Погодозависимая автоматика для систем отопления: устройство и принцип

Когда погодозависимая автоматика пригодится

В частных домах, если они имеют средний или меньший размер, необходимость установки указанной автоматики в основном появляется при длительных отсутствиях хозяев в доме. В остальных случаях корректировку не сложно произвести вручную или при посредстве гаджетов.

Другая ситуация складывается в габаритных коттеджах или особняках, а также в общественных зданиях обладающих большой площадью. Здесь организация автоматического управления отоплением при посредстве автоматики для котлов приобретает прямую необходимость.

Кроме этого, высокую эффективность погодозависимая автоматика произвела в котельной центрального отопления жилого сектора, настроенной на обслуживание ряда зданий.

Погодозависимая автоматика для теплиц

Круглогодичное выращивание сельхозпродукции в северном климате – тяжелая задача. Чтобы обеспечить вегетацию растений, применяют погодозависимое отопление. Лучший вариант – трубопроводная система нагрева почвы, стимулирующая развитие корней и снижающая расход энергии.

Температура в теплице разная в ночное и дневное время, а почва должна быть теплее на 2-3°C. С такой задачей справится автоматика Овен ТРМ-32 или контроллеры Овен ПЛК 100, объединенные в систему с центром управления.

Характеристики системы регулирования Овен ТРМ-32:

• управление нагревом теплоносителя на основе сигнала четырех внешних датчиков;
• соединение с компьютером через адаптер;
• диапазон контроля от –50 до +200°C;
• длина проводной связи – 1200 м;
• температура в теплице от +1 до +50°C;
• кнопочное управление, информационный дисплей;
• программирование графика отопления по заданному значению температуры;
• переключение с дневного на ночной режим работы.

Дистанционное регулирование микроклимата теплиц производится проветриванием и изменением скорости работы насосов.

Исполнительные устройства

Для того чтобы организовать работу нескольких отопительных контуров с различными, не всегда постоянными температурами, требуются исполнительные устройства. Самыми распространенными являются трех – и четырехходовые смесительные краны (смесители). Принцип их работы заключается в регулировании температуры теплоносителя в отдельном отопительном контуре путем смешивания воды из котла с водой из обратной линии. Таким образом, температура теплоносителя в подающей линии контура может меняться от минимальной, например равной комнатной, до максимальной, равной температуре котловой воды, но не выше нее. Поворот крана можно осуществлять вручную (но тогда ни о какой автоматизации управления говорить не приходится!) или с помощью специального двигателя – сервопривода.

Обычно несколько параметров сервоприводов указываются в техническом паспорте. Это напряжение сети питания, максимальный крутящий момент, создаваемый на валу, и быстродействие привода. Последний показатель отражает время перехода сервопривода из одного крайнего положения в другое. Это, как правило, от 60 до 300 секунд. Стоит иметь в виду, что меньшее время реакции сервопривода вовсе не гарантирует быстрого изменения температуры в отопительном контуре. Напомним, что все тепловые процессы очень инерционны. Именно по этой причине обычно не применяются приводы с быстродействием менее 60 секунд. Примерно такое количество времени требуется, чтобы на изменения в температуре теплоносителя успел отреагировать датчик, установленный на подающей трубе, температура которой не может измениться мгновенно. В сервисном меню многих панелей управления имеется установочный параметр, учитывающий быстродействие сервопривода. К примеру, в панелях управления серии Logamatic 4000 от BUDERUS стоимостью € 1270 в базовой комплектации задается непосредственно время открытия трехходового смесительного вентиля в секундах. Этот показатель характеризует реакцию конкретного сервопривода и отражен в техпаспорте.

Смесительные краны и сервоприводы к ним выпускаются целым рядом производителей, например ROCA, Honeywell, WOLF. Корпус крана может изготавливаться как из чугуна, так и из латуни. И тот и другой материал хорошо подходят для работы в системах отопления. Прекрасно себя зарекомендовали смесители шведской компании ESBE. Трехходовой смесительный кран диаметром 32 мм, изготовленный этой фирмой, можно приобрести за € 60-70, сервопривод к нему обойдется уже в € 150-170.

