Системы автоматического регулирования

Даже в достаточно «теплых» регионах нашей страны отопительный сезон составляет не менее семи месяцев, а где и все девять, и залог комфортного проживания в квартире или доме — эффективная система отопления. И в это понятие входит не только надежность оборудования и его достаточная мощность, но и экономичность, а этот параметр в большой степени зависит от управления отоплением. Сравнительно недавно не было альтернативы ручному управлению и регулированию, сегодня же активно применяются системы автоматического регулирования, что гораздо удобнее и выгоднее. В этой части курса Академии FORUMHOUSE при помощи специалиста компании REHAU, рассмотрим:

• Преимущества автоматического управления отопительными системами
• Функционал и компоновка автоматических систем управления
• Особенности систем управляющей автоматики

Преимущества автоматического управления отопительными системами

Современные отопительные системы преимущественно панельного, либо панельно-лучистого типа. Это радиаторы, комбинация теплого водяного пола с радиаторами или только теплый пол. Настроить и поддерживать желаемые параметры отопления можно вручную – с помощью встроенных насосно-смесительных узлов. Особенно, если напольный подогрев частичный. Ручная регулировка по собственным ощущениям температуры в помещениях и степени нагрева отопительных элементов обеспечивает нормальную работу системы. Но полностью раскрыть ее потенциал такой способ управления не способен. Необходимо учитывать и высокую тепловую инерционность теплого пола, из-за которой выход на заданный режим происходит медленнее, чем в радиаторных системах, что дополнительно снижает удобство ручной балансировки.

Тогда как автоматическая настройка и управление обладает рядом преимуществ.

Автоматические системы управления отоплением (охлаждением) обеспечивают точную настройку рабочих параметров с учетом потребностей владельцев и поддержание заданного режима в течение всего периода использования. Они позволяют полностью задействовать функционал оборудования, повысить уровень комфорта и значительно сократить затраты на отопление. По сравнению с ручной настройкой экономия составит до 20%.

Еще одним достоинством автоматики является защита напольных покрытий – система не допустит повышения температуры теплоносителя выше ограничения. Превышение рекомендованной температуры на поверхности пола может вызвать порчу напольного покрытия. Контролируя работу системы напольного обогрева можно не только создать комфортные условия, но и надолго сохранить отличное состояние отделочных материалов.

Функционал и компоновка автоматических систем управления

Автоматическая регулировка в контурах осуществляется посредством повышения или снижения интенсивности работы отопительного оборудования, что позволяет оптимизировать энергопотребление. Помимо повышения энергоэффективности подобные системы предоставляют повышенный комфорт для пользователей.

Базовая система компонуется всего несколькими элементами.

• Комнатный терморегулятор – контроль и поддержание температуры.
• Клеммная колодка – коммутация системы.
• Сервопривод – управление регулирующими клапанами.

Подключение к терморегулятору выносного датчика температуры позволяет контролировать температуру пола или строительной конструкции. Также выносной датчик температуры может использоваться в качестве замены встроенного датчика температуры воздуха.

Внутри большинства терморегуляторов установлен датчик температуры. При отклонении от заданного значения температуры, терморегулятор формирует сигнал на исполнительный механизм (сервопривод). Исходя из пожеланий, пользователь может выбрать терморегулятор не только с базовыми функциями (управление обогревом), но и с расширенными: управление также и охлаждением, переключение режимов работы по таймеру. По желанию в разных помещениях могут быть установлены разные модификации терморегуляторов. При необходимости систему можно дополнительно упростить – соединить терморегуляторы с сервоприводами (до пяти) напрямую, без использования клеммной колодки.

Базовая система оптимальна для применения в квартирах или частных домах. Она эффективно контролирует отопление (охлаждение) и адаптирует режим под запросы домочадцев.

Если же речь идет не только об отоплении, но и о другом климатическом оборудовании (кондиционирование, вентиляция, осушение/увлажнение), для комплексного контроля выпускается специализированная система автоматики.

Элементы системы климатического контроля в помещении взаимодействуют по тому же принципу, что и в системе автоматического управления отоплением (охлаждением). С той разницей, что вычислительные процессы, позволяющие оптимизировать работу подключенного оборудования, происходят не в терморегуляторе, а в базовой станции. А компоновка системы помимо стандартного оборудования включает также модули расширения.

Для большинства частных домов и коттеджей достаточно системы с одной базовой станцией, которая рассчитана на управление температурно-влажностным режимом в восьми помещениях. Но при необходимости управления климатом в большем количестве комнат можно объединить до пяти базовых станций.

Особенности систем управляющей автоматики

Наряду с проводными системами управляющей автоматики, элементы которых соединяются кабелем, также существуют системы с беспроводными соединениями. Их установка не требует штрабления стен, что особенно актуально, если монтаж выполняется в доме с уже готовой чистовой отделкой. Независимо от вида систем, все оборудование характеризуется привлекательным дизайном, а интерфейс терморегуляторов интуитивно понятен.

Удаленный доступ осуществляется посредством подключения системы к сети «Интернет», с использованием браузеров или мобильного приложения, что значительно расширяет возможности пользователей. Контролировать температурный режим или климат в помещении в целом, можно из любой точки мира и в любое время. Мониторинг в режиме реального времени позволяет поддерживать оптимальные параметры инженерных систем в отсутствие владельцев и подготавливать дом к их возвращению.

Системы автоматического управления отоплением и охлаждением удобны, практичны и экономичны. Круглый год в доме будет поддерживаться оптимальный микроклимат, не требующий постоянной ручной регулировки. С управляющей автоматикой даже резкое похолодание в отсутствии хозяев не влечет последствий в виде выстывшего дома или повреждений систем отопления.

Всё про автоматическое регулирование температуры: принцип работы, схемы

15.05.2020 37 Просмотров

Что надо автоматизировать?

Рассматривая, как осуществляется обогрев дома, необходимо отметить, что работа автоматики системы отопления должна охватывать как минимум такие ее компоненты:

• работу нагревательного котла;
• обеспечение для проживания комфортных условий;
• экономию топлива и эксплуатацию оборудования в щадящем режиме.

Как правило, выбирая котел отопления, мы уже частично определяем какой будет автоматизация отопления. Дело в том, что производители качественного подобного оборудования предусматривают в конструкции блок управления отоплением.

В его задачу входит создание безопасного режима работы котла, для чего используются дополнительные датчики. Как правило, подобный контроллер системы отопления следит за безопасностью и обеспечивает:

• защиту от перегрева теплоносителя;
• защиту от повышения и понижения давления в системе;
• контроль наполнения котла водой;
• контроль давления газа в магистрали (при газовом отоплении);
• контроль давления отводящих газов.

Часть этих функций может быть установлена по желанию заказчика (опционально), но автоматическое управление отоплением, во всяком случае, работой котла, при таком подходе будет полным.

Управление работой современного котла осуществляется с помощь специальной панели

Какие существуют автоматические установки?

В настоящий момент рынок представляет потребителю широкий выбор регулирующих устройств. Поэтому необходимо знать, какая автоматика для систем отопления дома вообще существуют, чему отдать предпочтение.

Комнатный термостат

По критерию установки существуют:

• Проводные термостаты. Достоинством данного вида считается возможность провести питание до приблизительно 50 метров посредством проводов.
• Беспроводные термостаты. Преимуществом является необязательность создания отверстия под провода. Однако, они имеют существенный недостаток — железобетонные стены уменьшают мощность сигнала.

По функционалу различают:

• Простые термостаты. Они удерживают нужный уровень теплоты.
• Программируемые термостаты. Такие устройства способны устанавливать определённое количество градусов на целую неделю вперёд (срок зависит от модели) с максимальной точностью до секунд. К достоинствам также можно причислить экономию средств за счёт недельного программирования.

