6 sposobów jak wykorzystać zawór regulacyjny trójdrogowy

Kiedy przyjechałem zobaczyć nowo budowaną kotłownię, od razu zwróciłem uwagę na jeden zawór regulacyjny trójdrogowy. Pomyślałem, że ktoś robi sobie ze mnie żarty… Widziałem już różne przypadki, na pewno wielu sytuacji jeszcze nie widziałem, ale to co ujrzałem niespełna rok temu, wywarło na mnie ogromne wrażenie…

Głównym przedmiotem całej sytuacji był zawór regulacyjny trójdrogowy, który został zamontowany na jednym z kilku obiegów. Oczywiście było to zupełnie inne urządzenie niż to, które zostało zastosowane w projekcie. Jak się później okazało, Wykonawca zdecydował się na zmianę produktu, ponieważ… miał akurat taki na stanie i nie trzeba było ponosić dodatkowych kosztów. Prawda, że logiczne wytłumaczenie? 🙂

Prosta instalacja centralnego ogrzewania

Instalacja, która została zaprojektowana w obiekcie, pomimo tego, że miała dużą moc, była dość prosta. Posiadała kilka obiegów grzewczych, z których każdy był wyposażony w indywidualną pompę obiegową, a część w dodatkowy zawór regulacyjny trójdrogowy.

Mój wzrok, przede wszystkim przykuł obieg, który posiadał największą moc. Został on zaprojektowany z przewodów o średnicy DN 80 i pech chciał, że znajdował się akurat na nim zawór regulacyjny. 🙂 Dlaczego pech? Ponieważ to właśnie on został zamieniony na zupełnie inny…

Zgodnie z projektem, miał się na nim znaleźć zawór o średnicy DN 50, który posiadał dość wysoki autorytet. Wykonawca zdecydował się zamienić go na urządzenie, które co prawda zapewniało jeszcze wyższy autorytet, ale… stwarzało jeden, bardzo poważny problem.

Zawór regulacyjny trójdrogowy w praktyce

Zanim przejdę do dalszej części historii, chciałbym, abyśmy na chwilę się zatrzymali i wspólnie przypomnieli sobie zasadę działania trójdrogowych zaworów regulacyjnych. Przede wszystkim mogą one działać w funkcji mieszania oraz rozdzielania, o czym więcej możesz przeczytać tutaj. Aby urządzenia te faktycznie spełniały swoją rolę, muszą posiadać wysoki autorytet – zawór o niskim autorytecie w pewnych sytuacjach może powodować więcej problemów niż korzyści. Ponadto, sposób montażu samego urządzenia powinien być zgodny z instalacją, w zależności od tego, czy instalacja jest stało czy też zmiennoprzepływowa.

W związku z powyższym, przedstawię Ci tutaj aż 6 sposobów jak podłączyć odbiornik ciepła przy pomocy trójdrogowych zaworów regulacyjnych w zależności od konkretnej sytuacji. Przykłady, które wybrałem, moim zdaniem są rozwiązaniami najbardziej popularnymi oraz co najważniejsze, sprawdzonymi i skutecznymi.

Na początek chciałbym Ci przypomnieć, jakie 4 warianty będziemy brać pod uwagę:

  • system zmiennoprzepływowy po stronie pierwotnej i stałoprzepływowy po stronie wtórnej
  • system zmiennoprzepływowy po stronie pierwotnej i wtórnej
  • system stałoprzepływowy po stronie pierwotnej i zmiennoprzepływowy po stronie wtórnej
  • system stałoprzepływowy po stronie pierwotnej i wtórnej

System zmiennoprzepływowy po stronie pierwotnej i stałoprzepływowy po stronie wtórnej

Wariant pierwszy

1 – zawór odcinający; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 4 – zawór równoważący; 5 – pompa

W powyższym przykładzie, na potrzeby uzyskania stałego przepływu w obiegu wtórnym została zastosowana pompa oraz by-pass z trójdrogowym zaworem regulacyjnym. Moc odbiornika końcowego regulowana jest w sposób jakościowy, tzn. przy pomocy regulacji temperatury czynnika grzewczego na zasilaniu.

