Автоматика для управления водяным теплым полом
Термостатическая головка с выносным погружным датчиком
Термостатическая головка с выносным погружным датчиком
Термостатическая головка с выносным накладным датчиком
Датчик температуры пола
Термостат комнатный с датчиком температуры пола
Термостат регулируемый с накладным датчиком
Регулируемый термостат с выносным датчиком
Термостат комнатный электронный
Хронотермостат электронный комнатный беспроводной
Хронотермостат электронный комнатный с датчиком температуры пола
Хронотермостат электронный комнатный двухконтурный
Хронотермостат электронный комнатный с Wi-Fi
Электропривод поворотный со встроенным контроллером
Универсальный контроллер для смесительных узлов
Электропривод поворотный трехпозиционный
Электропривод поворотный аналоговый
Сервопривод электротермический, нормально закрытый, 220 В
Сервопривод электротермический, нормально открытый, 220 В
Сервопривод электротермический, нормально закрытый, 24 В
Сервопривод электротермический, нормально открытый, 24 В
Сервопривод электротермический, нормально закрытый
Сервопривод электротермический, нормально открытый
Сервопривод электротермический аналоговый, нормально закрытый, 24 / 0–10 В
Обеспечить пользователю тот комфорт, который он желает получить от работы теплого пола, сделать систему максимально экономичной и легкой в управлении – задача автоматики. Ассортимент VALTEC включает в себя полный набор устройств, необходимых для автоматического поддержания комфортных условий в обслуживаемых помещениях: от датчиков температуры и сервоприводов до термостатов и контроллера с функцией погодной компенсации. Автоматика VALTEC проста в пользовании и подключении.
Задачи автоматического регулирования
Необходимость и важность автоматического регулирования системой напольного отопления лучше всего доказывать на конкретном примере по принципу «от противного».
Предположим, имеется помещение, оборудованное системой тёплого пола с расчётным удельным тепловым потоком q0 = 60 Вт/м2. Этот тепловой поток рассчитан при расчётной температуре наружного воздуха tн0 = –28 °С (Санкт-Петербург). Конструкция «пирога» пола показана на рис. 1.
Рис. 1. Конструкция тёплого пола
Для определения требуемой температуры теплоносителя можно воспользоваться расчётным модулем программы VALTEC.PRG версии 3.1.3 (рис. 2). Средняя температура теплоносителя составляет tт = 31,5 °C. При перепаде температур в петлях Δt = 5 °C термоголовка насосно-смесительного узла будет установлена на температуру 31,5 + (5/2) = 34 °С.
Допустим, никакой регулировки кроме поддержания температуры теплоносителя в насосно-смесительном узле система не имеет. При наружной температуре tн0 = –28 °С пол действительно будет отдавать q0 = 60 Вт/м2, поддерживая температуру воздуха в обслуживаемом помещении tв0 = 20 °С. Однако с повышением температуры наружного воздуха картина будет меняться.
Рис. 2. Результат расчёта температуры теплоносителя
Температуру воздуха в помещении при изменившейся температуре наружного воздуха tвi нетрудно определить из уравнения теплового баланса:
tвi = (tв0 · (tm – tнi) + tm · (tнi – tн0))/(tm – tн0), °С
где tнi – текущая температура наружного воздуха, °С
Удельный тепловой поток можно определить по формуле:
qi = q0 · (tm – tвi)/(tm – tн0), Вт/м2
Текущая температура пола составит:
tni = tвi + 0,137qi0,91, °С.
Результаты расчёта сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Температура воздуха, удельный тепловой поток и температура воздуха при различной температуре наружного воздуха
Как видно из приведённой таблицы, отсутствие регулирования напольным отоплением приводит в межсезонье к чрезмерному перегреву воздуха в помещении, а также к повышению температуры пола.
Самым простым и доступным решением по регулированию системы напольного отопления является использование комнатных термостатов совместно с электротермическими приводами, управляющими термостатическими клапанами коллекторного блока.
Принцип работы термостата элементарен: пользователем задаётся желаемая температура внутреннего воздуха (уставка). При отклонении температуры воздуха в помещении от уставки на величину гистерезиса (разница между температурами включения и выключения), происходит переключение контактов реле, через которые на сервопривод подаётся электропитание. В зависимости от схемы подключения и типа сервопривода (нормально открытый или нормально закрытый), происходит либо открытие, либо закрытие термостатического клапана, регулирующего подачу теплоносителя в петлю тёплого пола.
Термостат на схеме 1 рисунка 3 при повышении температуры разомкнёт питание нормально закрытого сервопривода и там самым перекроет подачу теплоносителя в петлю. На схеме 2 рисунка 3 термостат подключён к нормально открытому приводу. При повышении температуры воздуха в помещении термостат подаст питание на сервопривод, также перекрыв петлю.
Рис. 3. Принцип работы комнатного термостата и сервопривода
В номенклатуре VALTEC имеется несколько видов комнатных термостатов.
Термостат комнатный проводной с датчиком температуры пола VT.AC602
Рис. 4. Комнатный термостат VT.AC602
Термостат VT.AC602 (рис. 4) кроме встроенного датчика температуры воздуха имеет выносной датчик, который встраивается в конструкцию стяжки тёплого пола в гофрокожухе.
