Автоматизация системы отопления в многоквартирном доме

Автоматизация системы отопления в многоквартирном доме в последнее время стала очень популярной. Вызвано это тем, что тарифы постоянно расту. Погодозависимая автоматика, позволяет экономить энергозатраты и поэтому становится востребованными.

Автоматизация системы отопления многоквартирного дома – это средство регулирования микроклимата в помещениях при температурных изменениях на улице. Как показывает практика, эти устройства системы отопления многоквартирного дома действительно полезны в регионах, где зимой случаются частые суточные перепады температур.

Подобные устройства оснащены программами, позволяющими заранее устанавливать необходимые параметры. Например, при — 10 нагрев батарей доходит до одного уровня, но когда на улице температура падает до -15 градусов – до другого, более горячего, и наоборот.

Там, где температурный режим зимой не подвержен резким перепадам, а держится примерно на одном уровне, погодозависимая автоматика не востребована.

Автоматизация системы отопления: экономическая эффективность.

Проблема экономного расходования тепловой энергии в системах отопления многоквартирных домов в связи с ростом цен на энергоносители и соответственно платы за предоставление тепла приобретает все более весомое значение. В новом строительстве устанавливаются автоматизированные системы отопления. Автоматическое регулирование температурных параметров теплоносителя, установка в индивидуальном тепловом пункте дома автоматизированного узла управления.

В домах старой постройки проблема рационального использования тепла практически не решается, во-первых, из-за отсутствия технического и экономического обоснования необходимых работ, во-вторых, из-за нехватки или отсутствия финансовых ресурсов.

Хотя, самая большая статья расходов в платежах за коммунальные услуги это плата за отопление и горячие водоснабжение, она составляет около 60%. Производится в каждом месяце независимо от отопительного сезона. Это очень внушительная сумма, а тем более в регионах, где холодно большую часть года.

В связи с этим, особенно актуальной является задача, повышения эффективности работы существующих систем отопления и водоснабжения в многоквартирных домах. Одно из перспективных решений данной проблемы является установка приборов учета и внедрение автоматизированной системы отопления и регулирования, которая будет исключать необоснованный перерасход тепловой энергии.

Установка узла учета тепловой энергии позволяет перейти к расчетам за фактическое потребление энергии, а система автоматического регулирования тепла осуществляет сбережение тепловой энергии. Целью применения системы автоматизации и регулирования отопления является управление процессом пользования тепла согласно наружной температуре воздуха.

Это выполняется посредством повышения или понижения интенсивности потока носителя тепла в многоквартирных домах. Данный процесс зависит от реальных потребностей помещения в тепловой энергии в конкретный момент.

Применение автоматизированной системы отопления позволяет выделить следующие факторы экономии:

• Снятие вынужденных «перетопов» в переходные, межсезонные периоды. Применение систем регулирования температуры отопления на тепловых пунктах позволяет достигнуть 30-40 % экономии в эти периоды отопления. Актуальность регулирования подачи теплоносителя в межсезонный период повышается в силу повышения общего значения положительных температур наружного воздуха в осенне-зимний период.
• Снятие влияния на потери тепла инерции тепловой сети. Это значит, что температура в сетях не может быстро изменяться. Во многих районах России разница между дневными и ночными температурами может достигать 10-20 С. Тепловой инерции здания, как правило, не хватает для компенсации этих изменений. В результате, возможны «перетопы» в дневные часы. Следовательно, потери тепла или «недотопы» в ночные часы, что приводит к перерасходу более дорогой электроэнергии за счет включения бытовых нагревательных приборов. Этот фактор можно оценить только ориентировочно, в пределах 3-5 % общего теплопотребления.
• Коррекция температурного графика по фактической производительности приборов отопления. То есть корректирование проектного температурного графика отопления здания с учетом устранения запасов, которые закладывают проектировщики при определении необходимой площади отопительных приборов. Эффект экономии от автоматизации теплового пункта в данном случае может составлять от 7 до 15 %.
• Экономический эффект за счет применения графика качественного регулирования. При качественном регулировании все помещения находятся по теплу в равных условиях. Следовательно, может быть применено глубокое регулирование с наибольшим экономическим эффектом (вышесказанное относится к гидравлически отрегулированным системам). Так, к примеру, один градус перегрева в помещениях (т. е. 21°С вместо 20°С) равносилен почти 7 % потерь.

