Системы управления отоплением – от ручного к погодозависимому

В настоящей статье мы решили выяснить, в чем заключаются преимущества современной погодозависимой автоматики, управляющей отопительным котлом. В силу того, что объективно оценить достигнутый в этой области прогресс возможно только в сравнении, рассмотрим основные существующие системы, а заодно познакомимся с протоколом OpenTherm и модулирующими газовыми горелками. Как говорится, вперёд, а выбор уже будет за вами!

Ручное управление отопительным котлом

Самым распространённым способом управления отопительным котлом было ручное регулирование температуры теплоносителя (надо сказать, что многие котлы до сих пор управляются именно так). Автоматизация была простая, но эффективная – встроенный в котёл термостат вручную настраивался на определенную температуру циркулирующего в системе теплоносителя, например 50 градусов (см. рис.1).

Рис.1. Ручное регулирование температуры теплоносителя

Предположим, при стабильных внешних условиях при этом значении в помещении достигается температура 23°С. В случае постепенного разогрева теплоносителя термостат подаёт команду на выключение газовой горелки, а если теплоноситель остывает – то на включение. Этот циклический процесс объясняет «волнистость» оранжевого графика температуры теплоносителя и зеленого графика комнатной температуры. Если же температура на улице резко упадёт, а термостат продолжит работать в прежнем режиме (50°С), то температура в помещении неизбежно понизится. Для исправления этой ситуации требуется вмешательство человека, который должен повысить значения температуры теплоносителя до более высоких значений.

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

Плюсы:

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

Минусы:

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

Управление работой котла комнатным термостатом

Другим известным, но более современным способом автоматизировать работу отопительного оборудования и освободить от контролирующих функций человека, является применение в отопительной системе релейного комнатного термостата.

В настоящее время существует огромное количество моделей комнатных термостатов, но всех их объединяет один общий принцип работы – прибор измеряет температуру в жилом помещении и, в зависимости от окружающих условий и заданного целевого значения температуры, управляет розжигом и выключением газовой горелки котла. Однако инерционность тепловой системы вызывает большие задержки в реагировании на команды комнатного термостата. И часто температура в жилом помещении существенно отличается от заданной (в сторону повышения или понижения), что и отображается на зеленом графике комнатной температуры в виде появления красных (перегрев) и синих (недогрев) сегментов (см. рис.2).

Рис.2. Регулирование температуры релейным термостатом

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

В случае применения релейного комнатного термостата автоматика розжига работает значительно меньше, чем при ручном управлении, но из-за высокого порогового значения температуры теплоносителя происходит перерасход газового топлива. Остаётся добавить, что компенсировать этот недостаток удаётся «интеллектуализацией» комнатных термостатов. Так, современные программируемые модели этих приборов позволяют запрограммировать различные суточные и недельные режимы работы. Например, ночью целевая температура в комнатах может понижаться, а днём – повышаться. Аналогично в будни и выходные дни. Наличие гибкого графика целевой температуры позволяет добиться значительной экономии газа. Яркими представителями приборов этого семейства являются термостаты от компании БАСТИОН серии TEPLOCOM TS.

Программируемый комнатный термостат автоматически изменяет температуру по графику, установленному пользователем

Плюсы:

• Нет необходимости ручного управления работы котла;
• По сравнению с ручным управлением, уменьшается количество циклов включения/выключения котла, что благотворно сказывается на увеличении ресурса автоматики розжига;
• Автоматическое отключение насоса при выключенной горелке приводит к существенной экономии электроэнергии.

Минусы:

• Необходимо дополнительно покупать и монтировать термостат;
• В доме возможны ощутимые колебания температуры воздуха.

Модулирующие горелки, протокол OpenTherm и погодозависимая автоматика

На сегодняшний день самыми современными и технологически совершенными системами управления отоплением являются приборы, работающие под управлением протокола OpenTherm.

Не вдаваясь в узкоспециализированные подробности, рассмотрим три главных особенности, которые отличают оборудование с OpenTherm от описанного выше.

