Термостатични смесителни вентили

Термостатичните смесителни вентили намират широко приложение във водопроводните инсталации на множество жилищни, търговски и институционални сгради, включително заведения за хранене, старчески домове, детски градини и учебни заведения. Основната функция на тези вентили е или да контролират температурата на изходящата вода към системата за битово горещо водоснабдяване, или да осигурят нискотемпературно захранване към лъчиста подова отоплителна система. Често пъти един и същ вентил може да се използва и за двете приложения.

Все пак съществуват много различни видове, размери и конфигурации на вентилите, които са предназначени за разнообразни специфични приложения. По отношение на водопроводните инсталации има множество уникални приложни сценарии, които изискват нестандартни или специални конструкции термостатични вентили. За повечето приложения в инсталации за хидронно отопление използваните термостатични вентили са обикновено трипътни клапани, подходящи за малки и средни по мащаб системи.

Принцип на работа

Принципът на автоматично управление на горещи и студени флуиди осигурява ефективен контрол на горещата вода. Не се губят вода и енергия чрез проба и грешка при регулиране на температурата. Намаляват се топлинните загуби по линията. Позволява се и временно прекъсване на водния поток с контролирана температура толкова често, колкото е необходимо.

Термостатичният смесителен вентил спомага да се гарантира, че по компонентите на системата (например главите на крановете и електромагнитните вентили) по-трудно се натрупва котлен камък, като по този начин се осигурява по-дълъг експлоатационен живот на цялото оборудване и тръбопроводите. Това значително увеличава изходния капацитет от акумулирана топлина. Общоприето е, че термостатичният смесителен вентил осигурява икономия на енергия с до 30% повече от обикновен смесителен вентил.

От особена важност в системите за битова гореща вода е контролът на температурата. В тази връзка термостатичният смесителен вентил осигурява важни ползи за безопасността и комфорта на обитателите на сградите. Битовата гореща вода потенциално излага ползвателите на две много специфични опасности: риск от изгаряне от прекалено гореща вода и създаването на благоприятна среда за развитие на бактериите от типа Legionella.

Функция

Термостатичният смесителен вентил смесва студена и гореща вода, обикновено с температурен диференциал най-малко 7°C, за да се получи смесена вода при стабилизирана температура. Следователно, той трябва да компенсира измененията в налягането (чести или резки) и температурните промени (по-бавни). Същинският термостатичен смесителен вентил регулира входовете на топлата и студената вода и компенсира измененията в налягането. В зависимост от зададения режим на крана термостатичният смесителен вентил работи чрез автоматично управление на приемането на топла и студена вода. Това автоматично управление се извършва изцяло от вътрешния термостат. Оригиналната, изключителна характеристика на термостатичния вентил над всички останали принципи е смесителната камера с автоматична реакция и автоматично запазване на температурата. Ако налягането се промени, температурата в смесителната камера се променя и се пристъпва към корекция, която се извършва за по-малко от 2 секунди. Същото се случва при промяна на дебита или температурата.

При използване на темперирана вода термостат в смесителната камера на вентила измерва температурата на изхода. Термостатът автоматично позиционира механизма на леглото на клапана, което контролира подаването на гореща и студена вода към смесителната камера. Ако температурата на смесения изход се увеличи, термостатът ще се задейства, премествайки леглото, за да позволи по-пълно отваряне на входящия отвор на студена вода и същевременно ограничаване на входния отвор за гореща вода. Обратно, ако смесената температура на изхода се понижи, термостатът ще се задейства с придвижването на механизма на леглото, за да позволи отворът за подаване на гореща вода да се отвори по-пълно и същевременно да ограничи входния отвор за студена вода. И в двата случая температурата на смесената изходна вода се поддържа автоматично и непрекъснато при предварително зададена температура в рамките на допустимите отклонения на вентила. В случай на отказ на студена или гореща вода механизмът на леглото се премества в крайно положение, като изключва горещия или студения вход за вода. Механично може да се настрои избор на желаната температура на изходящата вода според възможностите на вентила.

Типове

Има няколко основни типа термостатични смесителни вентили, използвани във водопроводните системи. Те са базирани на три основни технологии: технология с восъчен елемент, биметална пластина и технология с елемент, пълен с течност. В жилищните и малките търговски обекти най-често се изпълняват водопроводни системи с технологията на восъчните елементи. Восъчният елемент осигурява висока точност, бърза реакция и изключително дълъг живот с няколко подвижни части.

