Обзор устройств управления котлами - управление теплом

Отопление — одна из важнейших систем для обеспечения не только комфорта, но и жизнедея­тельности в помещениях. В строительстве немалая часть затрат приходится именно на разработку и монтаж систем отопления и ГВС. Недёшево об­ходится и эксплуатация. Однако чем сложнее схе­ма отопления, тем больше появляется способов, не потеряв в комфорте, сократить эксплуатацион­ные расходы.Устройства управления котлом — это целый ком­плекс различных электронных узлов и деталей. В качестве примера рассмотрим основные компо­ненты, используемые для управления газовыми котлами.Ограничимся только теми из них, которые нужны для регулирования: пользователю важнее не сами системы и особенности их построения, а предо­ставляемые возможности.

 

Текст: Максим ГРИБОЕДОВ


 

 

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

Это устройство у разных производите­лей называется по-разному, но суть одна: с его помощью обеспечивается работа ото­пительной системы. Наличие и количество других элементов зависит от сложности системы, но центральный модуль должен быть в любом случае — это своеобразный «мозг». Именно к нему подключаются прочие компоненты: датчики, регуляторы, устройства безопасности и управления.

На большинстве настенных и напольных котлов модуль управления устанавливается непосредственно в корпусе прибора. До­вольно часто с помощью соответствующих проводов (шины) модуль ставят и вне кот­ла: в более удобном для управления месте — на стене котельной, а то и в помещении.

Что должен «уметь» такой модуль? За­висит от потребностей. Минимальный набор — управление горелкой, системами безопасности, хотя бы одним контуром отопления и настройка желаемой тем­пературы. Но таким набором функций обладают разве что некоторые маломощ­ные настенные газовые котлы «на одну-две комнаты». Для более сложных слу­чаев требуется и модуль посложнее. Не вдаваясь в технические подробности, перечислим основные задачи и устрой­ства, которые, в теории, могут подклю­чаться к модулю.

Система отопления бывает низко- и высокотемпературной (или комбинированной), одно- и много­контурной, с различными насосами для прокачки жидкостей, разнообразными контрольными датчиками (даже не бу­дем останавливаться на этих особенно­стях: количество и тип элементов зависят от конструкции и особенностей котла, горелки и самой системы). К ней реаль­но подключить дополнительные датчи­ки и комнатные регуляторы, о которых скажем немного позже. Часто совместно с отопительной системой используется система ГВС, реже — дополнительные теплогенераторы: солнечные коллекторы, тепловые насосы, ТЭНы. Всем этим тоже надо управлять или хотя бы согласовы­вать работу.

Понятно, что уровень сложности управ­ляющих модулей во всех этих случаях различен. В простой системе отопления лишние функции, скорее всего, никогда не понадобятся, в более сложных могут быть и иные устройства, кроме перечислен­ных выше. Даже для достаточно простых небольших котлов производители иногда предлагают как минимум два типа цен­тральных модулей, первый — для более или менее типовых задач, второй — сложнее (и дороже, разумеется). Более сложные мо­дули снабжают дополнительными выхода­ми для подключения различных устройств, в первую очередь дополнительных модулей управления. Таким образом можно собрать систему любой требуемой сложности.

Для каскадных (многокотловых) отопи­тельных установок характерно использо­вание управляющих модулей на каждом котле. Здесь обычно поступают так: один модуль назначается ведущим, прочие — ведомыми. Ведомые модули обычно вы­пускаются без панели управления: ручное управление для каждого котла не требует­ся, с совместной работой системы справит­ся и один ведущий модуль.

Все элементы систем управления котлом связываются друг с другом с помощью шин, хотя возможна и радиосвязь. Протоколы связи у разных производителей различают­ся, поэтому рассчитывать на совместную работу всех устройств системы проще все­го, если элементы заказаны и смонтирова­ны у одного производителя, силами одной обслуживающей организации. Совместная работа устройств от разных производите­лей предусмотрена далеко не всегда.


КОМНАТНЫЕ МОДУЛИ УПРАВЛЕНИЯ

Единственного модуля для комфортных настроек в многокомнатном жилище бы­вает маловато. По крайней мере есть резон добавить ещё несколько в основные жилые помещения. Для этого к основному модулю по проводному или радиоканалу подклю­чают комнатные регуляторы. Фактически это такие же модули управления, только имеющие меньшее количество функций.

Самый простой вариант — комнатный термостат. обычная «крутилка». Основной его недостаток связан с инерционностью отопительной системы: процесс изменения температуры занимает до нескольких часов. Большинство комнатных регуляторов слож­нее. Обычно они могут быть запрограм­мированы на поддержание температуры в автоматическом режиме в соответствии с заданной программой (которую тоже вы­бирают, не подходя к центральному моду­лю) и допускают ручное регулирование.

