Автоматизация отопления Умного дома

Давно уже удалось достигнуть высокого уровня автоматизации системы «умный дом». Она контролирует практически всё: домовую инфраструктуру, систему безопасности, связь и компьютерную сеть, приборы для развлечений и многое другое

В этой статье будет рассматриваться только управление отоплением. Читатель узнает, в чём преимущества и недостатки такой системы, какую лучше выбрать для частного дома и городской квартиры. А также он получит несколько дополнительных советов по установке.

Почему нужно следить за температурой в доме

В умном доме основная задача отопления — это обогрев, контроль над температурой. Ведь нужно понимать, что случится, если она выйдет за допустимые границы (оптимальная температура в помещении в тёплое время года — от 22 до 25 градусов, температура в холодное время года — от 20 до 22 градусов).

Периодическое переохлаждение опасно для всех. Оно приводит к развитию острых респираторных заболеваний, нарушению работы нервной системы, появлению «холодовой аллергии» (в большинстве случаев с местными кожными высыпаниями). В детских комнатах нужно особенно внимательно следить за температурой, так как ребёнок чувствителен даже к изменениям в несколько градусов.

Перегрев также грозит неприятными последствиями. Во-первых, высокие температуры благоприятны для размножения бактерий и грибков (например, плесени). Во-вторых, это способствует появлению общей усталости, повышенной утомляемости. В-третьих, в случае длительного нахождения при повышенной температуре, возможно нарушение водно-солевого обмена. В-четвёртых, несоответствие нормам приводит к перегреву техники, появлению конденсата и статического заряда на рабочих станциях.

Принцип работы

Некоторые устройства просто помогают поддерживать необходимую температуру и экономить на этом. Более сложным гаджетам задаются специальные алгоритмы действий. Например, они могут автоматически менять температурный режим, ориентируясь на предпочтения владельца, день недели и время суток (ночью температура должна быть ниже для хорошего сна, утром — выше, чтобы легче встать на работу/учёбу).

Также котёл может включаться/выключаться в зависимости от температуры снаружи, в доме или конкретной комнате. Возможно удалённо отключать его для экономии денег и включать его заранее, перед приходом в дом. Это особенно удобно для больших домов, имеющих площадь от 150-200 квадратных метров.

Достаточно настроить систему через компьютер или специальное приложение на смартфоне.

Основные компоненты

Основные компоненты отопления в умном доме — это котёл и радиаторы, датчики и трубы, термостаты и термостатические головки, вентили для радиаторов и контроллер. Функциональность и состав системы могут отличаться в зависимости от модели устройств и способа их соединения.

Ниже перечислены дополнительные элементы, необходимые для успешного соединения с GSM-контроллером, котлом и колодками. Если система «умный дом» уже установлена, нужно обязательно подумать о совместимости приборов с ней.

Дополнительные элементы для соединения:

1. Датчики температуры. Их количество будет варьироваться, но обычно достаточно 2-3 штуки.
2. Датчики утечки газа и датчики задымления. Их наличие необязательно, но очень важно для обеспечения безопасности. Так при их срабатывании будет включен сигнал тревоги, перекрыт газ, отключено электричество, запущена система дымоудаления.
3. Антенна для приема GSM-сигнала, кабель Ethernet или Wi-Fi адаптер (в зависимости от контроллера).
4. Устройство для контроля доступа, например, сканер электронных ключей. Необязательно, но это поможет повысить безопасность умного отопления.
5. Аккумулятор для обеспечения автономной работы всех элементов системы.
6. Соединительные провода и кабели питания.

Также часто используют полы с подогревом, камин и другие отопительные устройства. К ним нужно покупать отдельные датчики и модули управления.