Особенность первая: управление модуляцией пламени

Появление новых газовых котлов с горелками, способными управлять модуляцией пламени, открыло новые возможности в организации экономичного и эффективного отопления. Поясним, что модуляцией пламени называется регулирование мощности нагрева. При слишком большой мощности происходит частое включение и выключение котла (тактование), а при малой – достижение заданной температуры делается невозможным. Т.е. наилучшей модуляцией пламени считается уровень горения, при котором котел не выключается, и достигнуто заданное значение температуры. Иными словами, управление модуляцией пламени – это способность автоматики котла, в зависимости от внешних условий, оптимально изменять интенсивность горения пламени горелки, не выключая её. Ни один из описанных выше способов управления котлом не может управлять модуляцией пламени. Для работы с новыми горелками был придуман протокол OpenTherm, который позволил эффективно объединить функционирование новых горелок с возможностями «умной» погодозависимой автоматики и электроники.

Особенность вторая: работа с автоматикой

По сути дела, OpenTherm – это мост, который был проложен между производителями котлов и производителями прочей электроники и автоматики. Единый, не зависящий ни от кого, протокол стандартно описывает все основные команды по работе с модулирующими горелками. Это позволяет подключить к нему самое разнообразное оборудование: от термостата до программируемых термоконтроллеров, к которым может быть присоединено большое количество термодатчиков. Современные термоконтроллеры представляют собой программируемые приборы, которые в состоянии обрабатывать показания термодатчиков, расположенных как в различных зонах отапливаемого объекта, так и на улице. Теплоконтроллер поддерживает заданное значение целевой температуры и может его изменять в зависимости от команд пользователя, времени суток или дня недели. Анализируя полученные данные температуры снаружи и внутри помещения, контроллер задает погодозависящий режим работы для модулирующей горелки котла и насосов (см. рис.3).

Рис.3. Регулирование температуры теплоинформатором Teplocom Cloud

На графике мы можем видеть, что горелка практически не выключается, а только меняет интенсивность своего горения. При этом, вне зависимости от внешних условий, график целевой температуры меняется крайне незначительно и лежит в границах гистерезиса теплосистемы. Дополнительными преимуществами этой системы управления является заметное повышение ресурса работы горелки (отсутствуют циклы розжига, быстрого нагрева и остывания), а также достигается существенная экономия газового топлива.

Особенность третья: доступ к настройкам автоматики и фиксирование ошибок

Наличие «умного» управления и существование обратной связи между котлом и управляющим оборудованием открывает третью особенность протокола OpenTherm – возможность по одному протоколу получить полный доступ к настройкам автоматики котла и произвести их изменение с любого управляющего устройства (смартфона). Дополнительно открывается доступ к информации обо всех ошибках, случившихся при работе тепловой системы, что даёт неоценимый инструмент для обслуживающего и контролирующего работу оборудования персонала.

Плюсы:

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

Минусы:

• Более высокая цена по сравнению с другим оборудованием, что компенсируется за счет меньшего потребления газа.

Теплоинформатор TEPLOCOM CLOUD

В этой статье мы рассмотрели основные способы управления отопительным котлом – от ручного до автоматического, при помощи модулирующих горелок с OpenTherm. Одним из современных устройств, которые способны реализовать новейшие технологии по управлению системой отопления, является теплоинформатор TEPLOCOM CLOUD. Это электронный прибор, расширенный функционал которого далеко выходит за рамки простого поддержания стабильной температуры в доме. На основе «облачной технологии» в нём реализован механизм передачи информации от подключенного оборудования и удалённое управление им через смартфон.

TEPLOCOM CLOUD — тепло вашего дома всегда под контролем!

Возможности теплоинформатора TEPLOCOM CLOUD:

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

Благодаря техннологии WaetControl управление системой отопления происходит с учётом изменений погоды на улице. Что минимизирует колебания температуры в доме в течение дня.

Таким образом, мы видим, что существует большое количество приборов, которое обеспечивает работу тепловых систем с той или иной степенью комфорта и экономичности. Выбор лучшего из них, как всегда, остаётся за потребителем

Автоматическое регулирование напольного отопления. Часть 2

Если рассмотреть классическую схему простого автоматического управления комбинированной системой отопления (рис. 1), в которой комнатные термостаты управляют сервоприводами термостатических клапанов коллекторных блоков, то возникает вопрос: что случится, когда все клапаны окажутся закрытыми?

