Автоматизация системы горячего водоснабжения

В современном мире горячее водоснабжение (ГВС) является неотъемлемой частью удобства и комфорта в доме, коттедже или офисном здании. К сожалению, централизованная подача горячей воды обычно отсутствует в сельской местности, отдалённых коттеджных поселках, личных домах, офисных зданий и промышленных объектов, удалённых от центральных коммуникаций. В этом случае решение задачи по автоматизации горячего водоснабжения обычно связано с применением накопительного бойлера косвенного нагрева, либо нескольких бойлеров. Ёмкость такого бойлера варьируется обычно от 100 литров и может доходить до 1000 литров и даже более. Теплоноситель (умягчённая вода системы отопления, либо, что реже — антифриз) с более высокой температурой, циркулирует через теплообменник (обычно змеевик) внутри этого бойлера и передает тепловую энергию воде, находящейся под давлением внутри бойлера. После нагревания вода внутри бойлера с необходимой температурой (как правило от +40 до +60 градусов Цельсия) подаётся к потребителю. Практика показала, что применение двухконтурных котлов, несмотря на компактность, имеет тот существенный недостаток, что при возможном выходе из строя узла контура ГВС, котёл становится неработоспособным — это нарушает нормальную работу системы отопления и является полностью недопустимым в зимний период времени. Поэтому одноконтурный котел системы отопления, работающий в связке с бойлером косвенного нагрева, является более надежной комбинацией.

Необходимо отметить, что большинство бойлеров косвенного нагрева, как правило, имеют электромеханический термостат, настроенный либо на фиксированную целевую температуру воды ГВС, либо имеется возможность ручной установки этой температуры в определённом диапазоне значений. Недостатками работы бойлера, управляемого термостатом, являются: ограниченное количество циклов реле, низкая точность измерения температуры, отсутствие гибких настроек, невозможность автоматической дезинфекции воды ГВС, отсутствие индикации и т.д. Поэтому в Европе компании изготавливают и предлагают современные цифровые терморегуляторы для автоматизации систем горячего водоснабжения, устраняющие вышеперечисленные недостатки. Однако, главным недостатком зарубежной автоматики ГВС является их высокая цена, которая обычно начинается от 250 Евро. Нередко излишняя функциональность зарубежных устройств автоматики и сложность настроек, приводят к тому, что большинство рядовых потребителей не могут самостоятельно установить и настроить такие системы. Отметим также, что покупка импортных изделий для автоматизации систем горячего водоснабжения является инвестированием в западные компании, но не в экономику нашей страны.

Эскиз. Схема подключения контроллера ТРЦ-02 в систему горячего водоснабжения.

Автоматизация работы системы горячего водоснабжения с помощью дифференциального регулятора температуры ТРЦ-02 (полностью российская разработка и изготовление) позволяет обеспечивать необходимую и достаточную потребность в горячей воде с заданной температурой, при этом отпадает необходимость как в ручном регулировании системы ГВС, так и ручной дезинфекцией бойлера. Готовый комплект автоматики для системы горячего водоснабжения показан на Фото 1. Предлагаемое устройство обладает высокой надежностью, необходимой функциональностью и доступной ценой.

Фото 1. Готовый комплект автоматики для системы горячего водоснабжения.

Видео. Презентация контроллера ТРЦ-02.

Для одного из объектов недвижимости, удалённом от центральных коммуникаций, с целью автоматизации его системы горячего водоснабжения был применён бойлер косвенного нагрева, с гидравлическим подключением к имеющейся автономной системе отопления, устройством автоматизации был выбран российский простой и надежный регулятор температуры ТРЦ-02 с функцией автоматической дезинфекции горячей воды. На фото [см. Фото 2] показан бойлер Drazice с разобранным электрическим нагревательным элементом (ТЭН) и штатным термостатом.

Фото 2. Бойлер косвенного нагрева Drazice с разобранным ТЭН и штатным термостатом.

Керамический нагревательный элемент бойлера Drazice был проинспектирован с целью его дальнейшего подключения к мощному выходу дифференциального регулятора температуры ТРЦ-02 [см. Фото 3].

Фото 3. Керамический нагревательный элемент ТЭН бойлера Drazice

Цифровые датчики температуры, входящие в полный комплект дифференциального терморегулятора ТРЦ-02, были установлены в соответствующие герметичные гильзы [см. Фото 4].