Jednak prześledźmy sobie dokładnie zasadę działania oraz sposób regulacji takiego układu. W sytuacji, kiedy zapotrzebowanie na moc odbiornika będzie największe, zawór trójnożny maksymalnie zamknie przepływ na by-passie tak, aby całość wody o jak największej temperaturze (czyli bez podmieszania) przepływała przez wymiennik ciepła zlokalizowany bezpośrednio w odbiorniku.

W momencie, kiedy zapotrzebowanie na moc cieplną odbiornika będzie maleć, zawór otworzy w pewnym zakresie by-pass i w takim samym przymknie dolot. Dzięki temu, temperatura czynnika na wylocie z zaworu będzie nieco mniejsza od temperatury na zasilaniu w całej instalacji (tj. w obiegu pierwotnym), a odbiornik dostanie dokładnie taką moc, jaką aktualnie potrzebuje.

Natomiast co się stanie w sytuacji, kiedy odbiornik ciepła w ogóle nie będzie potrzebował mocy grzewczej? Myślę, że już wiesz – zawór regulacyjny trójdrogowy zamknie dolot tak, aby nie przepływał przez niego czynnik z obiegu pierwotnego. W takim przypadku, jeżeli tylko będzie uruchomiona pompa obiegowa, strona wtórna instalacji będzie działać w całości na czynniku obiegowym lub jeżeli pompa ta zostanie wyłączona – nie będzie tam żadnego przepływu.

Wariant 2

1 – zawór odcinający; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 4 – zawór równoważący; 5 – pompa

Kolejne rozwiązanie, zapewniające stały przepływ w obiegu wtórnym i przepływ zmienny w obiegu pierwotnym jest dość specyficzne – ale to dobrze – będzie o czym pisać. 🙂

Ok, na pierwszy rzut oka widać, że różni się ono od pierwszego przykładu dodatkowym by-passem, na którym został zamontowany zawór równoważący. Dzięki temu, mamy zapewnione uzyskanie odpowiednich przepływów w obydwu obiegach, zwłaszcza w sytuacji, kiedy przepływ po stornie wtórnej jest większy niż całkowity przepływ czynnika grzewczego w obiegu pierwotnym. Innymi słowy, jeżeli źródło ciepła oraz pompa zmiennoprzepływowa będą zapewniać mniejszy przepływ niż pompa w obiegu wtórnym – taki system i tak będzie działać prawidłowo.

Ten przykład chciałbym Ci dokładnie omówić, dlatego przyjrzyjmy się mu jeszcze raz oraz wprowadźmy pewne oznaczenia dotyczące przepływów i temperatur na poszczególnych odcinkach.

tp,s – temp. na zasilaniu po stronie pierwotnej; ts,s – temp. na zasilaniu po stronie wtórnej; ts,r – temp. na powrocie po stronie wtórnej; st; qp – przepływ po stronie pierwotnej; qs – przepływ po stronie wtórnej; qb,1 – przepływ przez pierwszy by-pass; qb,2 – przepływ przez drugi by-pass; qn – przepływ na odcinku pomiędzy dwoma by-passami

Teraz, kiedy mamy wprowadzone dodatkowe oznaczenia dotyczące przepływów i temperatur, chciałbym, abyśmy wspólnie prześledzili jak będzie działać taki układ oraz co dają nam te 2 zawory równoważące.

Zawór równoważący zlokalizowany w obiegu wtórnym służy do ustawienia odpowiedniego przepływu tylko i wyłącznie w tym obiegu. W pewnych sytuacjach można byłoby z niego zrezygnować, aczkolwiek ja zalecam, żeby zawsze go dawać. Dlaczego? Ponieważ dzięki niemu mamy możliwość pełnej kontroli układu, a co więcej, może się zdarzyć sytuacja, że minimalna wydajność pompy obiegowej w obiegu wtórnym będzie większa niż wymagany przepływ. W takim przypadku, przy pomocy tego zaworu będziemy wstanie wygenerować dodatkowy opór, dzięki czemu uzyskamy wymagany przepływ. Jest problem – jest rozwiązanie. 🙂

