Лучшая регулировка температуры горячего водоснабжения с помощью двух трехходовых термосмесительных клапанов

Здравствуйте, в этом видео/статье расскажу одну проблему и решение автоматической регулировки температуры горячей воды.

Проблема в том, что схема горячего водоснабжения с помощью термостатического трехходового клапана не идеально настраивает температуру горячей воды. Грубо говоря, плохо ее настраивает. А если быть точнее, то в момент пуска включения крана идет одна температура, а позже приходит другая температура, даже с такой схемой, где регулируется даже температура рециркуляции.

Видео:

Зачем нам рециркуляция? Чтобы сразу пришла горячая вода, но вода горячая приходит сразу, только разница температуры рециркуляции не совпадает с температурой разбора горячей воды. Через несколько секунд приходит другая температура и приходится настраивать смеситель еще раз.

Среди моих зрителей нашелся один умелец, который заморочился по этому поводу и реализовал схему с двумя трехходовыми термостатическими клапанами, которая улучшила настройку температуры. Фото работы и его пояснение покажу позже в процессе.

Предыстория:

Сначала была схема такая:

Схема № 1

Проблема в том, что в первой схеме трехходовой клапан не ограничивает температуру рециркуляции. Об этой проблеме я рассказал тут: https://infosantehnik.ru/str/156m.html

Если температура в бойлере будет 70 градусов, а трехходовой настроен на 45 градусов, то в режиме рециркуляции будет температура равная температуре бойлера, то есть 70 градусов.

Для решения этой проблемы была придумана схема номер 2

Схема № 2

Схема номер 2 позволяет воспользоваться настройкой температуры для двух режимов работы ГВС это рециркуляция и потребление горячей воды.

Но практика и сама работа трехходового клапана только делает вид или прикидывается при некоторых условиях, что умеет настраивать температуру.

Тут проблема в том, что термостатические трехходовые клапаны не умеют идеально закрывать горячий и холодный порт для реализации нужной настроечной температуры.

Какие же это условия, что термостатический клапан не умеет настраивать температуру идеально? У нас в схеме система работает в двух разных режимах: Это рециркуляция и водоразбор. При рециркуляции на холодный порт трехходового клапана попадает повышенная температура, может быть от 45 до 70 градусов. При водоразборе на холодный порт трехходового клапана попадает холодная вода от 5 до 20 градусов. Сильная разница в температурах приводит к искажению поворота или перемещению трехходового клапана. То есть производители трехходовых клапанов создают трехходовой клапан для горячего водоснабжения специально заточенный клапан, когда на холодный порт должна попадать холодная вода, а не горячая вода. Получается во второй схеме мы используем трехходовой клапан для ГВС в не допустимых пределах температур. Отсюда получаем неверную настройку температуры.

Для решение этой проблемы придумана схема номер 3.

Схема № 3

В схеме номер 3 используются два трехходовых клапана: Один для режима рециркуляции, а другой для режима потребления горячей воды(водоразбор).

Для режима водоразбора нужен специальный термостатический трехходовой клапан для настройки горячего водоснабжения.

Для режима рециркуляции нужен термостатический смесительный трехходовой клапан для отопления(в том числе для теплого водяного пола). Детали клапанов должны быть рассчитаны на водоснабжение, то есть сделаны из хороших материалов, которые не зарастают солями жесткости (и прочими налетами на металлах). Можно поискать термостатический трехходовой клапан, где производитель указывает, что клапан может быть использован, как для отопления, так и для водоснабжения.

Если схема горячего водоснабжения подразумевает большую производительность по потреблению, то возможно потребуются трехходовые клапана большей пропускной способности. Потому что два последовательно друг за другом трехходовые клапана создают больше гидравлических потерь.

Для решения уменьшения гидравлических потерь и уменьшения стоимости можно разместить два трехходовых клапана параллельно друг другу. Можно использовать для рециркуляции трехходовой малой пропускной способности, а для водоразбора большой пропускной способности.

Схема номер 3 в отличие от схемы номер 4 позволяет точнее настроить температуру горячей воды между двумя режимами: Рециркуляции и водоразбора.

Для параллельного подключения придумана схема номер 4

Схема № 4

Схема номер 4 проигрывает в настройке температуры, но выигрывает в производительности и стоимости системы.

Фото работы

Фото с хорошим рарешением

Схема монтажной работы

График работы схемы №2 (2h.jpg)

Фото с хорошим рарешением

Пояснения ниже в разделе Ответ по фотоработе от другого человека

График работы для схемы №3.