Также различают термостаты:

• Электронные термостаты. Комплект содержит три компонента: датчик температуры, передатчик сигнала, реле. Главным плюсом устройства является максимальная точность оборудования. Не стоит забывать простоту использования.
• Механические термостаты. Основа приборов состоит в способности изменять свойства под влиянием уровня температуры. Вследствие изменения температуры в газовой мембране, замыкается или размыкается цепь, заставляющая работать определённые механизмы.
• Электромеханические термостаты. Механизм устройства гораздо проще электронного. Главным элементом является реле. Узел внешне похож на трубку, которая наполняется специальным веществом, реагирующим на температуру. Если котёл нагревается, то вещество расширяется, аналогично котёл остужается — вещество сокращается. А привод, зависящий от вещества, благодаря электроцепи регулирует температуру.

Подключение может осуществляться к :

Термоголовка

Это терморегулирующий элемент, который под влиянием внешней среды приоткрывает или закрывает радиатор. Недорогой вид автоматики для отопления дома. Значительным плюсом является то, что термоголовка очень удобна для локального нагрева, а также происходит значительная экономия средств. Из минусов: во-первых, регулировка происходит по меркам, состоящих из абстрактных чисел, а не градусов. Во-вторых, датчик измеряет градусный уровень тепла вокруг установки, но не помещения, что уменьшает точность устройства.

Погодозависимая автоматика

Конструкция погодозависимой автоматики для отопления дома несложна: снижается погода на улице-увеличивается температура теплоносителя. Однако, погодозависимая установка имеет весьма значительный недостаток — система порой не успевает адаптироваться под температуру, и, следовательно, эффект запаздывает. Особенно упомянутый минус проявляется, если подключено дополнение — полы с подогревом. К недостаткам относят то, что приборы действуют не совсем корректно, приблизительно, поэтому изменение заметно лишь при сезонной смене климата. Стоит отметить, цены на агрегат относительно высокие. Но агрегаты будут очень удобными в производстве, масштабных домах (свыше 500 квадратных метров).

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.

Автоматика для радиаторов

• Использование термоголовки с клапаном; (Описано выше)
• Климат-контроль;

Состоит из термоэлектрического привода, контроллера, датчика. Полностью автоматическая установка для отопления дома с возможностью удалённого управления. Климат-котроль — автоматическое управление по датчикам с множеством дополнений. К плюсам относят: во-первых, управление доступно централизованно, удалённо (с мобильных устройств), во-вторых, возможность подключения к системе умного дома, в-третьих, установку расписания режима.

Механизм устроен следующим образом: на каждом радиаторе устанавливается специальный привод, подсоединенный к контроллеру. К контроллеру подключаются датчики. При изменении температуры датчики реагируют, далее отправляют сигнал контроллеру, который регулирует клапан.

Автоматика для угольного котла

Возможности приборов достаточно широки. Зачастую комплекты отапливающих приборов включают в себя: компьютер, который обеспечивает управление прибором, вентилятор либо воздушная турбина.

Достоинством оборудования, оснащенного автоматикой для отопления частного дома, считается огромная экономия драгоценных минут, денег. Ведь инновационные котлы длительного горения могут сделать практически всю работу за вас — они способны работать без вмешательства человека довольно много времени — до приблизительно 48 часов! Владельцу дома необходимо всего лишь установить нужный градусный уровень, а приспособление будет осуществлять действия самостоятельно. К тому же можно установить таймер на температурный режим. То есть, например, если владелец жилья покинет его на какое-то количество времени, то будет поддерживаться минимальный температурный режим. К приезду жильца, сработает таймер, жилье начнет снова прогреваться до нужной температуры — без участия человека! Так, по приезду жилье будет комфортным, прогретым.

Важно отметить, котлы с автоматикой стали настолько развитыми, что способны самостоятельно проводить диагностику — проверку безопасности, являющейся весьма существенным плюс.

Котлы с автоматической подачей

На сегодняшний день считаются наиболее эффективной установкой —ведь коэффициент полезного действия достигает отметки 80-85%! Такой агрегат точно обеспечит домашний уют. Топливо засыпается в бункер, оттуда подаётся автоматически в камеру сгорания.
Также существует дополнение, позволяющее очищать зольник автоматически — без человеческого вмешательства.
Процесс установки котлов — весьма кропотливый труд, поэтому экономить не стоит в целях вашей пользы.

Комбинированный вариант управления

Стоит отметить, что совместная работа регулятора и термостатического вентиля создает для работы системы оптимальные условия. Контроллер управления отоплением обеспечит экономное расходование топлива и контроль температуры воздуха, а вентиль позволит в каждом помещении поддерживать нужный режим.

Для создания оптимальных параметров работы системы отопления она нуждается в средствах автоматики, которые не только поддерживают комфортные условия, но и обеспечивают существенную экономию затрат на обогрев дома.

Автоматические системы регулировании отопления, вентиляции, горячего водоснабжения

Внедрение автоматических систем регулирования (АСР) отопления, вентиляции, горячего водоснабжения является основным подходом к экономии тепловой энергии. Установка систем автоматического регулирования в индивидуальных тепловых пунктах по данным Всероссийского теплотехнического института (г. Москва) снижает потребление тепла в жилом секторе на 5-10%, а в административных помещениях на 40%. Наибольший эффект получается за счет оптимального регулирования в весенне-осенний период отопительного сезона, когда автоматика центральных тепловых пунктов практически не выполняет в полной мере свои функциональные возможности. В условиях континентального климата Южного Урала, когда в течение суток перепад наружной температуры может составлять 15-20 °С, внедрение автоматических систем регулирования отопления, вентиляции и горячего водоснабжения становится весьма актуальным.

Регулирование теплового режима здания

Управление тепловым режимом сводится к поддержанию его на заданном уровне или изменению в соответствии с заданным законом.

На тепловых пунктах производится регулирование в основном двух видов тепловой нагрузки: горячего водоснабжения и отопления.

Для обоих видов тепловой нагрузки АСР должна поддерживать неизменными заданные значения температуры воды горячего водоснабжения и воздуха в отапливаемых помещениях.

Отличительной особенностью регулирования отопления является его большая тепловая инерционность, тогда как инерционность системы горячего водоснабжения значительно меньше. Поэтому задача стабилизации температуры воздуха в отапливаемом помещении значительно сложнее, чем задача стабилизации температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения.

Основными возмущающими воздействиями являются внешние метеоусловия: температура наружного воздуха, ветер, солнечная радиация.

Существуют следующие принципиально возможные схемы регулирования:

• регулирование по отклонению внутренней температуры помещений от заданной путем воздействия на расход воды, поступающей в систему отопления;
• регулирование в зависимости от возмущения внешних параметров, приводящих к отклонению внутренней температуры от заданной;
• регулирование в зависимости от изменений наружной температуры и внутри помещения (по возмущению и по отклонению).

Рис. 2.1 Структурная схема управления тепловым режимом помещения по отклонению внутренней температуры помещения

На рис. 2.1 приведена структурная схема управления тепловым режимом помещения по отклонению внутренней температуры помещений, а на рис. 2.2 приведена структурная схема управления тепловым режимом помещения по возмущению внешних параметров.

Рис. 2.2. Структурная схема управления тепловым режимом помещения по возмущению внешних параметров

Внутренние возмущающие воздействия на тепловой режим здания незначительны.

Для метода регулирования по возмущению в качестве сигналов, позволяющих отслеживать наружную температуру, могут быть выбраны:

• температура воды, поступающей в систему отопления;
• количество теплоты, поступающее в систему отопления:
• расход теплоносителя.