Фото 4. Бойлер ГВС с цифровыми датчиками температуры ТРЦ-02.

Гидравлическая проверка бойлера косвенного нагрева с подключенным контроллером ТРЦ-02 показана на Фото 5.

Фото 5. Бойлер косвенного нагрева Drazice под избыточным давлением воды, подключенный к контроллеру ТРЦ-02.

Монтаж терморегулятора ТРЦ-02 для автматизации системы горячего водоснабжения объекта осуществлялся в корпус на DIN-рейку и продемонстрирован на Фото 6; на DIN-рейку слева направо установлено: УЗО [устройство защитного отключения] с током утечки 30 мА, автоматический выключатель C16 с номинальным током 16 Ампер, устройство для индикации напряжения, рабочего тока и потребляемой мощности и собственно дифференциальный регулятор температуры ТРЦ-02. К его мощному выходу был подключен ТЭН, а к маломощному выходу — циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя от котла через змеевик бойлера. Российский дифференциальный терморегулятор ТРЦ-02 обеспечил необходимую и достаточную автоматизацию системы горячего водоснабжения.

Фото 6. Окончательный монтаж терморегулятора ТРЦ-02 для автоматизации системы горячего водоснабжения.

Система автоматического регулирования водоснабжения: приборы для контроля и обеспечения рабочих параметров сети

Индивидуальный тепловой пункт в многоэтажном доме

Любая система подачи воды на объект, представляет собой сложный механизм, состоящий их нескольких блоков оборудования, соединённого в единый «организм». И чем более слажена работа всех элементов системы, тем она надёжнее и экономичнее с точки зрения энергопотребления.

Обеспечивать координацию всех подключенных друг к другу приборов, и помогает автоматическая система. Просмотрев видео в этой статье: «Отопление, водоснабжение, регулировка», а так же ознакомившись с самой статьёй, вы сможете прояснить для себя многие вопросы.

Для чего нужна регулирующая система

Набор приборов и оборудования, участвующего в обеспечении водой сети, зависит от её масштабов. Кроме самих трубопроводов и насосных агрегатов, это могут быть водоприёмники, станции обезжелезивания и станции повышения напора.

Обратите внимание! Основной задачей проектировщиков, является оборудование таких систем автоматикой, которая могла бы обеспечить их слаженную работу. В этом нуждаются не только системы водоснабжения (централизованные или локальные), но и канализационные насосные станции, очистные сооружения, системы орошения и полива, пожаротушения.

Возможности автоматики

Автоматизация даёт возможность:

• Контролировать интенсивность их работы;
• Организовать её в наиболее экономичном режиме;
• Вести управление из одной точки;
• Отслеживать характеристики воды;
• Осуществлять регулирование температуры (горячее водоснабжение централизованное);
• Обеспечить бесперебойную работу системы в целом, не смотря на выход из строя какого-то одного участка.

Комплектность приборов для управления

В зависимости от структуры системы водоснабжения в целом, для её автоматизации в том или ином составе может применяться оборудование, основной набор которого вы видите на фото в представленной ниже галерее.

• Прежде всего, это различные датчики, с помощью которых осуществляется регулировка процессов и выявление неполадок в системе.
• Регуляторы помогают преобразовать один параметр в другой, более удобный.
• Блок (модуль) ввода обрабатывает данные приборов, преобразует полученную информацию в нужный формат, и поставляет её на контроллер.
• Именно контроллер, который представляет собой мини-компьютер, на основании полученных данных, управляет технологическим процессом.
• Сигнал от контроллера подаётся на исполнительный механизм, которым и является насос, либо пневматический или гидравлический привод.

Обратите внимание! Естественно, что все приборы по своим возможностям подбираются по параметрам и мощности системы, а потому существуют бытовые и промышленные варианты.

Вариант организации автоматического контроля системы водоснабжения

В системах с диспетчерским управлением, информация с периферии на центральный пункт может передаваться как через спутниковую связь или беспроводной интернет, так и через радиоканал или мобильную связь. Именно так организуется автоматизация глубинной скважины, а визуально это выглядит примерно как на картинке сверху.