Схемы обвязки котельной и принципы управления контурами

Для того чтобы организовать работу одного или нескольких отопительных контуров в гидравлической системе, их необходимо присоединить к теплогенератору-котлу. Эту задачу можно решить разными способами, специалисты называют их схемами обвязки котельных. Рассмотрим наиболее распространенные из них, а также принципы организации соответствующего процесса управления со всеми их достоинствами и недостатками.

Отопительные контуры по способу достижения температуры в них разделяются на прямой и смесительный. Температура воды в прямом контуре достигается только за счет горелки и зависит от продолжительности ее работы.

В смесительном контуре температура теплоносителя определяется как работой горелки, так и положением заслонки исполнительного устройства – трёхходового смесительного клапана с сервоприводом. Прибегнув к первому варианту, можно без проблем связать низкотемпературный котел с одним контуром радиаторного отопления и обеспечить автоматизированное управление им в зависимости от наружной температуры. Дело это совсем несложное и относительно недорогое. Если же требуется организовать, помимо отопления, и горячее водоснабжение, причем не прибегая к смесительным узлам, применяют два типа схем. Первая – с трехходовым краном, вторая схема – с двумя насосами.

Самой простой является схема с трехходовым переключающим краном, оснащенным сервоприводом. Вода от котла направляется к крану, который, в свою очередь, направляет ее либо в отопительный контур, либо в контур подогрева бойлера. Переключение может осуществляться по команде панели управления котла. Контроль температуры воды в бойлере осуществляет автоматика с помощью установленного в нем датчика температуры. Как только вода остынет ниже необходимого уровня, подается команда на переключение трехходового крана. Необходимо учесть, что при такой схеме обвязки и управления во время нагревания воды в бойлере отопление отключается (то есть нельзя организовать управление горячим водоснабжением со смешанным приоритетом).

Коллекторная схема, как следует из названия, предполагает использование для обвязки котельной коллекторов, представляющих собой трубы с выводами на необходимое количество контуров. Такая схема, будучи довольно простой, получила широкое распространение благодаря появлению так называемых компонентов быстрого монтажа. В их состав входят насосно-смесительные группы. Эти устройства позволяют достаточно быстро (обвязка котельной занимает считанные дни) собрать систему с несколькими нагревательными контурами. Однако необходимо отметить, что подобные модули применяются главным образом для котельных небольшой мощности – до 85 кВт.

Тем не менее они чрезвычайно удобны при монтаже и заметно снижают риск ошибки из-за пресловутого человеческого фактора, поскольку собраны и проверены на работоспособность и герметичность в заводских условиях.

Существует интересный вариант для обвязки котельных с применением гидравлического разделителя (гидрострелки). Имеется в виду схема первичного и вторичных колец, принцип действия которой таков: котловая вода постоянно циркулирует по малому контуру (первичному кольцу), из которого с помощью циркуляционных насосов отбирают теплоноситель уже другие потребители тепла (различные контуры). Достоинством этой схемы является возможность подключения большого количества вторичных контуров при обеспечении номинальной скорости протока через котел и относительной простоте конструкции.

Компания DE DIETRICH (Франция) рекомендует применять для обвязки своих котлов термогидравлический распределитель (сокращенно – ТГР). При его использовании достигается постоянный расход теплоносителя через нагревательное устройство – независимо от значения расхода воды в отопительных контурах, где этот показатель может быть разным. В результате удается добиться оптимальной сбалансированной работы котла и контуров отопления.

Важно заметить, что автоматика многих производителей позволяет осуществлять управление котлом и контурами в самых различных схемах обвязки котельной. Однако поиск наиболее подходящего варианта и подбор автоматики все же лучше поручить специалисту.
 

Принцип работы

Погодозависимая автоматика для систем отопления управляется контроллером, работа которого настраивается при помощи специального алгоритма. Последовательность действий определяет температурная кривая, которая отражает зависимость нагрева теплоносителя от температуры на улице.

Амплитуда расчетной кривой имеет две отправные точки. Первая такая точка соответствует температуре в 20 градусов на всех 4-х температурных датчиках. Вторая – определяется показаниями датчика на подаче котла, отметка 80 градусов соответствует предельной мощности агрегата.

