Схемы управления нагреваемым полом, приборы автоматики, принципы работы

Производители предлагают ряд устройств, которые позволяют управлять теплыми полами дистанционно или в автоматическом режиме. В том числе и программируя требуемую температуру, или подстраиваясь под состояние погоды. Но какое управление предпочесть, какая автоматика окажется полезней, комфортней?

Теплый пол без автоматики

Теплый пол может вообще не оснащаться автоматическим оборудованием. Чтобы он заработал достаточно включить циркуляционный насос, например, вставить вилку в розетку.

Настройки по температуре могут выполняться вручную. При этом вручную задается общая температура с помощью термоголовки смесительного узла. Затем, при необходимости, балансировочными кранами на коллекторе теплого пола настраивается поток (отдаваемая мощность) по каждому контуру.

При этом пользователи руководствуются субъективными ощущениями тепла в комнатах и степени нагрева полов, комнатными термометрами, а также термометрами, встроенными в подачу и обратку на коллекторе.

При настройке теплых полов, как вручную, так и с помощью дистанционного управления, необходимо учитывать большую тепловую инертность тяжелой стяжки. Поэтому настройки могут происходить постепенно в течении нескольких дней.

Обязательная защита в управлении

В цепи включения циркуляционного насоса теплого пола должно присутствовать реле тепловой защиты. Это температурное реле обычно размещается на подающем трубопроводе из смесительного узла на коллектор, и настраивается на размыкание цепи при достижении температуры +55 градусов.

Если термоголовка смесительного узла по каким-то причинам работает ошибочно и дает слишком высокую температуру на выходе, то указанное реле выключает насос, защищая стяжку.

Указанное реле может не устанавливаться если температурная защита осуществляется термоклапаном (термоголовкой) механического действия.

Еще одна механическая защита — байпас между гребенками подачи и обратки коллектора теплого пола. Байпас оборудуется встроенным дифференциальным клапаном. При закрытии (прикрытии) кранов на коллекторе значительно ограничивается расход жидкости через насос, возникают перегрузки, появляется шум жидкости. Разгрузить насос и снизить давление, стабилизировать работу, поможет этот байпас.

Также отдельные производители предлагают и модуль управления насосом теплого пола, который включает насос только тогда, когда открыт хотя бы один из сервоприводов на коллекторе.

Далее рассмотрим приборы и оборудование автоматики. С помощью следующих средств теплым полом можно управлять в дистанционном режиме или полностью автоматизировать его работу.

Комнатный термостат управляющий аппаратурой

Комнатный термостат предназначен для управления оборудованием обогреваемых водяных полов, которое осуществляется в 2-х позициях, — «да», «нет».

При достижении задаваемой температуры термостат либо замыкает, либо размыкает электрическую цепь. Это зависит от принятой производителем схемы управления.

Но чаще комнатный термостат управляет нормально закрытым сервоприводом. Т.е. при достижении заданного порога подается напряжение и сервопривод включается до снятия напряжения.

Обычно пару термостат-сервопривод приобретают от одного производителя, тогда вопроса согласования оборудования не возникает.

Комнатный термостат может размещаться в стандартной распределительной коробке электросети, заделанной в стену и подключается к скрытой проводке. Сам же термостат может быть разных модификаций, в т.ч. электронный или со встроенным механическим датчиком (обычно с большой погрешностью), с выносными датчиками встраиваемыми в стяжку теплого пола.

Пользователь управляет термостатом вращением ручки (настройка температуры), клавишами настройки, а также включения и выключения, прибор снабжается индикатором работы или табло с информацией.
Производитель прилагает и схему подключения термостата к другому оборудованию.

Хронотермостат

Хронотермостат — электронный программируемый прибор с датчиками температуры воздуха в комнате. В отличие от простого термостата снабжен программируемым процессором.

Этим прибором можно задавать температуру в помещении на некоторый период времени вперед, обычно на сутки или на неделю.
Как правило снабжен вшитыми настройками на режимы отопления «комфортный» и «эконом», а также защитой от замерзания теплоносителя.

Управляет, как и обычный термостат, сервоприводом, насосом, выдавая команды «да», «нет».