 

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Основная цель усложнения любой си­стемы отопления — обеспечение макси­мального комфорта при минимуме затрат тепловой энергии. Для этого требуются температурные датчики. Тогда систему реально запрограммировать на автомати­ческую регулировку.

Существует три разновидности такой регулировки: «по воде», «по температуре» и «по погоде». Чем больше возможностей управления, тем экономнее будет расходо­ваться тепло, тем больше будет условий для создания комфорта, но и цена системы воз­растёт.

Датчики температуры жидкостей в кон­турах отопления и ГВС мы не рассматри­ваем — они относятся больше к системе управления котлом. Также очевидно, что для подачи воды заданной температуры потребуются исполнительные механизмы: насосы и регуляторы производительности на каждом контуре.

Самый простой способ регулирова­ния — «по воде» — используется во всех городских квартирах с центральным ото­плением. В радиаторы подаётся вода задан­ной температуры, теоретически регулятор (кран) есть на каждой батарее, а на прак­тике его никто не трогает. На самом деле в центральной котельной, конечно, есть свои системы регулирования, но обратной связи между ней и жильцами фактически нет, температура воды задаётся централи­зованно, отрегулировать её пользователь не в силах. Даже если он начнёт звонить в обслуживающую организацию и ругать­ся — не факт, что это приведёт к какому-либо результату в приемлемое время. Та­кое регулирование очень инерционно.

Если систему дополнить датчиками температуры в помещении, появляется возможность экономии: по достижении заданной температуры воздуха можно снизить нагрев и поддерживать её в задан­ных рамках, управляя температурой воды и производительностью каждого контура. Это уже лучше, но только при условии, что наружная температура не меняется. Инер­ционность системы есть и тут, причём чем лучше теплоизоляция, тем позже датчик в помещении среагирует на изменение на­ружной температуры.

Самый удобный и экономный способ — погодозависимое регулирование. К системе подключается датчик внешней температу­ры. Его ставят на наружной стене, жела­тельно на северной или северо-западной стороне, в месте, защищённом от ветра и попадания прямых солнечных лучей. С помощью такого датчика регулируют температуру котловой воды в зависимости от наружной. Ещё лучше, если уличный датчик работает совместно с датчиками внутри помещения.

Сам датчик стоит недорого, управляю­щая электроника тоже не сильно услож­няется, а экономия от погодозависимого регулирования достигает 20—30 %.

 

ПРОГРАММИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ

Готовая система после монтажа требу­ет настройки, и здесь есть два уровня: сер­висный и пользовательский. Тут наиболее уместна аналогия с компьютером: сборкой, установкой и отладкой программ занима­ются специалисты, затем пользователю пре­доставляется право доступа, но лишь к не­которым регулировкам, важным для него.

Сначала специалист сервисной службы должен проверить совместную работу всех элементов. Обычно всё необходимое про­граммное обеспечение уже установлено («залито») в модули. Некоторые стандарт­ные модули требуют дополнительной под­стройки под конкретные условия эксплуа­тации, большинство конфигурируются автоматически, без постороннего вмеша­тельства. Дальнейшая настройка включает в себя задание допустимого диапазона па­раметров всех элементов (например, если в системе есть контур низкотемператур­ного отопления — установка предельной температуры для него).

Чтобы одновременно обеспечить ком­форт и снизить затраты, используются различные программы отопления. Ориен­тировочно считают, что снижение комнат­ной температуры на один градус экономит 5—7 % тепловой энергии. Основной способ экономии тут — поддерживать оптималь­ную температуру в каждом помещении (если система это позволяет) по заданной программе и иметь возможность ручной регулировки.

Потребность в отоплении в разное время суток различна. Утром и вечером, когда все дома, требуется не только тепло, но и го­рячая вода. Ночью температуру лучше снизить на несколько градусов. Несколько стандартных программ отопления может быть «зашито» в память — пользователю достаточно выбрать подходящую. Стан­дартная программа отопления включает в себя один или несколько сменяющих друг друга в течение суток режимов ком­фортного и пониженного обогрева, иногда с разной температурой в каждом периоде. Очень часто бывает так, что в будние дни в рабочее время дома никого нет, а на вы­ходные требуется другая программа ото­пления. Чтобы не возиться с перепрограм­мированием, многие системы способны «создать» одну или несколько «недельных» программ отопления.

Если используется погодозависимое отопление, требуется также провести на­стройку температурной кривой, т. е. запро­граммировать необходимую температуру котловой воды (она определяется с помо­щью датчика, установленного в любой точ­ке системы, обычно на входе или выходе теплоносителя в котёл) в зависимости от температуры наружного воздуха. Допу­стим, отопление должно включаться при температуре воздуха ниже 20 °C. Это пер­вая точка кривой.

