Zawór bezpieczeństwa w systemie grzewczym: rodzaje, przeznaczenie, schematy i montaż

Z powodu nieprawidłowej eksploatacji, wahań temperatury i skoków ciśnienia w pracy autonomicznych systemów grzewczych mogą występować awarie. Negatywne skutki w takich sytuacjach są krytyczne: od uszkodzenia poszczególnych komponentów po zniszczenie budynków i poważne zagrożenie życia.

Wykluczyć niebezpieczne ryzyka pomoże zawór bezpieczeństwa w systemie grzewczym. Czym on jest i na czym polega jego zasada działania? Te pytania rozważymy w naszym artykule. Omówimy również odmiany takich zaworów i wskażemy główne różnice między nimi, rozważymy zasady instalacji w systemie grzewczym oraz podamy zalecenia dotyczące wyboru i regulacji armatury zabezpieczającej.

Do czego potrzebny jest zawór bezpieczeństwa?

Systemy grzewcze napełniane są wodą, której temperatura wynosi około 15 stopni. Krążąc w zamkniętym obiegu, czynnik grzewczy nagrzewa się, znacznie zwiększając swoją objętość. W tym czasie znacznie wzrasta ciśnienie wywierane na wewnętrzną powierzchnię rur i urządzenia zainstalowane w systemie.

Przekroczenie dopuszczalnej normy, w większości przypadków powyżej 3,5 bara, skutkuje:

• przeciekami w miejscach łączenia części rurociągu;
• uszkodzeniami lub rozerwaniem elementów łączeniowych i rur wykonanych z polimerów;
• wybuchem zbiornika kotła;
• zwarcie instalacji elektrycznej w kotłowni.

Najwyższe ryzyko sytuacji awaryjnych jest charakterystyczne dla kotłów na paliwo stałe, w których trudno regulować moc oddawania ciepła.

Wydajność urządzeń elektrycznych i gazowych jest szybko korygowana od wartości początkowych do maksymalnych i odwrotnie. Często jest w nich obecna automatyka bezpieczeństwa, która wyłącza elementy robocze przy nadmiernych wzrostach temperatury.

Intensywność spalania drewna, węgla i innego rodzaju paliwa w kotle na paliwo stałe reguluje się poprzez otwieranie/zamykanie przepustnicy. Przy tym siła oddawania ciepła zmienia się nie natychmiast, ale stopniowo. Z powodu bezwładności generatora ciepła ciekły czynnik grzewczy może się znacznie przegrzewać.

Wraz z manometrem mierzącym ciśnienie i odpowietrznikiem usuwającym powietrze z układu, zawór bezpieczeństwa często wchodzi w skład grupy bezpieczeństwa.

Kiedy drewno w komorze dobrze się nagrzeje, doprowadzając wodę w sieci do wymaganych temperatur, odcina się dopływ powietrza, a aktywny płomień zaczyna przygasać.

Jednak w stanie rozgrzanym palenisko nadal oddaje zgromadzone ciepło. Osiągając 90-95 stopni, czynnik grzewczy wrze i uruchamia nieuniknione intensywne wytwarzanie pary. W konsekwencji powoduje to gwałtowny skok ciśnienia.

To właśnie w takich okolicznościach włącza się do pracy zawór bezpieczeństwa. Po osiągnięciu granicznej wartości ciśnienia otwiera on zasuwę, uwalniając drogę dla powstałej pary na zewnątrz. Po ustabilizowaniu się wartości zawór automatycznie zamyka się i ponownie przechodzi w tryb uśpienia.

Jego montaż jest obowiązkowy nie tylko dla kotłów na paliwo stałe, ale także dla kotłów parowych oraz pieców wyposażonych w obieg wody. Wiele modyfikacji urządzeń grzewczych jest wyposażanych w to urządzenie już na etapie produkcji. Często zawór ten jest jednym z elementów grupy bezpieczeństwa. Zazwyczaj urządzenie wcina się bezpośrednio w wymiennik ciepła lub instaluje w rurociągu w pobliżu kotła.

