Как работает терморегулятор для водяного теплого пола

Сервоприводы водяного пола

Автоматическое регулирование температуры теплого водяного пола невозможно без наличия сервоприводов. Это небольшие электро-термические устройства, которые открывают/закрывают подачу теплоносителя. Называют их еще сервомоторы, а официальное название звучит так «сервопривод электротермический». В принципе те же устройства можно поставить и на радиаторы, но так поступают нечасто.

Так сервоприводы выглядят «вживую» на коллекторе

Как работают сервоприводы? Основной рабочий элемент — сильфон. Это небольшой герметичный и эластичный цилиндр, который заполнен веществом, объем которого сильно зависит от температуры. Вокруг сильфона находится электрический нагревательный элемент. При поступлении команды с термостата, на нагревательном элементе появляется питание. Он включается в работу, вещество внутри сильфона разогревается и начинает расширяться. Увеличенный в размерах цилиндр давит на расположенный ниже шток. А он в свою очередь перекрывает поток теплоносителя. Как видите, никаких моторов и шестеренок, только электричество и тепловая энергия. Потому и называют их термоэлектрическими.

Сервопривод — внешний вид и внутреннее строение

Немного о разновидностях. Бывают сервоприводы нормально закрытые и нормально открытые. Эти названия показывают, в каком положении находится клапан при отсутствии питания: первый в обычном положении открыт, а при появлении сигнала закрывается, второй, соответственно, в обычном состоянии закрыт, а при наличии сигнала открывается.

Какой из них лучше использовать? Для нашей страны лучше отдавать предпочтение нормально открытым сервомоторам. И вот почему: если он выйдет из строя теплоноситель продолжит циркулировать и пол не заморозится (хотя нужны длительные и низкие температуры чтобы трубы в стяжке замерзли).

Бывают еще устройства, работающие от переменного тока 220 В, или от постоянного 24 В. Для подачи напряжения 24 В потребуется установить инвертор.

Как подключать сервоприводы

Схема подключения может быть разной и зависит в первую очередь от типа термостата. Если термостаты управляют одним контуром теплого пола, то они напрямую соединяются с соответствующими сервоприводами проводами. Если термостат мультизональный, то провода заводятся от соответствующих клемм.

Один из коммутационных узлов водяного теплого пола

Для упорядочивания проводов используют коммутаторы теплого пола. Кроме стандартной функции подключения и соединения разных устройств, они выполняют еще и защитную роль. При закрытом положении всех контуров водяного пола подается сигнал на отключение работы циркуляционного насоса. Это удобно, если установлены автоматизированные отопительные котлы (насос не будет работать вхолостую без расхода, и система не выйдет из строя из-за превышения давления).

Как подключать устройства через коммутационный узел водяного пола

Но в системах с обычными твердотопливными котлами насосы отключать нельзя: котел то не затухнет и отключение насоса грозит разрывом системы. В этом случае ставят байпас и перепускной клапан (смотрите схему подключения). Перепускной клапан настраивают на давление чуть ниже максимального давления насоса (если у него максимум 5 метров, выставьте 3-4 метра). При достижении в системе этого значения (бывает, если открытыми остаются небольшое количество контуров теплого пола) перепускной клапан начинает часть потока теплоносителя заворачивать в «обратку» и подавать снова на котел.

Схема включения с перепускным клапаном для предотвращения работы системы «вхолостую»

Эта схема работать будет с любым типом котлов, не только с твердотопливными. Но для них — она практически единственный недорогой способ уберечь систему от перегрева.

Самодельный внешний терморегулятор для котла: инструкция

Ниже представлена схема устройства самодельного терморегулятора для котла, которая собрана на микросхемах Atmega-8 и серии 566, жидкокристаллическом дисплее, фотоэлементе и нескольких температурных датчиков. Программируемая микросхема Atmega-8 и отвечает за соблюдение заданных параметров уставок терморегулятора.

Собственно говоря, данная схема включает или выключает отопительный котёл при понижении (повышении) температуры наружного воздуха (датчик U2), а также выполняет эти действия при изменении температуры в комнате (датчик U1). Предусмотрена корректировка работы двух таймеров, которые позволяют регулировать время указанных процессов. Кусок схемы с фоторезистором влияет на процесс включения котла по времени суток.