Най-общо, системата е проектирана за ограничаване на температурата на водата при източника на гореща вода за разпределение към захранваща система и устройството е инсталирано близо до изхода на бойлера. Системните вентили се предлагат в голямо разнообразие от размери за жилищни и търговски приложения от 3/4 цола до 3 цола. Някои производители правят комплекти за жилищни резервоари, които включват смесителен вентил, присъединителни фитинги и гъвкава байпасна линия за студена вода. Тези комплекти правят лесно свързването към конвенционалния бойлер.

За своето функциониране термостатичният смесителен вентил си служи с три основни компонента: един вид шпиндел или вал, термичен елемент и възвратна пружина. Възвратната пружина осигурява възвратна сила нагоре към термичния елемент. Термичният елемент действа като подвижна единица, която реагира на промените в температурата, отваряйки дюзите на входящите гореща и студена вода, за да промени течащата изходяща.

По време на подаването на темперираната вода термичният елемент усеща температурата на изхода и позиционира леглото на клапана, което контролира потока на гореща и студена вода, подавана към смесения изход. Ако температурата на смесения изход се увеличи, термостатът ще се задейства, придвижвайки механизма на леглото, за да позволи постъпването на повече студена вода и в същото време да ограничи входния отвор за гореща вода.
Обратно, ако смесената температура на изхода се понижи, термостатът ще се задейства, като позволи постъпването на повече гореща вода и ще ограничи входния отвор за студена вода. И в двата случая температурата на смесената вода на изхода се поддържа автоматично и непрекъснато при предварително зададена температура. Повечето вентили имат защитна функция, която изключва горещия или студения входен отвор в случай на повреда в подаването на студената или горещата вода. За механична настройка вентилът може да разполага с циферблат или винт в горната част, давайки възможност на потребителя да избере желаната температура на изходящата вода в обхвата на вентила. Тези настройки трябва да бъдат направени по време на пускането в експлоатация на системата и за по-голямо улеснение – да бъде монтиран температурен датчик в смесената водна линия след вентила. Някои вентили се предлагат с вграден термометър, който прави настройването много лесно.

Модели с восъчен елемент

Техниката на моделите с восъчни елементи се състои в автоматичното регулиране чрез цилиндричен “плъзгащ се клапан”, който се активира от восъчна капсула до дебит от около 40 л/мин. Тази конструкция е стандартна, но бързо достига лимита си над 40 л/мин. Входовете за гореща и студена вода са разположени от двете страни на този клапан. Когато водата е прекалено студена по отношение на зададената (при отваряне), пружината избутва плъзгащия се клапан, спира студения приток и по този начин напълно освобождава горещия приток. Веднага щом влезе горещата вода, капсулата се разширява и изтегля плъзгащия се клапан от другата страна, спирайки горещия приток и свивайки пружината. Когато отново се влее студената вода, пружината избутва плъзгащия се клапан до горещата страна и достига правилната температура на смесване. Всички тези операции се извършват за по-малко от 2 секунди. Ако налягането се промени, същата операция се повтаря.

Модели с биметална пластина

Тази техника използва принципа на двойния контрол чрез индиректно действие на биметална пластина. При получаване на информация за температурата, съответстваща на предварително зададената, реакцията е мигновена (+/- 1 сек.). Двойният контрол се осъществява по следния начин: биметалната пластина действа върху предварителен смесителен вентил с много малък дебит, наричан също разпределител. Така се регулира притокът на водата в два подчинени вентила с мембрани, което води до крайното усилване на ефекта, осигурявайки същата пропорция на смесване и по този начин същата температура. Най-малките вариации във външните условия преминават през една и съща работна верига: първо дистрибутора и след това големите водни трасета.

Смесването на водата се случва от два независими вентила – един за топла вода и един за студена вода, които работят като две хидравлични релета. Тези два вентила се контролират от биметална пластина, която следи температурата на изходната вода. Настройката й може да се осъществява и чрез главата за управление на смесителния вентил. Водата тече точно с желаната температура. Ако тя не съответства в дадена степен, биметалната лента незабавно регулира смесването на водата. Този оперативен принцип осигурява много предимства. Върху биметалната пластина не се упражнява натоварване от водно налягане. Благодарение на високата чувствителност на биметалната пластина и почти липсващата инерция върху нея, не се упражнява никакъв товар и смесителният вентил реагира незабавно. Почти не съществува хистерезис и се подобрява износоустойчивостта във времето с биметалната лента. Нулевото триене от движещите се метални части означава отлична защита от котлен камък и забележителна дълготрайност. Благодарение на релейния принцип на работа ниските и високите дебити получават същото качество на регулиране (което не може да бъде казано за всички налични на пазара решения). В допълнение, горещата вода се изключва автоматично, ако няма достатъчно студена вода.