Таким образом, можно сделать выводы, что переход на автоматизированную систему отопления достаточно эффективен с экономической точки зрения. Низкие сроки окупаемости позволяют отнести этот способ экономии энергии к малозатратным и быстроокупаемым.

Погодозависимая автоматика: как она устроена.

Система управления отоплением на основе текущих погодных условий состоит из нескольких основных компонентов:

• управляющий контроллер;
• датчики температуры;
• элеватор, или регулирующий клапан с насосом.

Принцип работы контроллера основан на анализе данных с четырех температурных датчиков:

• внутри дома;
• снаружи;
• на прямом трубопроводе;
• на возврате.

При увеличении или уменьшении температуры на улице контроллер дает команду исполнительным механизмам на закрытие или открытие и соответственно увеличение или уменьшение поступления горячей воды из тепловой сети. Автоматика анализирует все данные и по специальным алгоритмам рассчитывает необходимую температуру.

Алгоритм поддержания температуры в зависимости от температуры на улицы в многоквартирных домах уже встроен в автоматику контроллера. Его необходимо подстроить в зависимости от того какой дом. Допустим, дом кирпичный с толстыми стенами или панельный, у которого стены холодные. В старые панельные дома, очень не выгодно ставить теплосчетчики, у них очень холодные стены и вместо ожидаемой экономии, вы будете платить больше. Поэтому если в панельном доме стоит теплосчетчик, то чтобы экономить, необходимо установить погодозависимую автоматику.

Поддерживать определенную температуру в доме можно в зависимости от температуры в какой то одной из ее квартир, а в квартире в одной из комнат. Это должна быть средняя температура, и колебания ее должны быть минимальными. Лучше всего под эти условия подходит спальня или детская комната.

В процессе работы контроллер периодически, с определенным интервалом времени, опрашивает датчики температуры, измеряющие температуру теплоносителя, наружного воздуха и (или) воздуха внутри помещения при его наличии.

При увеличении или уменьшении температуры на улице контроллер дает команду исполнительному механизму элеватора (шаговому двигателю) на закрытие или открытие и соответственно увеличение или уменьшение поступления теплоносителя из тепловой сети. Шаговый двигатель приводит в движение конусную иглу, которая, перемещаясь, уменьшает или увеличивает площадь прохода теплоносителя.

В результате в элеватор и соответственно в систему отопления квартир поступает больше охлажденного (использованного) теплоносителя из обратного трубопровода, если необходимо уменьшить температуру. Или меньше, если необходимо температуру в систему отопления дома увеличить.

Если вы решили датчик воздуха в помещении не устанавливать, автоматизированная система отопления поддерживает температуру по температурному графику.

Автоматизированная система отопления гарантированно окупается в многоэтажных домах и больших коттеджах. В небольших частных домах экономическая эффективность сильно варьируется в зависимости от местных условий.

Ручные и погодозависимые системы управления отоплением

Зачем использовать современную погодозависимую автоматику для управления отопительным котлом? В чём её преимущества? Рассмотрим основные существующие системы, познакомимся с протоколом OpenTherm и модулирующими газовыми горелками.

Ручное управление отопительным котлом

До определенного момента самым распространённым способом управления отопительным котлом было ручное регулирование температуры теплоносителя (многие котлы до сих пор управляются именно так). Автоматизация была простая – встроенный в котёл термостат вручную настраивался на определенную температуру циркулирующего в системе теплоносителя, например, 50°С.