АСР должна учитывать следующие режимы работы системы централизованного теплоснабжения, при которых:

• регулирование температуры воды на теплоисточнике не ведется по текущей наружной температуре, которая является основным возмущающим фактором для внутренней температуры. Температура сетевой воды на теплоисточнике определяется по температуре воздуха за длительный период с учетом прогноза и располагаемой тепловой мощности оборудования. Транспортное запаздывание, измеряемое часами, также приводит к несоответствию у абонента температуры сетевой воды текущей наружной температуре;
• гидравлические режимы тепловых сетей требуют ограничения максимального, а иногда и минимального расходов сетевой воды на тепловую подстанцию;
• нагрузка горячего водоснабжения оказывает существенное влияние на режимы работы отопительных систем, приводя к переменным в течение суток температурам воды в системе отопления или расходам сетевой воды на систему отопления в зависимости от вида системы теплоснабжения, схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения и схемы отопления.

Система регулирования по возмущению

Для системы регулирования по возмущению характерно то, что:

• существует устройство, измеряющее величину возмущения;
• по результатам измерений регулятор осуществляет управляющее воздействие на расход теплоносителя;
• на регулятор поступает информация о температуре внутри помещения;
• основное возмущение — температура наружного воздуха, которая контролируется АСР, поэтому возмущение будет называться контролируемым.

Варианты схем регулирования по возмущению при указанных выше отслеживающих сигналах:

• регулирование температуры воды, поступающей в систему отопления по текущей температуре наружного воздуха;
• регулирование расхода теплоты, подаваемой в систему отопления по текущей температуре наружного воздуха;
• регулирование расхода сетевой воды по температуре наружного воздуха.

Как видно из рисунков 2.1, 2.2 независимо от способа регулирования автоматическая система регулирования теплоснабжения в своем составе должна содержать следующие основные элементы:

• первичные измерительные устройства — датчики температуры, расхода, давления, перепада давления;
• вторичные измерительные устройства;
• исполнительные механизмы, содержащие регулирующие органы и приводы;
• микропроцессорные регуляторы;
• нагревательные приборы (бойлеры, калориферы, радиаторы).

Датчики АСР теплоснабжения

Основные параметры теплоснабжения, которые с помощью автоматических систем регулирования поддерживаются в соответствии с заданием, широко известны.

В системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения обычно измеряется температура, расход, давление, перепад давления. В некоторых системах измеряется тепловая нагрузка. Методы и способы измерения параметров теплоносителей традиционные.

Рис. 2.3

На рис. 2.3 приведены датчики температуры шведской фирмы «Тур и Андерсон».

Автоматические регуляторы

Автоматический регулятор — это средство автоматизации, получающее, усиливающее и преобразующее сигнал отключения регулируемой величины и целенаправленно воздействующее на объект регулирования.

В настоящее время в основном применяют цифровые регуляторы на базе микропроцессоров. При этом обычно в одном микропроцессорном контроллере реализуются несколько регуляторов для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Большинство отечественных и зарубежных контроллеров для систем теплоснабжения обладают одинаковыми функциональными возможностями:

1. 1. в зависимости от температуры наружного воздуха регулятор обеспечивает необходимую температуру теплоносителя на отопление здания по отопительному графику, управляя регулирующим клапаном с электроприводом, установленным на трубопроводе теплосети;

1. 1. автоматическая корректировка отопительного графика производится в соответствии с потребностями конкретного здания. Для наибольшей эффективности сбережения тепла график подачи постоянно корректируется с учетом реальных условий теплопункта, климата, теплопотерь помещения;

1. 1. экономия теплоносителя в ночное время достигается за счет временного метода регулирования. Изменение задания на частичное снижение теплоносителя зависит от наружной температуры так, чтобы, с одной стороны уменьшить потребление тепла, с другой, не проморозить и утром вовремя прогреть помещение. При этом автоматически рассчитывается момент включения дневного режима отопления, или интенсивного прогрева для достижения нужной температуры помещения в нужное время;

1. 1. контроллеры позволяют осуществлять обеспечение возможно низкой температуры возвращаемой воды. При этом предусматривается защита системы от замораживания;

1. 1. производится автоматическая корректировка, заданная в системе горячего водоснабжения. Когда потребление в системе горячего водоснабжения невелико, допустимы большие отклонения в температуре (увеличение зоны нечувствительности). При этом шток клапана не будет меняться слишком часто, и срок его службы продлится. При увеличении нагрузки зона нечувствительности автоматически уменьшается, и точность регулирования возрастает;

1. 1. срабатывает сигнализация превышения уставок. Обычно вырабатываются следующие сигналы тревоги:
      • сигнал тревоги по температуре, в случае отличия реальной от заданной температуры;
      • сигнал тревоги от насоса поступает в случае сбоя в работе;
      • сигнал тревоги от датчика давления в расширительном баке;
      • сигнал тревоги по сроку эксплуатации поступает, если оборудование отработало установленный срок;
      • сигнал общей тревоги — если контроллер зарегистрировал один или более сигналов тревоги;

1. ведется регистрация параметров регулируемого объекта и передача его на ЭВМ.

Рис. 2.4

На рис. 2.4 показаны микропроцессорные регуляторы ECL-1000 фирмы «Данфосс».

Регулирующие органы

Исполнительное устройство — это одно из звеньев автоматических систем регулирования, предназначенных для непосредственного воздействия на объект регулирования. В общем случае исполнительное устройство состоит из исполнительного механизма и регулирующего органа.

Рис. 2.5

Исполнительный механизм является приводной частью регулирующего органа (рис. 2.5).

В автоматических системах регулирования теплоснабжения применяются, в основном, электрические (электромагнитные и электродвигательные).

Регулирующий орган предназначен для изменения расхода вещества или энергии в объекте регулирования. Различают дозирующие и дроссельные регулирующие органы. К дозирующим относятся такие устройства, которые изменяют расход вещества за счет изменения производительности агрегатов (дозаторы, питатели, насосы).

Рис. 2.6

Дроссельные регулирующие органы (рис. 2.6) представляют собой переменное гидравлическое сопротивление, изменяющее расход вещества за счет изменения своего проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, элеваторы, повторные заслонки, краны и т.д.

Регулирующие органы характеризуются многими параметрами, основными из которых являются: пропускная способность Kv, условное давление Py, перепад давления на регулирующем органе Dy, и условный проход Дy.

Кроме приведенных параметров регулирующего органа, определяющих в основном их конструкцию и размеры, имеются и другие характеристики, которые учитываются при выборе регулирующего органа в зависимости от конкретных условий их применения.

Наиболее важной является пропускная характеристика, которая устанавливает зависимость пропускной способности относительно перемещения затвора при постоянном перепаде давления.

Дроссельные регулирующие клапана профилируются обычно с линейной или равнопроцентной пропускной характеристикой.

При линейной пропускной характеристике приращение пропускной способности происходит пропорционально приращению перемещения затвора.

При равнопроцентной пропускной характеристике приращение пропускной способности (при изменении перемещения затвора) идет пропорционально текущему значению пропускной способности.

В рабочих условиях вид пропускной характеристики изменяется в зависимости от перепада давления на клапане. При пом регулирующий клапан характеризуется расходной характеристикой, которая представляет собой зависимость относительного расхода среды от степени открытия регулирующего opгана.

Наименьшее значение пропускной способности, при котором сохраняется пропускная характеристика в пределах установленного допуска, оценивается как минимальная пропускная способность.

Во многих случаях автоматизации производственных процессов регулирующий орган должен иметь широкий диапазон изменения пропускной способности, который представляет собой отношение условной пропускной способности к минимальной пропускной способности.

Необходимым условием надежной работы автоматической системы регулирования является правильный выбор формы пропускной характеристики регулирующего клапана.

Для конкретной системы расходная характеристика определяется значениями параметров среды, протекающих через клапан, и его пропускной характеристикой. В общем случае расходная характеристика отличается от пропускной, так как параметры среды (в основном давление и перепад давлений), как правило, зависят от значения расхода. Поэтому задача выбора предпочтительной пропускной характеристики регулирующего клапана разбивается на два этапа:

1. 1. выбор формы расходной характеристики, обеспечивающий постоянство коэффициента передачи регулирующего клапана во всем диапазоне нагрузок;

1. выбор формы пропускной характеристики, обеспечивающей при данных параметрах среды желаемую форму расходной характеристики.