Попарване

Изгарянето от излагането на много гореща вода включва разрушаването на кожните клетки, а понякога и основните мускулни структури. Попарването с гореща вода може да причини наранявания, също толкова вредни, колкото при изгаряне от огън. Изследванията показват, че изгарянията от гореща вода могат да се появят само за няколко секунди – особено при малки деца с тънка и нежна кожа. Също така, дългото време за реакция на възрастните хора и хората с увреждания ги прави особено уязвими за сериозни изгаряния с гореща вода.

Нараняванията от попарване са изключително болезнени и ефектите могат да продължат с години. Попарването се случва по различни причини. В някои случаи термостатите на бойлера са дефектни или са поставени на твърде висока температура. В други или липсват вентилите за регулиране на температурата при източника на битова гореща вода, или ако ги има – те не функционират правилно. Водонагревателите обикновено се настройват на температури над 55°C, за да предотвратят развитието на вредни бактерии като Legionella. Водата при температура над 43°C обаче е болезнена. При температура от 55°C, етето може да бъде попарено за по-малко от 4 секунди. 80% от термичните наранявания на децата се случват у дома.

За пет секунди температура на водата от 60°С може да доведе до изгаряне от трета степен при възрастни, а при деца на възраст до 5 години за три секунди. За да се предотврати изгарянето, решението е да се поддържа температурата на водата под 49°С.

Съгласно новия европейски стандарт EN1717 (защита срещу замърсяване на питейна вода във водни инсталации и общи изисквания за устройства за предотвратяване на замърсяването от обратен поток) термостатичните смесителни вентили трябва да бъдат оборудвани със сертифицирани вентили.
Често травми под душа се причиняват от подхлъзване и падане в резултат на внезапно увеличаване или намаляване на температурата на водата. В идеалния случай, ако се спре подаването на студена или гореща вода, изходният воден поток трябва незабавно да се спре. Спирането на течащата вода предотвратява инстинктивната, но опасна реакция за бързо отдалечаване от прекалено горещата или твърде студена водна струя. Термостатичните смесителни вентили поддържат и ограничават смесената гореща вода до желаната избираема температура, което спомага за минимизиране на топлинния шок.

Контрол на Legionella

Legionella е бактерията, отговорна за болестта на легионера, остра бактериална инфекция на долните дихателни пътища. Тази бактерия е била идентифицирана за първи път през 1977 г. от центровете за контрол на заболяванията като причина за избухване на пневмония.

Legionella е доста често срещана водна бактерия и е установено, че е широко разпространена в много повърхностни водни източници като езера, реки и потоци. Може да бъде открита в подземни водни източници и в някои почви. В количествата, в която се намира в тези естествено срещащи се източници, тя обикновено не представлява заплаха за общественото здраве.

Когато бактерията попадне в системата с битова вода, тя може да намери идеална среда при гостоприемната температура на водата 40-46°C, застоялите водни площи (резервоари за съхранение и неизползваеми, затапени тръбни разводки) и достатъчното източници на “храна” за бактерията (утайка, котлен камък, отлагания и биофилм).

При тези условия Legionella може бързо да се колонизира, образувайки по-високи концентрации, които могат да представляват заплаха за общественото здраве от болестта на легионера. Има много методи за контролиране на колонизацията на бактериите Legionella. Все пак, най-широко приет и предпочитан метод е да се поддържа температурата на съхранение на системата за гореща вода непрекъснато при или над 60°С. За съжаление, повишената температура, необходима за свеждане до минимум на растежа и унищожаването на бактерии от типа Legionella, носи опасността да причини сериозни увреждания.

Термостатичните смесителни вентили поддържат и ограничават смесената топла вода до желана избираема температура, в същото време битовата гореща вода запазва по-високата си температура, необходима за намаляване на риска от растеж на бактерията в системата.

Термостатичният смесителен вентил неутрализира тази заплаха, като позволява бойлерът да бъде настроен на достатъчно висока температура, за да се намали опасността от растеж на бактериите, но ефектът от смесването поддържа подходящите температури на изхода на водата към санитарното оборудване и позволява на обитателите да използват мивките, душовете или вана с по-малък риск от изгаряне.

Когато се използва смесителен вентил, допълнителна полза за крайния потребител е по-полезното и ефективно използване на горещата вода. Когато водата се съхранява при по-висока температура от 60°С и след това се смесва до 49°С на изхода, резултатът е, че има увеличение на използваемото водоснабдяване с приблизително 50% в сравнение с поддържането на резервоара при 49°С. Това води до превръщането на капацитета на резервоар от около 150 литра в еквивалент на резервоар от 225 литра. Така намалява и шансът крайният потребител по-бързо да изчерпи горещата вода.