При снижении наруж­ной температуры требуется более сильный нагрев, но насколько сильный — зависит от условий, в частности от теплопотерь зда­ния: чем они выше, тем сильнее надо топить. Обычно в контроллер модуля управления «зашито» несколько таких кривых, нужная подбирается исходя из конкретных усло­вий. После выбора кривой устанавливается температура котловой воды в точке наи­меньшей температуры воздуха для данного региона. На этом настройка заканчивается.

Время включения/выключения обо­грева и настройку температурной кривой реально запрограммировать или с поль­зовательского, или с сервисного уровня. Некоторые системы позволяют создать собственные программы отопления, в до­полнение к стандартным.

Программы отопления удобны тем, что разрешают системе эффективно работать в автоматическом режиме. Для большего удобства предусматривается ещё несколь­ко режимов. Большинство из них легко включить вручную, с модуля управления.

Режим «зима/лето» настраивается или вручную, или автоматически (при погодоза-висимом управлении). Если система вклю­чает в себя контур ГВС, в «летнем» режи­ме энергия расходуется только на нагрев санитарной воды в баке-водонагревателе, возможно и полное отключение котла. При длительном отсутствии в доме целе­сообразно включить режим «отпуск», при котором будет поддерживаться заранее заданная невысокая температура, а контур

ГВС отключится. Разумеется, программа защиты от замерзания имеет приоритет перед всеми иными, полностью выключить котёл она не даст, но расходоваться топли­во будет куда экономнее.

Разные производители предлагают и не­которые иные предустановленные про­граммы, например временное отключение отопления для проветривания или режим «вечеринка», включив который продле­вают период комфортного отопления на некоторое время. Другие доступные функции управления зависят от конфи­гурации самой системы. Если в ней есть бак-водонагреватель для ГВС, можно на­строить режимы разового нагрева (когда требуется большое количество горячей воды в неурочное время) и термической дезинфекции (периодический нагрев воды для уничтожения бактерий в ней).

Включение и выключение всех режимов обычно производится с центрального мо­дуля управления. Если в системе есть до­полнительные, комнатные, регуляторы, не­которые режимы включают и с них, но это зависит от настроек. В любом случае ниче­го сложного в установке нужного режима на уровне пользователя нет.

 

СИСТЕМЫ УДАЛЁННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Помимо проводной связи и, изредка, связи по радиоканалу между отдельными элементами, многие производители сей­час разрабатывают устройства, способные осуществлять дистанционный контроль и мониторинг систем отопления, а также управление ими. Такие системы особенно целесообразны при непостоянном прожи­вании, когда дом время от времени оста­ётся без присмотра, причём неважно или неизвестно, на сколько. Для этого потребу­ется включение в систему соответствующе­го устройства, чаще всего — GSM-модуля. Фактически это тот же мобильный теле­фон или модем с SIM- картой.

Вариантов тут несколько и они зависят от поставленных задач. Первое, что тре­буется в таком случае от системы отопле­ния при периодическом появлении хозяев в доме — «умение» по команде включать или выключать обогрев. Для реализации этой функции в принципе бывает достаточ­но одного канала с парой контактов, при замыкании которых на панель управления подаётся сигнал. На многих контроллерах такой канал предусмотрен, нужный ре­жим («включить» или «выключить») про­граммируют заранее.

Дальше всё просто: позвонил (или отправил SMS) на номер мо­дуля — контроллер принял сигнал и вклю­чил или выключил отопление. Функционал такой системы не слишком велик в сравне­нии с другими методами, но вполне доста­точен и для обеспечения комфорта, и для экономии энергии.

У разных производителей могут встре­чаться и иные способы управления те­пловой техникой по GSM-каналу или стационарной телефонной сети. Иногда с помощью таких устройств реально регу­лировать температуру, а модем будет до­полнительно передавать сообщения о не­исправностях.

Гораздо больше возможностей предо­ставляется, если использовать для дистан­ционного управления Интернет. Самый простой способ подключения — мобильный, с помощью соответствующего модуля с SIM-картой, как вариант — подключе­ние по стационарной сети. Теоретически разницы нет, на практике стационарное соединение надёжнее: в случае перегрузки мобильной сети или её отключения по раз­личным причинам дистанционное управ­ление становится невозможным. Тут надо смотреть на расположение строения: если оно находится рядом со спецтрассами, спецобъектами или просто местами прове­дения масштабных празднеств, мобильный Интернет могут отключить безо всяких предупреждений и предъявлять претензии будет некому.

Разумеется, на управляющий компьютер (или «продвинутый» мобильный телефон) потребуется установить соответствующее программное обеспечение. Возможности управления с помощью Интернета та­кие же, как и с обычной контрольной пане­ли, предусматриваются пользовательский и сервисный уровни. При этом важно, что и сотрудники сервисных организаций смо­гут дистанционно перенастраивать обо­рудование, мониторинг системы, а в неко­торых случаях — даже удалённо устранять неисправности. Правда, стоит учитывать, что постоянный мониторинг состояния оборудования силами сторонней организа­ции — услуга платная.