Датчик U1 стоит непосредственно в комнате, а датчик U2 на улице. Подключается к котлу и устанавливается рядом с ним. При необходимости можно добавить электрическую часть схемы, позволяющую включать отключать агрегаты большой мощности:

Ещё одна схема терморегулятора с одним параметром регулирования на базе микросхемы К561ЛА7:

Собран терморегулятор на базе микросхемы К651ЛА7 отличается простотой и лёгкостью при регулировке. Наш термостат – это специальный терморезистор, который значительно уменьшает сопротивление при нагревании. Данный резистор включён в сеть делителя напряжения электричества. В этой цепи также расположен резистор R2, при помощи которого мы и можем устанавливать необходимую температуру. На основе такой схемы можно сделать термостат для любого котла: Бакси, Аристон, Эвп, Дон.

Еще одна схема на терморегулятора на базе микроконтроллера:

Устройство собрано на базе микроконтроллера PIC16F84A . Роль датчика выполняет цифровой термометр DS18B20. Малогабаритное реле управляет нагрузкой. Микропереключатели задают температуру, которая высвечивается на индикаторах. До сборки потребуется запрограммировать микроконтроллер. Сначала сотрите все с чипа и потом перепрограммируйте, а далее произведите сборку и пользуйтесь на здоровье. Устройство не капризное и работает нормально.

Стоимость деталей 300-400 рублей. Аналогичная модель регулятора стоит в пять раз дороже.

Несколько советов напоследок:

• хоть к большинству моделей и подходят разные варианты термостатов, все же желательно, чтобы терморегулятор для котла и сам котёл были произведены одним производителем, это значительно упростит монтаж и сам процесс эксплуатирования;
• перед покупкой такого оборудования нужно просчитывать площадь помещения и необходимую температуру, чтобы избежать «простоев» техники, и смены проводки в связи с подключением приборов более высокой мощности;
• перед установкой оборудования нужно позаботиться о теплоизоляции помещения, иначе высокие теплопотери будут неизбежны, а это дополнительная статья расходов;
• если, неуверены, что нужно приобретать дорогостоящую технику, то можно провести потребительский эксперимент. Приобрести более дешёвый механический термостат, отрегулировать его и посмотреть результат.

Современные технологии позволяют обустроить тёплый пол несколькими способами, в зависимости от того, какое подключение планируется использовать. Отлично зарекомендовали себя водяные системы напольного отопления, обладающие высокой надёжностью и экономичностью. Несложными в установке являются электрические обогревающие полы, широкая популярность которых обусловлена возможностью размещения под любые покрытия. Разумеется, все положительные моменты имеют место только при использовании качественного оборудования и его правильной установке

Поскольку часть работы по энергосбережению и обеспечению удобства возлагается на терморегулятор, то его монтажу и подключению надо уделить особое внимание

Современный терморегулятор можно запрограммировать на изменение температуры не только по часам, но и по дням недели

Применение терморегулятора позволяет использовать любой нагревающий прибор без опасности его перегрева и выхода из строя. Именно поэтому термостаты встраивают в электрические утюги, чайники и водонагреватели. Не стали исключением и кабельные, стержневые, а также плёночные тёплые полы. Благодаря установке регулировочного устройства можно не только изменять температуру под ногами, но и программировать работу дополнительного отопления для экономии электроэнергии.

Все существующие терморегуляторы можно разделить на два типа:

Датчик электронного терморегулятора устанавливается в контролируемой зоне, а блок управления монтируется отдельно

Подключение температурного датчика

Еще одна ошибка возникает при замене или подключении датчика разных производителей к одному и тому же регулятору. Дело в том, что все они имеют определенное сопротивление, соответствующее той или иной температуре.

И если без изменения настроек взять и поменять температурный датчик на другой, это может привести к некорректной работе отопления. Разница по температуре между определяемой и фактической может достигать 10 градусов!

Из-за другого сопротивления, меньше чем заводское, регулятор поймет это как завышенную температуру и даст команду на раннее отключение, хотя теплые полы будут еще не достаточно прогретыми.

