Погодозависимая автоматика систем отопления – об автоматике и контроллерах для котлов на примерах

Погодозависимый контроллер ТРЦ-04 с беспроводным датчиком температуры

Для управления двумя независимыми контурами системы отопления и отдельным контуром ГВС нами разработаны и изготавливаются два принципиально новых устройства погодозависимой автоматики: базовая модель многофункционального погодозависимого контроллера (МПК ТРЦ-04),
а также аналогичное устройство с функцией адаптивного управления отоплением (МАПК ТРЦ-04) для работы с беспроводными датчиками температуры

В настоящей публикации уделяется внимание некоторым принципиальным особенностям последнего цифрового терморегулятора с расширенными функциональными возможностями.

Фото. 1. Готовый комплект МАПК ТРЦ-04 с беспроводным датчиком температуры.

В отличие от упомянутых в таблице выше устройств других компаний, изготавливаемый и предлагаемый нами контроллер отопления содержит специальный радиомодуль и программное обеспечение, изначально комплектуется одним беспроводным датчиком температуры (БДТЦ).
Благодаря чему возможно применение адаптивного погодозависимого регулирования системы отопления, содержащего один или два независимых контура .
При необходимости использования и адаптивного управления двумя независимыми контурами системы отопления потребуется приобрести дополнительный БДТЦ для второго контура.

Ключевые особенности контроллера системы отопления МАПК ТРЦ-04

При разработке МАПК ТРЦ-04 основное внимание уделялось обеспечению простоты при первичной настройке и полной самодостаточной и надежной работе погодозависимого контроллера
с минимально возможным вмешательством человека в процессе эксплуатации системы отопления.

Эти задачи были решены, в частности, путём:

• создания максимально возможной по простоте меню настройки устройства с достаточно понятной и внятно составленной инструкцией по монтажу и эксплуатации, что позволяет настроить систему в течение примерно 15…30 минут;
• применения цифровых датчиков температуры, не требующих каких-либо настроек при монтаже или в процессе эксплуатации;
• обеспечения высокой надежности, в том числе, благодаря использованию современного микроконтроллера и симисторных ключей для управления сервоприводами узлов смешения;
• разработки и реализации уникального алгоритма, обеспечивающего достаточно точное и стабильное поддержание заданной температуры окружающего воздуха в отапливаемых помещениях практически вне зависимости от теплотехнических характеристик здания, погодных условий
  , с учётом температуры теплоносителя и температуры наружного воздуха.

При первичной установке и настройке МАПК ТРЦ-04 с БДТЦ, в процессе его эксплуатации, отпадает необходимость периодических
дополнительных настроек устройства – а значит отсутствуют необходимость в заключении каких-либо договоров на обслуживание с подрядной организацией,
более не потребуется поиск и(или) подбор наклона подгодозависимых кривых отопления.

Фото 2. Опытный образец контроллера МАПК ТРЦ-04 в работе.

Вам следует лишь один раз задать желаемые температуры воздуха для помещений, в которых размещаются соответствующие беспроводные датчики температуры, и терморегулятор будет автоматически управлять исполнительными устройствами и поддерживать заданные параметры.

Как это осуществляется

Управление с помощью котла отопления

При таком подходе все управление отоплением сводится к установке температуры теплоносителя на котле. В этом случае начинает работать встроенная в него автоматика, для отопления, работающего подобным образом, контроля на котле вполне достаточно. Он будет поддерживать необходимую температуру теплоносителя независимо от ее значения в помещениях.

Подробнее в статье — автоматика для котла отопления.

Термостатический вентиль

Пожалуй, это самый простой автоматический регулятор температуры отопления. Он ставится на каждый радиатор, и на нем (на его головке) можно установить нужное ее значение. В тех случаях, когда становится слишком жарко, срабатывает регулятор и перекрывает поступление теплоносителя в батарею. При падении температуры ниже заданного значения, вентиль открывается, и вода начинает поступать в радиатор, обогревая помещение.

Термостатический вентиль

Недостатком такого подхода следует считать отсутствие экономии из-за невозможности управления котлом и расходованием топлива.