Преимущества и недостатки

Обладатели отопления умного дома отмечают такие преимущества:

1. Температура в помещении будет соответствовать установленным параметрам, даже если хозяину некогда следить за ней.
2. Можно легко проверить количество потребляемой энергии.
3. Расходы на газ и электричество заметно сокращаются. Данные показывают, что среднестатистический пользователь умного дома экономит около 30 процентов в отопительный сезон.
4. Система мгновенно оповещает владельца при обнаружении неисправностей устройств.
5. Имеется возможность сочетать работу нескольких отопительных приборов, управлять ими одновременно.

Среди основных недостатков такого отопления выделяют его высокую стоимость. Можно сэкономить большие деньги, сделав всё своими руками. Но для этого нужно обладать навыками одного из самых квалифицированных специалистов в этой области. Ведь даже не каждый мастер справится с установкой уже купленных устройств и составлением схемы, а произвести дальнейшую настройку и проверку работоспособности сможет лишь профильный специалист. Соответственно, такие же проблемы возникнут при необходимости ремонта системы или замены её элементов. Чтобы избежать этого, необходимо на первом этапе тщательно продумать всю организацию работы.

Вариант №1: для городской квартиры

Жителям многоквартирных домов нужно учитывать, что городская инфраструктура уже наполовину автоматизирована. Например, встречаются тепловые узлы с встроенным механизмом регулировки подачи энергии в квартиру, зависящей от температурного режима на улице.

Также следует взглянуть на общедомовую схему распределения теплоносителя. Если она имеет последовательный характер включения приборов, не получится создать отдельный учёт потребления энергии и самостоятельно регулировать процесс. Остаётся один способ — установить трубу-перемычку и смонтировать автоматику. Но это довольно сложно и затратно.

Больше повезло тем, у кого общедомовая схема допускает параллельное соединение проводников. Для нормальной работы системы, достаточно купить необходимые компоненты (в том числе датчик внутриквартирной температуры), включить термостат на линии подачи теплоносителя. На обратном трубопроводе отопительных приборов встраиваются регулирующие клапаны. Всё это соединяется с контроллером.

Вариант №2: для частного дома

В частном доме хозяева никак не ограничены в своих возможностях, так как у них работает собственная система отопления (чаще всего от котла). Но сложности всё же могут возникнуть. Ведь придётся дополнительно проводить автоматику к котлу, чтобы упростить следующие процессы:

• заполнение топливом;
• контроль над силой горения;
• циркуляция носителя;
• контроль над температурными границами;
• установка таймера работы.

В некоторых случаях для загородного дома необходимо автоматизировать сразу всю котельную установку.

Разновидности систем «умный дом»

Система «смарт хом» может быть проводной или беспроводной, централизованной или децентрализованной. Ниже разбираются преимущества и недостатки каждого вида. Отопление совместимо с любым типом системы, но его стоимость и способ установки будут меняться.

Проводные системы

В проводной системе «умный дом» все датчики, сенсоры и прочие приборы соединяются особым кабелем. Это обеспечивает их бесперебойную работу, без каких-либо задержек.

Проводные системы обладают большим функционалом и возможностью встраивать в них любые гаджеты, в том числе и отопительные. Они не требуют сложного обслуживания, подходят для продолжительного использования. Подключенные приборы не требуют дополнительных блоков питания, замены батареек или аккумуляторов.

Однако этот способ подходит, только если дом ещё строится или ремонтируется. Иначе для скрытой установки кабеля потребуется полностью демонтировать стены и полы.

Также потребуется заранее обдумать, где будут расположены розетки и переключатели.

В конце нужно установить, подключить и настроить блок управления. Естественно, такой масштабный проект потребует больших денег, много сил и энергии на его выполнение.

Беспроводные системы

Сегодня большинство выбирает именно беспроводные системы, производством которых занимаются Xiaomi, Redmon, Broadlink Zamel, HDL и многие другие бренды.

