnika temperatury (np. NTC), a także moment obrotowy (np. 6 Nm) i czas obrotu przy maksymalnej prędkości (np. 30 s). Oprócz tego w odniesieniu do sterowników określa się również temperaturę otoczenia (np. min.: 5°C, maks. 55°C), klasę ochrony (np. II), pobór mocy (np. 10 W, przy zasilaniu 230 V AC), klasę regulatorów temperatury wg ErP (np. III), stopień ochrony (np. IP 41) oraz udział w efektywności energetycznej (np. 1,5%).

Podsumowanie

Oferowane na rynku siłowniki współpracujące z obrotowymi zaworami mieszającymi znajdują zastosowanie w instalacjach c.o., c.w.u. i klimatyzacyjnych. Nowoczesne urządzenia tego typu cechują się optymalnymi parametrami działania, trwałością i wytrzymałością, dzięki sztywnej i solidnej obudowie. Wszystkie te właściwości przyczyniają się do precyzyjnej regulacji temperatury czynnika roboczego. W zależności od potrzeb instalacyjnych oferuje się przyłącza do DN50. Istotną rolę odgrywa zabezpieczenie przed przeciążeniem i blokowaniem, wysoki moment obrotowy oraz czytelny wskaźnik położenia zaworu. Z racji tego, że od prawidłowo dobranego zaworu mieszającego oraz urządzeń i elementów, które nim sterują zależy precyzja regulacji warto wybór odpowiedniego rozwiązania powierzyć projektantom i doświadczonym instalatorom.

Damian Żabicki

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here