Odmiany urządzeń i zasada działania

W konstrukcję zaworu spustowego wchodzą dwa obowiązkowe elementy: część zamykająca, składająca się z gniazda i zasuwy, oraz zadajnik siły. Wyróżnia się kilka rodzajów urządzeń, mających swoje cechy. Są one klasyfikowane według określonych kryteriów.

Klasyfikacja #1 — według mechanizmu docisku

W systemach grzewczych domów prywatnych, mieszkań oraz małych instalacji przemysłowych preferowany jest typ sprężynowy.

Głównym elementem roboczym urządzenia jest sprężyna. Podpiera ona membranę, która zamyka gniazdo. Na trzpieniu połączonym z rączką znajduje się podkładka, w którą opiera się górna część sprężyny. Pozycja podkładki i docisk na membranę regulowane są rączką.

Urządzenie charakteryzuje się prostą i niezawodną budową, kompaktowymi wymiarami, możliwością łączenia z innymi elementami bloku bezpieczeństwa oraz przystępną ceną. Siła sprężyny zależy od parametru ciśnienia, przy którym uruchamia się zawór. Na zakres regulacji wpływa sprężystość samej sprężyny.

Zasada działania zaworów bezpieczeństwa sprężynowych jest następująca:

• na zasuwę urządzenia oddziałuje strumień wody;
• ruch czynnika grzewczego jest ograniczany siłą sprężyny;
• krytyczne ciśnienie przekracza siłę docisku, unosząc trzpień suwaka w górę;
• ciecz trafia do króćca wylotowego;
• wewnętrzna objętość wody stabilizuje się;
• sprężyna zamyka zasuwę, przywracając ją do pierwotnego położenia.

Korpus urządzenia sprężynowego wykonuje się z wysokiej jakości mosiądzu o wysokiej wytrzymałości przy użyciu technologii i metod tłoczenia na gorąco. Do produkcji sprężyny używa się stali. Membrana, uszczelki i uchwyt są wykonane z polimerów.

Niektóre marki produkują urządzenia z już ustawionymi ustawieniami fabrycznymi. W ofercie znajdują się również modele konfigurowane na miejscu montażu podczas prac uruchomieniowych.

Zawory są otwarte i zamknięte. W pierwszym wariancie konstrukcyjnym czynnik grzewczy jest odprowadzany do atmosfery, w drugim – spuszczany do rurociągu powrotnego.

Zawory bezpieczeństwa dźwigowo-obciążnikowe nie są tak powszechne. W prywatnych systemach autonomicznych z kotłem montuje się je rzadko. Eksploatacja koncentruje się w przemyśle w dużych zakładach produkcyjnych, gdzie średnica rurociągów wynosi co najmniej 200 mm.

Siłę na trzpień w takich mechanizmach wytwarza nie sprężyna, ale obciążnik zawieszony na dźwigni. Przesuwa się on wzdłuż dźwigni, regulując siłę, z jaką trzpień dociska się do gniazda.

Zawór dźwigowo-obciążnikowy otwiera się, gdy ciśnienie medium od dolnej części suwaka przekracza wartości pochodzące od dźwigni. Następnie woda uchodzi przez specjalny otwór spustowy.

Regulacja zaworów bezpieczeństwa dźwigowo-obciążnikowych odbywa się poprzez przesuwanie cięgna wzdłuż dźwigni. Aby zapobiec nieautoryzowanej lub przypadkowej zmianie, obciążnik mocuje się śrubami, przykrywa specjalną osłoną i zamyka na kłódkę.

Ciśnienie zadziałania, podobnie jak zakres regulacji, określa długość dźwigni i masa obciążnika. Zawory dźwigowe nie ustępują urządzeniom sprężynowym pod względem niezawodności, ale są droższe. Urządzenia montuje się na kołnierzowych elementach łączących rur o średnicy nominalnej od 50 i więcej.