При одновременном подключении двух датчиков встроенный датчик температуры является рабочим, а выносной – предохранительным (заводская настройка). То есть, при превышении предельной температуры на выносном датчике происходит отключение нагрузки, независимо от показаний встроенного датчика. Эта функция особенно полезна при покрытиях пола, чувствительных к повышению температуры (например, паркет).
При выборе в качестве рабочего выносного датчика температуры пола, встроенный датчик температуры воздуха становится предохранительным.
Переключение рабочих датчиков производится на шестиполюсном джампере, расположенном под лицевой панелью (рис. 5).
Рис. 5. Схема переключения датчиков
К термостату подводится питание 220 В, которое он при понижении температуры воздуха ниже уставки передаёт на сервопривод (рис. 6).
Такая схема предусматривает работу только с нормально закрытыми сервоприводами, а также исключает возможность использования зонального коммуникатора VT.ZC8.
Рис. 6. Схема подключения термостата VT.AC602
Термостат комнатный проводной VT.AC701
Термостат VT.AC701 (рис. 7) работает от двух батареек ААА 1,5 В и имеет жидкокристаллический дисплей, который в рабочем режиме отражает текущую температуру воздуха в помещении. Он выполнен в настенном исполнении, то есть крепится непосредственно на стену и не требует устройства гнезда с монтажной коробкой.
Рис. 7. Термостат комнатный VT.AC701
Требуемая температура (уставка) задаётся с помощью двух клавиш на передней панели. Термостат может работать как с нормально открытыми (НО), так и с нормально закрытыми (НЗ) сервоприводами с напряжением 220 В и 24 В. Сервопривод подключается в разрыв цепи питания (рис. 8).
Рис. 8. Схемы подключения термостата VT.AC701
Хронотермостат комнатный проводной с датчиком температуры пола VT.AC709
Давайте представим реальный рабочий день обычной семьи. Утром, когда домочадцы поднимаются с постелей, завтракают и собираются на работу, учебу и т. п., температура воздуха в помещениях должна поддерживаться на уровне 20–22 °С. Затем квартира остаётся на попечение кошек и собак, и вполне достаточно, чтобы температура не опускалась ниже 14–15 °С. Вечером семья возвращается домой, и до тех пор, пока все не улягутся спать, нужно снова поддерживать 20 °С. Наконец семья уснула.
Для нормального здорового сна температура воздуха в помещении не должна превышать 17 °С (рис. 9). Получается, что жильцу несколько раз в день придётся подходить к комнатному термостату и менять его настройку. Но даже в этом случае комфортная температура наступит не сразу. В зависимости от тепловой инерционности конструкций и использованного отопительного оборудования тепловой эффект проявится лишь через 20–30 минут, а то и позже.
Рис. 9. Пример графика температуры воздуха в помещении
Можно, конечно, ничего не регулировать, а по старинке открывать и закрывать форточку, установив на термостате стабильные 20 °С. Владельцы частных домов, коттеджей и квартир, оборудованных теплосчётчиками такому решению уже сейчас не обрадуются. Ведь платить за «открытую форточку» и нагрев «мирового пространства» им приходится из своего кармана. Тем, у кого теплосчётчики ещё не установлены, можно этот метод использовать, если им нравится бегать к форточкам и хлюпать носом от постоянных сквозняков.
Гораздо разумнее поступит тот, кто вместо обычного термостата установит электронный хронотермостат VT.AC709 (рис. 10).
Рис. 10. Хронотермостат проводной VT.AC709
Хронотермостат позволяет программно задавать режимы отопления в разное время рабочих суток и выходных дней. Для этого каждые сутки условно делятся на шесть периодов, время начала каждого из которых задаётся пользователем. То есть, при пятидневной рабочей неделе надо запрограммировать шесть периодов для пяти суток (рабочих) и 2 х 6 = 12 периодов для выходных дней. Для каждого из назначенных периодов задаётся требуемая температура воздуха или пола (при назначении в качестве рабочего выносного датчика).
В любой момент времени хронотермостат позволяет вмешаться в программу и перейти на режим ручного управления. Например, кто-то пришёл с работы раньше обычного. Перейдя на режим временного ручного управления, он назначает нужную температуру, и прибор будет её поддерживать до конца текущего программного периода, игнорируя программную настройку, а затем автоматически вернётся к работе по программе.
В обычных комнатных термостатах гистерезис (разница между температурами размыкания и замыкания контактов) является фиксированной величиной и составляет, как правило, 1 °С.
Кого-то это устраивает, а кому-то желательно поддерживать температуру более точно. Кому-то, наоборот, хочется, чтобы включение/выключение отопительного контура происходило реже. В хронотермостате VT.AC709 гистерезис можно настраивать в диапазоне от 0,5 до 10 °С.
Многие владельцы обычных комнатных термостатов замечают, что температура воздуха, фиксируемая термостатом, часто отличается от температуры, показываемой обычным комнатным термометром. Причин тому может быть несколько: разная температура в разных точках помещения, нагрев прибора при работе, неверная калибровка и т.п. Приходится держать в уме некую поправку, чтобы постоянно корректировать настройку на эту величину. Хронотермостат VT.AC709 имеет режим ручной калибровки встроенного датчика, поэтому поправка будет всегда учитываться автоматически.
