Zestawy sterujące pracą zaworów mieszających

Oferowane na rynku zestawy regulacyjne sterujące pracą zaworów mieszających bazują na siłownikach oraz odpowiednich urządzeniach sterujących. Optymalne rozwiązanie dobiera się ściśle pod kątem konkretnych wymagań aplikacyjnych.

Nowoczesne instalacje grzewcze i c.w.u. nie obejdą się bez odpowiednich zaworów mieszających. Trzeba pamiętać o odróżnieniu ręcznego (obrotowego) zaworu mieszającego od termostatycznego zaworu mieszającego.
Mimo że obydwa urządzenia mają za zadanie zmieszanie wody gorącej z zimną, to w zaworze ręcznym obracając pokrętło zmienia się proporcja mieszania. Zawory tego typu mogą być również sterowane płynnie lub skokowo za pomocą siłownika. Ten z kolei jest nadzorowany przez sterownik z uwzględnieniem np. temperatury wewnętrznej lub zewnętrznej, warunków pogodowych, preferencji użytkowników itp.
Nieco inaczej działa termostatyczny zawór mieszający. Funkcjonuje on bowiem samoczynnie, a więc niezależnie od tego, jakie będą parametry wody ciepłej i zimnej. Temperatura jest regulowana automatycznie w efekcie dążenia przez zawór do utrzymania wartości temperatury zadanej.
Ze względu na to, że zawory obrotowe wymagają sterowania można je wyposażyć w siłowniki oraz odpowiednie regulatory.

Zawory obrotowe

Jako zawory mieszające wykorzystuje się przede wszystkim zawory 3-drogowe, które zapewniają odpowiednią temperaturę czynnika roboczego w efekcie zmieszania gorącej wody z kotła z zimniejszą wodą z przewodu powrotnego.
Typowe zawory 3-drogowe znajdują zastosowanie jako elementy przełączające lub rozdzielające w przypadku, gdy konieczne jest rozdzielenie strumienia wody z kotła na dwa obwody – np. do zasobnika c.w.u. i instalacji c.o. Nowoczesne zawory sprawdzają się w takim zastosowaniu przede wszystkim z racji odpowiednio zaprojektowanej konstrukcji wewnętrznej. Tym sposobem zdecydowanie zmniejszono przecieki wewnętrzne ale zachowując niski wymagany moment obrotowy.
Zawory mają mosiężne gwinty zewnętrzne, natomiast przyłącza są w formie ośmiokąta, dzięki czemu do montażu można wykorzystać tradycyjny klucz hydrauliczny. Pokrętła służą do regulacji ręcznej a ograniczniki kąta pozwalają wybrać odpowiednią nastawę. Do dyspozycji jest czytelna skala umieszczona na pokrywce pokrętła, dzięki której można precyzyjnie określić stopień otwarcia zaworu. Bardzo często na jednej stronie skala ma liczby od 0 do 10, z kolei na drugiej stronie skala jest malejąca od 10 do 0. Takie rozwiązanie ułatwia odczyt skali w różnych pozycjach montażowych. Ważny jest również pogrubiony fragment obwodu pokrętła podkreślający odzwierciedlenie położenia zawieradła we wnętrzu zaworu. Pokrętła najczęściej wykonuje się z antypoślizgowego materiału.
Warto zwrócić uwagę na wygodny system połączeń zaworów z siłownikami. Wykorzystuje się przy tym elementy z tworzywa sztucznego umieszczone pod pokrętłem. Montaż nie wymaga narzędzi. Do obracania zaworów nie potrzeba dużego momentu obrotowego.