Комнатный регулятор температуры

В этом случае в помещении устанавливается специальный регулятор температуры – по сути дела, контроллер отопления.Он изменяет нагрев теплоносителя (включая или выключая горелки, регулируя подачу воды и т.д.), обеспечивая нужный режим.

Комнатный регулятор температуры

Фактически в этом случае управление получается полностью электронное, отопление дома работает по командам из специального центра и может реализовать любой заданный режим работы. Если оснастить подобную структуру контроля и регулирования блоками дистанционной связи, модулем GSM, то будет сформирован автоматизированный узел управления системой отопления с возможностью удаленного доступа.

Методика управления погодозависимой автоматикой

Управление отоплением на основании показаний датчиков температуры только внутри дома означает большую инерционность. При резком похолодании, особенно при качественной теплоизоляции, снижение температуры в доме произойдет с заметной задержкой. Когда автоматическая система управления отреагирует, ей придется запускать котел на максимальной мощности, чтобы скомпенсировать падение температуры. При потеплении будет наблюдаться обратный эффект- котел будет выведен на режим малой мощности с запозданием, а в доме наступит жара.

Погодозависимая автоматика управляет работой системы отопления с учетом показаний четырех датчиков. Это позволяет достичь существенной (до 20%) экономии энергоресурсов за счет заблаговременного плавного изменения температурного режима. При этом практически полностью исключаются:

• работа котла в режиме максимальной мощности;
• вредные выбросы в атмосферу на этом режиме;
• заметные перепады температуры в доме;
• неоправданный перерасход топлива при похолодании или потеплении.

Эффективность работы такой системы управления отоплением сильно зависит от выбора т.н. эталонной комнаты, в которой будет установлен внутренний датчик. Если установить его, например, в гостиной, то во время приема гостей, да еще если хозяин решит растопить камин, температура в помещении (и на датчике) резко возрастет. Система воспримет это как управляющий сигнал и снизит мощность котла. А в это время на улице может ударить мороз, в результате чего во всем доме похолодает.

Далее, если гостям станет жарко, они решат открыть окно и проветрить комнату, система воспримет это как сигнал к выведению котла на большую мощность. В комнате станет тепло, а во всем доме – слишком жарко.

Во избежание подобных ситуаций следует тщательно выбирать место для монтажа внутреннего датчика.

Для погодозависимой автоматики для системы отопления нужно правильно подобрать место

При использовании метода прямого контроля инерционность системы чрезвычайно мала, и она мгновенно реагирует на изменение температурного режима коррекцией мощности бойлера. Это не всегда удобно, и поэтому в работу системы вводят дополнительную задержку, чтобы сглаживать эффект от незапланированных кратковременных перепадов внутренних температур.

Управление контроллером осуществляется либо кнопками с его панели, либо с помощью сенсорного дисплея. Современные системы имеют выход в сеть Интернет, ими можно управлять с планшета или смартфона с помощью мобильного приложения. Доступ возможен как из самого дома, так и из дальней поездки. Владелец может изменить алгоритм работы системы, выбрать другую базовую кривую, задать другие базовые значения для внутренней температуры или изменить такую температуру для отдельно взятого помещения.

Автоматическое управление — безопасно и надёжно!

Котлы с автоматикой не уступают газовым и даже электрическим моделям. Её можно установить даже на уже используемое простое устройство. Однако каждый автоматический прибор следует выбирать очень тщательно, проверяя его на совместимость.

Котёл без автоматики требует достаточно ответственного отношения владельца, много внимания и представляет собой небезопасное устройство.

Автоматика приводит нагревательные приборы к стандарту безопасности — правильно подобранные и установленные устройства обеспечивают стабильную работу, равномерный нагрев и гарантию спокойствия и тепла в доме своего владельца.

Как настроить управление своими руками

Основные шаги по настройке:

1. Отладка систем водоснабжения, горячего и холодного. В качестве инструкции используется руководство по безопасности, проверяются предохранительный клапан и регулятор давления.

2. У газового котла проверяется газовая рампа на горелке. Сначала все проверяется без розжига, на минимальной мощности, затем на средней и на максимальной.