Кроме всего прочего, хронотермостат VT.AC709 позволяет включить функцию защиты от замерзания (рис. 11). Даже при выключенном термостате (режим OFF) снижение температуры воздуха ниже 5 °С подаст напряжение на сервопривод, обеспечив циркуляцию теплоносителя.
Рис. 11. Информация, отображаемая на экране и назначение кнопок управления VT.AC709 (синим цветом показано значение заводских настроек)
Выносной датчик температуры пола встраивается в стяжку тёплого пола и служит в качестве предохранительного. При превышении предельно допустимой температуры пола, независимо от текущей температуры внутреннего воздуха, термостат подаст команду на отключение отопления (рис. 12 а и 12 б).
Рис. 12 б. Схемы подключения хронотермостата VT.AC709 к сервоприводам 24 В
Хронотермостат комнатный проводной с датчиком температуры пола VT.AC710
В отличие от мдели VT.AC709, хронотермостат VT.AC710 (рис. 13) имеет автономное питание от двух батареек АА по 1,5 В. Выносного датчика температуры пола у этого прибора нет.
Рис. 13. Хронотермостат VT.AC710
В соответствии с введённой недельной программой хронотермостат управляет напольным отоплением, поддерживая в помещении один из двух предварительно заданных режимов («Комфорт» и «Эконом»).
Каждый из семи дней недели разбит на 48 временных зон (по 30 минут каждая), что позволяет пользователю при программировании хронотермостата обеспечить оптимальный климатический режим в помещениях.
Для удобства оперативного управления климатической системой хронотермостат имеет кнопку ждущего режима, которая позволяет при необходимости временно отключить работу программы и действовать по задаваемому пользователю командам.
Состояние реле (замкнуто / разомкнуто) отображается светодиодным индикатором и надписью на жидкокристаллическом дисплее (System ON / System OFF; рис. 14).
Рис. 14. Схема подключения хронотермостата VT.AC710
Хронтермостат комнатный беспроводной VT.AC707
Все ранее рассмотренные комнатные термостаты соединяются с сервоприводом с помощью провода, что не всегда удобно, а в ряде случаев просто невозможно. В этом случае на помощь придёт беспроводной хронотермостат VT.AC707 (рис. 15).
Рис. 15. Хронотермостат беспроводной VT.AC707
В его комплект входит приёмник, который принимает управляющий сигнал от хронотермостата, установленного в обслуживаемом помещении и по проводной схеме передаёт его непосредственно на сервопривод коллекторного блока. Сигнал к приёмнику передаётся по радиоканалу на разрешенной частоте 433 МГц. Приёмник, как правило, располагается рядом с сервоприводом в коллекторном шкафу.
Хронотермостат двухконтурный проводной VT.AC711
Система напольного отопления достаточно часто применяется в качестве дополнения к радиаторному отоплению. В случае использования такой комбинированной схемы, управление отоплением тоже должно быть ком- бинированным. Это значит, что совместная одновременная работа двух систем в межсезонье (при температуре наружного воздуха от –10 до +8 °С) не требуется.
Тёплый пол вполне и сам справится с этой задачей. Для управления комбинированной системой отопления идеально подходит двухконтурный хронотермостат VT.AC711 (рис. 16).
Рис. 16. Хронотермостат двухконтурный VT.AC711
Этот хронотермостат выполняет такие же функции, как и VT.AC709, но управляет уже не одним, а двумя контурами отопления при помощи дополнительного реле. В меню настроек такого термостата введена величина dT, которая определяет зону температур выше уставки, при которой включено только одно реле (рис. 17).
Рис. 17. Схема работы хронотермостата VT.AC711
На термостате задаётся две величины: первая – уставка самого термостата (например 20 °С) и вторая величина – dT (например 3 °С), которая настраивается один раз и применима при любых значениях уставки. Если фактическая температура воздуха в помещении ниже уставки на 0,5 °С (половинное значение гистерезиса), то это означает, что в помещении холодно и необходимо включить и радиаторное и напольное отопление. Такая ситуация возникает, как правило, в пиковые периоды холода, когда на улице устанавливается температура, близкая к зимней расчётной (для Санкт-Петербурга это –28 °С).
При возрастании температуры выше уставки (20 + 0,5 = 20,5 °С) реле, управляющее радиатором, отключается. Таким образом при оптимальном диапазоне температур будет выключен радиатор, но тёплый пол для обеспечения комфорта в помещении останется включённым. Дальнейшее увеличение температуры воздуха до значения 20 + dT + 0,5 = 23,5 °С приведёт к выключению и тёплого пола (рис. 18).
Рис. 18. Схемы подключения хронотермостата VT.AC711
Остывание помещения сначала запустит тёплый пол при температуре 20 + dT – 0,5 = 22,5 °С, а при понижении температуры до значения 20 – 0,5 = 19,5 °С подключится и радиаторное отопление.
По умолчанию, значение dT задана равной 3 °С, однако задавать его рекомендуется, исходя из особенностей конкретной системы и тепловой инерционности помещения.
Таблица 2. Основные технические характеристики комнатных термостатов
В следующей публикации будет рассказано о зональном коммуникаторе, погодозависимом регулировании и реализующем его контроллере VALTEC.