Для теплого пола применяются, так называемые NTC – датчики с отрицательным температурным коэффициентом. Данный термин означает, что с повышением окружающей температуры, их сопротивление уменьшается.

Еще бывает PTC – положительный t коэфф. сопротивления. С ними происходит обратный процесс.

У продвинутых девайсов (Devireg Touch) изначально в программу настроек занесено несколько разновидностей датчиков. На этапе установки просто выбирайте требуемый.

Если вы не знаете марку, придется вручную сделать замеры сопротивления мультиметром.

Полученные данные сравниваются и проверяются, соответствуют ли они выставленным заводским настройкам или нет.

Наиболее правильной системой отопления считается та, которая имеет в каждой комнате свою собственную зону регулирования. Что это означает?

При наличии в доме всего одного терморегулятора, разброс температур в разных частях здания будет достигать 5-6 градусов.

Поэтому придется покупать и устанавливать не один, а несколько термостатов.

Можно настроить отдельные регуляторы одновременно на две зоны, при этом меняя приоритет температур. То есть, установить в термостат в одной комнате, а выносной датчик от него завести в соседнее помещение.

При этом в настройках нужно будет сделать выбор на какой элемент должен реагировать терморегулятор – на встроенный в корпус или на выносной. Добиться одинаковой температуры от одного прибора у вас не получится.

Размещать терморегуляторы в мокрых зонах запрещено. Они должны иметь соответствующий уровень влагозащиты IP и монтироваться в зоне 3.

Что это за зона, читайте в отдельной статье.

Механизм регулировки

Термостатический смесительный клапан

Применяют термостатический смесительный клапан и в схемах отопления радиаторного типа, но конвективная циркуляция воздуха (даже при сбалансированной вентиляции и тщательном утеплении) все равно оставляет нижние слои самой холодной частью комнаты.

Источником тепловой энергии может выступать как теплоцентраль, так и автономный котел. В любом случае котлы эффективно работают в стабильных режимах и не обеспечат плавной регулировки расхода теплоносителя в каждом отдельном помещении.

С этой целью в систему включают специальную арматуру с выбранными рабочими параметрами и конструкцией определенного типа. Установка смесительного клапана для теплого пола дает следующий стабилизирующий результат по нормализации температуры в доме:

Смесительные клапаны выполняют задачу объединения высокотемпературного контура нагрева с низкотемпературной разводкой тёплого пола, так как рекомендуемая температура в трубах под полом 40°C, а для воды на выходе из котла 70 — 90°C.

Принципы работы

Если теплоноситель слишком нагрет, в воду подмешивается холодная струя

Выполнение своей функции трехходовой клапан для теплого пола производит в таком порядке:

• горячий теплоноситель от котла направляется в распределительный коллектор, из которого расходится по петлям системы теплого пола;
• на пути движения установлен термосмесительный клапан, реагирующий на температуру нагрева воды;
• при температуре потока, превышающей заданную величину на регуляторе, на последнем открывается проход для подмешивания охлажденной воды из обратного трубопровода;
• в тройнике происходит перемешивание двух сходящихся потоков и выдача в систему теплоносителя желаемой температуры;
• при достижении баланса изменение внутренних сечений клапана прекращается.

Корпус клапана изготовлен из латуни, представляет собой 3 канала, сходящиеся к механизму регулировки. Использование 3 разных способов перемешивания водяных потоков выделяет 3 разновидности конструкций трехходового клапана.

Трехходовой термостат

В термостате смешиваются горячий и холодный поток

Заданную температуру поддерживает трехходовой термостатический клапан, который автоматически выполняет смешение горячего потока жидкости от нагревателя и остывшей воды из обратного трубопровода. Необходимость количественного изменения потоков определяется настройками термостата.

Такое изделие можно применять в системах тёплого пола (особенно сложной конфигурации), на радиаторных разводках и во внутреннем контуре горячего водоснабжения.

Автоматическое изменение температуры исходящего теплоносителя защищает человека от повышенных температур при порыве трубы. Если по какой-то причине прекращается поступление холодной воды, клапан автоматически закроет проток горячему напору из котла. Термочувствительный узел реагирует на величину нагрева и, соответственно меняет сечение входных отверстий, достигая требуемого баланса.