Перепад кривой между базовыми точками зависит от надежности теплоизоляции помещения. Таким образом, чем лучше утеплено здание, тем ниже скорость изменения внутренней температуры, а значит, кривая будет иметь более плавную амплитуду.

В программе контроллера заложено несколько исходных алгоритмов, из которых рекомендуется выбрать наиболее соответствующий окружающим условиям. В дальнейшем активируется режим, позволяющий составлять собственные выводы (режим обучения) на основе данных полученных по итогам суток и по итогам недели. Таким образом, через некоторое время система полностью адаптируется к местным условиям, которые присущи каждому дому, например кирпичному.

Отопительные контуры

Реализация автоматизированного погодозависимого отопления усложняется тем, что в современной практике управлять приходится не одним контуром отопления дома, а системой с несколькими контурами. Попробуем их охарактеризовать.

• Почти всегда есть контур радиаторного отопления. Чтобы эффективно им управлять, необходимо поддерживать температуру подающей линии в пределах 50-85°С. Иногда устанавливается несколько таких контуров, например на разных этажах дома, причем температура в них тоже может быть разной.
• Если не установлены самостоятельные электрические или газовые водонагреватели, тогда, как правило, предусматривают высокотемпературный (до 70-85°С) контур подогрева бойлера горячего водоснабжения. Температура теплоносителя в нем должна быть постоянной.
• Требования к комфорту неизменно растут, и сегодня многие потребители заказывают дополнительную установку одного или нескольких контуров водяных теплых полов. Это – низкотемпературные системы с изменяемой температурой подающей линии (30-55°С).
• Если есть бассейн, воду в нем, наверное, захочется иметь теплую. Для этого может быть смонтирован специальный контур системы подогрева воды в бассейне. Он высокотемпературный, с постоянной температурой теплоносителя°С.
• Аналогично подогреву бассейна устраивается контур подогрева приточного воздуха в теплообменнике системы вентиляции. Но, по проекту, температуре теплоносителя здесь не обязательно быть постоянной.

Расход воды через радиаторный и контур теплых полов может быть переменным. Это происходит в тех случаях, когда, на радиаторах установлены термостатические клапаны с термоголовками, функция которых заключается в изменении расхода теплоносителя именно через них и, соответственно, через весь отопительный контур в целом. Точно так же на распределительном коллекторе системы теплого пола могут быть установлены отдельные терморегуляторы.
 

РЕГУЛИРОВАТЬ ЧТО?

Можно регулировать температуру на выходе котла, если это умеет котел. Фокус в том, что далеко не все котлы имеют погодозависимое регулирование «по умолчанию». Чаще в недорогой котел надо будет встроить контроллер, который стоит, как половина котла. А если у нас, помимо радиаторов, есть теплые полы? Садить радиаторы и теплые полы на один контур неправильно, поскольку полам и радиаторам нужны совсем разные температуры. Соответственно, появляется второй контур регулирования. Котловой контроллер, который умеет управлять двумя и более контурами, запросто может стоить как целый котел. И недорогие Климатики вам будет очень кстати. А ведь есть еще и твердотопливные котлы — у них температура на выходе сильно зависит от того, сколько дров вы забросили, и мало зависит от того, какую температуру вы хотите. Ну вот как вы к такому котлу теплые полы без Климатика подключите?

В комплекте датчик температуры наружного воздуха и датчик температуры подачи

Погодозависимая автоматика для управления системами отопления

Представляет собой систему, направленную на контроль обогрева помещения. Аппаратное устройство измеряет температуру на улице.

Обнаружив изменение, программа заставляет котел увеличить или ослабить прогрев теплоносителя. Постоянное изучение перепадов температурного режима приводит к экономии: устройство не расходует топливо для поддержания работы котла, если в этом нет нужды.

Пока вода нагреется, пройдет некоторое время. Помещение успеет частично остыть, хотя затем восполнит потерю тепла. Учитывая данный факт, не рекомендуется подключать к устройству теплые полы. Погодозависимая автоматика успешно справляется с поставленной задачей, но может некорректно работать при резких перепадах температур.