Ответ по фотоработе от другого человека

Начало цитаты:

Что не так в Вашей схеме(Схема № 2). Она основана на идеальном термостате. Который держит уставку температуры, если ее значение ниже горячего и выше холодного входов. А реальные термостаты, которые я держал в руках, так себя не ведут. Сначала я купил за 6 или 8 тыс рублей термостат 20-43 градуса от Stout. Думал, дороже, значит, надежней и правильней. Ага, щас. Картинка 2h.jpg показывает поведение термостата. Три датчика DS18B20 приклеены термоклеем к гайкам американок термостата. К значениям на графике нужно добавить примерно 2 градуса. Проблема в том, что при отсутствии водозабора на холодный вход термостата подается вода с температурой обратки. И, если клапан Стаут, то он еще и не полностью перекрывает горячий порт, поэтому из котла постоянно подмешивается горячая вода, пока температура в кольце рециркуляции не стабилизируется, а это примерно 50 градусов. И это при том, что я хотел 38 градусов держать там. Короче, самая большая сложность в том, что на холодный порт подается то 47 градусов, то, во время расхода, 15. И клапан с этим не умеет справляться. Я пробовал еще клапан TIM 35-60, он не пропускает горячую воду через горячий порт, но с таким перепадом на холодном порту тоже не справляется и смесь выдает не с постоянной температурой (не помню дельту, она лучше, чем у стаута, но все равно некомфортно пользоваться). В комментариях к упомянутом мной видео (https://www.youtube.com/watch?v=W30L4YZ2IgY) я списался с товарищем latysheff, который сказал, что реализовал схему, которая использует второй термостат для того, чтобы на холодный порт «главного» термостата подавать воду той же температуры, что используется в кольце рециркуляции. Именно эта схема сейчас у меня реализована. Изначально я ее реализовал с помощью ТИМ и Стаут (в качестве вспомогательного), но Стаут снова показал себя плохо, хотя у Латышев два термостата таких трудятся, а ТИМ ему не нравятся. Стаут пропускает горячую воду по горячему порту, это выражается в том, что при отсутствии потребления регулировки вспомогательного термостата влияют на температуру воды после главного термостата, а так быть не должно. Недостаток этой схемы в том, что регулировка вспомогательного термостата влияет на основной. Третья схема, чисто теоретическая, но, как мне кажется, вполне рабочая, исключает влияние одного термостата на другой. За температуру обратки отвечает один термостат, за температуру «подпитки» - другой и они не связаны. Со Стаутом, который пропускает по горячему порту, такая схема может давать побочные эффекты. Сейчас, с двумя ТИМами по второй схеме, у меня температура в среднем не уходит дальше +-1 градуса от уставки.

После Вашей схемы я пробовал поставить ПИД-регулятор от Овен ТРМ-12, но не срослось с настройками, поэтому я его сейчас использую, как измеритель-индикатор температуры, который еще и передает ее для регистрации на комп. Зато теперь у меня погружной датчик температуры сразу после смешивания воды.

Я обращался в стаут, они говорят, что клапан отрабатывает нормально. На их сайте нет характеристик клапана, а инструкцию я куда-то потерял. Они ругались, что дельта между миксом и холодным портом слишком маленькая. А потом перестали отвечать после запроса нескольких фото моей системы.

Я думаю, что Вашу схему нужно обновить с учетом того, что термостаты сейчас стоят 3 тысячи за две штуки. На монтаже чуть сложнее, но зато работает.

Приложил фото моей системы сейчас.

Это описание графика 2h.jpg для техподдержки стаута:

«На графике красная линия - выход из бойлера, голубая - обратка/вход холодной, фиолетовая - выход из термостата. Датчики DS18B20 на термоклее приклеены, сильно врать не будут. До 20:01 - так система ведет себя в покое.

В 20:02 начинаю набирать ванну

Примерно в 20:20 включаю разбор воды из второго душа, чтобы быстрее опустошить бойлер. В 20:40 оставляю только один душ, потом закрываю и его. В 21:10 котел отключается и я снова включаю разбор воды в ванну до 21:52.

Получается, что горячая вода у меня бывает от 36, 5 до 48 градусов.»

Некоторые слова в письме могут быть заменены автозаменой почтовика, поэтому могут быть странности. Где увидел - поправил.