В беспроводной системе «умный дом» приборы подключаются друг к другу с помощью радиосигнала, сети Wi-Fi или Bluetooth. Система обладает меньшим функционалом, но работу автоматизированного отопления поддерживает. Разобраться в настройках сможет даже человек, далёкий от техники. Кабели почти не используются, поэтому стены и полы остаются целыми. Достаточно наметить, где приблизительно будут расположены датчики, сенсоры и другие приборы. Соответственно, стоимость такого проекта будет значительно ниже.

Среди минусов стоит отметить необходимость менять батарейки, аккумуляторы. Также возможны помехи при передаче сигнала, устранить их можно с помощью сетевого фильтра.

Централизованные системы

В централизованной системе «умный дом» управление осуществляется через один дорогостоящий контроллер с большим функционалом, собственной операционной системой и всеми необходимыми разъёмами. Он собирает и обрабатывает сигналы со всех устройств. Это удобно в использовании, так как хозяину дома достаточно просто внести сценарий.

Но нельзя назвать централизованную систему надёжной. Если сломается контроллер, не сможет функционировать вся система.

Децентрализованные (региональные) системы

Децентрализованная (региональная) система «умный дом» — полное противопоставление централизованной. Так, используется несколько контроллеров (один на каждую комнату или один на каждую группу похожих устройств). Они не имеют собственную операционную систему, но каждый из них оснащён личным процессором, памятью и источником электроэнергии. Следовательно, надёжность выше. Если одно из устройств перестанет работать, остальная часть системы продолжит своё функционирование.

Используется протокол KNX, который применяется во всём мире. При желании возможно подключать дополнительные контроллеры для работы с более сложными, нестандартными алгоритмами.

Недостаток заключается в сложности настройки каждого прибора по отдельности. Также функционал меньше, но на работу отопления это никак не повлияет.

Рекомендации по установке

1. Необходимо использовать только качественное оборудование, обращаться к проверенным специалистам. Не стоит экономить на своей безопасности.
2. Важно использовать фильтры, при их отсутствии работа может нарушиться.
3. Нужно заранее обдумать, где будут находиться термостаты. В идеале их должно быть несколько (по одному в каждой комнате).

Развитие технологий помогает повысить комфорт и удобство, упростить выполнение бытовых задач. Одно из доказательств этому — система отопления «умный дом».

Теперь пользователь знаком с её возможностями. Он знает, какие шаги нужно предпринять, чтобы её установить в своём загородном доме или городской квартире. Осталось приобрести нужные устройства и связаться со специалистом.

Видео по теме

Умный Дом на ПЛК: управление климатом

Функция управления отоплением объединяет управление следующими системами:

• Радиаторное отопление (пассивные или с вентилятором)
• Водяной тёплый пол
• Электрические конвекторы
• Электрический тёплый пол
• Кондиционеры
• Вентиляция

ПЛК — это программируемый логический контроллер, который может быть центром системы Умный Дом для квартиры или загородного дома. Примеры ПЛК: EasyHomePLC, Beckhoff, Овен, Wirenboard и много других.

Преимущества системы управления климатом с ПЛК

• Не нужно управлять каждым устройством по отдельности: задаём желаемую температуру, а система её поддерживает, согласовывая работу всех систем
• Управление всеми системами обогрева/охлаждения с одного пульта — смартфона или планшета
• Работа климата по сценариям и по расписанию, возможность перевести весь дом или этаж в экономичный режим или в ночной режим
• Удалённое управление и контроль температуры через интернет,
• Управление климатом раздельно по каждой зоне. Например, в одной комнате любят, чтобы пол был потеплее, а воздух попрохладнее, а во второй — чтобы и пол и воздух были тёплыми.

Теперь о том, как это делается.

В каждой зоне (замкнутом помещении) ставятся датчики температуры воздуха и пола. Для работы в составе системы управления климатом с ПЛК используются датчики температуры воздуха (опционально ещё и влажности) с выносным сенсором температуры пола с выходным сигналом 0-10 вольт постоянного тока. Такой сигнал заходит на аналоговых вход контроллера. Если датчик работает с температурным диапазоном от 0 до +50 градусов, то выход 0 вольт соответствует 0 градусов, а 10 вольт соответствует +50 градусам, характеристика линейна. Есть датчики с диапазоном -50..+50 градусов для улицы или 0..+125 для сауны.