Термостатическая головка

Термостатическая головка управляет клапаном регулировки температуры смесительного узла, путем воздействия на его шток.
Головка устанавливается на клапане, снабжается выносным датчиком жидкостного типа, с которым соединяется гибкой медной капиллярной трубкой.

Модификации могут быть разные, датчик чаще снимает показания с обратного коллектора теплого пола. Диапазон измеряемых температур чаще в пределах 20 — 60 градусов. Могут настраиваться вручную вращением ручки или сервоприводом по командам термостата.
Как устроен смесительный узел

Сервоприводы

Конструкции могут быть разные, но в системе теплого пола для управления термоголовкой или настроечным вентилем, часто используется импульсный сервопривод. Приводится в движение расширением жидкости в сильфоне при ее нагреве встроенными нагревательным элементом. Рабочее напряжение 220 или 24 В.

Работает по сигналам (выполняет команды) термостатов, контроллеров, или отдельных встроенных датчиков.

Контроллер

Программируемое управляющее устройство. Может выполнять множество функций по обеспечению автоматизации управления теплым полом, в том числе:

• измерение и индикация температуры воздуха в комнатах и теплоносителя;
• обеспечение питания сервоприводов переменным напряжением 24 В и управление ими.

Но главной способностью контролера является обеспечение погодозависимого управления, — вычисление требуемой величины выходного сигнала управления в соответствии с показаниями датчика наружной температуры по заданному пользователем графику зависимости температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха.

Впрочем, надобность подобной автоматики для теплого пола (установки контроллера) многими специалистами и пользователями с опытом ставится под сомнение. Насколько нужна погодозависимая автоматика, подробней об автоматизации отопления

А если надобности в подобном управлении нет, то и дорогой контроллер соответственно не нужен.

Схемы управления теплыми полами

Приведена типичная схема теплых полов с элементами автоматики — выносными термостатами расположенными в разных комнатах и сервоприводами установленными на балансировочных кранах коллектора.

При этом термостаты подключены к общему коммутационному устройству, сблокированному с контроллером (защитным) насоса.

Указан байпас с дифференциальным клапаном, который предохраняет насос от поломки, и защитное термореле

На следующих схемах показаны несколько обычных вариантов автоматизации теплых полов.

Термостат, расположенный в комнате, управляет включением насоса теплых полов —

Как будет управляться теплый пол желательно решить заранее, чтобы провести необходимую скрытую проводку по комнатам до завершения строительства.

Обзор контроллеров для зонального управления водяным теплым полом

В предыдущей статье были рассмотрены способы организации зонального управления теплым полом на специальных узкопрофильных устройствах.

Теперь рассмотрим более универсальный подход с применением контроллеров умного дома и даже компонентов адресных систем безопасности.

Универсальный контроллер ЭВАН H-1000.

ЭВАН H-1000 — очень универсальный контроллер.

Правда, цена 18000р не стимулирует интерес к этому устройству.

Хотя это уже полноценный свободно программируемый прибор домашней автоматизации, включающий в себя все что душе угодно: облачный сервис, дистанционное управление, до 10-ти термодатчиков и т. д.

Управление и диспетчеризация работы системы отопления — лишь один из вариантов применения.

Возможность по-зонного управления системой отопления.

Контроль состояния дополнительно подключаемых датчиков (к каждой зоне может быть привязан основной и резервный датчик).

До 10-ти термодатчиков (поддерживаются проводные DS18B20, DS18B20 и радиодатчики).

2 режима управления: автоматический (запрограммированный алгоритм) и ручной (web-сервис, приложение для iOS и Android, сотовая связь).

Поддерживает протокол OpenTherm (через адаптер).

Поддерживает погодозависимую автоматику.

Оповещает о штатных событиях и аварийных ситуациях.

Можно подключать пожарные датчики, датчики утечки газа, датчики протока.

Выполняет охранные функции.

Мне показался слишком дорогим (дальше увидим, что это вполне конкурентная цена).

ИПРО-6.

Это по сути GSM сигнализация, но имеются функции зонального терморегулирования.

Стоит 6300р.

К прибору ИПРО-6 можно подключить только два датчика температуры и он имеет два силовых выхода и два выхода открытый коллектор. Как же использовать этот GSM прибор для управления теплым полом?