Klasyfikacja #2 — według wysokości podnoszenia zasuwy

W zaworach bezpieczeństwa o małym skoku grzybek podnosi się nie wyżej niż 0,05 średnicy gniazda. Mechanizm otwierania w takim urządzeniu jest proporcjonalny.

Charakteryzuje się niską przepustowością i najprostszą konstrukcją. Urządzenia o małym skoku stosuje się w zbiornikach z medium ciekłym.

Urządzenia o pełnym skoku wyposażone są w dwupozycyjny mechanizm otwierania. Montuje się je nie tylko w zbiornikach z cieczami, ale także w systemach, w których krążą media ściśliwe (sprężone powietrze, para, gaz).

W urządzeniach o pełnym skoku podnoszenie grzybka jest wyższe. Oznacza to, że ich przepustowość jest znacznie lepsza niż w poprzednim wariancie, dzięki czemu są w stanie odprowadzać większe ilości nadmiaru czynnika grzewczego.

Klasyfikacja #3 — według szybkości zadziałania

Pokrywa zamknięcia proporcjonalnych zaworów bezpieczeństwa otwiera się stopniowo. Zazwyczaj wielkość otwarcia jest proporcjonalna do wzrostu ciśnienia działającego na wewnętrzną powierzchnię. Równocześnie z podnoszeniem mechanizmu płynnie zwiększa się objętość zrzucanego czynnika grzewczego.

Budowa urządzeń nie ogranicza możliwości ich stosowania w środowisku ściśliwym, jednak przeważają one w układach z wodą i inną cieczą.

Wśród zalet zaworów bezpieczeństwa z proporcjonalną szybkością zadziałania – niska cena, prostota konstrukcji, brak samowzbudnych drgań, porcjowe otwarcie na poziomie wartości niezbędnych do utrzymania konkretnych parametrów roboczych.

Cechą zaworów dwupozycyjnych jest natychmiastowe zadziałanie z pełnym otwarciem po osiągnięciu granicznych wartości ciśnienia w układzie, przy których otwiera się zamknięcie zabezpieczenia.

Specjaliści zalecają używanie tych urządzeń w środowiskach ściśliwych. Do ich głównych wad zalicza się występowanie charakterystycznych samowzbudnych drgań zamknięcia.

Podczas montażu zaworu dwupozycyjnego w systemie grzewczym z ciekłym czynnikiem grzewczym należy uwzględnić, że podczas gwałtownego otwarcia zamknięcia nastąpi zrzut dużej ilości wody.

Z tego powodu ciśnienie spadnie zbyt szybko. Zawór natychmiast się zamknie, co spowoduje uderzenie hydrauliczne. Urządzenia proporcjonalne nie stwarzają takich zagrożeń.

Cechy trójdrogowych zaworów awaryjnych

Osobno warto porozmawiać o mało znanym konsumentom urządzeniu – trójdrogowym zaworze z ręcznym lub elektrycznym przełącznikiem. Stosowany jest w systemach grzewczych z obiegami niskotemperaturowymi.

Konstrukcja zabezpieczeń wyposażona jest w trzy otwory, jeden z nich jest wlotowy, dwa – wylotowe. Przepływy medium kontroluje przesłona wykonana w postaci kuli lub trzpienia. Płyn w ruchu jest redystrybuowany przez obroty.

Trójdrogowe zabezpieczenia są odpowiednie dla kotłów kondensacyjnych oraz w przypadkach, gdy z jednego urządzenia grzewczego pracuje kilka różnych systemów.

Wyobraźmy sobie sytuację: w domu zrealizowano schemat ogrzewania z systemem zwykłych grzejników i podłogówki. Wymagania techniczne dla działania drugiego wariantu przewidują niezbyt wysokie temperatury czynnika grzewczego.

Kocioł podgrzewa wodę w tym samym reżimie temperaturowym dla wszystkich systemów. W takich warunkach pojawia się potrzeba urządzenia redystrybucyjnego, z którego zadaniami doskonale radzi sobie zawór trójdrogowy.