 

«УМНЫЕ ДОМА»

Концепция «умного дома» предполагает централизованное управление и взаимо­действие нескольких систем одновременно. Для создания комфорта в помещении одной температуры бывает недостаточно, ещё надо позаботиться о системе вентиляции или кондиционирования и влажности воздуха. Некоторые элементы, подразумевающие совместную работу отопления с другими системами, могут управляться и некоторы­ми штатными контроллерами, например при подключении датчиков открытия окна можно запрограммировать отключение обогрева комнат при проветривании.

Элементы систем отопления разных производителей связываются друг с дру­гом по различным протоколам и с помо­щью различных шин — в общем, «говорят на разных языках». Чтобы встроить «умное отопление» в «умный дом», вероятнее все­го, потребуется модуль сопряжения (шлюз) контроллера отопительной установки, соединяющий его с прочими системами, не относящимися к отопительному обо­рудованию. Преимущества одновремен­ного управления всеми системами дома, а не только отоплением, очевидны, всё за­висит от сложности системы.

 

РЕЗЕРВНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Для создания системы, способной дей­ствовать автономно, следует предусмо­треть и возможность отключения электри­чества, без которого работа автоматики, разумеется, не осуществима. Электронные устройства и насосы системы отопления стоят недёшево и требуют для питания энергии высокого качества. Подключать системы «к розетке» лучше всего через ста­билизатор. В качестве резервного источни­ка энергии используют или аккумуляторы, или мини-электростанции.

При аккумуляторном резервировании постоянный ток (обычно 12 В, но при­меняются и аккумуляторы с большим напряжением) преобразуется в пере­менный 220 В с помощью электронного устройства — инвертора. Качество тока в этом случае на высоте, продолжитель­ность непрерывной работы довольно ве­лика и её легко увеличить, подключив до­полнительные аккумуляторы. Инвертор подключается лишь к важнейшим потре­бителям: устройствам управления котлом, контроллеру и насосам, каждый из кото­рых потребляет максимум 100—200 Вт, да и то не всё время.

Мощности мини-электростанций бы­вает достаточно и для питания всего дома, а вот вопрос качества энергии стоит более остро. Разброс напряжения, выдаваемого исправной станцией, вполне укладывается в допустимые пределы, но «синусоида» мо­жет быть далека от идеальной (особенно это опасно для насосов с «мокрым» рото­ром систем отопления и ГВС). И не каж­дую станцию стоит подключать к котлу напрямую. В двух словах это объясняется так: практически всё бытовое оборудова­ние снабжено обычной двухштырьковой вилкой, которую можно втыкать в розетку как угодно.

Но некоторые виды техники (в том числе отопительной) требуют со­блюдения полярности. их «фазу» и «ми­нус» надо подключать к «фазе» и «мину­су» источника питания. В стационарной электросети найти соответствующие вы­ходы легко, подключив вольтметр между выводами розетки и «землёй»: на одном выводе будет 220 В, на другом — «около нуля». Особенности конструкции многих (но не всех) генераторов таковы, что найти «минус» нельзя: напряжение есть на обоих проводах.

Для обеспечения безопасной работы систем отопления совместно с мини-электростанциями существует несколько методов. Например, можно подключить к станции аккумулятор 12 В (соответ­ствующий выход есть на многих станциях) и преобразовать постоянный ток в пере­менный с помощью инвертора. Или ис­пользовать два инвертора: один переводит переменный ток в постоянный, а второй — постоянный обратно в переменный. Су­ществуют станции с инверторными пре­образователями напряжения, у которых качество тока выше, но на текущий момент их выдаваемая мощность редко превыша­ет 2,0—2,5 кВт, и запускать такие станции придётся вручную.

Ещё один рекомендуемый компонент в системе электропитания — разделитель­ный трансформатор. Его задача — сгла­живать скачки напряжения. Такой транс­форматор имеет смысл задействовать при любой схеме подключения, в том числе и для включения в систему электроснабже­ния генератора. Скачки напряжения могут быть даже у очень дорогой станции, осо­бенно в тот момент, когда заканчивается топливо и двигатель начинает «чихать».

Напоследок стоит учесть, что полное ре­зервирование электроснабжения — удо­вольствие весьма дорогое, особенно если необходимо обеспечить автоматическое включение резервного источника при про­падании основного напряжения. Но эти затраты оправданны: если в результате «блекаута» и отсутствия аварийного пита­ния система замёрзнет, её ремонт обойдёт­ся значительно дороже.


 


 


 


 

 

0
28 сентября 2013

Отзывы и комментарии