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
Таблица 1. Основные технические характеристики коммуникатора VT.ZC8
Когда речь заходит о необходимости погодного регулирования температуры теплоносителя в контуре напольного отопления, большинство хозяев относится к этому мероприятию, как к модному, но совершенно ненужному «навороту».
«Зачем мне нужен ваш контроллер? Обычные комнатные термостаты прекрасно справятся с задачей регулирования температуры воздуха в помещениях!» – вот такие возражения, как правило, выдвигает заказчик, когда проектировщик пытается включить в проект отопления погодозависимое управление контурами тёплых полов. И дело вовсе не в прижимистости и скупости – просто люди толком не понимают, что делает контроллер и каково основное отличие его работы от управления обычными комнатными термостатами.
Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.
Когда сервопривод при срабатывании комнатного термостата перекроет подачу теплоносителя в петли тёплого пола, скорость остывания помещения можно описать экспонентой, из которой следует, что время остывания определяется выражением:
τ = β · LN ((tв – tн)/(tх – tн)), ч,
где tx — температура помещения после остывания, °С; tв – температура помещения до начала остывания, °С; tн – температура наружного воздуха, °С; β – коэффициент аккумуляции теплоты помещением (постоянная времени), ч. Этот коэффициент представляет из себя произведение теплоёмкости расчётных слоёв ограждающих конструкций (С), участвующих в теплообмене, на их приведённое сопротивление теплопередаче (Rпр). Коэффициент аккумуляции численно равен времени остывания, при котором отношение температурных напоров между внутренней и наружной температурами до начала охлаждения и после охлаждения равно числу «e» (2,718).
Если комнатный термостат настроен на значение внутренней температуры 20 °С и имеет гистерезис 1 °С, то он перекроет петли при температуре 20,5 °С.
Для здания с кирпичными наружными стенами толщиной 640 мм и коэффициентом остекления 0,25, коэффициент аккумуляции теплоты составляет β = 60 ч. Нетрудно рассчитать, что время, за которое температура в данном помещении снизится на 1 °С (до срабатывания термостата на подачу теплоносителя) при наружной температуре 0 °С, составит:
τ = 60 · LN((20,5 – 0)/(19,5 – 0)) = 3 ч.
При этом температура воздуха и пола практически уравняются.
Через это время термостат даст команду на открытие клапана, и тёплый пол снова начнёт нагреваться. Допустим, конструкция тёплого пола состоит из цементно-песчаной стяжки и керамической плитки, а средний удельный тепловой поток с поверхности пола составляет 80 Вт/м2. Время, за которое пол снова нагреется с 20 до 26 °С (расчётная температура тёплого пола), можно ориентировочно рассчитать по формуле:
τпол = ∆t · (сст · Sст · δст · γст – сп · Sп · δп · γп) / (3600 · qрасч) = 6 · (880 · 1 · 0,05 · 1800 – 840 · 1 · 0,015 · 2000) / (3600 · 80) = 2,2 ч,
где сст – удельная теплоёмкость стяжки (880 Дж/кг °С); сп – удельная теплоёмкость стяжки (840 Дж/кг °С); ст – удельная теплоёмкость воды (4187 Дж/кг °С); Sст, Sп – расчётная площадь стяжки и плиточного покрытия (1 м2); δст, δп – расчётная толщина стяжки (50 мм) и плиточного покрытия (15 мм); γст – удельный вес материала стяжки (1800 кг/м3); γп – удельный вес материала плиточного покрытия (2000 кг/м3).
Таким образом очевидно, что при использовании комнатных термостатов температура поверхности пола становится заметно изменяющейся величиной, и большую часть времени будет лежать вне комфортных пределов. То есть, потратив средства на создание тёплого пола, именно полноценного тёплого пола-то пользователь в итоге и не получит (рис. 5).
Рис. 5. График изменения во времени температуры пола и помещения при прерывистом отоплении
Постоянные знакопеременные нагрузки, вызванные циклическими температурными деформациями трубопроводов, снижают срок службы самих труб и могут вызвать ослабление трубных соединений. Циклический режим нагрева и охлаждения постепенно снижает прочность цементно-песчаной стяжки и неблагоприятно сказывается на качестве финишных напольных покрытий.
Если потребитель хочет получить действительно эффективную систему встроенного обогрева, адекватно и оперативно реагирующую на изменение климатических факторов, то в этом случае не обойтись без контроллера с погодозависимой автоматикой.
Постоянное регулирование температуры теплоносителя в соответствии с изменяющейся температурой воздуха позволяет избавиться от частого включения и выключения сервоприводов на термостатических клапанах коллекторов системы тёплого пола. В этом случае комнатные термостаты выполняют только вспомогательную роль, корректируя текущую теплопотребность помещений в соответствии с желаниями пользователя.
Полностью оценить преимущества погодозависимого управления системой тёплых полов позволит контроллер VT.К200.М (рис. 6). Он не только обеспечит энергоэффективную работу напольного отопления, но и продлит ресурс безаварийной эксплуатации всей системы в целом.
Рис. 6. Контроллер VT.К200.M
По заданному графику, в котором каждой конкретной температуре наружного воздуха соответствует строго определённая температура теплоносителя, контроллер управляет аналоговым сервоприводом VT.TE3061, который в свою очередь определяет степень открытия термостатического клапана насосно-смесительного узла тёплого пола. В результате в контур тёплого пола поступает теплоноситель с температурой, которая требуется в данный момент для восполнения тепло- потерь помещений. Контроллер совместим со всеми насосно-смесительными узлами торговой марки VALTEC.