Перетопы и перерасчеты

Одна из причин больших сумм за отопление в платежке — это перетопы и потеря тепла. Каждый сталкивался с ситуацией, когда зимой температура в квартире достигает 27 градусов, хотя по санитарным нормам температура воздуха не должна быть ниже плюс 18–20 градусов. Часто большое количество энергии уходит на отапливание общих зон. По оценкам экспертов, перетопы составляют 15–20% от общего потребления тепла. В конечном счете все это ложится на плечи потребителя.

Чтобы не платить больше положенного в случае перетопов, можно потребовать перерасчет. Для этого нужно обратиться в управляющую компанию и написать заявление на перерасчет платы в связи с перетопом. Перерасчет можно потребовать, если батареи, наоборот, греют слабо и недотягивают до нормы либо происходят перебои с подачей тепла.

Если будут выявлены нарушения, то управляющую компанию обяжут произвести перерасчет и вернуть жителям разницу между поступившей оплатой и фактической стоимостью потребленного тепла. Также УК должна будет разобраться с неисправностями и починить коммуникации.

Пожаловаться на плохую работу отопительных систем в столице можно в департамент жилищно-коммунального хозяйства Москвы, Московскую объединенную энергетическую компанию (МОЭК) или Мосжилинспекцию.

Проблему перетопов проще контролировать, если установить современное оборудование (Фото: RossHelen/shutterstock)

Правила эксплуатации погодозависимого отопления

Системы управления отоплением имеют функцию самодиагностики. Сообщения об ошибках поступают на дисплей, и владельцу остается выбрать способ их устранения.

Частые проблемы:

• потрескивание при работе – плохой контакт с электропитанием;
• слабый прогрев помещения при высоком заданном уровне – возможно постороннее тепловое воздействие на датчик;
• подключенный по правилам прибор не включается – причина в конструкции, потребуется замена;
• мигание светодиода – сломался датчик температуры;
• терморегулятор не обеспечивает заданный режим – прибор неисправный.

Для продолжительной работы без отказов достаточно соблюдать требования эксплуатации, установленные изготовителем. Монтаж и настройка системы производятся по инструкции.

Что такое погодозависимая автоматика?

В первую очередь — это комплекс программных аппаратных средств, которые обеспечивают работу системы отопления по заданному алгоритму. Алгоритм прост — снижается температура на улице — повышается температура теплоносителя, который отдаётся в радиаторную систему и наоборот. Это сделано для того, чтобы с опережением компенсировать возрастающие или уменьшающиеся теплопотери, которые связаны с температурой наружного воздуха.

Казалось бы, просто и хорошо, но с другой стороны за этой простотой скрывается главный недостаток — временное запаздывание, которое всегда имеет место при изменении дневной и ночной температуры. У современных домов низкая теплопередача, поэтому при понижении температуры на ночь и контроллер её отрабатывает, эффект еще не наступает. В след за ночной температурой контроллер видит дневную температуру, но ночной эффект еще не наступил. Никакими регулировками наклона и подъема кривой этот недостаток убрать нельзя. Особенно, большой ошибкой является подключение теплых полов к системе погодозависимой автоматики. Там это запаздывание еще более заметно.

Погодозависимая автоматика обеспечивает нам изменение температуры, но делает это не совсем корректно. Эти изменения видны только при сезонном понижении температуры. С одной стороны, Вы можете заплатить большие деньги за автоматику и она будет делать это самостоятельно, либо один раз в месяц вы можете зайти в котельную и немного повернуть ручку на котле.

Устройство погодозависимой автоматики

Одним из ведущих производителей высокотехнологичного отопительного оборудования является компания BAXI. Кроме этого фирма занимается выпуском систем погодозависимой автоматики подходящей не только для котлов BAXI, но и для оборудования иных производителей.

Система способная осуществлять контроль над отоплением, опираясь на данные изменений текущей погоды, представлена в виде ряда основных элементов:

• контроллер управления;
• температурные датчики;
• элеватор – регулирующий клапан, оборудованный насосом.

Управляющий контроллер, который регулирует температуру, производит смену режима отопления, основываясь на данных, передаваемых 4-мя датчиками, регистрирующими изменения температуры:

• датчик наружной температуры;
• в помещении;
• на подаче котла;
• на обратке.