Рис. 1. Регулирование комбинированной системы отопления с помощью комнатных термостатов и сервоприводов

Очевидно, что в этой ситуации откроются перепускные клапаны на контурах и теплоноситель будет циркулировать по малым циркуляционным кольцам через байпасы. При этом насосы будут расходовать электроэнергию впустую. Если же контуры не оборудованы байпасами с перепускными клапанами, то циркуляционные насосы будут работать «на закрытую задвижку», тратя энергию только на нагрев самих себя и теплоносителя в ограниченном пространстве. Циркуляционные насосы VT.RS оборудованы встроенными датчиками перегрева, которые отключат насос при нагреве обмотки статора свыше 150 °С, однако это является аварийным режимом, и его регулярное повторение всё-таки приведёт к межвитковому замыканию обмоток.

В насосно-смесительном узле VT.DUAL на этот случай предусмотрен предохранительный термостат, который отключает насос при достижении заданной пользователем температуры (от 30 до 90 °С), но у остальных узлов такого термостата нет.

Для предотвращения работы насоса «вхолостую» и «на закрытую задвижку», а также для удобной увязки работы сервоприводов с остальным оборудованием системы отопления разработан зональный коммуникатор VT.ZC8 (рис. 2).

Рис. 2. Зональный коммуникатор VT.ZC8

К коммуникатору подводятся провода от каждого комнатного термостата, и он передаёт принимаемые сигналы на соответствующий сервопривод или группу сервоприводов. При отсутствии запроса на отопление (все термостатические клапаны коллектора находятся в закрытом положении), коммуникатор отключает циркуляционный насос или теплогенератор (в зависимости от тепломеханической схемы системы).

Коммуникаторы выпускаются двух типов: для сервоприводов с питающим напряжением 24 и 220 В.

Рис. 3. Пример схемы подключения коммуникатора VT.ZC8

Назначение клеммных пар, переключателей и светодиодов в коммуникаторе следующее (рис. 3):
К1 – подача электропитания (220 В или 24 В в зависимости от модификации коммуникатора;
К2–K9 – подключение комнатных термостатов. К одному коммуникатору можно подключить восемь термостатов;
J1–J8 – переключатели передачи сигнала. В положении OFF управляющий сигнал передаётся на клеммную пару управления сервоприводами, расположенную напротив (K2–K13–C1; K3–K14–C2 и т.д.). В положении ON сигнал на клеммную пару управления сервоприводами передаётся от соседнего (расположенного cлева) термостата. Это позволяет одним термостатом управлять сразу несколькими сервоприводами. Например, на рисунке 3 сервоприводами С2, С3 и С4 управляет один термостат Т2 через клеммную пару К3, а сервоприводами С5, С6 и С7 управляет термостат Т3 через клеммную пару К6;
К10 – передаёт питание на соседний коммуникатор при объединении их в группы (рис. 4);
К11 – при объединении нескольких коммуникаторов принимает информацию о состоянии сервоприводов от соседнего коммуникатора для управления циркуляционным насосом;
К12 – управление циркуляционным насосом. При подаче команды закрытия сервоприводов на всех клеммных парах насос отключается;
К13–K20 – подключение сервоприводов термостатических клапанов коллектора;
J9–J16 – переключатели типа сервопривода. В положении OFF подключаются нормально закрытые приводы, в положении ON – нормально открытые;
К21 – передача информации о состоянии сервоприводов на соседний коммуникатор при объединении их в группы (рис. 4);
G1 – переключатель принудительного отключения насоса (ON – насос включён для управления коммуникатором; OFF – насос принудительно выключен);
S1–S8 – индикаторы горят при подаче питания на привод;
S9 – индикатор горит при подаче питания на клеммную пару K1;
S10 – индикатор горит при включённом циркуляционном насосе.

Рис. 4. Схема соединения двух коммуникаторов