No dobra, ale po co na zawór równoważący zlokalizowany na by-passie? Służy on do ustawienia odpowiedniego przepływu przez to odgałęzienie. Dzięki temu możemy mieć pewność, że instalacja będzie działać prawidłowo. Przepływ przez ten by-pass można obliczyć przy pomocy poniższego wzoru.

    \[ q_{b,2} = q_{s} - q_{n} \]

    \[ q_{b,2} = q_{s} - \frac{t_{p,s} - t_{s,s}}{t_{p,s} - t_{s,r}} \]

Na zakończenie analizy tego przypadku, chciałbym Cię jeszcze o coś zapytać. Jak myślisz, czy zawór równoważący, zlokalizowany na by-passie może być zastąpiony jakimś, innym zaworem? Jasne, że tak – zaworem nadmiarowym! Będzie on pełnić taką samą funkcję.

System zmiennoprzepływowy po stronie pierwotnej i wtórnej

Teraz pora, abyśmy przeszli do systemu zmiennoprzepływowego po stronie pierwotnej i wtórnej. Dla odmiany, zaczniemy od przykładu, którego należy unikać! 🙂

1 – zawór odcinający; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 4 – zawór regulacyjny dwudrogowy; 5 – zawór równoważący; 6 – zawór nadmiarowy; 7 – pompa

Powyższy schemat może wydawać się nieco bardziej skomplikowany, ale uwierz mi, że wcale tak nie jest. 🙂 Jeżeli masz teraz jakiekolwiek trudności z jego zrozumieniem, postaram się, aby za chwilę wszystko było dla Ciebie jasne jak słońce w upalne dni, kiedy niebo jest bezchmurne. 🙂

Ok, chcemy uzyskać zmienny przepływ po stronie pierwotnej i wtórnej. Zacznijmy od końca… Przepływ zmienny najłatwiej tam uzyskać stosując zawór regulacyjny dwudrogowy (jeżeli chciałbyś dowiedzieć się więcej o regulacji przy pomocy zaworów dwudrogowych, kliknij tutaj). Dlaczego? Ponieważ jest to najprostsze – zawór taki puszcza odpowiednią ilość czynnika, w zależności od aktualnego zapotrzebowania na moc odbiornika:

  • odbiornik potrzebuje maksymalną moc – zawór całkowicie otwarty
  • odbiornik potrzebuje część mocy – zawór częściowo przymknięty
  • odbiornik nie potrzebuje mocy – zawór całkowicie zamknięty

Prawda, że proste? 🙂 Dzięki temu mamy zapewniony przepływ zmienny po stronie wtórnej, ale musimy zapewnić jeszcze odpowiedni przepływ w pierwotnej części instalacji. Oczywiście można to zrobić na kilka sposobów – jeden z nich został przedstawiony właśnie na powyższym rysunku, ale… nie do końca – o tym będzie za chwile. 🙂

Ponieważ zdecydowaliśmy się na zastosowanie zaworu regulacyjnego trójdrogowego pracującego w funkcji mieszania strumieni, w obiegu wtórnym pojawiła się pompa oraz dodatkowy by-pass, na którym został zamontowany pełniący bardzo ważną funkcję zawór nadmiarowy. Teraz wyobraźmy sobie jak ten układ będzie pracował w każdej, możliwej sytuacji.

W pierwszym wariancie, odbiornik ciepła potrzebuje maksymalnej mocy. Co się wtedy stanie? Całość czynnika grzewczego, pochodząca z obiegu pierwotnego przepłynie najpierw przez zawór trójdrożny, a później przez zawór dwudrogowy. Innymi słowy, do odbiornika zostanie dostarczony maksymalny strumień wody, a obydwa by-passy będą niewykorzystywane.

