Zawory termostatyczne są nieodzownym elementem instalacji grzewczych. Dzięki nim zyskuje się komfort cieplny w pomieszczeniu oraz oszczędności w zakresie wydatków na energię cieplną. Nowoczesna instalacja grzewcza domu powinna posiadać dwustopniowy układ regulacji, składający się z automatyki kotła oraz systemu kontroli temperatury poszczególnych ogrzewanych pomieszczeń. Ten drugi element realizowany jest za pomocą termostatycznych zaworów grzejnikowych. Urządzenia zbudowane są z dwóch podstawowych zespołów: zaworu termostatycznego (zespołu wykonawczego) oraz głowicy termostatycznej (zespołu sterującego).

Kombinacja zaworu i głowicy pozwala na sterowanie temperaturą poprzez regulację przepływu czynnika grzewczego w funkcji temperatury pomieszczenia. W efekcie można zróżnicować temperatury w pomieszczeniach oraz zapewnić ekonomiczną eksploatację instalacji grzewczej. Według audytów energetycznych wymiana tradycyjnych zaworów na termostatyczne jest bardzo opłacalnym, szybko zwracającym się przedsięwzięciem termomodernizacyjnym.

Głowica termostatyczna 9000 Porsche design firmy Herz

Zawór grzejnikowy wyposażony w głowicę termostatyczną to zawór termostatyczny. Stosowanie zaworów termostatycznych wpływa przede wszystkim na obniżenie kosztów ogrzewania, nawet do 25%. Istotne jest również zwiększenie komfortu cieplnego poprzez utrzymywanie stałej, zadanej temperatury w ogrzewanym pomieszczeniu, niezależnie od zmieniających się czynników zewnętrznych. Dzięki zaworom termostatycznym wykorzystywane jest również ciepło, które pochodzi chociażby z oświetlenia, urządzeń elektrycznych czy też promieni słonecznych.
Niemal każdy nowy grzejnik wyposażony jest w zawór termostatyczny. Instalując zawory termostatyczne w istniejących grzejnikach, użytkownicy zyskują możliwość niezależnego regulowania temperatury w każdym pomieszczeniu. Zakres regulacji typowego urządzenia tego typu mieści się w zakresie pomiędzy 7 a 28^oC. Optymalna temperatura w pokojach, zapewniająca komfort cieplny, wynosi 20-21^oC. W kuchni i sypialni temperatura powinna osiągać około 18^oC, natomiast na klatce schodowej 8^oC, a w łazience 24^oC.

Głowica termostatyczna Senso RIS z oferty firmy Comap

Budowa

Zawór z głowicą termost atyczną reguluje temperaturę w pomieszczeniu poprzez zmianę przepływu czynnika grzewczego przez grzejnik. Budowa typowego produktu bazuje na pokrętle nastawy, czujniku, trzpieniu bezpiecznika oraz złączce i dławiku zaworu. Oprócz tego na zawór termostatyczny składa się sprężyna powrotna, grzybek, korpus, a także złączka zaciskowa.
Czujnik wraz ze wzrostem temperatury w pomieszczeniu, za pomocą bezpiecznika, oddziałuje poprzez trzpień na grzybek zaworu. Tym samym zmniejsza się przepływ czynnika grzewczego przez grzejnik. Efektem jest więc obniżenie temperatury w pomieszczeniu. Jeżeli temperatura w pomieszczeniu zmaleje, przepływ czynnika grzewczego zwiększy się i temperatura wzrośnie. Istotną rolę odgrywa skala na pokrętle regulacyjnym, dzięki której użytkownik jest w stanie nastawić żądaną temperaturę w pomieszczeniu. Poszczególne numery nastaw określają orientacyjną wartość zadanej temperatury.

Głowica termostatyczna RAW 5115 firmy Danfoss

Typy czujników
Czujniki mogą być wykonywane w oparciu o różne zjawiska fizyczne np.:
• zmiana prężności pary nasyconej,
• zmiana objętości cieczy,
• zmiana wymiarów ciała stałego.
W przypadku czujników gazowych na podstawę sprężystego mieszka, znajdującego się wewnątrz głowicy termostatycznej, oddziałuje siła związana ze zmianą prężności pary nasyconej zależna od zmian temperatury zewnętrznej. W efekcie, po pokonaniu oporu sprężyny, następuje zmiana położenia popychacza i wielkości strumienia wody.
Czujnik cieczowy wypełniony jest cieczą termostatyczną. Przy wzroście temperatury w pomieszczeniu ciecz w czujniku zwiększa swoją objętość, powodując ruch mieszka, przekazywany poprzez trzpień na grzybek zaworu, który odpowiednio zmniejsza przepływ gorącej wody przez grzejnik. Przy spadku temperatury zachodzi proces odwrotny i w efekcie następuje większy przepływ gorącej wody przez grzejnik, dzięki czemu grzejnik oddaje więcej ciepła i temperatura w pomieszczeniu wzrasta. Ciecz termostatyczna powinna charakteryzować się m.in. małą pojemnością cieplną, małą ściśliwością, wysokim i stałym w zakresie pomiarowym współczynnikiem rozszerzalności objętościowej.

