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.

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°.

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.

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.

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.

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.

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.

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