При модернизации систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения заданы размеры типовой сети, располагаемый напор и первоначальное давление среды, регулирующий орган выбирают так, чтобы при минимальном расходе через клапан потеря в нем соответствовала избыточному давлению среды, развиваемому источником, а форма расходной характеристики была близка к заданной. Метод гидравлического расчета при выборе регулирующего клапана достаточно трудоемкий.

АУЖКХ треста 42 в содружестве с ЮУрГУ разработана программа расчета и выбора регулирующих органов для наиболее распространенных систем отопления и горячего водоснабжения.

Циркулярные насосы

Независимо от схемы присоединения тепловой нагрузки в контуре системы отопления устанавливают циркуляционный насос (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Циркулярный насос (фирма Grundfog).

Он состоит из регулятора скорости, электродвигателя и собственно насоса. Современный циркуляционный насос — это бессальниковый насос с мокрым ротором, не требующий технического ухода. Управление двигателя, как правило, осуществляется электронным регулятором числа оборотов, предназначенным для оптимизации производительности насоса, работающего в условиях повышенных внешних возмущений, действующих на отопительную систему.

Действие циркуляционного насоса основано на зависимости напора от производительности насоса и, как правило, имеет квадратичный характер.

Параметры циркуляционного насоса:

• производительность;
• максимальный напор;
• максимальная рабочая температура;
• максимальное рабочее давление;
• число оборотов;
• диапазон изменения числа оборотов.

АУЖКХ треста 42 располагает необходимой информацией по расчету и выбору циркуляционных насосов и может оказать необходимую консультацию.

Теплообменники

Важнейшими элементами теплоснабжения являются теплообменники. Различают два типа теплообменников: трубчатые и пластинчатые. Упрощенно трубчатый теплообменник можно представить в виде двух труб (одна труба находится внутри другой грубы). Пластинчатый теплообменник представляет собой компактный теплообменник, собранный на соответствующей раме из гофрированных пластин, снабженных уплотнителями. Используются трубчатые и пластинчатые теплообменники для горячего водоснабжения, отопления и вентиляции. Основными параметрами любого теплообменника являются:

• мощность;
• коэффициент теплопередачи;
• потеря давления;
• максимальная рабочая температура;
• максимальное рабочее давление;
• максимальный расход.

Кожухотрубные теплообменники имеют низкую эффективность из-за малых скоростей течений воды в трубках и межтрубном пространстве. Это приводит к низким значения коэффициента теплопередачи и, как следствие, неоправданно большим габаритам. При эксплуатации теплообменников возможны значительные отложения в виде накипи и продуктов коррозии. В кожухотрубных теплообменниках устранение отложений весьма затруднительно.

В сравнении с трубчатыми теплообменниками пластинчатые отличаются повышенной эффективностью за счет улучшения теплообмена между пластинами, в которых противоточно проходят турбулентные потоки теплоносителя. Кроме того, ремонт теплообменника осуществляется достаточно просто и без больших затрат.

Пластинчатые теплообменники успешно решают задачи подготовки горячей воды в тепловых пунктах практически без тепловых потерь, поэтому они на сегодняшний день активно используются.

Принцип действия пластинчатых теплообменников следующий. Жидкости, участвующие в процессе теплопередачи, через патрубки вводятся в теплообменник (рис. 2.8).

Рис. 2.8

Прокладки, установленные специальным образом, обеспечивают распределение жидкостей по соответствующим каналам, исключая возможность смешивания потоков. Тип гофров на пластинах и конфигурацию канала выбирают в соответствии с требуемой величиной свободного прохода между пластинами, обеспечивая тем самым оптимальные условия процесса теплообмена.

Рис. 2.9

Пластинчатый теплообменник (рис. 2.9) состоит из комплекта гофрированных металлических пластин с отверстиями в углах для прохода двух жидкостей. Каждая пластина оборудована прокладкой, которая ограничивает пространство между пластинами и обеспечивает ток жидкостей в этом канале. Расход теплоносителей, физические свойства жидкостей, потери давления и температурный режим определяют количество и размер пластин. Их гофрированная поверхность способствует повышению турбулентного потока. Соприкасаясь в пересекающихся направлениях, гофры поддерживают пластины, которые находятся в условиях разного давления со стороны обоих теплоносителей. Чтобы изменить пропускную способность (повысить тепловую нагрузку), необходимо добавить в пакет теплообменника определённое количество пластин.

Подводя итог изложенному, отметим, что достоинствами пластинчатых теплообменников являются:

• компактность. Пластинчатые теплообменники более чем и три раза компактнее кожухотрубных и более чем в шесть раз легче при одинаковой мощности;
• простота установки. Теплообменники не требуют специального фундамента;
• малые затраты на обслуживание. Высокотурбулентный поток обуславливает низкую степень загрязнения. Новые модели теплообменников спроектированы таким образом, чтобы по возможности продлить период эксплуатации, при котором не требуется ремонта. Очистка и проверка занимает мало времени, так как в теплообменниках вынимается каждый лист нагрева, который может быть очищен индивидуально;
• эффективное использование тепловой энергии. Пластинчатый теплообменник имеет высокий коэффициент теплопередачи, передает тепло от источника к потребителю с малыми потерями;
• надежность;
• способность значительно увеличивать тепловую нагрузку за счет добавления определенного количества пластин.

Температурный режим здания как объект регулирования

При описании технологических процессов теплоснабжения используют расчетные схемы статики, описывающие установившиеся состояния, и расчетные схемы динамики, описывающие переходные режимы.

Расчетные схемы системы теплоснабжения определяют связи между входными и выходными воздействиями на объект регулирования при основных внутренних и внешних возмущениях.

Современное здание — сложная теплоэнергетическая система, поэтому для описания температурного режима здания вводят упрощающие допущения.

• • Для многоэтажных гражданских зданий производится локализация части здания, для которой производится расчет. Так как температурный режим в здании изменяется в зависимости от этажа, горизонтальной планировки помещений, то расчет температурного режима производится для одного или нескольких наиболее благоприятно расположенных помещений.

• • Расчет конвективного теплообмена в помещении выводится из предположения, что температура воздуха в каждый момент времени одинакова во всем объеме помещения.

• • При определении теплоотдачи через наружные ограждения предполагается, что ограждение или его характерная часть имеют в плоскостях, перпендикулярных направлению потока воздуха, одинаковую температуру. Тогда процесс теплопередачи через наружные ограждения будет описываться одномерным уравнением теплопроводности.

Расчет лучистого теплообмена в помещении тоже допускает ряд упрощений:а) воздух в помещении считаем лучепрозрачной средой;б) многократным отражением лучистых потоков от поверхностей пренебрегаем;

в) сложные геометрические формы заменяем более простыми.

• Параметры наружного климата:а) если производить расчеты температурного режима помещений при экстремальных значениях показателей наружного климата, возможных в данном районе, то теплозащита ограждений и мощность системы регулирования микроклимата обеспечат устойчивое выдерживание заданных условий;б) если принять более мягкие требования, то в помещении в некоторые моменты времени будут наблюдаться отклонения от расчетных условий.

Поэтому при назначении расчетных характеристик наружного климата обязателен учет обеспеченности внутренних условий.

Специалисты АУЖКХ треста 42 совместно с учеными ЮУрГУ разработали программу расчета на ЭВМ статических и динамических режимов работы абонентских вводов.

Рис. 2.10

На рис. 2.10 приведены основные возмущающие факторы, действующие на объект регулирования (помещение). Теплота Qист, поступающая от источника тепла, выполняет функции управляющего воздействия для поддержания температуры помещения Тпом на выходе объекта. Наружная температура Тнар, скорость ветра Vвет, солнечная радиация Jрад, внутренние потери теплоты Qвнут являются возмущающими воздействиями. Все эти воздействия являются функциями времени и носят случайный характер. Задача осложняется тем, что процессы теплообмена нестационарны и описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.