Odpowiada on za następujące funkcje:

• rozdzielenie obszarów;
• rozdział gęstości przepływu na strefy;
• Wspomaganie mieszania czynnika grzewczego z magistralnych odgałęzień zasilania/powrotu, aby do rury ogrzewania podłogowego trafiała woda chłodniejsza niż do grzejników.

Aby nie musieć samodzielnie stale kontrolować temperatury medium, należy zwrócić uwagę na modele zaworów wyposażone w siłownik.

Urządzenie to działa na podstawie czujnika zamontowanego w obwodzie niskotemperaturowym. W przypadku zmiany wartości temperatury uruchamia się mechanizm odcinający, który otwiera lub zamyka dopływ cieczy z powrotu.

Bardziej szczegółowo o rodzajach zaworu trójdrożnego do ogrzewania i kryteriach jego wyboru mówiliśmy w następnym artykule.

Porady dotyczące wyboru optymalnego modelu

Przed wyborem konkretnego urządzenia zabezpieczającego należy koniecznie dokładnie zapoznać się z charakterystyką techniczną kotłowni.

Na pracę zaworu bezpieczeństwa negatywnie wpływają ujemne temperatury. Dlatego dość ważną cechą urządzenia jest posiadanie zabezpieczenia przed zamarzaniem.

Nie należy lekceważyć zapoznania się z instrukcjami producenta, w których podane są wszystkie wartości graniczne.

Decydującą rolę w wyborze urządzenia do ogrzewania odgrywa kilka kryteriów:

1. Wydajność kotła.
2. Maksymalne dopuszczalne ciśnienie medium dla mocy cieplnej urządzenia grzewczego.
3. Średnica zaworu bezpieczeństwa.

Należy sprawdzić, czy regulator ciśnienia w urządzeniu ma zakres obeujmujący parametry danego kotła. Ciśnienie zadziałania powino być o 25-30% wyższe niż wartość robocza wymagana do stabilnej pracy systemu.

Im wyższe są wartości robocze ciśnienia, tym mniej czasu urządzenie powinno potrzebować na zadziałanie. Różnica między ciśnieniem na początku ruchu a przy pełnym otwarciu zaworu powinna wynosić 15% dla wartości nominalnej mniejszej niż 2,5 atm, 10% – dla wyższych parametrów.

Średnica zaworu bezpieczeństwa nie może być mniejsza niż złącze rury doprowadzającej. W przeciwnym razie stały opór hydrauliczny nie pozwoli zabezpieczeniu w pełni wykonywać bezpośrednich zadań.

Optymalny materiał do produkcji urządzenia to mosiądz. Charakteryzuje się on niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, który wyklucza zniszczenie obudowy pod wpływem silnego ciśnienia.

Blok regulacyjny jest wykonany z termoodpornych materiałów plastikowych, które zachowują wymaganą sztywność nawet w kontakcie z wrzącą cieczą.

Zasady montażu i regulacji

Planując samodzielny montaż zaworu bezpieczeństwa do ogzewania, należy wcześniej przygotować zestaw narzędzi. W pracy nie obejdzie się bez kluczy nastawnych i płaskich, śrubokręta krzyżakowego, szczypiec, miarki, silikonowego uszczelniacza.

Zanim rozpocznie się prace, należy określić odpowiednie miejsce do montażu. Zawór bezpieczeństwa zaleca się montować na przewodzie zasilającym w pobliżu króćca wylotowego kotła. Optymalna odległość między elementami wynosi 200-300 mm.

Wszystkie kompaktowe domowe bezpieczniki są wyposażone w gwint. Aby osiągnąć pełną szczelność podczas dokręcania, należy uszczelnić rurę pakułami lub silikonem. Nie zaleca się stosowania taśmy PTFE, ponieważ nie zawsze wytrzymuje krytycznie wysokie temperatury.