Grzejnikowy zawór termostatyczny z nastawą wstępną / bez nastawy z oferty Comap

Regulacja – dostępne rozwiązania

Na rynku dostępne są trzy podstawowe wykonania termostatycznych zaworów grzejnikowych:
• z głowicą z czujnikiem wbudowanym,
• z głowicą z czujnikiem wyniesionym (zdalnym), połączonym z głowicą rurką kapilarną,
• z elementem do zdalnego ustawiania temperatury (zarówno czujnik, jak i zadajnik temperatury działają zdalnie).
Głowica termostatyczna powinna być swobodnie opływana przez powietrze z pomieszczenia, w którym się znajduje. Montuje się ją na grzejniku na zaworze termostatycznym w pozycji poziomej. Produkty z czujnikiem wbudowanym stosowane są w miejscach, w których nie występują utrudnienia w prawidłowym określaniu temperatury, tzn.:
• głowica nie jest zasłonięta np. przez zasłonę,
• głowica nie jest narażona na przeciągi,
• nie ma utrudnień w dostępie do głowicy w celu dokonania nastawy.
Regulatory tego typu posiadają najprostszą konstrukcję i charakteryzują się najniższym kosztem. Jednak fakt, iż czujnik znajduje się w sąsiedztwie grzejnika może powodować błędne pomiary temperatury. Konstrukcje z czujnikiem wyniesionym pozwalają na jego umieszczenie w miejscach, gdzie temperatura jest miarodajna z punktu widzenia jej oceny w całym pomieszczeniu. Z kolei elementy do zdalnego ustawiania temperatury stosuje się z reguły w przypadku grzejników trudno dostępnych, zabudowanych etc.
Na rynku są także dostępne zawory termostatyczne, które za pomocą radiowego przesyłu danych komunikują się ze sterownikiem centralnym. Pozwala to na uzyskanie całkowitej kontroli nad komfortem cieplnym w pomieszczeniach. Niejednokrotnie na głowicy umieszcza się wyświetlacz.

Zawór termostatyczny TS-90-V firmy Herz

W niektórych modelach termostatów zainstalowano silnik krokowy sterowany układem elektronicznym. Wygenerowanie sygnału sterującego silnikiem krokowym poprzedzone jest pomiarem temperatury oraz uwzględnieniem parametrów, które wynikają z programu sterującego. W termostatach elektronicznych na uwagę zasługuje przede wszystkim miniaturyzacja urządzenia, którą osiągnięto właśnie dzięki zastosowaniu silnika krokowego. Termostat przeprowadza dwupunktowy pomiar temperatury. Zastosowanie znajduje model regulacji PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujący). W tradycyjnych zaworach regulacja bazuje natomiast na modelu proporcjonalnym. Cechuje się on stosunkowo dużym odchyleniem temperatury utrzymywanej od wartości nastawy. Wadą takiego rozwiązania są więc straty energii.
Na uwagę zasługują także gotowe programy sterujące termostatami. Najczęściej są one zaprojektowane dla typowego, dobowego cyklu życia domowników. Można je przeważnie modyfikować, dostosowując do indywidualnego rytmu życia. Na przykład w celu utrzymania w pomieszczeniu stałej temperatury wykorzystuje się tryb komfortowy. Aby obniżyć temperaturę nocą należy wybrać tryb nocny. W niektórych modelach zaworów przewidziano również program ekonomiczny, który obniża temperaturę w ciągu dnia roboczego.

Grzejnikowy zawór termostatyczny prosty 1/2” Grupy Armatura

Interesujące, a zarazem przydatne rozwiązanie stanowi również funkcja otwartego okna. Termostat przeprowadzając pomiar wykrywa gwałtowny spadek temperatury, a w efekcie zmniejsza przepływ czynnika grzewczego przez grzejnik. Unika się dzięki temu niepotrzebnych strat energii. W zaworze funkcjonującym według tradycyjnych zasad reakcja miałaby charakter odwrotny – w czasie wietrzenia pomieszczeń zawór zwiększyłby przepływ w celu podwyższenia temperatury grzejników.
Tryb wakacyjny umożliwia zredukowanie parametrów systemu grzewczego w czasie nieobecności domowników. Przed opuszczeniem domu należy zaprogramować zaprogramowany czas powrotu, a zawór w sposób automatyczny będzie utrzymywał do tego momentu minimalną temperaturę.
Producenci oferują również głowice termostatyczne wykonane w wersji wzmocnionej. Znajdują one zastosowanie w miejscach, gdzie konieczne jest zapewnienie ochrony przed niepowołaną zmianą nastaw. Montaż i demontaż możliwy jest tylko za pomocą specjalnego uchwytu dociągającego i klucza. Nastawy wartości w zakresie pomiędzy 8 a 26oC przeprowadzane są przy użyciu przyrządu odblokowującego. Wskaźnik nastaw w stanie zablokowanym jest ukryty. Nabyć można również modele, których powierzchnia jest chromowana.
Głowice termostatyczne nie wymagają zasilania, z wyjątkiem sytuacji, w której są wyposażone w elektroniczne zegary sterujące, które umożliwiają zaprogramowanie okresów obniżenia temperatury w pomieszczeniu w stosunku do normalnej wartości. Do zasilania zegara stosuje się baterie.