Учитывая разницу температурных показаний всех подконтрольных датчиков, система управления избирает оптимальный режим работы отопительного агрегата.

Устройство и принцип работы погодозависимой автоматики

Механическая часть отопительной автоматики – насос с клапаном регулировки. Управляет оборудованием компьютер на основе данных с 4 температурных датчиков, реагирующих на температуру на улице и в помещении. Программа умного регулирования погодозависимого управления котлом вшита в контроллер. Контур настраивается по условиям эксплуатации и типу помещения.

Существующие схемы регулирования основаны на трех принципах:

1. Гидравлический элеватор использует обратную воду, смешивая с нагретой в котле. Управляет прибором погодозависимый регулятор отопления, подавая команду на перемещение конусного затвора по показаниям датчиков.
2. Схема с циркуляционным насосом и клапаном на три положения ограничивает нагретый поток и возвращает в систему отработанный теплоноситель. Управление трехходовым краном выполняет процессор по заданной программе.
3. Запорный кран на обратном трубопроводе перекрывается клапаном. Управляет прибором погодозависимый контроллер системы отопления по данным температурных датчиков.

Датчики погодозависимой автоматики для систем отопления многоквартирного дома (МКД) устанавливают в жилой комнате.

Внешние факторы, влияющие на систему управления отопления

Детально рассмотреть преимущества погодозависимых систем управления отоплением частного дома поможет оценка всех факторов влияния на работу оборудования. Классический блок управления с зависимостью от температуры внутри помещения имеет недостатки, которые невозможно исправить даже самой современной электроникой.

Инертность системы отопления

Это связано с тепловой инертностью здания. Толстые стены и массивная теплоизоляция не дают возможности быстро влиять на температуру внутри помещения, должен пройти определенный временной промежуток, прежде чем в помещении будет ощущаться снижение комфортной температуры. Также обстоят дела и во время потепления или оттепели, когда на улице температура повышается, а внутри термореле еще несколько часов будет требовать поддержания установленного верхнего порога нагрева воздуха. Именно с инертностью системы отопления и связан один из основных факторов, негативно влияющих на работу приборов.

Специфика построения системы отопления

Второй момент заключается в специфике построения самой системы отопления. Погодозависимые датчики в самой простой системе отопления частного дома фиксируют и передают в управляющий модуль данные об изменении температуры в помещениях. Автоматика блока управления после обработки полученных данных проводит регулировку режима работы отопительного котла – повышая или снижая температуру нагреве теплоносителя. Это не самый эффективный способ поддержания оптимальной температуры в доме, датчики зачастую работают с опозданием, а блок управления грешит значительными задержками подачи команд. Но даже если отбросить погрешности автоматики и допустить что она работает просто идеально, корректировка осуществляется путем регулировки работы газовой горелки, постепенно увеличивая риск поломки самого котла.

Единый комплекс оборудования

Другое дело, если вся система построена как единый комплекс оборудования, изначально конструировавшийся как погодозависимая система отопления. В этом случае можно говорить о действительно экономном расходовании энергоносителей и учете внешних факторов влияющих на работу системы.

В число факторов учитываемых в работе автоматики входит:

• Суточное изменение температуры воздуха внутри и снаружи здания;
• Учет влажности воздуха;
• Скорость ветра, его направление, характер движения воздуха;
• Кроме этого может учитываться влияние солнечного света, и то, насколько солнце прогревает стены здания;

Самые современные системы, кроме того, учитывают результаты изменения погоды не только в том месте, где расположено здание, а и получают информацию из сети и корректируют работы в зависимости от средне и краткосрочных прогнозов погоды на 1, 3 и 6 суток.

Схемы работы насосов

Второй популярной схемой работы циркуляционного насоса в погодозависимой системе отопления выступает использование его в контуре теплого пола. Установка теплого пола дает возможность поднять температуру в помещении в течение короткого времени. Суть этой схемы заключается в задействовании циркуляционного насоса для прокачки горячего теплоносителя в системе теплого пола в период понижения наружной температуры. Контроллер, считывая показания с датчиков температуры рассчитывает, насколько помещение охладится при понижении наружной температуры. После обработки информации и проведения необходимых расчетов даются команды на открытие клапанов и переход работы насоса в нужный режим. Теплоноситель заполняет коллектор и поступает в лучи теплого пола.