Управляющий сигнал контроллера, лежащий в диапазоне от 0 до 10 В, рассчитывается по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону регулирования.
Смысл такого регулирования в следующем. Прибор вычисляет величину управляющего сигнала по формуле:
где P – пропорциональная составляющая; I – интегральная составляющая; D – дифференциальная составляющая; Kр, Ki, Kd – коэффициенты соответственно пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих, определяемые прибором самостоятельно в процессе автоподстройки под конкретную систему отопления; ΔТ – невязка, равная разнице температуры уставки Тус и текущей температуры теплоносителя Т.
При пропорциональном регулировании фактическое отклонение температуры теплоносителя от уставки вызывает пропорциональное изменение управляющего сигнала.
Однако при таком регулировании значение температуры никогда не стабилизируется на уставке, и процесс превращается в колебательный с постоянными перегревами и охлаждениями. Величина этих отклонений от уставки называется «статической ошибкой». Для устранения этой ошибки контроллером учитывается интегральная составляющая (I), которая равна интегралу «невязок». Она позволяет контроллеру учитывать эту статическую ошибку.
Если система работает в стабильном режиме, то через некоторое время температура теплоносителя устанавливается на заданном значении. Однако время, за которое система достигает заданного уровня температуры, достаточно велико. Для сокращения времени выхода на уставку используется дифференциальная составляющая. Она пропорциональна темпу (скорости) изменения отклонения температуры от уставки.
ПИД-регулирование даёт возможность контроллеру оперативно устанавливать в системе требуемый уровень температуры теплоносителя при малейших колебаниях температуры наружного воздуха.
Необходимая температура теплоносителя определяется контроллером по пользовательскому температурному графику. Данный график устанавливается на стадии наладки системы отопления и определяется заданными пользователем точками (от 2 до 10).
Крайняя левая точка графика (рис. 7, точка А или С) задаёт максимальную температуру теплоносителя в системе тёплого пола, которой соответствует расчётная отрицательная температура наружного воздуха.
Рис. 7. Примеры пользовательских графиков регулирования
Максимальная температура теплоносителя тёплого пола определяется проектом системы отопления.
Крайняя правая точка (точка В или D) определяется по личностным теплоощущениям конкретного потребителя и далее корректируется на основании опыта эксплуатации.
Заводская настройка температурного графика (–30 °С/+50 °С; +15 °С/+25 °С) позволяет поддерживать достаточно комфортную температуру в помещениях с любой конструкцией тёплого пола и при любых климатических условиях.
Контроллер обладает функцией адаптивности, которая даёт возможность в процессе эксплуатации вырабатывать наиболее эффективный алгоритм работы, соответствующий конкретной системе, объекту и динамике изменения теплового режима (см. таблицу 2).
Встроенная функция ограничения температуры в контуре «тёплого пола» (+60 °С) позволяет отказаться от использования внешнего предохранительного термостата. В этом случае питание насоса подаётся через контроллер (рис. 8).
Настройка контроллера проста и занимает у пользователя не более 10–15 минут.
Благодаря наличию встроенного цифрового интерфейса RS-485 контроллер может быть внедрён в сеть диспетчеризации и контроля данных.
Рис. 8. Схема подключения контроллера VT.К200.М
Таблица 2. Основные технические характеристики контроллера VT.К200.М
Давно не делал постов про дом. Хотел поделиться тем, как у меня организована система отопления водяными тёплными полами на электрическом котле. Прошел уже год как я её использую, морозы поддали как следует и я могу с уверенностью сказать, что система очень эффективна и по сравнению с другими решениями крайне бюджетная. Описывать буду без мельчайших подробностей, иначе текста будет слишком много.
Начнём с того, что эта система подойдёт для любого типа отопления электричеством, т.е. всю полученную информацию можно использовать не только для тёплых полов, но и для обычных радиаторов.
Т.к. фундамент у меня УШП со встроенным тёплым полом и инерционность такого отопления довольно велика, захотелось сделать всё на автоматике с удалённым управлением с телефона/планшета.
Далее будет много названий, никакой рекламы)
Имеем котёл Protherm RAY 12 KE/14 на 12 КВТ и гребёнку тёплых полов на 12 контуров (7 зон отопления):
Для котла есть какие-то модули ZONT на протоколе E-BUS, изучив тему понял, что это бесполезная устаревшая дичь, управляемая по СМС и не имеющая никаких возможностей использования сценариев. Еще и стоит как что-то серьёзное, почти 10к.
По началу всё управлялось просто синими крутилками и автоматом, вручную. Т.к. постоянно ходить в котельную лень, он был включен на постоянку по нескольким контурам (пара комнат не отапливается, т.к. до них еще ремонт не дошел). Суммы за электричество выходили внушительные, за месяц в прошлом году (февраль) набежало около 11 тысяч, а февраль в СПБ тогда был довольно тёплым.
Схема управления у меня в голове крутилась давно, поэтому с Алиэкспресс в том же феврале уже пришли термоголовки, вот фото поближе:
Работают они просто – при подаче 220В шток (под воздействием расширяющейся от нагрева жидкости) давит на клапан и закрывает его, т.е. когда электричество не подано – клапан открыт и контур пола работает. Электричества такие головки потребляют мизер.