Подготовка для установки датчика воздуха с выносным сенсором пола выглядит так:

В одной рамке с выключателями (то есть, на высоте 900-1200мм) делается дополнительный подрозетник. В подрозетник из щита автоматики ведётся кабель FTP 5 категории (экранированная витая пара). По кабелю будет передано питание 12-24 вольта от блока питания на датчик (2 жилы) и сигнал от 0 до 10 вольт от датчика на контроллер на аналоговый вход. Поскольку ток потребления датчика очень мал, длина кабеля может составлять несколько сотен метров. Аналоговый сигнал может быть искажён наводками, поэтому кабель датчика, как и любой слаботочный кабель, следует монтировать на удалении от силовых трасс.

Выносной сенсор температуры пола подключается к плате датчика температуры воздуха и питается от неё. Сенсор пола опускается в пол в медной трубке или гладкой ПНД трубе диаметром 10-12мм. Гладкие внутренние стенки нужны для того, чтобы в случае необходимости датчик можно было заменить. На плате датчика температуры воздуха может быть также и сенсор влажности воздуха.

Датчики в своих проектах я использую эти. Компактные, устанавливаются в подрозетник с заглушкой, питание 12 вольт, на выходе от 0 до 10 вольт. Есть исполнения для улицы (-50..+50 градусов) и для сауны (0..+125 градусов), есть исполнения с датчиком освещённости или влажности воздуха.

Управление радиатором и водяным тёплым полом

Управление контурами водяного тёплого пола или радиаторами осуществляется за счёт термоприводов, устанавливаемых на коллектор или сам радиатор. Вот коллектор с установленными приводами контуров:

На каждом контуре мы видим привод. Привод может перекрывать подачу воды в контур, что приведёт к его медленному остыванию. Когда температура в помещении опустится ниже желаемой (заданной пользователем с приложения), привод откроет подачу воды в контур. За счёт этого температура воздуха или пола в помещении всегда будет соответствовать желаемой.

Если помещение отапливается одновременно и водяным тёплым полом и радиаторами, необходимо предусмотреть интеллектуальный алгоритм работы приводов, обеспечивающий желаемую температуру воздуха и максимально приближённую к желаемой температуру пола.

Привод может быть установлен и прямо на радиатор, у него стандартное посадочное место М30х1,5 (30мм -диаметр посадочного места, 1,5мм — шаг резьбы). Вот привод на радиаторе:

Лучше, конечно, всегда ставить привод на коллекторе, так как меньше кабеля и не портит вид, но не всегда такая возможность есть. Например, при двухтрубной системе отопления нужно ставить приводы на каждый радиатор, иначе не получится управлять отоплением позонно.

От каждого термопривода тянем кабель МКШ или КВВГ 2х0,75 на выход контроллера. У модуля дискретных выходов контроллера Beckhoff на выходе во включенном состоянии появляется напряжение 24 вольта, ток до 0.5А, то есть, привод может быть подключен напрямую на выход контроллера без промежуточного реле.

Приводы могут быть дискретные (открыто-закрыто) или аналоговые (можно открыть в любое положение). Дискретные приводы подключаются к дискретному выходу контроллера, в этом случае надо выбирать приводы с напряжением питания 24 вольта если дискретный выход даёт 24 вольта, либо 220 — если выход даёт 220, это зависит от контроллера. Привод может быть нормально-закрытым или нормально-открытым, первые ставятся на коллектор тёплого пола (чтобы при отключении контроллера пол не перегревался), вторые — на радиаторное отопление (чтобы при отключении радиаторы не остывали). Либо нормально-открытые приводы и на воздух, и на пол, если только постоянный нагрев пола ничему не навредит.