Zastosowanie

Spektrum zastosowania zaworów mieszających jest szerokie. Np. w kotłach na paliwa stałe mają one za zadanie ochronę kotła przed zbyt niską temperaturą powrotu. Zawory poprawiają również efektywność w odniesieniu do całego systemu grzewczego. Dzięki podmieszaniu wydłuża się czas, w którym kocioł zachowuje pierwotną sprawność. Eliminowane jest bowiem zjawisko kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach. Jak wiadomo kondensat w kotłach na paliwa stałe to efekt różnicy temperatur występującej pomiędzy komorą spalania a płaszczem wodnym ze zbyt niską temperaturą cieczy powracającej z instalacji. Skraplanie pary wodnej to główna przyczyna tworzenia się smolistego nalotu. Nalot osadzający się na metalowych elementach wymiennika jest przyczyną korozji. Ta z kolei zwiększa ryzyko pożaru bowiem jak wiadomo smoła jest łatwopalna. Nalot powoduje również straty ciepła przez przewody kominowe.
Zawory mieszające sterowane za pomocą siłownika wykorzystuje się również w ogrzewaniu podłogowym na potrzeby podmieszania czynniki roboczego. W odniesieniu do termostatycznych zaworów mieszających takie rozwiązania wyróżnia możliwość dowolnej regulacji obiegu grzewczego a regulacja może mieć np. postać stałotemperaturową uwzględniającą temperaturę zewnętrzną lub wewnętrzną. Oprócz tego może być uwzględniana temperatura zewnętrzna z korektą temperatury wewnętrznej. Możliwości sterowania takiego zaworu są ograniczane jedynie funkcjonalnością automatyki sterującej.

Siłowniki

Siłowniki, które współpracują z obrotowymi zaworami mieszającymi wykorzystuje się zarówno w instalacjach c.o., c.w.u. i klimatyzacjach. Rozwiązania tego typu zapewniają optymalne parametry działania oraz są trwałe, wytrzymałe i mają solidne wykonanie. Wszystko to przyczynia się do precyzji w regulacji temperatury czynnika roboczego. Odpowiedni zawór jest dobierany do konkretnej instalacji. Nowoczesne zestawy cechują się szeregiem zabezpieczeń chroniących przed blokowaniem i przeciążeniem. Ważny jest również wysoki moment obrotowy siłownika oraz czytelny wskaźnik położenia zaworu.
Siłowniki służą do zmiany położenia zaworów mieszających a odpowiedni siłownik dobiera się pod kątem konkretnej aplikacji – np. siłowniki wykorzystujące sygnał 3-punktowy w całym zakresie pracy. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują regulowane wyłączniki krańcowe o zakresie roboczym wynoszącym do 270°. Jest możliwe ręczne sterowanie zaworem przy wykorzystaniu dźwigni po wcześniejszym naciśnięciu przycisku rozłączającego. Zastosowanie mogą znaleźć również siłowniki z 2-punktowym sygnałem sterującym, zatem wykorzystywane są skrajne położenia zakresu roboczego. W razie potrzeby można zastosować siłowniki z zakresem do 90°. W zależności od wyjścia sterownika siłowniki są sterowane sygnałem napięciowym lub prądowym, dzięki czemu zyskuje się precyzyjną kontrolę pracy siłownika i zaworu.
Jako najważniejsze cechy siłowników sterujących zaworami mieszającymi należy wymienić przede wszystkim wyraźny wskaźnik nastawy, przez co można precyzyjnie i łatwo obracać zaworem w trybie ręcznym.

Systemy montażu bez użycia narzędzi

Wspomniane już systemy montażowe siłowników na zaworach mieszających gwarantują, że montaż urządzenia odbywa się w dwóch krokach. W pierwszej kolejności należy zdjąć pokrętło z zaworu a następnie założyć siłownik na zawór z zakliknięciem, bez konieczności użycia jakichkolwiek narzędzi. Na rynku dostępne są również rozwiązania, w których specjalne pokrętło i pierścień ograniczający jest montowany na zaworze poprzez zatrzask, natomiast pod pokrętłem przykręcany się adapter do siłowników elektrycznych. Z kolei siłownik jest instalowany poprzez nasunięcie go na zawór z adapterem z uwzględnieniem najbardziej dogodnej pozycji montażowej. Chcąc zsunąć siłownik z zaworu trzeba nacisnąć i przytrzymać przycisk powodujący zwolnienie blokady.