Но ручное управление эффективно только при стабильных внешних условиях. Допустим, что необходимо поддерживать определенную температуру в помещении – 23°С. При достижении температуры теплоносителем в 50°С термостат подаст команду на выключение газовой горелки, а если температура понизится – то на включение. Этот циклический процесс объясняет «волнистость» оранжевого графика температуры теплоносителя и зеленого графика комнатной температуры. Если на улице резко похолодает, а термостат продолжит работать в прежнем режиме (50°С), то температура в помещении неизбежно понизится. Для исправления этой ситуации требуется участие человека, который должен повысить значения температуры теплоносителя до более высоких значений.

Минусы этого способа регулирования налицо – это вовлечённость человека в работу системы отопления и непрерывная работа автоматики розжига горелки.

• Высокая точность поддержания стабильной температуры в доме при неизменной температуре на улице;
• Не нужно доплачивать за автоматику управления, т.к. она входит в стоимость котла.

• Необходимость постоянной ручной регулировки температурного режима работы котла;
• Из-за постоянно работающего насоса происходит повышенный расход электроэнергии;
• Частые циклы включения/выключения быстрее изнашивают автоматику котла.

Управление котлом при помощи комнатного термостата

Другой популярный и более современный способ регулировать работу отопительного котла и исключить участие человека из этого процесса – применение в отопительной системе релейного комнатного термостата.

Термостат – это прибор, который измеряет температуру в жилом помещении и, в зависимости от окружающей среды и заданного значения температуры, управляет включением и выключением газовой горелки котла. Однако инерционность тепловой системы вызывает большие задержки в реагировании на команды комнатного термостата. И часто температура в жилом помещении существенно отличается от заданной (в сторону повышения или понижения), что и отображается на зеленом графике комнатной температуры в виде появления красных (перегрев) и синих (недогрев) сегментов.

Следует заметить, что для более быстрого нагрева на котле выставляют более высокую температуру теплоносителя (в нашем случае 80°С). Отсюда и некая «серповидность» формы оранжевого графика – мы видим быстрый нагрев до 80°С, а затем отключение горелки и постепенное остывание до момента, когда комнатный термостат снова подаст команду на включение горелки. Если уличная температура будет понижаться, то термостат будет чаще включать горелку, и нижняя граница температуры теплоносителя (красная точка «ВКЛ.» на оранжевом графике) будет расти, что компенсирует понижение внешней температуры. Таким образом, с помощью термостата стало возможным стабилизировать комнатную температуру без участия человека, хотя и возможны кратковременные циклические «перегревы» и «недогревы».

При использовании релейного термостата автоматика розжига работает значительно реже, чем при ручном управлении, но из-за высокого порогового значения температуры теплоносителя происходит перерасход газового топлива. Этот недостаток можно компенсировать усовершенствованием комнатных термостатов. Так, современные программируемые модели этих приборов позволяют задавать различные суточные и недельные режимы работы. Например, температуру в комнатах ночью можно понизить, а днём – повысить. Аналогично в будни и выходные дни. Гибкий график необходимой температуры позволяет добиться значительной экономии газа.

• Исключение участия человека из процесса регулировки работы котла;
• Уменьшение количества циклов включения/выключения котла, что благотворно влияет на срок службы автоматики розжига;
• Экономия электричества за счёт автоматического отключения насоса при выключенной горелке.

• Затраты на покупку и монтирование термостата;
• В помещении вероятны заметные колебания температуры воздуха.

Протокол OpenTherm, модулирующие горелки и погодозависимая автоматика

В наше время самые современные и высокотехнологичные системы управления отоплением – оборудование, поддерживающее протокол OpenTherm.

Есть три главных особенности, отличающие приборы с OpenTherm от приведённых выше примеров.