   Если работает без сбоёв, можно установить автоматический режим.

3. Калибруются датчики давления и температуры. Работа датчиков проверяется в двух режимах: аварийном и автоматическом.

Затем система запускается на 72 часа. Если работает без отклонений, можно считать настройку успешной.

При необходимости перенастраивается автоматика, для этого нужен гаечный ключ и отвёртка. У устройства снимается крышка, изменения вносятся в диапазон допустимых значений (когда прибор сработает), повышается или понижается давление.

При изменениях давления после подключения прибора в сеть новые значения будут высвечены на манометре.

Регулировку температуры в помещениях лучше осуществлять непосредственно на месте, установив датчики. На котле можно отрегулировать степень нагрева теплоносителя.

Для правильной отладки температуры в комнатах приобретается и устанавливается термостат, который даёт возможности программирования с циклом до недели и управления котлом по мобильнику через специальное приложение.

Важно! Установку автоматических приборов лучше поручить профессионалам, особенно когда котёл газовый. Если есть знания и навыки, то настроить можно самостоятельно

Особенности автоматики для электрокотлов

Многое из автоматики для газовых котлов отлично подходит для электрических. К тому же электрокотлы хорошо совместимы с приборами автоматического контроля, поэтому умельцы могут создать своими руками вполне современный автоматизированный нагревательный прибор для дома.

Особенности:

1. Предохранение котла от избыточного давления возлагается на подрывной клапан, который срабатывает при скачке давления и сбрасывает излишки теплоносителя в канализацию.

   Это механическое устройство следует установить как запасное даже при установленных электронных приборах.

2. Для оценки реального состояния и качества работы котла обязательны датчики давления и температуры.
3. Включение и выключение котла регулируется механической автоматикой. Например, терморегуляторы пластинчатого типа, которые устанавливаются в помещении. Устройство будет замыкать или размыкать электрическую цепь в соответствии с повышением или понижением температуры в помещении.

Безопасность работы системы обеспечивают датчики, предохраняющие от перепадов напряжения.

Дополнительная экономия энергии достигается при установке блоков для смешивания остывшей и нагретой воды в трубах. Оснащённый этим минимумом автоматических приборов котёл будет прекрасно обогревать дом.

Погодозависимая автоматика для управления системами отопления

Представляет собой систему, направленную на контроль обогрева помещения. Аппаратное устройство измеряет температуру на улице.

Обнаружив изменение, программа заставляет котел увеличить или ослабить прогрев теплоносителя. Постоянное изучение перепадов температурного режима приводит к экономии: устройство не расходует топливо для поддержания работы котла, если в этом нет нужды.

Пока вода нагреется, пройдет некоторое время. Помещение успеет частично остыть, хотя затем восполнит потерю тепла. Учитывая данный факт, не рекомендуется подключать к устройству теплые полы. Погодозависимая автоматика успешно справляется с поставленной задачей, но может некорректно работать при резких перепадах температур.

Особенности использования

Погодозависимая автоматика (ПА) применяется в двух видах котлов.

Настенный

В большинство подобных приборов автоматика встроена производителем. Их навешивают на вертикальную поверхность во время установки, отчего они и получили соответствующее название. Средний по размерам аппарат занимает немного места. Рекомендуется использовать в небольших частных домах, где нельзя выделить отдельную комнату для котельной. В сравнении с напольным исполнением, настенное дешевле. ПА предполагает установку датчика, измеряющего уличную температуру.

Фото 1. Настенный котел, установленный на кухне. Обычно такие устройства оснащены погодозависимой автоматикой.

Напольный

Применение напольного котла оправдано в крупном загородном доме. Себестоимость устройства выше, чем у настенного аналога, но эксплуатация обходится дешевле.

В редких моделях есть встроенный контроллер – его придется купить отдельно. Также потребуется приобрести и установить много дополнительного оборудования: смесительные узлы, клеммы, систему гидравлики. Для обвязки необходимо место, желательно отдельная комната. Кроме того, понадобится нанять специалиста для подключения и отладки. Итоговая сумма выйдет в 100 – 150 тысяч рублей.