Аналоговые приводы помимо питания 24 вольта требуют сигнал управления 0-10 вольт, в зависимости от которого они открываются. Управление 0-10 вольт имеет важно преимущество — уменьшение колебания температуры воздуха. Но имеют и ряд недостатков:

• аналоговый привод в несколько раз дороже дискретного
• аналоговый выход контроллера всегда дороже дискретного
• нужен алгоритм ПИД-регулирования, заложенный в контроллер, и его отладка после введения системы в эксплуатацию

В большинстве случаев использование аналоговых приводов не оправдано. При работе с водяными тёплыми полами их использование вообще не имеет смысла, так как тёплый пол очень инертный (очень медленно нагревается и остывает), отклонение его температуры от желаемой не так заметно.

Управление электрическим тёплым полом

Вот схемы управления тёплым полом в классическом варианте и через ПЛК:

Классическое управление — через термостат в комнате. Термостат может быть простой или программируемый (с возможностью задавать время включения и выключения). При управлении с ПЛК термостатов нет, регулирует температуру программа контроллера, а программу задаёт пользователь с планшета-смартфона.

Управление кондиционером

Есть два варианта управления кондиционерами: попроще и посложнее. Попроще — это управление инфракрасными командами через ИК-передатчик, работающий через RS-485. Например, много модели выпускают Icpdas и Wirenboard. Передатчик кладётся на внутренний блок кондиционера (его не видно), команды от него отражаются от стены и попадают на приёмник кондиционера.

После обучения необходимые команды передатчик отправляет на кондиционер. Плюс этого решения — невысокая стоимость и универсальность, подойдёт для любого кондиционера с инфракрасным приёмником. Минус решения — отсутствие обратной связи, то есть, если кондиционер выключен (на него не подаётся питание) или находится в состоянии аварии, то ПЛК не будет знать его состояние, не сможет знать установку температуры кондиционера. Таким образом управлять можно не только кондиционером, но и аудио-видео техникой, имеющей ИК-пульты.

От передатчика в щит тянем кабель FTP, по которому передаётся питание передатчика (обычно 12 или 24 вольта) и две жилы на RS485. Либо звездой (от щита на каждый блок отдельный кабель), либо шлейфом (от щита последовательно обходим все блоки кабелем). Я обычно предпочитаю звездой, так надёжнее. И удобнее вести кабель вместе с кабелями питания блоков от щита.

Более дорогое и качественное решение вопроса — использовать шлюз внутренней шины кондиционера на протокол RS485 ModBus. От каждого внутреннего блока кондиционера тянем управляющий кабель FTP для RS485. Но в этом случае обычно нужны ещё блоки-переходники с кондиционера на шину. Например, для кондиционеров Mitsubishi используется блок Intesis Box ME-AC-MBS-1, нужен для каждого внутреннего блока, стоит от 400 долларов. Есть аналогичные блоки на Daikin и другие кондиционеры. Иногда (обычно при использовании промышленных кондиционеров), можно поставить один модуль ModBus на все кондиционеры, например, есть блок на 48 блоков Mitsubishi Heavy, стоит от 4 тысяч долларов.

При связи контроллера с программным обеспечением EasyHome с кондиционером система кондиционирования включается в алгоритм терморегулирования, то есть, в зависимости заданной пользователем температуры и текущей температуры в помещении контроллер сам определяет режим работы кондиционера (обогрев или охлаждение), управляет мощностью. При полном управлении по ModBus будет также работать считывание ошибок кондиционеров.

На оба варианта управления кабель монтируется одинаково: витая пара до каждого внутреннего блока, ведь в обоих случаях управление по RS-485 либо кондиционерами, либо ИК-передатчиками.

Для систем Умного Дома, которые не поддерживают работу с ModBus, возможен только вариант управления через ИК-передатчики. Например, все беспроводные системы (включая Z-Wave, Fibaro).

121,912 просмотров всего, 162 просмотров сегодня