Управление модуляцией пламени

Модуляция пламени – регулирование мощности нагрева. Создание новых газовых котлов с горелками, управляющими модуляцией пламени, способствовало появлению новых возможностей в организации более эффективной и экономичной работы систем отопления. При слишком большой мощности происходит частое включение и выключение котла (тактование), а при малой – достижение заданной температуры делается невозможным. Поэтому наилучшей модуляцией пламени считается уровень горения, при котором котёл не выключается, но при этом достигнуто заданное значение температуры. Ни один из описанных выше способов управления котлом не может управлять модуляцией пламени. Для работы с новыми горелками был придуман протокол OpenTherm, позволяющий эффективно наладить связь между возможностями новых горелок и современной погодозависимой автоматикой и электроникой.

Работа с автоматикой

Можно сказать, что OpenTherm – это мост, проложенный между производителями котлов и производителями прочей автоматики и электроники. Единый протокол стандартно описывает все основные команды по работе с модулирующими горелками. Это позволяет подключить к нему самое разнообразное оборудование: от термостата до программируемых термоконтроллеров, к которым может быть присоединено до 10 термодатчиков. Современные термоконтроллеры – это программируемые приборы, обрабатывающие показания термодатчиков, расположенных как в различных зонах отапливаемого объекта, так и на улице. Теплоконтроллер поддерживает заданную температуру и может её изменять в зависимости от команд пользователя, времени суток или дня недели. Анализируя полученные данные температуры снаружи и внутри помещения, контроллер задает погодозависящий режим работы для модулирующей горелки котла и насосов.

На графике мы можем видеть, что горелка практически не выключается, а только меняет интенсивность своего горения. При этом вне зависимости от внешних условий, график целевой температуры практически не меняется и лежит в границах гистерезиса теплосистемы. Также преимущества этой системы управления – это заметное повышение срока службы горелки и значительная экономия газового топлива.

Доступ к настройкам автоматики и фиксирование ошибок

Помимо прочего, протокол OpenTherm предоставляет возможность получить полный доступ к настройкам автоматики котла и произвести их изменение с любого управляющего устройства (смартфона, планшета или стационарного компьютера). Также протокол предоставляет владельцу отопительного оборудования, а также обслуживающему персоналу всю информацию об ошибках, произошедших при работе теплового оборудования.

• Минимальный расход топлива по сравнению с другими методами управления;
• Минимальное колебание температуры воздуха в доме вне зависимости от температуры на улице, что обеспечивает максимальный комфорт;
• Корректировка температуры идёт за счёт изменения модуляции пламени горелки, что минимизирует количество циклов включения/выключения;
• Возможность удаленного мониторинга состояния котла и изменения его настроек.

• Более высокая цена по сравнению с другим оборудованием, что компенсируется за счёт экономии газа.

Теплоинформатор TEPLOCOM CLOUD

Теплоинформатор TEPLOCOM CLOUD способен реализовать новые технологии по управлению системой отопления. Его функции выходят далеко за рамки обычного поддержания заданной температуры в доме. На основе «облачной технологии» в нём реализован механизм передачи информации от подключенного оборудования и удалённое управление им через смартфон.

Возможности теплоинформатора TEPLOCOM CLOUD:

• Информирование об авариях и состоянии системы отопления. Управление котлом через смартфон из любой точки мира.
• Постоянный контроль состояния газового котла, температуры на улице и в доме, температуры теплоносителя, возникновения протечки, наличие сети 220В. Существует возможность подключения контактных датчиков для дополнительного оповещения.
• Управление температурой производится в зависимости от уличной температуры по технологии WeatControl, что минимизирует колебание температуры в доме в течение дня.
• Индивидуальное расписание комфортной температуры на всю неделю.
• Возможность размещения до 10 беспроводных датчиков температуры в радиусе 300 метров.
• Снижение потребления газа до 30% и борьба с вредными выбросами в атмосферу благодаря сокращению образующегося углекислого газа.
• Бесплатные приложения для работы с TEPLOCOM CLOUD на Android и iOS.
• В комплект поставки входит: теплоинформатор, беспроводный радиодатчик температуры, датчик протечки, уличный датчик температуры, датчик температуры теплоносителя, GSM SIM карта, встроенная Li-ion батарея.