Схема расположения термостатического клапана для теплого пола выглядит так:

Дроссель напора – это устройство, обеспечивающее напор жидкости вне зависимости от перепада давления на входе и выходе. В паре с термоголовкой для теплого пола он стабилизирует работу всех контуров системы при изменении входящих условий.

3-ходовой термостатический клапан

Работа этого вентиля не такая сложная, как термостата. Регулируется исключительно входящий горячий носитель. Подробнее о работе трехходовых клапанов смотрите в этом видео:

Для анализа изменений температурных показателей в комплект к нему входит термоголовка для теплого пола, выполняющая роль исполнительного органа по сигналу с выносного датчика.

Смесительный клапан

Ручной вентиль регулируется вручную

Еще проще устроен трёхходовой смесительный клапан, не оснащенный датчиками и автоматикой. Ручной вентиль нуждается в принудительной установке положения регулятора для получения заданной температуры на выходе.

Такой кран изготавливается 2 типов:

• имеет Т-образный проход (симметричная схема);
• внутренний L-образный проход, (асимметричная).

Различия в том, что при симметричной схеме 2 струи встречаются из противоположных плеч крана и уходят в боковое ответвление уже в смешанном состоянии.

Управление

Терморегуляторы делают максимально простыми для пользователя. Но внутри этих систем может быть спрятано множество сложных узлов и конструкций.

Управление подобными устройствами может осуществляться несколькими способами:

Механический. Для таких целей производители предусматривают специальные поворотные ручки. В зависимости от их положения выполняется настройка расходомеров воды или подача тока. Подобные системы очень часто применяются с водными «гребенками», которые и осуществляют распределение жидкости. Недостатком такого способа является то, что сложно добиться точной установки значения с разницей меньше 5 градусов.

• Кнопочное. Этот подход является более совершенным, так как позволяет контролировать температуру в более узком режиме. Настройка термо реле осуществляется либо классическими кнопками, либо с помощью сенсорного экрана. Здесь меняется только интерфейс, а принцип работы от этого практически не меняется.
• Удаленное управление. Терморегуляторы устанавливают на так называемые wi-fi котлы. Эти устройства способны принимать радиосигналы и на их основе изменять настройки регулятора. Данные механизмы довольно сложные и зачастую применяются только в так называемых «умных» домах, где все полностью автоматизировано и требует минимального вмешательства человека.

Виды и типы датчиков

Дистанционный электрический датчик регулировки температуры пола

Все датчики и регуляторы можно поделить на два типа:

1. Механический прибор имеет принцип работы, основанный на свойстве изменять объем в зависимости от показаний температуры.
2. Электронный, устанавливаемый выносной датчик в виде терморезистора. Дополняется отдельным блоком управления, содержащим электронную схему, элементы рабочего порядка и индикации.

По видам приборы также разделяются:

• устройство, работающее в эконом-режиме, что позволяет снижать уровень нагрева пола в помещении при отсутствии людей;
• датчики с таймером, в которых есть программа включения/отключения системы нагрева;
• интеллектуальные датчики с заложенным алгоритмом работы и контролем прочих факторов: режима влажности, температурных колебаний за пределами помещения, наличия/отсутствия людей в комнате и другое;
• ограничители – это термоприборы, отключающие нагрев теплоносителя при достижении заранее заданной температуры.

Пример механического датчика с температурным элементом

Термостаты для водяного теплого пола различаются по виду отслеживаемой среды:

• контроль температурного режима пола;
• контроль степени прогрева воздуха.

Как правило, датчики для определения температуры воздуха располагаются в корпусе термостата. Это обеспечивает дополнительное удобство, так как не предвидится лишних проблем с монтажом, с другой стороны, установка термостата должна отвечать ряду условий:

1. отсутствие близлежащих источников тепла/холода;
2. нет угрозы попадания прямых солнечных лучей, продувания сквозняком.