Drugi wariant zakłada sytuację, kiedy odbiornik ciepła potrzebuje tylko części swojej mocy. I tutaj sytuacja robi się nieco ciekawsza, ale spokojnie – jestem przekonany, że wszystko już jest lub za chwile będzie dla Ciebie zrozumiałe, chyba, że już jest. 🙂

Zawór trójnożny został zaprojektowany tylko po to, aby zapewnić odpowiednią temperaturę czynnika na zasilaniu po stronie wtórnej instalacji. Dwudrogowy zawór regulacyjny został zaprojektowany po to, aby zapewnić odpowiedni przepływ tego czynnika przed odbiornik końcowy. I uwaga – teraz będzie bardzo ważna rzecz, więc proszę skup się. Takie podłączenie odbiornika mija się z celem, jeżeli instalacja po stronie wtórnej zasila tylko i wyłącznie jedno urządzenie! Dlaczego? Ponieważ jeżeli instalacja po stronie pierwotnej pracuje ze zmiennym wydatkiem, to w jaki sposób mielibyśmy jeszcze raz ten wydatek zmieniać po stronie wtórnej, przy założeniu, że znajduje się tam tylko i wyłącznie 1 odbiornik? Bez sensu! Ponadto w powyższym przykładzie by-pass z zaworem nadmiarowym jest praktycznie zbędny – nic on nie wnosi!

No dobra, ale możesz się teraz zastanawiać, po co w ogóle opisałem ten przykład? 🙂 Po to, aby uświadomić Ci, kiedy można i kiedy warto go stosować. 🙂 A warto go stosować w sytuacjach, jak na poniższym przykładzie.

1 – zawór odcinający; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 4 – zawór regulacyjny dwudrogowy; 5 – zawór równoważący; 6 – zawór nadmiarowy; 7 – pompa

Sytuacja przedstawia ten sam schemat, ale w momencie, kiedy po stronie wtórnej mamy dwa lub więcej, niezależnych odbiorniki ciepła, pracujących w danej strefie. I teraz zaczyna się cała zabawa 🙂

Czy może się zdarzyć sytuacja, ze jeden odbiornik będzie potrzebował tylko części mocy, a drugi będzie kompletnie nieużywany? Oczywiście, że tak! Dlatego prześledźmy sytuację jak w takiej sytuacji zachowa się instalacja. Jak ja lubię takie analizy! 🙂

Na początku, zacznijmy od pytania jak zachowa się zawór regulacyjny trójdrogowy? Albo zamknie całkowicie by-pass i puści cały strumień wody z obiegu pierwotnego do wtórnego, albo nieco przymknie dolot i otworzy by-pass tak, aby na zasilaniu po stronie wtórnej uzyskać medium o wymaganej temperaturze (jest to zależne od automatyki i aktualnego zapotrzebowania na moce przez odbiorniki). W naszym przypadku przyjmijmy, że zawór ten otworzy w pewnym zakresie by-pass i przymknie dolot, dzięki czemu temp. czynnika na zasilaniu po stronie wtórnej będzie nieco niższa niż po stornie pierwotnej.

Ok, co dalej? Aby nie było za łatwo, załóżmy że zapotrzebowanie na ciepło przez odbiornik jest minimalne, tzn. pompa w układzie wtórnym będzie zapewniać większy przepływ niż jest to wymagane. 🙂 Co się wtedy stanie? Zawór regulacyjny dwudrogowy, zlokalizowany przed tym odbiornikiem otworzy się w nieznacznym zakresie tak, aby przepuścić tylko i wyłącznie wymaganą ilość wody. Zawór regulacyjny przy drugim odbiorniku, który nie działa będzie całkowicie zamknięty. W związku z powyższym, w systemie wtórnym pojawi się pewna część wody, która jest bezużyteczna, ale musi się pojawić, ponieważ pompa nie jest w stanie pracować na mniejszej wydajności. Oczywiście pomijam tutaj aspekt ekonomiczny, ponieważ zależy mi na tym, aby pokazać Ci problem i rozwiązanie. 🙂

Ponieważ sytuacja wygląda tak jak wygląda, musimy wymyślić sposób, aby zapewnić odpowiednią pracę dla naszego układu – nawet w takich warunkach, ponieważ mogą się one pojawić. I tutaj z pomocą przychodzi nam zawór nadmiarowy, zlokalizowany na ostatnim odcinku! Jaka jest jego rola? Ponieważ ciśnienie przed nim wzrasta i wzrasta, w pewnym momencie otworzy się i to właśnie dzięki niemu, nadmiar czynnika przez niego przepłynie i zawróci. 🙂 A co się stanie w sytuacji, kiedy zapotrzebowanie na ciepło w układzie wtórnym będzie zgodne z przepływem generowanym przez pompę? Wówczas ciśnienie przed zaworem nadmiarowym nie wzrośnie na tyle, aby się on otworzył i cały przepływ będzie dostarczany do poszczególnych odbiorników. Oczywiście wymaga to odpowiedniego zaprojektowania, doboru oraz ustawienia poszczególnych urządzeń, ale o to właśnie tutaj chodzi! 🙂