Устройства на твердом топливе

Электронное оборудование для автоматизированного контроля позволяет увеличить отдачу котла и экономит ресурсы топлива

Важно подбирать автоматические приборы, основываясь на технические данные отопителя

Автоматика состоит из компьютера и вентиляторной турбины. Благодаря его работе в котле:

• поддерживается постоянная температура;
• эффективно сгорает топливо, что позволит экономнее его расходовать;
• датчики позволяют чётко контролировать температуру в разных отсеках котла и равномерно распределять тепло по всему контуру.

Установка автоматических приборов поручается профессионалам. Откалибровать можно самостоятельно, по инструкции.

Механическая автоматика намного дешевле, чем электронная. Простое устройство и простые функции: открывать и закрывать доступ воздуха в камеру сгорания. Энергетически независима, поэтому надёжнее. Легко установить своими руками.

Автоматика для твердотопливного котла делает расход топлива оптимальным: это значительная экономия.

Справка! Применение приборов контроля помогло этому виду нагревательных установок стать востребованным — автоматику можно установить практически на любой котёл, который превращается в современное устройство.

Что именно улучшается в котле на твёрдом топливе:

• регулировка температуры, простая настройка;
• контроль подачи воздуха в топку: при остывании подаётся больше воздуха, при перегреве — меньше;
• агрегат можно оставлять без присмотра, в доме при этом сохраняется нормальная температура;
• система безопасности подаёт сигнал о неисправности или сбое;
• на случай отключения света в приборах предусмотрена возможность автономной работы;
• во многих моделях топливо подгружается без участия человека;
• есть устройства, регулирующие очистку от золы;
• котлом можно управлять с пульта.

Погодозависимая кривая отопления

Функциональную зависимость необходимого изменения температуры теплоносителя в системе отопления от температуры уличного воздуха будем называть погодозависимой кривой отопления.
При вполне определённых суммарных тепловых потерях здания можно оценочно определить значения необходимой температуры теплоносителя и, тем самым, рассчитать по приведенным ниже формулам и впоследствии построить погодозависимую кривую отопления.
Для этого запишем следующие выражения и принятые значения параметров:

Первое уравнение представляет баланс между суммарными теплопотерями здания в окружающую среду, и подводимой тепловой энергией от системы отопления при условии обеспечения постоянства температуры воздуха внутри помещений t_{air_inside} на уровне около +20 градусов Цельсия за одинаковый промежуток времени.
Следующая зависимость является аппроксимацией экспериментальных данных суммарных тепловых потерь нашего дома в виде квадратичной функции.
Общая площадь теплоотводящей поверхности S_r рассчитывается исходя из 136 шт. радиаторных секций, каждая из которых имеет площадь поверхности 0,435 м2 .
Коэффициент теплоотдачи α_{air_inside} оценивается по известной эмпирической зависимости для радиаторов RIFAR ALUM 500.
Последняя формула* получена из первой при подстановке всех слагаемых, коэффициенты a, b и c – входят в квадратичную зависимость суммарных теплопотерь.

Расчёт и построение погодозависимой кривой

Для расчёта и построения погодозависимой кривой отопления воспользуемся последней формулой при варьировании температуры уличного воздуха t_{air_outside} от +20 до -20 градусов Цельсия.
На графике ниже в виде точек – прямоугольников показаны экспериментальные данные температур воды при работе погодозависимого контроллера ТРЦ-03 с альтернативной кривой отопления номер 5.

Полученная расчётный путём погодозависимая кривая отопления имеет выраженный наклонный характер. Для обеспечения комфортных условий и микроклимата с температурой воздуха +20 градусов Цельсия в жилых помещениях рассматриваемого жилого дома с радиаторной системой отопления: при нулевой температуре уличного воздуха температура теплоносителя должна быть около +45 градусов Цельсия, с падением температуры воздуха на улице до -20 градусов Цельсия температура воды должна быть повышена до +58 градусов Цельсия, т.е., как минимум, на 13 градусов.