Дело в том, что есть возможность подключать радио-термо-датчики, которые по сути являются комнатными терморегуляторами (справа для примера привел очень похожее вот это изделие с AliExpress).

И есть возможность подключать радиореле.

Радио-термо-датчик-регулятор стоит 1900р, а двухканальное радиореле — 900р.

Итого: 6300 + 4*1900 + 3*900 = 16600р.

Настраивается прибор при помощи программы с компьютера.

Самое интересное то, что этот прибор имеет возможность SMS информирование о событиях, в том числе и о состоянии зон регулирования.

Есть мобильное приложение, которое помогает отсылать управляющие SMS и расшифровывать для отображения в графическом интерфейсе SMS с отчетами о состоянии.

Производитель обещает облачный сервис в скором времени.

Хороший прибор и стоит следить за его развитием.

Все портят радио-термо-датчики: для радио-термометров они слишком крутые, а для комнатных термостатов — слишком недоделанные.

Не хватает также проводного расширения релейных каналов управления до, хотя бы, 6. Но если на основе этого оборудования конструировать систему сигнализации, то можно получить выгоду.

Адресная гибридная система охранно-пожарной сигнализации Астра-РИ-М.

Ээ куда тебя понесло, скажет читатель: где регулирование теплых полов — и где адресная гибридная система пожарной сигнализации.

Может и так, но, эта система имеет невысокую цену оборудования и зачатки функционала домашней автоматизации, более продвинутые, чем у конкурирующих адресных систем безопасности. В статье об идеальной системе домашней сигнализации уже было показано на то, что адресная система сигнализации может применяться в системе автоматизации.

Более того, радиоканальная система охраны «Астра» очень распространена, а охранные датчики «Астра» распространены вообще везде. Поэтому, если в доме планируется охранная сигнализация, то имеет смысл посмотреть в сторону прибора Астра-812 Pro с Ip-каналами связи.

Этот прибор стоит 6385р.

В прибор уже встроен радиомодуль.

В качестве температурных датчиков зон можно использовать радиоканальный датчик температуры Астра-3731 за 1600р.

Получение сигналов от комнатных терморегуляторов отпадает — на них можно сэкономить.

Для получения четырех направлений управления используется проводной релейный блок расширения по RS485 Астра-823 за 1750р.

Управление котлом и еще несколькими направлениями можно поручить встроенным в прибор реле.

Понадобится еще блок питания. Использовать блок питания «Астра» с резервированием от АКБ и пожарным сертификатом не имеет смысла — достаточно любого блока питания за 500р.

Прибор Астра-812 Pro осуществляет связь с облачным сервисом при помощи одного из модулей:

Mодуль Астра-GSM (ПАК Астра) за 2000р;

Mодуль Астра-LAN (ПАК Астра) за 1530р.

На дисплей прибора можно вывести значение температур зон регулирования с понятными названиями.

Можно запрограммировать 4 режима с собственными именами и удобно менять их с панели или облачного сервиса.

Да, в комплекте мы сразу же получаем облачный сервис Security Hub.

Итого получится цена 6385 + 4*1600 + 1750 + 1530 + 500 = 16565р.

Дорого, но, повторюсь: не нужны комнатные терморегуляторы + облачный сервис для мониторинга и дистанционного управления + мощная современная гибридная система охраны и автоматики.

Более того, оказалось, что в некоторые радиоканальные датчики дыма и движения встроен датчик температуры, который можно использовать: подтверждение на форуме.

Особенности прибора Астра-812:

ЖК-дисплей и встроенная клавиатура;

два входа питания (основной и резервный) по ГОСТ Р 53325;

2 программируемых входа охранного/технологического типа;

6 встроенных программируемых выходов:

2 сигнальных слаботочных реле типа «сухой контакт»,

3 выхода типа «открытый коллектор»;

встроенный информационный интерфейс RS-485 для подключения дополнительного оборудования.

Есть пожарный сертификат и возможность построения системы «Умный дом». Если планируется установка в доме сигнализации, то это годный вариант.

Security Hub.

У предыдущего производителя в ассортименте есть еще прибор домашней автоматизации Security Hub, который с натяжкой можно использовать для целей этой статьи.