Система водяного пола может быть дополнена выносным термодатчиком. Представляя собой малоформатное устройство, закрепленное на конце длинного кабеля, измерительный прибор монтируется в полу с отступом от стены шага в 0,5 метра. Размещение показано на равноудаленном от ближайших труб с теплоносителем расстоянии. Второй конец конструкции заводится на термодатчик и крепится к клеммам по схеме.

Терморегулятор в системе отоплениях. Что это за прибор?

Терморегулятор, используемый для теплого водяного пола — это устройство, посредством которого осуществляется регулировка температуры теплоносителя в системе отопления. Прибор оснащается чувствительным термоэлементом, благодаря которому быстро реагирует на изменение интенсивности нагрева теплоносителя. Диапазон изменения температуры варьируется в пределах 5-450С. Изменения в системе происходят мгновенно, что очень удобно и эффективно.

Терморегулятор или термостат, другое название прибора, сегодня используется как в ручном режиме, так и в комплекте с контроллерами (датчики температуры воздуха), которые фиксируют температурные изменения внутри отапливаемого помещения и на поверхности пола. Правильная настройка терморегулятора и постоянная взаимосвязь контроллеров с термостатом являются ключевыми факторами успешной работы теплых водяных полов.

На сегодняшний день используются различные типы термостатов, каждый из которых имеет свою сферу применения.

Виды регуляторов температуры

Для теплых полов используются различные типы устройств, которые могут отличаться различными технологическими показателями. Речь идет о типе прибора, виде используемого датчика и места установки.

Основное различие для всех устройств, заключается в принципе действия. В системах водяных теплых полов сегодня используются следующие типы терморегуляторов:

Электромеханический прибор. Принцип действия данного устройства заключается в следующем. Достижение внутри помещения установленной на регуляторе температуры, фиксируется датчиком температуры воздуха, который посылает сигнал на термостат. Прибор отключается, останавливая подачу теплоносителя в систему отопления. Снижение температурных параметров внутри помещения дает сигнал на прибор, который снова приводится в действие, включая подачу горячей воды в водяные отопительные контуры.

Управляется прибор интуитивно, настраиваясь в соответствии вашими личными ощущениями. Если в комнате прохладно, головка прибора вращается в одну сторону. Если становится жарко, то колесико крутится в обратную сторону. Для данного вида термостатов характерны низкая цена и простота эксплуатации.

Электронные термостаты – это приборы, которые действуют аналогично, как и электронно-механические приборы. Единственное и существенное отличие данного вида устройств, наличие возможность зафиксировать заданную температуру. Здесь вращающаяся термостатическая головка заменена электронными сенсорами. Управление кнопочное, а вся текущая информация выводится на дисплей.

Такое оборудование обладает высокой точностью и способно чутко реагировать на малейшие изменения температурного режима внутри отапливаемого помещения.

Программируемое устройство. Третий вид термостатов, которые являются полностью автоматизированными и автономными системами. В дополнение к своей основной функции, эти приборы наделены дополнительными функционалами. Их можно запрограммировать на длительный период, делая управление отопительной системой гибким и удобным.

По своей функциональности все термостатические устройства можно разделить на три вида:

• модели, оснащенные индикаторами температуры воздуха;
• модели, оборудованные датчиками температуры нагрева водяного пола;
• устройства, имеющие на вооружении два датчика.

Принцип работы

Если говорить о принципе действия такого термостата, то следует отметить, что это не обычный прибор бытового назначения, а целая климатическая система с интеллектуальным уклоном. Чтобы лучше понять суть его работы, нужно понимать, что это не просто термостат, но и своеобразный датчик. Ведь он не только измеряет температурный режим, но и активирует и отключает обогревательное оборудование, если температура в закрытом пространстве достигает определенных максимальных значений. На первый взгляд кажется, что терморегулятор для инфракрасного обогревателя такой, как и для других, но он имеет отличие. Обычно эти приборы просто измеряют температуру у приборов обогрева, а не в комнате. Тогда термореле поставляется в собственном корпусе и закрепляется по требованию владельца там, где он этого хочет. Например, он может быть напольный либо настенный. Кроме того, терморегуляторы позволяют:

• программировать отключение всей системы после нескольких часов использования;
• задавать программу автовключения в определенное время;
• осуществлять поддержку выбранной температуры;
• создавать программы циклического типа на различные временные периоды.