В реалиях 21-го века не рационально расходовать своё драгоценное время на то, чтобы несколько раз в сутки вручную осуществлять регулировку температуры теплоносителя с необходимой точностью, кроме того, это не всегда оперативно возможно.

Погодозависимая автоматика контура системы отопления позволяет осуществлять плавное регулирование температуры теплоносителя с учётом изменения температуры уличного воздуха, обеспечивая упомянтые ранее преимущества, в том числе, комфортные условия по микроклимату в отапливаемых жилых помещениях.

Читать по теме ⇛ Преимущества погодозависимой автоматики: экономия газа за отопительный период.

Принцип действия

При настройке контроллера задаётся «кривая». С её помощью программа вычисляет необходимость обогрева помещения. Начальная позиция кривой – точка, в которой температуры теплоносителя и окружающей среды равны. Как правило, это 20 градусов Цельсия. После калибровки устройство самостоятельно отслеживает необходимость изменения температуры.

Производители задают в ПА несколько кривых, чтобы настройка не занимала лишнее время. Выбрав программу, специалист запускает систему. Далее, она функционирует самостоятельно.

Для лучшей синхронизации требуется установить два датчика – один снаружи, второй – внутри.

Сверяя показания, система не станет производить дополнительный нагрев при комфортной температуре в помещении.

По этой причине необходимо правильно выбрать комнату, в которую установят датчик.

Прогрев или охлаждение теплоносителя требует времени, поэтому отопление не может резко подстроится под перепад температур.

Контроллер

Контроллер – основа аппаратного устройства. Он отслеживает показания датчиков и задает температурный режим помещения. Заводские функции прибора отвечают за обогрев, а также сообщают владельцу о неполадках. Пользовательские настройки предназначены для поддержания максимально комфортных условий.

Особенности установки

Погодозависимая автоматика имеет ряд особенностей установки. Главные из них- это выбор места монтажа внешнего и внутреннего датчика температуры.

Внешний датчик монтируют так, чтобы он был защищен от прямых солнечных лучей. Он также не должен быть закрыт от ветра какими-либо строительными конструкциями. Чаще всего выбирают северо-восточную сторона здания, на высоте приблизительно метр-полтора от земли. Датчик должен быть вынесен со стены дома, чтобы теплопотери не влияли на его показания.

Внутренний датчик устанавливают в так называемом эталонном помещении. В нем должна быть средняя по дому температура, и колебания ее должны быть минимальными. В помещении не должно находится много людей, нежелательно пользоваться камином. Оно не должно находиться под прямыми солнечными лучами или рядом с входной дверью. Лучше всего под эти условия подходит спальня или детская комната.

Внутренний датчик нужно монтировать в эталонном помещении

Если в частных домах система напрямую управляет мощностью котла, то в больших многоквартирных или общественных зданиях система управляет работой возвратного клапана, пускающего большую или меньшую часть отработанного теплоносителя снова в отопительный контур.

Правила эксплуатации

При эксплуатации необходимо соблюдать все требования и рекомендации завода- изготовителя. В современные системы встраиваются средства самодиагностики, и они сами могут сообщить владельцу о возникших неполадках. Это не отменяет необходимости периодических осмотров и профилактических работ. В ходе профилактики следует проверять надежность крепления и чистоту датчиков, особенно внешнего, и тестировать исполнительные механизмы системы. В ходе ежеквартальной профилактики удобно также менять сезонный алгоритм работы устройства.

Сфера использования

В небольших и средних частных домах такие системы имеет смысл ставить, если владельцы часто и подолгу отсутствуют. При постоянном проживании проще подойти к колу (или войти в приложение на смартфоне) и подкорректировать мощность в случае похолодания, сильного ветра или потепления.

В крупных коттеджах, особняках, многоквартирных, коммерческих или общественных зданиях автоматизация управления отоплением на основе погодозависимого контроллера становится насущной необходимость. В общественных зданиях с большой площадью остекления удавалось добиваться двукратной и более экономии энергоресурсов, затрачиваемых на отопление.

Рекомендуется применять такие системы и в централизованных котельных, обслуживающих несколько территориально распределенных объектов.