Головки поставили, но как ими управлять, да еще и с телефона? Ответ прост – Sonoff TH10 с датчиком температуры. Вот он:
Но со штатной прошивкой функционал довольно скудный, поэтому пришлось прошить каждый такой модуль для поддержки MQTT протокола. Данный протокол используется для управления практически в любых серверах умного дома (мой выбор пал на бесплатный Intrahouse, об этом дальше)
Прошивка модулей довольно нетривиальная задача (разобрать, распаять контакты на плате, подключить UART преобразователь и залить правильную прошивку правильным софтом, я выбрал прошивку TASMOTA). Данный этап закончился успешно и на каждом датчике был настроен MQTT.
Для полноценной работы MQTT нужен сервер MQTT. Оказалось, что на мой роутер (Keenetic GIGA) можно установить такой сервер, что было успешно сделано после веселых танцев с бубном. MQTT сервер можно и, наверное, даже лучше установить на Raspberry. Или на ПК, на крайняк.
Далее я установил и настроил Intrahouse. Программа довольно сложная, новичкам будет сложно освоиться, но спустя несколько дней курения мануалов активности на их форуме я победил – сервер был установлен на Raspberry PI (можно, опять же, на ПК), я нарисовал по-быстрому фон в виде своего дома, привязал Sonoff’ы по MQTT расставил кнопочки, сделал несколько сценариев по мануалу с сайта. Пробросил порты на роутере и сделал доменное имя, теперь по домену из любой точки мира могу зайти на сервер, следить за ситуацией в доме и настраивать температуру как душе угодно. Очень удобно использовать сценарии и расписание (на фото ниже всё визуально понятно). Есть еще RTSP плагин, что не может не радовать. На вкладке “Инфо” расположил видео с камеры.
Также через Sonoff’ы я подключил:
– Греющий кабель для воды со скважины. Автоматически должен включаться при температуре на улице ниже нуля, но пока вручную, т.к. еще не вывел датчик температуры, он просто лежит у окна:
– Управление питанием котла (через Sonoff Basic и трёхфазный контактор). В экономичном режиме котёл автоматически выключается в 7 утра (когда кончается ночной тариф на электричество):
– Управление бойлером (также, через Sonoff Basic и трёхфазный контактор. По расписанию он включается с 5 до 7 утра каждый день, этого хватает, чтобы постоянно была горячая вода. Бойлер – Atlantic Steatite на 200 литров.
Заключение и цены
Данная система позволила сильно сэкономить на электричестве. Сам котёл со своей встроенной автоматикой показывает ужасные результаты по эффективности (проверено на практике). Бойлер, кстати, тоже не блистал экономичностью.
Для сравнения, за последние 30 дней и довольно морозные дни за электроэнергию в сумме вышло 4700 рублей (в феврале прошлого года, более тёплом, было около 11000 – это более чем в 2 раза дороже!). При этом не экономим особо.
Готовые системы управления отоплением с более менее нормальным функционалом стоят бешеных денег (в одной конторе насчитали на автоматики на 90 тысяч без работы). Посчитаем, сколько вышло у меня (мы береём в счёт только автоматику, связанную с отоплением).
1. Sonoff TH10 + датчики температуры к ним, 6 штук: 4800 рублей
2.Контактор трёхфазный: 1800 рублей
3. Термоголовки с Aliexpress – 12 штук (брал с запасом, мало ли): 4000 рублей.
4. Закладка проводов заранее (клали вместе с ВВГ, поэтому работу не считаю) – 1 бухта: 1500 рублей.
5. Raspberry Pi 3 Model A+: 3200 рублей.
6.Роутер считать не буду, у каждого свой.
– Около 10 вечеров (вместе с куреним мануалов).
– 15300 рублей.
– Экономия на электричестве более чем в 2 раза.
Более подробный пост писать не буду, но отвечу на вопросы в коментах, если что-то интересно.
Уважуха, если дочитали)) Следующий пост будет про обратный осмос, собранный своими руками с нуля и абсолютно без каких-либо изначальных знаний.
В комменатриях верно указали на мою ошибку – управление котлом при помощи контактора.
Я почему-то упустил из виду возможность просто разомкнуть/замкнуть контакты управления с термостата на колодке X17. Одно из реле Sonoff я переделал под сухой контакт (информация по таким переделкам есть в интернете) и теперь просто замыкаю и размыкаю контакты 3 и 4 на котле. Котёл при этом плавно отключает тэны и насос через какое-то время.
Спасибо пикабушникам за подсказку!
Управление температурой в помещениях в которых водяной теплый пол является основной системой отопления – непростая задача. Помимо поддержания необходимой пользователю температуры воздуха в помещении нужно не забывать ещё и о температуре пола – она не должна быть слишком высокой, это не комфортно, и ведёт к перерасходу энергоносителя, но и не должна быть слишком низкой.
Как правило, при использовании водяного теплого пола в качестве основной системы отопления, в системе есть устройства которые регулируют температуру теплоносителя в контурах теплого пола, но такой регулировки недостаточно, ввиду различных теплопотерь и теплопоступлений в разных помещениях, различных тепловых режимах для разных помещений, режима эксплуатации, теплопроводящих свойств напольных покрытий и т.д..