W dokumentacji normatywnej, która jest dołączana do każdego urządzenia, proces montażu jest zazwyczaj opisany krok po kroku.

Niektóre kluczowe zasady instalacji są niezmienne dla wszystkich typów zaworów:

• jeśli bezpiecznik nie jest montowany w ramach grupy bezpieczeństwa, obok niego instaluje się manometr;
• w zaworach sprężynowych oś sprężyny musi znajdować się w pozycji ściśle pionowej i być umieszczona pod korpusem urządzenia;
• w urządzeniach dźwigowo-obciążnikowych dźwignię umieszcza się poziomo;
• na odcinku rurociągu między urządzeniem grzewczym a bezpiecznikiem nie dopuszcza się montażu zaworów zwrotnych, kurków, zasuw, pompy obiegowej;
• aby zapobiec uszkodzeniom obudowy podczas obracania zaworu, należy podchodzić kluczem z tej strony, z której odbywa się nakręcanie;
• rurka spustowa odprowadzająca czynnik grzewczy do sieci kanalizacyjnej lub rury powrotnej jest podłączona do króćca wylotowego zaworu;
• króciec wylotowy doprowadza się do kanalizacji nie bezpośrednio, ale z włączeniem lejka lub studzienki;
• w systemach, w których cyrkulacja cieczy odbywa się według schematu naturalnego, zawór bezpieczeństwa umieszcza się w najwyższym punkcie.

Średnica nominalna urządzenia jest dobierana na podstawie metod opracowanych i zatwierdzonych przez urząd nadzoru technicznego. W rozwiązaniu tego problemu rozsądniej jest zwrócić się o pomoc do profesjonalistów.

Jeśli nie ma takiej możliwości, można spróbować skorzystać z wyspecjalizowanych programów online do obliczeń.

Aby zmniejszyć straty hydrauliczne podczas nacisku medium na talerz zaworu, montaż urządzenia awaryjnego wykonuje się z nachyleniem w kierunku kotłowni.

Na regulację zaworu wpływa rodzaj konstrukcji dociskowej. W urządzeniach sprężynowych znajduje się kapturek. Wstępne ściśnięcie sprężyny ustawia się poprzez jego obracanie. Dokładność regulacji tych wyrobów jest wysoka: +/- 0,2 atm.

W urządzeniach dźwigowych ustawienia wykonuje się poprzez zwiększanie masy lub przesuwanie obciążenia.

Po 7-8 zadziałaniach w zainstalowanym urządzeniu awaryjnym zużywają się sprężyna i talerz, w wyniku czego może zostać naruszona szczelność. W takim przypadku celowa jest wymiana zaworu na nowy.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Budowa i skład zaworu bezpieczeństwa:

Zawór awaryjny w grupie bezpieczeństwa:

Więcej informacji o wyborze i montażu optymalnego zaworu bezpieczeństwa:

Zawór bezpieczeństwa to proste i niezawodne urządzenie, które pozwoli zabezpieczyć dom przed nieprzewidzianymi sytuacjami awaryjnymi, występującymi w systemach grzewczych. W tym celu wystarczy wybrać wysokiej jakości przyrząd o odpowiednich parametrach, a następnie przeprowadzić jego fachowe ustawienie i montaż.

Czy wybiera Pan/Pani odpowiedni wariant zaworu bezpieczeństwa dla swojego systemu grzewczego? Być może pozostały pytania, na które nie znalazł Pan/Pani odpowiedzi w powyższym materiale? Prosimy zadać je naszym ekspertom, pozostawiając komentarz pod artykułem.

A może chciałby Pan/Pani uzupełnić materiał interesującymi faktami i przydatnymi zaleceniami? Lub podzielić się doświadczeniem z samodzielnego montażu zaworu w systemie? Proszę napisać swoją opinię o konieczności stosowania takiego urządzenia zabezpieczającego, dzielić się poradami dotyczącymi wyboru, opartymi na własnym doświadczeniu.