Забыл написать вчера, что по поводу сглаживания переходных процессов регулирования есть мысль, что можно взять мелкий бойлер накопительный и поставить его после термостата, не включая в розетку. За счет рециркуляции в нем будет поддерживаться температура системы и он теплоизолирован. Есть 5 и 10-литровые бойлеры в районе 6-7 тысяч рублей. Но это уже для достижения околоидеального поддержания температуры. Я пока не созрел, пока устраивает, вроде. Вот график «открыл кран - через 10 секунд закрыл». На графике примерно 2 минуты переходных процессов.

На счет трехходового ротационного клапана

Трехходовой клапан я уже пробовал, на фото черная коробочка под бойлером на трубах - это привод, он подключен к упомянутому в письме ТРМ12, который сейчас просто показывает температуру. Во-первых, привод, вращающийся от 0 до 100% за 60 секунд - это медленно. Во-вторых, система, даже с погружным датчиком, весьма инерционна. В-третьих, и это самое главное, у нас, по сути, две системы в одной с разной инерционностью и скоростью протока воды и параметры ПИД-регулятора для каждой из них должны быть свои, иначе мы можем его настроить либо на режим разбора воды, либо на рециркуляцию. Причем с режимом разбора этот регулятор не справляется. Конечно, есть шанс, что это я криворукий и не смог подобрать коэффициенты, но я достаточно усилий потратил для поиска методик настройки ПИД-регуляторов. Не работает. Была мысль взять ардуину, прикрепить датчики на все три порта и на основе этих данных двигать клапан, но внешние датчики весьма инерционны, а делать три погружных - это оверинжениринг уже. Причем, неизвестно, получилось ли бы у меня написать программу регулятора по трем датчикам. Возможно, кстати, что проблема еще и в ТРМ12, который рассчитан на промышленные системы с большой инерционность, но тут не буду утверждать.

Так что, «электронный» путь для меня попробован и закрыт.

Только вчера было такое, что душ на-половинку открыт - вода горячая, открыл полностью - похолодало, пришлось дерегулировать. Но тут еще могут влиять всевозможные зажжения в китайском смесителе, там дырочки (отверстиями не назовешь) миллиметра четыре в диаметре.

Конец цитаты

Итоги

Схема номер 2 делает прыжки по температуре в 10 градусов при переключение с одного режима на другой(рециркуляция/водоразбор)

Схема номер 3 позволяет достичь прыжка +-1 градус при переключение с одного режима на другой(рециркуляция/водоразбор).

Не исключены случаи искажения настройки температуры вызванные гидравлическими потерями на линии холодного и горячего портов из-за высокого потребления воды. Линии горячего и холодных портов должны быть с хорошей пропускной способностью.

Может показаться, что трехходовой клапан ротационный с электроприводом может настроить лучше, но это не так, у него скорость реакции может быть низкая. Если увеличивать скорость реакции может быть волнообразное изменение температуры. И чем чаще он будет работать, тем меньше он прослужит. Изменение поворота электропривода должно происходить медленнее реакции на получение информации о температуре. Датчик температуры может делать опоздание на 2-5 секунд, соответственно поворот должен происходить в такт не больше этого значения и на короткое время, потому что он не знает, на сколько ему нужно повернуться. Если он повернется на много, то это плохо. В итоге 5 секунд нужно еще умножить раз в 10, чтобы он настроил температуру. В итоге настройка будет 50 секунд до ножной температуры.

Решение простое и сложное одновременно. Простое оно тем, что нужно вычислять математически угол поворота клапана, за счет данных давления и температуры на всех точках и сразу поворачивать на нужный угол клапан, делать это мгновенно 10 раз в секунду или даже можно даже раз в секунду. Сложное она в реализации и в математическом расчете, нужен процессор вычислитель этого поворота. То есть нужно заморочиться: Установить датчики давления и температур и процессор, который будет вычислять из данных нужный угол поворота. А еще можно еще глубже заморочиться и поставить алгоритм самообучения, который будет сам себя контролировать по датчику температуры, то есть самообучаться по углу поворота.

Кому требуется проект и разработка подобных схем, обращайтесь в контакты или оставляйте заявку на сайте

Оставить заявку на сайте: https://gidroraschet.ru/glav/uslugi/

Телефон: 89126688912, WhatsApp, Telegram

Email: infobos.ru@mail.ru

Сайт: https://gidroraschet.ru/