Uff… No dobra, jeżeli przykład ten nie był wcześniej dla Ciebie do końca zrozumiały, to myślę, że teraz wszystko Ci się rozjaśniło. 🙂 W takim razie pora, abyśmy przeanalizowali kolejną sytuację.

System stałoprzepływowy po stronie pierwotnej i zmiennoprzepływowy po stronie wtórnej

1 – zawór odcinający; 2 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 3 – zawór równoważący

Przyszła teraz pora, abyśmy zajęli się instalacją, która jest stałoprzepływowa po stronie pierwotnej i zmiennoprzepływowa po stronie wtórnej. Dla powyższego schematu, wykorzystamy zawór regulacyjny trójdrogowy zamontowany na powrocie oraz pracujący w funkcji mieszania.

Jak już sam zapewne zauważyłeś, utrzymanie stałego przepływu po stronie pierwotnej jest łatwe. Zapewnia nam to zawór trójdrożny, który zawsze będzie zapewniać taką samą ilość czynnika na wylocie – czyli na powrocie do inst. pierwotnej. Myślę, że tutaj nie trzeba nic więcej dodawać.

Teraz, w zależności od zapotrzebowania na moc cieplną przez odbiornik końcowy, będzie do niego dostarczana większa lub mniejsza ilość czynnika. Odbywać się to będzie przy wykorzystaniu oczywiście zaworu regulacyjnego. W momencie, kiedy zapotrzebowanie na moc przez odbiornik będzie spadać, wówczas zawór ten będzie coraz bardziej przymykał dolot, a otwierał by-pass. Dzięki temu ilość wody, przepływającej przed odbiornik będzie się zmniejszać, kosztem ilości wody przepływającej przez by-pass. Innymi słowy, w momencie, kiedy urządzenie nie będzie w ogóle potrzebować mocy, zawór trójnożny w całości zamknie dolot i otworzy by-pass, a ciepło nie będzie w ogóle dostarczane do odbiornika.

Ponadto, dla takiej właśnie sytuacji został zaprojektowany zawór równoważący na by-passie. Zauważ, że woda przepływająca przez wymiennik ciepła zlokalizowany w odbiorniku generuje pewien opór. Teraz, w momencie, kiedy całość wody będzie omijać odbiornik, opór ten będzie tracony. Dlatego też, zawór równoważący zlokalizowany na by-passie został zaprojektowany z pełną świadomością, aby wygenerować spadek ciśnienia taki sam jak generuje wymiennik ciepła w odbiorniku. Dzięki temu możemy mieć pewność, że instalacja będzie zrównoważona oraz będzie pracować poprawnie.

System stałoprzepływowy po stronie pierwotnej i wtórnej

Wariant pierwszy

1 – zawór odcinający; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 4 – zawór równoważący; 5 – pompa

Tym sposobem dobrnęliśmy do przedostatniego wariantu, gdzie instalacja pracuje ze stałym przepływem zarówno po jednej jak i drugiej stronie. Powyższy schemat obrazuje najbardziej popularny sposób podłączenia nagrzewnic wodnych w centralach wentylacyjnych. O wadach i zaletach takiego rozwiązania, tzn. stosowania wody do zasilenia nagrzewnic możesz przeczytać więcej tutaj.

Ok, nie przedłużając, zajmijmy się teraz samym układem. 🙂 Stały przepływ po stronie wtórnej instalacji zapewnia pompa obiegowa oraz pusty by-pass. W momencie, kiedy zapotrzebowanie na ciepło przez odbiornik jest małe, zawór regulacyjny trójdrogowy przymyka dolot, nadmiar wody będzie przepływało właśnie przez ten by-pass i będzie krążyła w układzie wtórnym.