Ниже приводится упрощенная расчетная схема системы отопления, достаточно точно описывающая статические тепловые режимы в здании, а также позволяющая качественно оценить влияние основных возмущений на динамику теплообмена, реализовать основные методы регулирования процессов отопления помещений.

В настоящее время исследования сложных нелинейных систем (к ним можно отнести процессы теплообмена в отапливаемом помещении) осуществляются методами математического моделирования. Применение вычислительной техники для исследования динамики процесса отопления помещения и возможных методов регулирования является эффективным и удобным инженерным методом. Эффективность моделирования состоит в том, что динамику сложной реальной системы можно исследовать с помощью сравнительно простых прикладных программ. Математическое моделирование позволяет исследовать систему при непрерывно изменяющихся ее параметрах, а так же возмущающих воздействиях. Использование моделирующих пакетов программ для исследования процесса отопления является особенно ценным, так как исследование аналитическими методами оказывается очень трудоемким и совершенно непригодным.

Рис. 2.11

На рис. 2.11 приведены фрагменты расчетной схемы статического режима системы отопления.

На рисунке имеются следующие обозначения:

1. t1(Tн) — температура сетевой воды в подающей линии силовой сети;
2. Tн(t) — температура наружного воздуха;
3. U — коэффициент смешения смесительного узла;
4. φ — относительный расход сетевой воды;
5. ΔТ — расчетный температурный напор в системе отопления;
6. δt — расчетный перепад температур в тепловой сети;
7. Тв — внутренняя температура отапливаемых помещений;
8. G — расход сетевой воды на тепловой пункт;
9. Др — перепад давления воды в системе отопления;
10. Q — относительная нагрузка отопления;
11. t — время.

При абонентском вводе с установленным оборудованием при заданных расчетной нагрузке отопления Q0 и суточном графике нагрузки горячего водоснабжения Qr программа позволяет решить любую из следующих задач.

При произвольной температуре наружного воздуха Тн:

• определить внутреннюю температуру отапливаемых помещений Тв, при этом заданными являются расход сетевой воды ил ввод Gс и температурный график в подающей линии;
• определить расход сетевой воды на ввод Gс, требуемый для обеспечения заданной внутренней температуры отапливаемых помещений Тв при известном температурном графике тепловой сети;
• определить требуемую температуру воды в подающей линии тепловой сети t1 (температурный график сети) для обеспечения заданной внутренней температуры отапливаемых помещений Тв при заданном расходе сетевой воды Gс. Указанные задачи решаются для любой схемы присоединения системы отопления (зависимая, независимая) и любой схемы присоединения горячего водоснабжения (последовательная, параллельная, смешанная).

Помимо указанных параметров определяются расходы воды и температуры во всех характерных точках схемы, расходы тепла на систему отопления и тепловые нагрузки обоих ступеней подогревателя, потери напора теплоносителей в них. Программа позволяет рассчитывать режимы абонентских вводов с любым типом теплообменников (кожухотрубные или пластинчатые).

Рис. 2.12

На рис. 2.12 приведены фрагменты расчетной схемы динамического режима системы отопления.

Программа расчета динамического теплового режима здания позволяет для абонентского ввода с выбранным оборудованием при заданных расчетной нагрузке отопления Q0 решить любую из следующих задач:

• расчет схемы управления тепловым режимом помещения по отклонению его внутренней температуры;
• расчет схемы управления тепловым режимом помещения по возмущению внешних параметров;
• расчет теплового режима здания при качественном, количественном и комбинированном способах регулирования;
• расчет оптимального регулятора при нелинейных статических характеристиках реальных элементов системы (датчики, регулирующие клапаны, теплообменники и т.д.);
• при произвольно изменяющейся во времени температуре наружного воздуха Tн(t) необходимо:
• определить изменение во времени внутренней температуры отапливаемых помещений Тв;
• определить изменение во времени расхода сетевой воды па ввод Gс, требуемый для обеспечения заданной внутренней температуры отапливаемых помещений Тв при произвольном температурном графике тепловой сети;
• определить изменение во времени температуры воды в подающей линии тепловой сети t1(t).

Указанные задачи решаются для любой схемы присоединения системы отопления (зависимая, независимая) и любой схемы присоединения горячего водоснабжения (последовательная, параллельная, смешанная).

Необходимость регулирования теплого пола и радиаторов

Выполненный при проектировании системы отопления расчет водяного теплого пола и радиаторов для различных помещений дома актуален только для стационарных условий — при неизменных (максимальных) теплопотерях для каждого помещения, при самой низкой температуре на улице. Расчет гарантирует, что дом удастся обогреть и поддержать в его помещениях расчетные температуры воздуха в течение самого холодного периода отопительного сезона при выбранных радиаторах отопления, конфигурациях петель теплого пола, типах финишного покрытия пола, температуре подачи и расходах теплоносителя через отопительные приборы.

Однако, теплопотери помещений зависят от уличной (наружной) температуры. Зависимость эта — линейная — чем теплее на улице, тем пропорционально меньше нужно энергии на поддержание требуемой температуры внутри помещений. Если при -24°С. для отопления дома требуется 100% мощности (для Минской области), то при средней температуре на улице -1°С — всего 50%, а при температуре около +10°С — и вовсе порядка 10%. А теперь вспомним, что у нас не редки перепады температур в 5..10°С в сутки (скажем, около ноля днем и под -10°С. ночью). Эти изменения уличных температур требуют адекватного реагирования со стороны системы отопления для того, чтобы не допустить ненужной траты топлива или выхода температуры воздуха в помещениях за установленные рамки.

В помещениях с большой площадью остекления остро стоит вопрос учета переменных теплопоступлений от солнца (инсоляция) при работе системы отопления.

В помещениях с большой площадью остекления остро стоит вопрос учета переменных теплопоступлений от солнца (инсоляция) при работе системы отопления.

К тому же нужно помнить, что тепловой баланс здания и отдельных его помещений определяется так же и переменными источниками теплопоступлений в самих этих помещениях. Ими являются солнечное излучение (поступающее через окна), источники освещения, работающие электроприборы и сами люди, которые находятся в нем. Так, включенная люстра (светодиодные лампы, 50Вт), телевизор (LED, 50Вт) и два человека, спокойно сидящие на диване (2×50Вт) в помещении могут легко дать дополнительные 200Вт тепловой энергии. И если, скажем, площадь помещения составляет 20м², а максимальные удельные теплопотери в холодную пятидневку для него равны 60Вт/м² (нормально утепленный дом), то эти дополнительные 200Вт в середине отопительного сезона (когда теплопотери равны 30Вт/м²) станут составлять целых 33% тепловых потребностей помещения. Это неизбежно приведет к росту температуры в помещении, если нет никаких механизмов контроля и регулирования теплоотдачи от отопительных приборов (как радиаторов, так и водяного теплого пола).

Задачи и способы регулирования в системах отопления

Из всего вышесказанного становится понятным, что в любой системе отопления остро стоит вопрос регулирования, которое решает основные задачи:

1. Управление и поддержание внутренней температуры воздуха в помещениях дома.
2. Экономия энергоресурсов на отопление: природный газ и электроэнергия.
3. А в комбинированных системах отопления добавляется еще и задача изменения теплоотдачи от двух различных отопительных подсистем (теплого пола и радиаторов), исходя из критериев оптимального достижения теплового комфорта в помещении. Ведь можно подать 50% от необходимой мощности на радиаторы, а 50% — на теплые полы. А можно: 30% и 70% соответственно. Но как это сделать оптимально? Ниже мы постараемся ответить и на этот вопрос.

Для реализации перечисленных задач доступны два принципиально различных способа регулирования:

• ручное регулирование;
• автоматическое регулирование.