Преимущества автоматических насосных установок

Вполне естественно, что требования к автоматике, включаемой в комплектацию насосных установок, формируются с учётом их назначения:

• Чаще всего, это обеспечение определённых пределов давления, расход воды и её температура.
• Важно так же, чтобы в случае аварийного отключения рабочего насоса, мог активизироваться насос резервный.
• Нередко возникает необходимость записи рабочих параметров системы, а так же сигнализация, которая позволит осуществлять контроль над её работой дистанционно.
• Особенно это касается систем подачи горячей воды в системы отопления, так как при несанкционированной остановке насоса, напор теплоносителя падает резко, что влечёт за собой и снижение температуры. Вот эта зависимость и лежит в основе системы автоматизации.

Автоматическое регулирование температуры горячего водоснабжения обеспечивается так. Сразу после наноса, на нагнетательном трубопроводе, устанавливается регулятор давления, которому задаются минимальный и максимальный пределы.

Если насос по какой-то причине остановится, магнитный пускатель его двигателя отключается. Начинает светиться сигнальная лампочка, и одновременно, запускается в работу резервный насос. Поэтому в любой автоматической установке насосов, как минимум, два (один только в бытовых моделях). Приведём для примера универсальный вариант установки с двумя насосами, который показан на фото снизу.

Автоматическая установка (АНУ) для систем отопления, подачи горячей и холодной воды

Подобные агрегаты используют в сельском хозяйстве, промышленности, объектах ЖКХ. Такая установка предназначена не только для систем холодного водоснабжения, но и для горячей воды и отопления. А потому, может перекачивать воду с температурой +70 градусов.

Посредством автоматических установок нередко осуществляется частотное регулирование водоснабжения, так как двигатели насосов могут быть оснащены преобразователем частот. В данном случае, они могут регулироваться в диапазоне 10-50Гц. Чтобы понять все преимущества такого регулирования, требуется сделать небольшое отступление.

Достоинства частотного регулирования

Преобразователи частоты, или как их ещё называют, частотные реле, в насосной технике получили наибольшее распространение. Их основным преимуществом является возможность снизить энергопотребление насоса до минимума.

Суть работы такого преобразователя, заключается в уменьшении количества оборотов двигателя при небольшой нагрузке. Соответственно, чем ниже частота вращения, тем меньше мотору требуется энергии. Таким образом, удаётся снизить уровень её потребления до 30-40%.

• Преобразователь частоты может быть встроенным – то есть, располагаться внутри корпуса насоса. Такое исполнение характерно для погружных насосов. На поверхностных насосах, частотник может закрепляться с внешней стороны корпуса, для чего на нём предусмотрено специальное посадочное место. Если насос оснащён ПЧ, инструкция производителя обязательно содержит соответствующее уведомление.
• Но надо сказать, что далеко не каждая модель оснащена таким прибором. Чаще всего, потребителю приходится своими руками подключать к системе отдельное частотное реле. Это не единственная сфера применения данных приборов, поэтому их производство никак не связано с производством насосного оборудования.
• Преимуществом внешних преобразователей является то, что они способны регулировать работу насосов любой мощности. А ещё, при выходе из строя внешнего ПЧ, насос продолжает работать, тогда как насос со встроенным преобразователем, теряет свою работоспособность.

Датчик давления для систем подачи воды

Температурный электронный датчик

Но всё же, самой распространённой является схема, основной задачей которой состоит поддержание постоянного напора в сети. А зависит он, опять же, от количества оборотов двигателя насоса, контролируемого частотным преобразователем. Если давление постоянное, то и давление в трубопроводе будет неизменным.

Не только сети холодного водоснабжения, но и системы отопления, кондиционирования, горячего водоснабжения, отличаются переменным расходом — когда разница между фактической и пиковой нагрузкой довольно значительна. А в домах и объектах социального назначения, это вообще происходит регулярно, так как объём разбираемой воды зависит от выходных и праздничных дней, времени суток.

Схема водоснабжения с частотным преобразователем

Перерасход электроэнергии получается тогда, когда расход падает, а двигатель насоса продолжает работать на полных оборотах. Именно с помощью преобразователя частот, их можно снизить, уменьшив тем самым и расход электроэнергии. А вот там, где график расхода ровный, и раздача воды из системы всегда осуществляется в одинаковом режиме, смысла в использовании ПЧ нет вообще.