Для такого вида отопления, как водяной теплый пол, необходимо отдельное управление каждым помещением с учётом всех выше приведённых особенностей – правильным техническим решением является использование комнатных терморегуляторов работающих в режиме управления по температуре воздуха с ограничением температуры пола. Такие терморегуляторы управляют поступлением теплоносителя в контур( или несколько контуров) водяного теплого пола находящегося в этом помещении, с помощью термоэлектрического привода на клапане контура расположенного на коллекторе теплого пола.
Помимо специального режима работы по воздуху с ограничением температуры пола, такие терморегуляторы должны учитывать высокую инерционность этого типа отопления. Поэтому, обычные терморегуляторы с выносными датчиками предназначенные для управления электрическим теплым полом в данном случае не подходят. В терморегуляторах для управления водяным теплым полом должны присутствовать специальные алгоритмы, позволяющие при управлении приводом имеющем только 2 положения – открыто и закрыто, обеспечить необходимое поступление теплоносителя в контур водяного теплого пола. Такие алгоритмы PWM или TPI, например реализованы в терморегуляторах фирмы SALUS, которые мы рекомендуем для управления водяными теплыми полами.
Такие терморегуляторы могут быть использованы как напрямую для управления термоэлектрическими приводами, так и в составе системы управления отопления, как проводной, так и беспроводной, в том числе и с управлением через интернет.
– Купить комнатный терморегулятор для водяного теплого пола отопления в Москве с доставкой и установкой
– Цена на комнатный терморегулятор с выносным датчиком для водяного теплого пола от 3000 руб
– Купить комнатный терморегулятор для водяного теплого пола в интернет-магазине со скидкой
Автоматика для управления теплым полом
Задача автоматики – обеспечить пользователю комфорт, связанный с автоматическим поддержанием температуры теплого пола, система отопления становится максимально экономичной и легкой в управлении.Существует два способа управления теплым полом: ручной и автоматический. Ручное управление системами отопления, естественно, самое дешевое, но это совсем не значит, что оно самое экономичное и удобное. Регулировка осуществляется, исходя из собственных ощущений: жарко — значит вентиль нужно немного прикрутить, а если холодно – то, наоборот, открутить. Но, если Вам не хочется без конца заниматься этой работой, и к тому же есть желание сэкономить на расходах на отопление – без автоматики никак не обойтись.
Автоматика для водяных теплых полов гораздо дороже автоматики для электрического теплого пола, так как она требует более сложных технических решений и принимает участие в управлении: циркуляционными насосами, термостатическими головками, сервоприводами, термостатическими клапанами, отопительным котлом и т.д.
Преимущества использования систем автоматики для теплого пола
Оборудование, обычно используемое для регулировки температуры водяного теплого пола:
Способы автоматического управления водяным теплым полом
Управление циркуляционным насосом – это самый простой способ регулировки температуры водяного теплого пола, отлично подходит для помещений, где стоит несколько насосов. Они включаются или отключаются в зависимости от температуры воздуха в помещении, измеряемой комнатным терморегулятором. Если в системе отопления смонтирован один общий циркуляционник, то этот способ не подходит, поскольку отопление будет отключаться или включаться сразу во всем доме, а не только в нужном помещении. Управление с помощью термоголовки – это полуавтоматическая система управления, которая позволяет регулировать температуру отопления при определенных условиях. Термоголовка с установленным на ней датчиком монтируется на смесительном узле с трехходовым клапаном и замеряет температуру воды системе. Например, термоголовка закрывает трехходовой клапан, если температура теплоносителя в трубах превысит установленную и, наоборот, термоголовка приоткрывает трехходовой клапан трубы с горячей водой, как только температура снизится ниже установленной. Управление сервоприводами. В этом случае на коллектор теплого пола монтируются сервоприводы, с помощью которых регулируется подача теплоносителя в разные отопительные контуры. В зависимости от данных датчиков температуры теплого пола или терморегуляторов увеличивается расход горячего теплоносителя по отдельным контурам. Такая система отлично подходит для регулирования температуры в нескольких помещениях одновременно. Управление трехходовым клапаном теплого пола. В этом случае на трехходовой клапан устанавливается сервопривод, управляемый комнатным термостатом. Треххходовой клапан обеспечивает в необходимых пропорциях подмес более холодного теплоносителя из обратки к горячему, обеспечивая, тем самым, необходимую температуру.Погодозависимый контроллер регулирует температуру теплого пола в зависимости от погодных условий, заранее снижая или повышая температуру теплоносителя в зависимости от динамики изменения наружной температуры воздуха. Система состоит из сложного комплекса датчиков и контроллеров, часть из которых устанавливается снаружи, а другие – внутри дома. Такой способ позволяет сэкономить до 20–30% расходов на обогрев помещения.Индивидуальные и групповые контроллеры отопления позволяют регулировать температуру теплоносителя, подающегося к нескольким коллекторам теплого пола. Это наиболее сложные и многофункциональные устройства. Групповое регулирование – это управление температурой теплоносителя, которое реализуется за счет:
Пример схемы управления водяным теплым полом
Все эти способы автоматического управления теплыми полами обеспечивают комфортную и экономичную эксплуатацию обогревательного оборудования, оптимизируют его работу, точно поддерживают заданные температурные показатели и упрощают процесс их регулировки
Наши специалисты помогут Вам подобрать, а также смонтировать автоматику теплого пола, найдут приемлемое решение по цене. Вы останетесь довольны, сотрудничая с нами!