Ручное регулирование — не предполагает использование устройств, позволяющих без вмешательства человека в автоматическом режиме поддерживать в различных помещениях дома заданные температурные режимы. Регулирование производится самим пользователем.

Без сомнения, ручное регулирование является самым нежелательным вариантом реализации любой системы отопления. Под отсутствием автоматического регулирования мы будем также понимать и просто использование отопительного газового котла с возможностью изменения температуры подачи теплоносителя в ручном режиме. Этот функционал есть у всех современных приборов, однако требует достаточно сложного в эксплуатации и капризного элемента — самого человека. И если у вас нет своего личного и ответственного раба, то вы и не сможете реализовать полноценного регулирования. Рано и ли поздно вы устанете изо дня в день крутить ручки настройки котла и вентили ручной регулировки на радиаторах и коллекторах теплого пола, а значит, не получите требуемой точности и экономии. Исходя из этих очевидных причин, ручное регулирование мы далее не рассматриваем.

Автоматическое регулирование — предполагает использование специальных устройств, измеряющих параметры микроклимата в помещениях и иногда на улице (погодозависимая автоматика) и воздействующих на элементы системы отопления для удержания контролируемых параметров в заданных рамках автоматически, без вмешательства человека.

Автоматическое регулирование способно максимально точно поддерживать необходимые температуры в помещениях, экономить энергоресурсы и время самих жильцов. Однако, несмотря на эти достоинства, грамотная реализация автоматического регулирования систем отопления у нас в стране встречается не часто. Основная проблема в вопросе автоматического регулирования систем отопления в частных домах в Беларуси — не отсутствие самих устройств автоматического регулирования или специалистов по ним на рынке, а банальные низкая покупательная способность и, до недавнего времени, очень низкие тарифы на газ и электроэнергию для населения. И если с первой бедой у нас все стабильно, то со второй нам с горячим энтузиазмом помогают справиться наши новые друзья из Газпрома и МВФ. И если несколько лет назад заниматься экономией газа и электричества не имело особого смысла, то сегодня это не лишено смысла, а завтра, судя по всему, будет весьма желательно.

Очевидно, что в современных системах отопления необходимо использовать именно способы автоматического регулирования систем отопления, как дающие максимальный эффект. Виды автоматического регулирования систем отопления мы рассмотрели в статье про теплые полы (статья 2). Напомним их еще раз:

• качественное регулирование;
• количественное регулирование;
• комбинированное регулирование (качественное и количественное).

Тогда, собственно, встает вопрос, какой же из трех вышеназванных способов применить в той или иной ситуации и как это сделать оптимально. Ниже дадим пояснения к каждому из этих способов, обсудим их достоинства и недостатки.

Количественное регулирование в системах отопления. Зональная автоматика

Это изменение количества нагретого теплоносителя, протекающего через отопительные приборы (радиатор или контур теплого пола) в зависимости от температуры в помещении. При приближении температуры воздуха в помещении к требуемой, расход нагретой воды через отопительный прибор снижается, а значит, и уменьшается его тепловая мощность. При достижении температурой воздуха в помещении установленного пользователем значения, циркуляция в отопительных приборах прекращается до тех пор, пока температура воздуха не опустится ниже заданной на величину гистерезиса (обычно порядка 0,5°С). Иногда такой вид регулирования называется зональным или покомнатным регулированием.

В случае использования радиаторного отопления, реализация регулирования будет очень простой — использование на каждом радиаторе термостатических клапанов и установленных на них термостатических головок. Термостатическая головка служит чувствительным элементом и при приближении температуры воздуха в помещении к заданному значению головка плавно перекрывает поток теплоносителя через радиатор. Другим способом реализации количественного регулирования при радиаторном отоплении будет использование электронных термостатов и термоэлектрических сервоприводов для перекрытия радиаторов (аналогично реализации для теплого водяного пола).

Термостатическая головка Danfoss, установленная на панельном стальном радиаторе со встроенным термостатическим клапаном.

Для водяного теплого пола реализация количественного регулирования будет выглядеть следующим образом. В каждой комнате устанавливается электронный термостат с возможностью настройки желаемой температуры воздуха. На коллекторе теплого пола на каждой петле устанавливается исполнительный механизм — термоэлектрический сервопривод. При достижении температурой воздуха в помещении установлено предела, термостат подает сигнал на исполнительный сервопривод и он закрывает проток теплоносителя в петле теплого пола этого помещения до тех пор, пока температура не снизится.

Система покомнатного (зонального) регулирования температуры Uponor Wired. На рисунке показаны: комнатный цифровой термостат (A), термостат для общественных помещений со скрытой регулировкой (В), термостат для жилых комнат с выносным датчиком температуры пола (С), контроллер (D).

В случае комбинированного (одновременно и водяным теплым полом, и радиаторами) отопления в комнатах метод регулирования может быть доработан для оптимального управления двумя отопительными системами, см. раздел Регулирование температуры в помещениях с теплым полом и радиаторами.

Следует немного рассказать о видах реализации количественного регулирования. Оно бывает следующих видов:

Дискретное двухточечное регулирование с гистерезисом.
Традиционно реализуется электромеханическими термостатами, но также может реализовываться и с использованием современных электронных регуляторов. При таком регулировании задается не только температура настройки, но и диапазон отклонений от этой температуры (гистерезис, обычно доли градуса). Это необходимо для того, чтобы не было постоянного многократного переключения регулятора при достижении установленной температуры настройки. Нагрев системы отопления включается, если температура воздуха в помещении опускается ниже температуры настройки минус значение гистерезиса. Нагрев выключается, если температура воздуха в помещении поднимется выше температуры настройки плюс значение гистерезиса.

Пример работы двухточечного (вкл.-выкл.) регулирования в системе отопления с гистерезисом 0,5°К. Температура в помещении постоянно колеблется вокруг температуры настройки (21°С)

Т.о. температура воздуха в комнате постоянно колеблется вокруг точки равновесия — температуры настройки регулятора. Выход значения температуры воздуха в помещении за границы гистерезиса обусловлен инерционностью системы отопления здания и обычно незначителен (см.рис.). Современные электронные регуляторы, благодаря настраиваемому и незначительному гистерезису (0,1..0,5°К), позволяют поддерживать температуру в помещении с комфортной для человека точностью.

Непрерывное ПИ-регулирование (пропорционально-интегральное регулирование).
Это линейный алгоритм управления, который основывается не только на разности между температурой настройки регулятора и измеренной в помещении текущей температурой, но так же и на предыдущих состояниях системы. В добавок, значения сигналы управления от ПИ-регулятора являются непрерывными, а не просто дискретными с двумя значениями «вкл.-выкл.». Все это значительно сокращает колебания температуры в помещении, которая в итоге стабилизируется вокруг значения настройки регулятора.

Пример работы непрерывного регулирования температуры в системе отопления с использованием ПИ-регулятора. Температура воздуха в помещении постепенно стабилизируется вблизи значения настройки регулятора благодаря непрерывному отслеживанию состояния системы.

Для правильной работы ПИ-регулятора требуется настройка двух основных параметров регулирования: константы пропорциональности и постоянной (времени) интегрирования. Для разных систем отопления эти значения различны и обычно задаются в преднастройках регуляторов или подбираются опытным путем для того или иного конкретного случая. Например, для систем отопления водяным теплым полом в тяжелой бетонной системе константа пропорциональности и постоянная интегрирования равны 5°К и 240 минут, для системы отопления электроконвекторами — 4°К и 100 минут соответственно.