Sterowanie siłownikami

Praca siłowników zaworów mieszających jest nadzorowana przez odpowiednie sterowniki, natomiast bardziej zaawansowane urządzenia są regulatorami pogodowymi lub sterownikami kotłów.
Warto zwrócić uwagę na zintegrowane sterowniki stałotemperaturowe z siłownikami, które znajdują zastosowanie przede wszystkim w instalacjach łączących w sobie funkcje ogrzewania i chłodzenia w ramach tego samego obiegu. Ważne są przy tym dwa tryby pracy. Np. do trybu pierwszego przypisuje się ogrzewanie, zatem gorąca ciecz jest mieszana z cieczą powrotną przy uwzględnieniu zadanej temperatury. Tryb drugi steruje chłodzeniem poprzez aktywację sygnałem zewnętrznym. W przypadku aktywacji sterownik inicjuje zmianę kierunku pracy a wtedy nastąpi zmieszanie cieczy zimnej z cieczą powrotną przy uwzględnieniu alternatywnej nastawy temperatury.
Odpowiednie sterowniki i siłowniki dobiera się do instalacji wymagających regulacji stałotemperaturowej w zakresie 5-95°C. Temperaturę ustawia się wtedy poprzez prosty panel z wyświetlaczami i przyciskami.
Specjalne sterowniki dobierane są do aplikacji, gdzie trzeba zapewnić stałą temperaturę przepływu ale utrzymując temperaturę drugiego przepływu w zmiennych przedziałach.

Sterowniki pogodowe

Specjalne sterowniki pogodowe mogą generować sygnały pozwalające na sterowanie siłownikami zaworów mieszających. Tym sposobem zyskuje się komfortową obsługę urządzenia z optymalizacją zużycia energii jaka jest niezbędna do ogrzania budynku. Wynika to stąd, że uwzględniane są zewnętrzne warunki pogodowe. Czujnik zewnętrzny mierzy temperaturę, po czym dane te poddaje się analizie, a w efekcie dopasowywana jest krzywa charakterystyczna ogrzewania. Jeżeli jest taka potrzeba to krzywą charakterystyczną ogrzewania poddaje się przesunięciu poprzecznemu i równoległemu poprzez ręczne zainicjowanie pracy siłownika. Dodatkowo można użyć funkcji filtru temperaturowego, który powoduje opóźnienie zmiany reakcji na zmieniającą się temperaturę zewnętrzną. W efekcie nie ma zjawiska braku równowagi w stosunku do szacowanych i rzeczywistych potrzeb grzewczych.

Sterownik kotła

Siłownik obrotowego zaworu mieszającego może być sterowany poprzez sterownik kotła. Np. sterowniki kotłów na paliwa stałe z podajnikiem mają bardzo szeroką funkcjonalność i oprócz nadzorowania pracy kotła sterowana jest praca wentylatora, podajnika, pompy: cyrkulacyjnej, podłogowej, c.o. i c.w.u. Proces sterowania bazuje na algorytmie PID.
Sterownik może być uzupełniony o regulator pokojowy wymieniający dane poprzez port szeregowy RS, a także przy użyciu modułów GSM i Ethernet. Aktualizacja oprogramowania może być wykonana za pomocą portu USB. Wyposażenie nowoczesnych 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.
Obrotowe zawory mieszające można zautomatyzować wykorzystując odpowiednie siłowniki i sterownik. Proces regulacji zaworu jest zautomatyzowany, przy czym regulacja jest precyzyjna. Ważna jest przy tym możliwość uwzględnienia czynników zewnętrznych – np. temperatury zewnętrznej. Decydując się na konkretny zestaw warto postawić na zawór i siłownik jednego producenta.

Damian Żabicki