Об автоматическом управлении отопительной системой

Когда рассматривается автоматизация систем отопления, следует иметь в виду, что управление обогревом может осуществлять по температуре:

• теплоносителя;
• воздуха в доме;
• наружного воздуха, погодозависимое.

Системы регулирования, построенные на контроле температуры теплоносителя, работают независимо от текущих условий. Следствием этого будет высокая инерционность всего процесса, низкая эффективность и неэкономичность. Лучшие результаты показывает автоматическая система отопления, работающая на поддержание установленной температуры в доме.

Элементы системы погодозависимого управления отоплением

Наиболее прогрессивным и эффективным считается погодозависимое регулирование, поскольку оперативно позволяет реагировать на изменение окружающих условий. Однако и обычные средства, осуществляющие  контроль и управление системой отопления, способны обеспечить достаточно эффективную ее работу.

Схема системы отопления с погодозависимой автоматикой для электрокотла

погодозависимой автоматикойТРЦ-04

Фигура 1. Принципиальная схема системы отопления с электрокотлом ЭВАН и погодозависимой автоматикой на основе терморегулятора ТРЦ-04 .

На схеме при взгляде слева направо размещены: электрический котёл и его циркуляционный насос, аккумулятор тепла (АТ), трёхходовой смесительный кран (клапан) с электрическим сервоприводом, циркуляционный насос системы отопления, радиаторы (батареи) системы отопления,
объединённые трубопроводами; включение и выключение электрокотла, циркуляционных насосов, электрического сервопривода трёхходового смесительного крана, осуществляется российским погодозависимым контроллером ТРЦ-04 по специальному алгоритму для 2-х тарифного учёта электроэнергии.

Фото 1. Погодозависимый терморегулятор МАПК ТРЦ-04 в работе.

Терморегулятор способен управлять одним или двумя независимыми контурами системы отопления , а также системой горячего водоснабжения, содержащей бойлер косвенного нагрева.

Экономия электроэнергии погодозависимым контроллером

Проведенные эксплуатационные испытания системы отопления с погодозависимым контроллером ТРЦ-03 и газовым котлом позволили получить эмпирическую функциональную зависимость экономии энергии от перепада температуры уличного воздуха за сутки.
Этот же график можно применить для терморегулятора МПК ТРЦ-04, принимая во внимание, что реальная экономия электроэнергии может быть несколько больше за счёт более высокого КПД электрического котла.

Фигура 2. Экономия электроэнергии при работе электрического котла с погодозависимым контроллером ТРЦ-03 / МПК ТРЦ-04.

Особенности применения ТРЦ-04 в системе отопления с электрическим котлом

Фото. 2. Российский многофункциональный адаптивный погодозависимый контроллер ТРЦ-04.

• для работы в системах отопления офисных и промышленных зданий, средних и больших загородных домов, коттеджей, многоэтажных домов, индивидуальных тепловых пунктов, а также для монтажа в мини-котельных различных производственных и складских объектов;
• адаптивное погодозависимое регулирование с учётом температур воздуха в каждом помещении ;
• два контура системы отопления с управлением двумя сервоприводами смесительнык клапанов;
• контур системы горячего водоснабжения ;
• рациональное управление электрокотлом с тепловым аккумулятором и всей системой отопления для 2-х тарифного учёта электроэнергии;
• монтаж на DIN-рейку;
• цифровые термодатчики для измерения температуры теплоносителя;
• цифровые термодатчики для измерения температуры воздуха на улице;
• цифровая светодиодная индикация;
• сорок встроенных погодозависимых кривых регулирования;
• корректировка наклона погодозависимых кривых системы отопления;
• летний/зимний/автоматический режимы работы системы отопления;
• ночной режим работы;
• управление циркуляционными насосами;
• управление сервоприводами трехходовых кранов с напряжением питания 220-230 В*.

* применимы сервоприводы V70 и V70F MUT Meccanica артикулы 7.030.00776 {V70 50 230 OO или V70F 100 230 OO}, либо аналогичные сервоприводы других известных изготовителей [например, электроприводы ESBE серии ARA600 трехточечные 230В переменного тока).