В зависимости от вида выходного сигнала ПИ-регулятора, ПИ-регулирование может быть двух видов:
Непрерывное ПИ-регулирование. Выходной сигнал показывает, на сколько требуется открыть регулирующий орган в процентном отношении. Например, значение сигнала 50% говорит о том, что регулирующий клапан должен быть наполовину открыт. Конечно, непрерывное ПИ-регулирование подразумевает использование продвинутых исполнительных органов для системы отопления (сервопривода, мотора, термоэлектрического привода и т.п.), которые могут находиться в промежуточных положениях.
ШИМ-регулирование (широтно-импульсная модуляция, PWM — Pulse Width Modulation). Выходной сигнал регулятора при этом принимает только два значения для управления клапанами/устройствами, которые допускают только крайние положения (открыто-закрыто, включено-выключено и т.п.) без возможности промежуточных положений. Открытие регулирующего клапана (например, на 25%) будет эквивалентно его последовательному открытию и закрытию (полностью) в течение определенных промежутков времени.

ШИМ-регулирование в системах отопления. Открытие регулирующего клапана на 25% эквивалентно полному открытию клапана в течение четверти периода с его последующим закрытием до конца периода.

Количественное регулирование мы считаем хорошим вариантом регулирования систем отопления в частном доме, т.к. зональная автоматика гарантировано позволяет решить задачу регулирования с точки зрения точности поддержания температур и экономии энергоресурсов:

• благодаря измерению температуры в конкретных помещениях, удается точно поддерживать заданные температуры воздуха и/или поверхности пола;
• автоматический учет переменных теплопоступлений от оборудования, людей, солнца, открытых окон и т.п.;
• простой и понятный даже ребенку процесс настройки и изменения желаемой температуры в каждом помещении;
• возможность реализации индивидуальных отопительных сценариев в различных комнатах или зонах пребывания по таймеру. Например, становится возможным снижать температуру в ночное время в гостиной и кухне, а в дневное время — в спальных комнатах и т.п. для дополнительной экономии;
• позволяет увеличить срок службы отопительного оборудования и снизить расходы электроэнергии на циркуляцию теплоносителя при использовании электронно-регулируемых насосов или при отключении циркуляции и отопительного котла при нагреве всех помещений;
• когда расчет системы отопления был выполнен не точно (не были полностью учтены теплопотери помещений, качество утепления всего здания, изменился тип напольного покрытия для теплых полов, не точно подобраны радиаторы отопления, невозможно правильно сбалансировать уже смонтированную систему отопления), покомнатное регулирование может быть выходом из сложной ситуации и стать способом достижения теплового комфорта во всех помещениях дома.

Поясним последнее. При отсутствии покомнатного регулирования отопительными приборами требуется правильная балансировка системы отопления так, чтобы каждое помещение получало требуемую порцию тепловой энергии. Зачастую, особенно при неправильном проектировании системы отопления или после внесения изменений в строительный проект (например, уменьшили толщину теплоизоляционного слоя на фасаде здания) балансировка системы отопления становится сложной или даже невозможной. Это значит, что какие-то помещения будут получать меньше тепла и температура в них будет ниже комфортной. При применении покомнатной автоматики регулирования (и даже банальных термостатических головок на радиаторах) ситуация может существенно улучшится. Ведь теперь помещения, которые получают достаточно теплоносителя или даже избыток тепла, нагреваются относительно быстро. Циркуляция теплоносителя в них снизится и создавшийся при этом избыточный напор циркуляционных насосов пойдет на повышение расхода в менее благоприятных помещениях. Что в конечном итоге и приведет к их прогреву до установленной температуры. Во многих случаях при использовании комнатных термостатов и термостатических головок даже и не требуется точная балансировка системы отопления. Это, конечно, не отменяет необходимости в ее проведении и, уж тем более, в тщательном проектировании системы отопления с учетом всех исходных данных перед выбором оборудования и началом монтажа!

Вместе с тем, относительными недостатками чисто количественного регулирования будут:

• Либо необходимость периодической настройки температуры подачи теплоносителя в отопительные контуры согласно погоде.
  Если в начале отопительного сезона осенью будет достаточной температура подачи в контур радиаторов 40..50°С, а в контур теплых полов 25..30°С, то в период максимальных морозов потребуется увеличить эти значения до 60..80°С и 40..50°С соответственно. В принципе, это не представляет особой трудности — раз в месяц подойти к котлу и сделать соответствующие настройки. Это будет даже полезным: при этом заодно можно и нужно проконтролировать работу всего отопительного оборудования: давления в системе отопления, работу циркуляционных насосов, смесительных клапанов и т.п.
• Либо установка заведомо достаточной и максимальной для системы отопления температуры подачи, которой будет хватать на покрытие теплопотерь здания в течение всего отопительного сезона. Т.е потребуется установить раз и навсегда, скажем, температуру подачи для радиаторного контура в 70°С., а для теплых полов — в 45°С.
  Недостатком этого варианта можно считать заведомо высокая и, возможно, некомфортная температура радиаторов отопления в моменты, когда через них идет циркуляция теплоносителя. Следует, однако, заметить, что это никоим образом не должно сказаться на температуре воздуха в этом помещении — она будет стабильно комфортной, ведь за этим следит регулятор (термостатическая головка или термостат). Однако, при высокой температуре подачи может снизиться ресурс полимерных труб и не в полной мере будет использован режим конденсации в конденсационных котлах. Но и с этим негативом можно справиться: следует подбирать отопительные приборы для возможно низких рабочих температур. В Европейских странах стандартом для радиаторного отопления уже давно стал график 65/50°С.

Комбинированное регулирование отопительных приборов

Комбинация двух вышеперечисленных способов автоматического регулирования: погодозависимого качественного и покомнатного количественного регулирования. Представляет собой изменение расхода теплоносителя через отопительные приборы (радиаторы и/или теплый пол) различных помещений в зависимости от значения температуры воздуха в этих помещениях. При этом температура теплоносителя в отопительных контурах изменяется в соответствие с текущей температурой на улице по отопительной кривой погодозависимой автоматики.

Как понятно из самого принципа, является самым лучшим вариантом автоматического регулирования с точки зрения комфорта, удобства пользования и точности поддержания требуемых показателей микроклимата, т.к. позволяет учесть и нивелировать недостатки двух отдельных способов регулирования.

Вместе с тем, комбинированное регулирование является самым дорогим вариантом, т.к. требует большего количества оборудования. Так же не всегда позволяет снизить эксплуатационные расходы по сравнению с простым количественным (зональным) регулированием.

Пример реализации комбинированной системы регулирования. Погодозависимый контроллер Salus WT100 и зональная автоматика HTR (терморегуляторы в комнатах и сервопривода на коллекторе теплого пола).

Терморегуляторы

Терморегуляторы ОВЕН могут использоваться для измерения и регулирования температуры, давления, влажности, расхода и других физических величин в системах отопления и водоснабжения, в сушильных шкафах, печах, пастеризаторах, в холодильной технике и другом технологическом оборудовании.

Отличительные особенности терморегуляторов ОВЕН:

• Наличие универсальных входов для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня и т. п.
• Расширенный температурный диапазон: могут работать при температуре от -20 до +50 °С.
• Изготавливаются в различных исполнениях – для монтажа на дверцу щита, настенное и DIN-реечное.
• Наличие модификаций приборов со съемными клеммниками.
• Наличие порта RS-485 и поддержка протоколов ОВЕН и ModBUS.

Благодаря своим особенностям и функциональным возможностям терморегуляторы ОВЕН находят широкое применение практически в любых отраслях промышленности: пищевой, металлургической, машиностроительной, химической, нефтехимической, деревообрабатывающей, упаковочной, а также в энергетике и сфере жилищно-коммунального хозяйства.

На сегодняшний день терморегуляторы ОВЕН представлены одно-, двух- и восьмиканальными приборами, а также реле-регуляторами.