Stały przepływ w układzie pierwotnym jest zapewniony, identycznie jak w poprzednim przykładzie. Dzięki zastosowaniu zaworu trójdrożnego na powrocie, ilość czynnika, która z niego wypływa będzie zawsze stała.

Myślę, że tutaj możesz się jeszcze zastanawiać, dlaczego w instalacji zostały zastosowane 2 zawory równoważące. Z bardzo prostej przyczyny – pierwszy zawór równoważący służy do zrównoważenia instalacji po stronie pierwotnej. Drugi zawór równoważący, czyli ten, zlokalizowany bliżej odbiornika, służy do wygenerowania dodatkowego spadku ciśnienia, aby pompa obiegowa mogła pracować w jak najlepszych warunkach. W pewnych sytuacjach może on być zbędny, niemniej jednak ja zawsze zalecam jego stosowanie.

Schemat przedstawiony powyżej ma jeszcze jedną, bardzo ważną cechę. Autorytet zaworu regulacyjnego, zamontowanego jak na rysunku, będzie zawsze bliski 1, a więc regulacja będzie zawsze optymalna. Jeżeli jesteś ciekaw dlaczego tak się dzieje, zachęcam Cię do zapoznania się z artykułem, który znajduje się tutaj.

Wariant drugi

1 – zawór odcinający; 2 – zawór zwrotny; 3 – zawór regulacyjny trójdrogowy; 4 – zawór równoważący; 5 – pompa

Ostatni przykład, który chciałem Ci dzisiaj omówić jest bardzo podobny do powyższego. Różni się on miejscem montażu zaworu trójdrożnego – w tym przypadku znajduje się on na gałązce zasilającej, a nie powrotnej jak miało to miejsce wcześniej.

Jednak tutaj muszę Ci o czymś wspomnieć – są sytuacje, gdzie wariant pierwszy będzie lepszym wyborem od aktualnie omawianego przypadku. Jakie są to sytuacje? Są to przypadki, kiedy odbiornik ciepła został dobrany dla parametrów, głównie temperatury na zasilaniu, innych niż w obiegu pierwotnym. Innymi słowy, jeżeli w obiegu wtórnym będziemy chcieli uzyskać temperaturę na zasilaniu mniejszą niż w obiegu pierwotnym, wówczas wariant pierwszy będzie lepszym rozwiązaniem. Dlaczego? Ponieważ sytuacja taka spowoduje mniejszy przepływ przez zawór regulacyjny trójdrogowy, a co za tym idzie, dzięki temu będzie można zastosować mniejszy i zazwyczaj tańszy zawór. 🙂

Podsumowanie

Tym sposobem dobrnęliśmy do końca artykułu. 🙂 Mam nadzieję, że od teraz, projektowanie zaworów regulacyjnych trójdrogowych będzie już dla Ciebie jasne i w pełni zrozumiałe. Pamiętaj, że niezależnie od systemu jaki zastosujesz, dbaj zawsze o to, aby zawór posiadał wysoki autorytet. Jest to podstawa dobrej regulacji i warunek konieczny, który musi być dla niej spełniony.

Aha… Muszę Ci jeszcze skończyć historię, o której zacząłem pisać na początku. Ponieważ chciałbym opisać Ci ją szczegółowo, a nie chcę, żeby wpis ten wyszedł zbyt długi, obiecuję Ci, że dalszy jej ciąg wyślę Ci na maila. Jeżeli jesteś zapisany do mojej listy mailingowej to z całą pewnością, w najbliższych dniach otrzymasz kontynuacje oraz zakończenie historii. Jeżeli jeszcze nie jesteś do niej zapisany, zachęcam Cię, abyś zrobił to teraz. Wystarczy, że wypełnisz formularz, który znajduje się poniżej i klikniesz w przycisk “Chcę zadbać o swoją wiedzę”. Zapis jest całkowicie bezpłatny, a co więcej – od razu po zapisie otrzymasz na maila dostęp do materiałów Premium oraz do wiedzy, którą niekoniecznie chce publikować na stronie. Więc myślę, że warto. 🙂

Literatura    [ 1 ]

1. R. Petitjean, Total Hydronic Balancing, wydawnictwo Tour & Andersson Hydronics AB, rok 1994.