Контроллеры для систем отопления TECH Controllers
Контроллеры Tech ST-407n, 408n и 409n – одни из самых сложных и многофункциональных моделей устройств от компании Тесh Controllers, отличающимися современным дизайном и позволяющими дистанционно управлять системой через интернет или со смартфона GSM. Важной особенностью систем “Умный дом”, кроме этих возможностей, является погодозависимое управление системой отопления – контроллеры заранее повышают или уменьшают температуру теплоносителя в разных контурах в зависимости от изменений уличной температуры, обеспечивая комфортность проживания и экономию расходов на топливо.
Модели отличаются по своим функциональным возможностям: ST-407n обслуживает 3 смесительных клапана + насос солнечной установки ST-408n обслуживает 2 смесительных клапана ST-409n обслуживает 3 смесительных клапана ST-431n для плавного управления трехходовым или четырехходовым смесительным клапаном с возможностью подключения дополнительного насоса клапана.
Пример монтажа оборудования Tech Controllers
На фото вверху для монтажа использованы:
Возможности контроллеров Tech в значительной степени зависят от дополнительных компонентов, которые применяются для расширения функционала основного контроллера в зависимости от конкретных потребностей потребителя. Ниже приведена таблица совместимости дополнительных устройств Tech с различными основными контроллерами.
Преимущества использования контроллеров Tech Controllers
Устройства многофункциональны и обеспечивают поддержку и взаимодействие:
Из недостатков использования контроллеров Tech можно отметить лишь то, что они достаточно сложны в установке и настройке. Поэтому мы рекомендуем при необходимости монтажа обращаться к нашим квалифицированным специалистам, прошедших специальные обучающие курсы и имеющих большой опыт по настройке и наладке данного оборудования.
Экран управления контроллера на примере ST-409n
Владелец может настроить различную яркость экрана контроллера днем и ночью. При нажатии иконки “Ночь” показывается панель для настройки вида экрана ночью: Как днем, Часы или Выключено. Данный экран активируется ночью после 20 секунд от последнего нажатия на экран. Для возврата в главное меню достаточно дотронуться до экрана. Пользователь может определить время, в которое контроллер перейдет в ночной режим (Ночь с часа) и в которое вернется в дневной режим (День с часа).
При отсутствии на даче сети Wi-Fi можно дистанционно управлять отоплением при помощи контроллера Tech и GSM модуля Tech ST-65. Модуль GSM является дополнительным устройством, которое работает с контроллером котла. Владелец информируется о всех сигналах тревоги посредством SMS – сообщений, а отправляя соответствующее SMS-сообщение, получает ответ с информацией о текущей температуре всех датчиков. Возможно также удаленное изменение температур после введения соответствующего кода. GSM модуль может также действовать независимо от контроллера котла. Он состоит из двух входов с датчиками температуры, одного стыковочного входа для использования в любой конфигурации (замыкающий и размыкающий контакт) и одного контрольного выхода (например, с возможностью подключения дополнительного контактора для управления любой электрической цепью). Замыкающие или размыкающие контакты можно использовать, например, для простой защиты имущества.
Клеммы подключения контроллеров Tech ST-409n, 408n, 407n
Контроллеры оснащены следующими защитами: 1. Температурная защита – останавливает регулировку температуры клапана и устанавливает клапан в наиболее безопасной позиции. Для напольного клапана это закрытое положение, а для клапана ЦО – открытое. 2. Тревога – ДАТЧИК C1-4 – обозначает неправильно подключенный датчик, отсутствие подключенного датчика или его повреждение.
Схема подсоединения контроллера на примере Tech ST-409n
Наши специалисты помогут Вам подобрать, а также смонтировать контроллер отопления, найдут приемлемое решение по цене. Вы останетесь довольны, сотрудничая с нами!
Для управления водяным теплым полом в каждом помещении установлен комнатный терморегулятор, который управляет соответствующей электрической моторизированной головкой направления на коллекторе теплого пола.
Если все направления теплых полов закрыты, то насос от работы в закрытый кран защитит наличие перепускающего байпаса на смесительном узле – насос просто будет работать вхолостую.
Казалось бы этого достаточно.
А вот чтобы исключить работу насоса смесительного узла вхолостую потребуется дополнительное устройство. Это устройство поможет также выключать котел отопления, когда во всех помещениях достигнута заданная терморегуляторами температура.
Чтобы вдруг заново не изобрести велосипед, как однажды пытался придумать коллектор теплого пола, изучим – что за центральные приборы управления теплыми полами уже имеется в продаже.
Необходим центральный блок управления теплыми полами, который будет на основании полученных от терморегуляторов сигналов, запускать котел и насос смесительного узла.
Алгоритм работы центрального устройства очень простой: сложение по схеме ИЛИ сигналов от комнатных терморегуляторов и выдача результирующего сигнала на насос и котел.
Оказалось что не у меня одного возникла такая задача и существуют приборы промышленного производства для ее решения.