Автоматический контроль систем отопления и горячего водоснабжения

Невозможно чувствовать себя комфортно там, где нет горячей воды – а тем более, если это ваше жилище. Тем не менее, централизованная подача горячей воды во многих населённых пунктах является пределом несбыточных мечтаний.

• Поэтому, о горячей воде и отоплении хозяевам домов, владельцам хозяйств и руководителям небольших провинциальных предприятий, приходится заботиться самостоятельно. Для них, система автоматического регулирования горячего водоснабжения – вопрос важный, требующий поиска оптимального решения.
• В автономных системах отопления, которые могут быть неразрывно связаны с системой подогрева воды, присутствует котёл. Это печь, которая, собственно, и обеспечивает нагрев. Кроме того, в сеть внедряется один или несколько бойлеров косвенного нагрева, ёмкость которых составляет не менее 500л.
• Для систем отопления, в качестве теплоносителя может использоваться не только вода, но и антифриз, который циркулирует через теплообменник. Именно в нём температура воды поддерживается на необходимом уровне, после чего она подаётся на бойлер и далее – в сеть. Поэтому без регулятора температур здесь не обойтись.

Установка регуляторов температур на теплообменнике

Здесь опять же, позволяет экономить автоматика. Установить теплообменник можно хоть в квартире — и тогда, при условии установки регулирующих приборов, у хозяина появится возможность влиять на температуру в помещении.

Отдельный теплообменник всегда лучше, чем встроенный в бойлер, так как возможностей для регулирования гораздо больше.

Бойлер управляется термостатом, у которого отсутствует широкий диапазон настроек, нет индикации, да и точность температурных измерений не на высоте. Поэтому, производители предлагают сегодня высокоточные цифровые терморегуляторы для систем горячего водоснабжения.

Что такое тепловой пункт

Для удобства регулирования температуры горячей воды – даже подаваемой централизованно, можно установить и тепловой пункт. Что это вообще такое?

Обратите внимание! ТП – это комплексное, располагающееся обособленно устройство, состоящее из нескольких элементов, которые могут обеспечить присоединение к сети, распределение теплоносителя и регулирование его параметров, а так же управление процессом потребления тепла.

Ели речь идёт о снабжении горячей водой микрорайона, то внутри него предусматривают центральные пункты (ЦТП), которые располагаются в отдельно стоящих помещениях. А вот для отдельных зданий, оборудуется ИТП – индивидуальный пункт, который находится в техническом подполье или на чердаке.

ИТП для бытового использования

Чем меньше здание, тем более компактным будет ИТП – вплоть до того, что он может представлять собой вот такую систему приборов, установленную на мобильной металлической раме, которую вы видите на фото. Удобнее всего, такой тепловой пункт подключить к системе закрытого типа.

Если в качестве теплоносителя используется вода, в перечне оборудования ИТП будут присутствовать:

• Циркуляционные насосы;
• Повысительный насос;
• Теплообменник;
• Аккумулирующая ёмкость;
• Приборы для контроля параметров теплоносителя;
• Регулирующие приборы (например: датчик давления, контроллер);
• Устройство, защищающее систему от образования накипи;
• Расходомер.

При подаче на ИТП холодной воды, она разделяется на два потока. Один, оставаясь холодным, сразу проступает к потребителю. Второй поток подогревается до нужной температуры, и циркулирует в замкнутом контуре, обогревая помещения. Потери тепла постоянно восполняются за счёт подогрева, за счёт чего температура в доме остаётся постоянной.

Подобное регулирование системы горячего водоснабжения наиболее эффективно. А если задействовать его при централизованной подаче воды, то вы сможете платить не по усреднённым показателям, по которым делают расчёты жилищные конторы, а по факту потребления. А это, поверьте, заметно снизит ваши расходы на отопление.

№ п/п	Частотное регулирование позволяет	Приборы, дополняющие схему
1.	Поддерживать в системе либо постоянное давление, либо, если это необходимо – его перепад. Для этого требуется установить соответствующий датчик (нормализации или перепада давления).
2.	Поддерживать постоянный расход воды, для чего в систему внедряется электронный прибор, называемый расходомером.
3.	Поддерживать постоянную температуру или её перепады. Здесь требуются датчики температур.