Виды терморегуляторов

Выбор термостата под определенную систему определяется следующими факторами:

• мощность оборудования;
• способ регулирования;
• выполняемые функции;
• тип монтажа.

Мощность

Для большинства оборудования мощности 3 кВт вполне хватает. При большом количестве контуров отопления применяется несколько терморегуляторов, или устанавливается магнитный пускатель. Чем больше площадь помещения, тем дольше производится его прогрев от одного термостата.

Какие бывают датчики?

За комфортную температуру пола и обогрев воздуха отвечают разные системы. Соответственно, применяются разные датчики. В первом случае используют датчик пола. Его размещают в стяжке между трубами контура, на расстоянии более 50 см от стены. На полу крепится труба или гофрошланг, в которые вводится кабель с датчиком на конце. Труба залита раствором, но ее конец выходит наружу. При необходимости вышедший из строя датчик вытягивается наружу за провода и заменяется на исправный.

За обогрев воздуха отвечает выносной датчик, расположенный в помещении. Обычно его устанавливают внутри корпуса терморегулятора. При этом он не должен находиться на сквозняке, нагреваться лучами солнца или располагаться близко от приборов, выделяющих тепло.

Под датчик в стене делается штроба, идущая до уровня пола. В канавке размещается шланг, который затем одним концом выводится на место проведения измерений, а другим – вводится в монтажную коробку с закрепленным в ней терморегулятором. Шланг изолируется от попадания раствора заглушкой. В него заводится датчик температуры пола с проводами.

Предварительно следует проверить его исправность, измерив сопротивление и сравнив затем с паспортными данными. При появлении большой разницы датчик следует заменить. Затем производятся необходимые подключения. Тестовый пуск системы производится до заливки стяжки.

Микроклимат в помещении существенно зависит от погоды на улице. В связи с этим, разработан режим климат-контроля с применением наружного датчика и контроллера (климат-компенсатора). В программу введен ряд зависимостей между температурой теплоносителя и уличного воздуха. Выбрав одну из них по значениям температуры воздуха снаружи, контроллер вычисляет, насколько должен быть нагрет теплоноситель.

Если значения расчетной температуры теплоносителя меньше фактической, поступает сигнал на прикрытие подачи горячей воды в контур отопления. Все измерения и корректировка расхода теплоносителя продолжаются в сторону снижения рассогласования данных. Контроллер также может управлять производительностью смесительным насосом или переключаться в другой режим.

Типы термостатов и их функции

Механический регулятор – самый простой и относительно дешевый прибор. Температура выставляется поворотом колесика на нужную отметку. Затем система по ней поддерживает температуру. При изменении погоды нужно вручную изменять установку температуры.

Электронный аппарат также является простым, но гораздо более удобным устройством (схема на рис. ниже). Разная температура может устанавливаться на несколько промежутков времени, что позволяет экономить энергию и обеспечивать более комфортные условия в помещении. Доступные цены и необходимая функциональность делают приборы самыми популярными.

Схема управления двухконтурным теплым полом с помощью электронного термостата

Для больших или средних систем теплого пола целесообразно применять программируемые термостаты. Правильно подобранная программа для режима использования помещений дает возможность экономить тепло и быстро окупить стоимость прибора.

Дистанционный регулятор работает так же, как программируемый, но с управлением на расстоянии. Можно даже программировать устройство через пульт. Здесь применяется система управления от двух датчиков: в помещении и на полу, что позволяет оптимизировать тепловой режим и более экономично управлять расходом энергии.

Термостат с пультом

Часто возникают ситуации, когда поверхность пола теплая, а в помещении прохладно. Здесь желательно применять дополнительный датчик, измеряющий температуру воздуха, после чего она сравнивается с установленной. Выше установки не поднимется температура как пола, так и воздуха. Двухуровневый термостат обеспечивает больший комфорт, если снабжен подходящим дополнительным оборудованием. При этом следует учитывать, что контроль за температурой поверхности пола имеет точность больше, поскольку на показания датчика не влияют сквозняки и солнечные лучи.