	Терморегулятор ОВЕН ТРМ500 Промышленный терморегулятор ТРМ500 предназначен для управления процессами поддержания температуры в печах, термопласт автоматах, экструдерах, термопрессах, машинах для выдува ПЭТ тары, гомогенизаторах, запайщиках, термоусадочном оборудовании, оборудовании для термоформинга, термопрессах (перенос изображений), оборудовании для производства строительных материалов (хозблоки, пеноблоки и т.п.), сушилках и другого оборудования в работе которого требуется управление температурой.
	Терморегулятор одноканальный ОВЕН ТРМ1 Терморегулятор ОВЕН ТРМ 1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.).
	Терморегулятор одноканальный с RS-485 ОВЕН ТРМ201 Терморегулятор ОВЕН ТРМ201 – аналог ОВЕН ТРМ1 с интерфейсом RS-485. Применяется для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения, пастеризаторах и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.).
	Реле-регулятор с таймером ОВЕН ТРМ 501 Реле-регулятор ОВЕН ТРМ 501 предназначен для регулирования температуры или других физических величин в технологических процессах, в которых требуется точное соблюдение временных режимов. Простой в управлении регулятор, устанавливается на различное оборудование: печи для выпечки, термоупаковочные аппараты, термоножи и т. п.
	Реле-регулятор температуры с термопарой ТХК ОВЕН ТРМ502 ОВЕН ТРМ502 — простой в эксплуатации и недорогой терморегулятор. Предназначен для поддержания температуры в составе полуавтоматов упаковочного оборудования, термопластавтоматов, в термоножах, печах для выпечки и т. д.
	Терморегулятор двухканальный ОВЕН 2ТРМ1 Терморегулятор ОВЕН 2ТРМ1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.).
	Терморегулятор двухканальный с RS-485 ОВЕН ТРМ202 Терморегулятор ОВЕН ТРМ202 – аналог ОВЕН 2ТРМ1 с интерфейсом RS — 485. Применяется для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения, пастеризаторах и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.).
	Универсальный измеритель-регулятор температуры, давления восьмиканальный ОВЕН ТРМ138 Измеритель-регулятор ОВЕН ТРМ138 предназначен для измерения, регистрации и регулирования температуры, давления либо другого физического параметра, одновременного управления несколькими (до 8-ми) исполнительными механизмами, а также для регистрации измеренных параметров на ЭВМ. Терморегулятор применяется в многозонных печах, в системах защитной автоматики.
	Универсальный Терморегулятор восьмиканальный ОВЕН ТРМ138В Аналог терморегулятора ТРМ138 со встроенными барьерами искрозащиты. Может применяться в пищевой, медицинской, химической, нефтеперерабатывающей промышленности. Предназначен для подключения датчиков, находящихся во взрывоопасных зонах. Может быть использован в качестве многозонного регулятора, многопороговой сигнализации, а также как восьмиканальный активный барьер искрозащиты.

Регулирование температуры в помещениях с теплым полом и радиаторами

Отдельно стоит остановиться на сложностях, возникающих при регулировании комбинированных систем отопления: когда в помещении одновременно присутствуют и радиаторы отопления, и теплый пол. Нужно сказать, что этот вариант системы отопления является самым дорогим и сложным в техническом плане и следует, по возможности, его избегать. Т.е. стараться применять только отопление радиаторами или только отопление теплым полом. И если учесть то, что в последнее время не многие согласны отказать себе в комфорте, который дает водяной теплый пол, то напрашивается следующая рекомендация — стараться реализовывать отопление дома только посредством водяного теплого пола. И наш опыт работы подтверждает, что при правильном подходе к строительству и проектированию системы отопления, это вполне возможно.

Однако, бывают случаи, когда без дополнительных радиаторов отопления в комнатах не обойтись. Это может быть не совсем хорошее утепление дома, большая площадь остекления, высокие желаемые температуры воздуха в помещениях (некоторым нравится 25°С в жилых комнатах) и напольные покрытия, которые иногда ограничивают тепловыделение от поверхности теплого пола. В таких ситуациях встает вопрос правильной реализации регулирования в комнатах двумя разными отопительными приборами. Сложность заключается в расстановке приоритетов нагрева от того или иного отопительного прибора с точки зрения достижения максимального комфорта для проживающих. Исходя из критериев комфорта, краткий алгоритм работы комбинированной системы отопления должен быть следующим: вначале греем только теплым полом, когда теплого пола не хватает — подключаем радиаторы. Это позволит большую часть отопительного сезона отапливать помещение только теплым полом, иметь максимальный комфорт и снизить эксплуатационные затраты (на расход газа и электричества).

Строгая логика работы комбинированной системы отопления будет такой:

1. Если температура воздуха в помещении ниже желаемого значения, то открывается петля теплого пола. Радиатор при этом закрыт.
2. Теплый пол работает до тех пор, пока температура воздуха в помещении не поднимется до желаемого значения, либо до тех пор, пока температура поверхности пола не достигнет максимума (26..29°С, в жилых, 31..35°С — в ванных).
3. Если температура поверхности пола достигла максимума, а температура воздуха ниже требуемой, открывается радиатор и греет до тех пор, пока воздух не прогреется до требуемого значения. При этом теплый пол открывается при остывании поверхности пола ниже максимально разрешенного значения и закрывается по достижению этой температуры.

Следует сразу сказать, что без электроники этот алгоритм нереализуем. При попытках его реализации без устройств автоматики, неизбежны сложности. Например, некоторые предлагают поставить на теплый пол регулятор по «обратке», а на радиаторы — термоголовки. Но температура воздуха при этом будет регулироваться только тогда, когда теплого пола будет не хватать, всё остальное время (а это значительная часть отопительного периода) она будет избыточной! Так как же можно реализовать правильный алгоритм регулирования температуры воздуха и поверхности пола, используя доступные, простые, надежные и недорогие средства? Мы предлагаем рассмотреть схему такой реализации на основе комнатных термостатов (в т.ч. электронных), предложеной фирмой Watts Industries на основе их комнатных термостатов Watts WFHT-Basic+ и Watts WFHT-Dual. Итак, мы хотим поддерживать в помещении постоянную температуру воздуха. Пока мощности теплого пола достаточно — радиаторы должны быть отключены. А как только мощности теплого пола становится мало — радиаторы должны подключиться к совместной работе. Перегревать поверхность пола так же нельзя, и автоматика не должна допускать ее нагрева выше, например, 29 градусов.

Схема регулирования комбинированной системы отопления радиаторами и теплым полом.

Для начала, потребуется установка сервоприводов на радиаторы (а лучше — на коллектор радиаторного отопления с микрометрическими клапанами) и на коллектор с теплыми полами. Далее берем два термостата: WFHT-Basic+ (регулировка только по температуре воздуха) и WFHT-Dual (регулировка по температуре воздуха и/или по температуре пола) и монтируем их рядом в помещении, где требуется регулирование температуры. Датчик температуры поверхности пола монтируем в стяжку и подключаем к термостату Dual, который необходимо перевести на управление по температуре поверхности пола. В то время как термостат Basic будет давать сигнал о том, что воздух холоднее, чем надо, WFHT- Dual сообщит о том, что температура поверхности пола ниже или выше допустимой. Простейшая релейная схема:

• отключит и пол, и радиаторы, если температура воздуха в норме;
• включит нагрев пола, если температура его поверхности ниже максимума, и температура воздуха ниже нормы;
• включит нагрев радиаторов, если температура поверхности пола максимальна и температура воздуха ниже нормы. Теплый пол при этом будет отключен до тех пор, пока температура его поверхности не снизится ниже верхнего предела.

Другими словами, регулятор температуры воздуха включает нагрев в комнате, а регулятор температуры поверхности пола работает как переключатель между режимами «только пол» и «пол + радиаторы». Схема эта достаточно проста и, конечно, ее можно собрать и на других электронных регуляторах, в том числе и радио-термостатах.

Вывод

Применение электронного регулятора позволяет осуществлять автоматическое регулирование расхода тепла на отопление как в центральных, так и в индивидуальных тепловых пунктах, а также автоматическое регулирование нагрева воздуха в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. При этом достигается значительное сокращение расхода тепловой энергии при обеспечении комфортных условий в отапливаемых и кондиционируемых помещениях.