Zawory z nastawą wstępną

Nastawa wstępna odpowiedzialna jest za regulowanie przepływu gorącej wody przez grzejnik. W konstrukcji nowoczesnych zaworów uwzględnia się najczęściej od 5 do 8 pozycji nastawy. Ustawiając zawór na najniższej wartości, uzyskuje się maksymalne stłumienie przepływu wody czyli jej minimalny przepływ. Jeżeli wybierzemy maksymalną wartość woda będzie przepływała przez zawór z możliwie największą wydajnością. Zmniejszenie przepływu wody w jednym z grzejników, powoduje jego zwiększenie w pozostałych elementach instalacji grzejnej. Stąd też każda zmiana nastawy, któregokolwiek z zaworów, pociąga za sobą zmianę wielkości przepływu w pozostałych grzejnikach.

Zawór termostatyczny Danfoss RA-G DN15 o wysokiej przepustowości

Zalet wynikających ze stosowania zaworów termostatycznych z nastawą wstępną jest wiele. Istotne jest przede wszystkim zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło, nawet o około 6%. Oprócz tego uzyskuje się mniejsze zużycie energii elektrycznej przez pompę obiegową. Szacuje się, że w tym przypadku oszczędności mogą osiągnąć do 20% wartości poboru prądu przez pompę. Przy stosowaniu zaworów z nastawą wstępną istnieje możliwość bardzo dokładnej regulacji i precyzyjnego ustawienia całego systemu grzewczego. Wszystkie wyżej wymienione elementy mają również pozytywny wpływ na świadectwo energetyczne budynku.
Podczas regulacji zaworów nie ma potrzeby używania specjalistycznych narzędzi. W celu wprowadzenia nastawy należy zdjąć kołpak ochronny lub głowicę, a następnie przy pomocy zwykłego klucza oczkowego lub widełkowego zmienić numer nastawy. Na rynku dostępne są również wersje zaworów, w których ustawiania wartości nastawy dokonuje się przy pomocy specjalnego pierścienia lub przy użyciu klucza imbusowego. Po zamontowaniu głowicy pierścień nastawy jest niewidoczny.

Działanie nastawy wstępnej
Dłuższe odgałęzienia od głównego przewodu zasilającego prowadzące do dalszych grzejników cechują się większym oporem hydrostatycznym w porównaniu z odcinkami krótszymi. Właśnie te różnice należy wyrównać za pomocą zaworu. Jeżeli w instalacji przewidziano kilka grzejników podobnej wielkości, przy położeniu w różnej odległości od głównego przewodu, najbardziej odległy grzejnik powinien mieć nastawę maksymalnie otwartą. Im grzejnik znajduje się bliżej kotła nastawa wstępna powinna mieć mniejszą wartość. Tym sposobem zyskuje się wyrównanie przepływu czynnika grzewczego przez poszczególne grzejniki. Analogiczna sytuacja ma miejsce w przypadku różnych wielkości grzejników występujących w tej samej instalacji. Im większy grzejnik tym wyższa wartość nastawy, im mniejszy tym niższa.

Dobór, montaż

Dobierając zawór termostatyczny należy kierować się zasadą, aby pod względem wydajności nie był on zbyt duży ani zbyt mały. Zastosowanie zaworu z nadmiernym zapasem przepływu spowoduje, iż zamiast regulacji proporcjonalnej nastąpi działanie na zasadzie włącz / wyłącz. Zdarzyć się może również, że zawór będzie cechował się zbyt małym przepływem. Efektem może być dławienie czynnika grzewczego i zbyt duży spadek ciśnienia na zaworze termostatycznym. Dojdzie wówczas do strat energii elektrycznej pompy obiegowej oraz wystąpienia szumów. Zbyt mały zawór termostatyczny ograniczy również moc grzewczą grzejnika. Bardzo często niedopasowanie zaworów termostatycznych kompensowane jest kryzą, czyli doborem odpowiedniej nastawy.
Podczas montażu w zaworze głowicy termostatycznej należy zwrócić uwagę, aby była ona zainstalowana w pozycji poziomej. Powietrze powinno swobodnie przepływać wokół zaworu. Głowica nie może być zasłonięta, gdyż przepływ powietrza będzie ograniczony. Jeżeli z powodu warunków zabudowy nie można zapewnić swobodnego przepływu powietrza, należy wykorzystać głowicę z czujnikiem wyniesionym. Dzięki temu element ten mocowany jest w odpowiednim miejscu.

Opracowano na podstawie
materiałów firmowych