Получается система, подобная ИПРО-6, но с большими возможностями расширения и облачным сервисом из коробки.

Нам понадобиться собственно сам Security Hub, радиоканальные устройства измерения температуры и релейные выходы.

Стоимость системы обойдется в 20000р, но в итоге будет получена прицепом и охранно-пожарная сигнализация с возможностью масштабирования и с радиодатчиками.

Security Hub в первую очередь сигнализация с облачным сервисом и ПЦН в кармане. Датчики дыма имеют пожарный сертификат, а охранная составляющая сертифицирована для применения Росгвардией.

То-есть можно предполагать надежность этой системы.

Если есть или планируется такая система сигнализации, то конечно стоит развивать и возможности этой системы по автоматизации.

Xiaomi Aqara Mijia.

Аналогичную Security Hub систему можно построить на Xiaomi Aqara Mijia концентраторах и периферийных устройств, совместимых с концентратором.

Стоимость системы составит 8000р.

Эта система в первую очередь предназначена для игр в домашнюю автоматизацию. Мне лично кажется не очень надежным такое решение для отопления.

Использование ПЛК.

Существует множество программируемых логических контроллеров и реализовать центр управления теплым полом можно на любом из них. Придется только стать программистом логических контроллеров.

Программируемых контроллеров для наших целей подойдет очень много — практически все (они для этого и нужны).

Например вот такой с AliExpress за 8000 с доставкой.

Для решения нашей задачи я бы выбрал продукцию OWEN, по причине того, что уже есть готовые решения управления теплыми полами и есть облачный сервис OwenCloud.

Цена оборудования не будет заоблачной и нам понадобится два устройства, не считая периферии и расходников.

ПР200 программируемое реле с дисплеем 5760р.

ПЕ210 сетевой шлюз для доступа к сервису OwenCloud RS-485 Ethernet 3600р.

Что-то около 10000р.

Это все конечно очень интересно, но, по сути, придется освоить целую профессию.

Адресная система Болид.

Эта система аналогична по назначению адресной системе Астра, рассмотренной выше.

Раз уж были упомянуты ПЛК, отмечу еще контроллер С2000Т Болид.

Это тот же OWEN, но в два раза дороже.

Зато есть множество легко подключаемых, дешевых и обкатанных в слаботочных инженерных системах адресных периферийных устройств и не надо писать программу — логика работы контроллера конфигурируется по стандартным сценариям. То-есть цена того стоит.

К сожалению кнопки не регулируют температуру, как хотелось бы.

Если уж и заморачиваться с контроллерами, то надо уже решать более глобальную задачу домашней автоматизации.

Wiren Board.

Более глобально решать задачу домашней автоматизации можно при помощи контроллера Wiren Board на базе Linux.

Такое решение обойдется в 22500р, но это уже будет именно глобальное решение, которое можно будет развивать и развивать.

Потратить 14500р на очень универсальный контроллер с много чего на борту, на который можно потом дешево цеплять периферию — неплохое решение.

Миникомпьютер Arduino.

Это будет самый дешевый вариант.

Плата Arduino UNO будет стоить 220р.

Нам нужно получить сигналы наличия 220В на управлении сервоприводов направлений коллектора теплого пола в понятном для Arduino виде.

Это можно сделать при помощи 8-ми канальной платы оптопар с гальванической развязкой, которая с доставкой будет стоить 650р.

Остается теперь выдать управляющие сигналы на насос и котел в зависимости от наличия 220В на сервоприводах. Это можно сделать при помощи комбинации релейных плат для Arduino, которых на Aliexpress великое множество.

Нам потребуются две одноканальных платы реле, по цене 50р за штуку. Две разных платы будем применять, чтобы наверняка разделить каналы управления насосом и котлом.

По мелочи: провода со штекерами, блок питания, бокс, пусть 380р

Итого: 220 + 650 + 2*50 + 280 = 1350р.

Применение одноплатного микрокомпьютера Arduino открывает множество возможностей. Например, можно передавать статистику работы теплых полов в центр мониторинга по Wi-Fi, Ethernet, Интернет.

Но все эти возможности и дешевизна внедрения будут получены в ущерб надежности.