Преимущества этой схемы заключается в быстром создании комфортной температуры в помещении для пребывания в нем, при этом, после прогрева контроллер снова блокирует подачу теплоносителя и переходит в обычный режим работы.

Методика управления погодозависимой автоматикой

Управление отоплением на основании показаний датчиков температуры только внутри дома означает большую инерционность. При резком похолодании, особенно при качественной теплоизоляции, снижение температуры в доме произойдет с заметной задержкой. Когда автоматическая система управления отреагирует, ей придется запускать котел на максимальной мощности, чтобы скомпенсировать падение температуры. При потеплении будет наблюдаться обратный эффект- котел будет выведен на режим малой мощности с запозданием, а в доме наступит жара.

Погодозависимая автоматика управляет работой системы отопления с учетом показаний четырех датчиков. Это позволяет достичь существенной (до 20%) экономии энергоресурсов за счет заблаговременного плавного изменения температурного режима. При этом практически полностью исключаются:

• работа котла в режиме максимальной мощности;
• вредные выбросы в атмосферу на этом режиме;
• заметные перепады температуры в доме;
• неоправданный перерасход топлива при похолодании или потеплении.

Эффективность работы такой системы управления отоплением сильно зависит от выбора т.н. эталонной комнаты, в которой будет установлен внутренний датчик. Если установить его, например, в гостиной, то во время приема гостей, да еще если хозяин решит растопить камин, температура в помещении (и на датчике) резко возрастет. Система воспримет это как управляющий сигнал и снизит мощность котла. А в это время на улице может ударить мороз, в результате чего во всем доме похолодает.

Далее, если гостям станет жарко, они решат открыть окно и проветрить комнату, система воспримет это как сигнал к выведению котла на большую мощность. В комнате станет тепло, а во всем доме – слишком жарко.

Во избежание подобных ситуаций следует тщательно выбирать место для монтажа внутреннего датчика.

Для погодозависимой автоматики для системы отопления нужно правильно подобрать место

При использовании метода прямого контроля инерционность системы чрезвычайно мала, и она мгновенно реагирует на изменение температурного режима коррекцией мощности бойлера. Это не всегда удобно, и поэтому в работу системы вводят дополнительную задержку, чтобы сглаживать эффект от незапланированных кратковременных перепадов внутренних температур.

Управление контроллером осуществляется либо кнопками с его панели, либо с помощью сенсорного дисплея. Современные системы имеют выход в сеть Интернет, ими можно управлять с планшета или смартфона с помощью мобильного приложения. Доступ возможен как из самого дома, так и из дальней поездки. Владелец может изменить алгоритм работы системы, выбрать другую базовую кривую, задать другие базовые значения для внутренней температуры или изменить такую температуру для отдельно взятого помещения.

Преимущества и недостатки

Погодозависимая автоматика позволяет своим пользователям избегать чрезмерного обогрева помещения в период потеплений и заблаговременно избегать нагрузки котлов отопления в период похолоданий.

Представленная система обладает рядом преимуществ, позволяющих осуществлять работу отопления в оптимальном режиме:

• резкие изменения температуры на улице не отражаются на микроклимате помещения;
• максимально экономный расход топлива;
• плавные переходы между режимами работы исключают длительные нагрузки на отопительное оборудование;
• снижается количество вредных выбросов в дымоходную трубу;
• увеличивается срок службы системы отопления.

Установка автоматического контроля над отоплением позволит существенно экономить средства, получать максимальный комфорт и не отвлекаться на самостоятельную настройку режимов отопления.

Однако следует учитывать и недостатки указанного оборудования:

1. Высокая стоимость.
2. Место установки датчика внутри помещения серьезно влияет на общую работу системы.
3. Установка, настройка и ремонт автоматики возможен лишь при посредстве квалифицированных специалистов.

Погодозависимая автоматика отлично управляет отоплением в высотных многоэтажках, чьи фасады доступных всем ветрам. Применение в частном секторе во многом зависит от окружающих условий.