Тепловая автоматика экономит нам деньги
30.05.2016
Тепловая автоматика экономит нам деньги
Производители современных котлов, постоянно совершенствуя свою продукцию, наделяют ее новыми функциями и одновременно усложняют выбор нужного котла и его наладку. Это и немудрено, ведь система отопления современного загородного дома состоит не только из котла, труб, радиаторов под окнами, но так же в нее входит множество отопительных контуров, управление которыми следует поручить автоматическим контроллерам.
В противном случае домовладельцам придется постоянно регулировать отдельные элементы вручную, чтобы обеспечить достаточный уровень комфорта. Однако, более сложная система управления — это всегда и более высокая цена. «А нужно ли это мне?» — задает риторический вопрос покупатель.
В этой небольшой статье мы попытаемся донести до читателей физику процессов в рабочей системы отопления, что присуще всем системам отопления, включая и сложные. Иметь представление о том, что ты имеешь или собираешься приобрести очень важно при выборе системы отопления, ее эксплуатации или модификации. В структуру современных систем отопления уже заложены функции, предполагающие ее модификацию и усовершенствование.
Итак, на котловую автоматику возложены две важнейшие функции: система безопасности и тепловой комфорт. Разумеется, обеспечение безопасности имеет высший приоритет среди прочих задач. Например, верхний предел регулирования котловой воды устанавливается таким образом, чтобы
В нашей статье мы сосредотачиваемся на работе автоматики по обеспечению комфортной температуры в отапливаемых помещениях.
Ощущение температурного комфорта в значительной мере субъективно. В этой связи специалисты в области климатических систем оперируют понятием индекс комфортности по Фагнеру. Он предусматривает семь позиций, соответствующих субъективным ощущениям
- -3 «холодно»
- -3 «прохладно»
- -1 «легкая прохлада»
- 0 «нейтрально»
- 1 «легкое тепло»
- 2 «тепло»
- 3 «жарко»
Та или иная температура в помещении устанавливается, когда достигается равновесие между тепловыми потерями и теплоотдачей приборов. При этом для поддержания заданного значения температуры любое изменение теплопотерь, вызванное изменением погоды, должно компенсироваться соответствующей коррекцией температуры теплоносителя либо его объемного потока через отопительные приборы.
Рассмотрим вначале второй случай, а именно регулирование температуры помещения путем изменения объемного потока через отопительные приборы.
Эта задача легко решается с помощью термостатических вентилей, установленных на радиаторах или конвекторах. В этом случае задача котловой автоматики поддерживать температуру теплоносителя на заданном уровне (просто повернуть ручку потенциометра на пульте котла, задавая нужную температуру). В большинстве котлов так все и происходит и не предполагает ничего большего. Алгоритм работы котла различается в зависимости от горелки: модуляционной, одно или двухступенчатой.
При работе с одноступенчатой горелкой регулятор температуры работает как пороговый переключатель, который включает и выключает горелку при достижении температурной подачи пороговых значений. Между порогами включения и выключения задана некая разница — «гистерезис включения». Как правило, пороги включения и выключения расположены симметрично относительно заданной температуры подачи, так чтобы среднее значение температуры за продолжительный период совпадало с заданным.
Проблема возникает, когда объем теплоносителя невелик, а теплопотребление существенно меньше мощности горелки, температура горелки будет расти слишком быстро. Имеет место опасность слишком частых включений горелки, что может сказаться на ее ресурсе. Проблема преодолевается различными способами. Например, при помощи, изменяющейся во времени величины гистерезиса.
При низких тепловых нагрузках и, соответственно, коротких периодах разогрева котла, действует увеличенное значение гистерезиса. Если за заданное время гистерезиса порог выключения не был достигнут, величина гистерезиса автоматически линейно уменьшается до стандартных 5 гр. Цельсия. Фирма «Будерус» использует другой алгоритм, названный «динамическим переключением» — когда температура подачи, возрастая или уменьшаясь, сравнивается с заданной температурой и система начинает вычислять интеграл функции изменения рассогласования во времени.
Включение и выключение горелки происходит по достижении интегралом заданного значения, что при быстром разогреве котла температура переключения выше, чем при медленном. Таким образом, порог переключения автоматически подстраивается под характеристики системы отопления и величину теплопотребления
Для двухступенчатой горелки процесс принципиально не отличается от того, что рассмотрен выше — только порогов переключения в два раза больше.
Модуляционная горелка дает возможность постоянного пропорционального регулирования температуры подачи, когда величина мощности горелки линейно зависит от величины рассогласования температуры. Однако такое регулирование возможно не всегда, поскольку у многих модуляционных горелок мощность плавно изменяется не от нуля, а от 30–40% максимального значения. Если же теплопотребление в контуре отопления ниже этой границы, то мы сталкиваемся опять с пороговым регулированием. До сих пор мы рассматривали процессы, когда заданная температура котла устанавливалась вручную потенциометром на пульте котла, а задача котловой автоматики была поддержать эту температуру.
Поддержание комфортной температуры в помещении путем регулирования температуры котловой воды. Происходит это путем внедрения в систему автоматики комнатного термостата.
Заметим, что комнатный термостат обычно не входит в стандартную комплектацию котла. Управление работой котла с целью поддержания заданной температуры в помещении может осуществляться одним из двух видов регулирования: двухпозиционным (включить/выключить) или непрерывным. В первом случае алгоритм управления такой же, как для котла с одноступенчатой горелкой. Однако, по сравнению с температурой котловой воды, температура в помещении изменяется значительно медленнее и это может привести ее к большим выбегам за пороговые значения. Поэтому двухпозиционное регулирование не рекомендуется обычно для систем отопления с котлами более 25–30 кВт.
При непрерывном регулировании управляющим воздействием служит температура подачи, изменяемая в зависимости от отклонения температуры в помещении. Датчик температуры должен располагаться в
Само собой напрашивается функция задания и выполнения суточного графика температуры в помещениях. Суточное программирование температуры часто возможно для разных дней недели (будни, праздники, вечеринки, отпуск). Большой проблемой при таком способе управления становится регулирование температуры в помещениях относительно эталонного, путем увязки в единый контур.
Кроме того, повышая комфорт в эталонном помещении, мы рискуем снизить его в других комнатах, завязанных на тот же контур управления. Кроме того, в эталонном помещении нельзя применять терморегуляторы на отопительных приборах, поскольку они представляют собой независимые системы управления с теми же входными параметрами, что и у котельной автоматики.
Для управления котлом, греющим воду сразу для нескольких отопительных контуров с разными характеристиками, требуется некий общий для этих контуров входной параметр. Простое и эффективное решение было найдено.
Использование в качестве входного параметра температуру воздуха снаружи здания
Действительно, температура подачи любого отопительного контура, необходимого для компенсации теплопотерь в помещениях, связана с температурой наружного воздуха хорошо известными соотношениями, которые в графическом представлении обычно называются отопительными графиками или отопительными кривыми. Остается только заложить эти соотношения для каждого конкретного контура в алгоритм работы системы управления котельной. В автоматике большинства производителей для этого необходимо выбрать одну из предлагаемых кривых. Есть и другие подходы к этой проблеме, например наладчику котлов «Будерус» достаточно задать две точки, по которым автоматика сама построит всю кривую. Заметим, что крайне важно располагать датчик температуры на северной стороне дома в отдалении от таких источников тепла, как окна и дымовые трубы. В этом случае погодозависимая автоматика работает максимально корректно.
А, что будет, если открыть форточку? Система, управляющая котлом и отопительными контурами по внешней температуре, может реагировать на непредвиденные изменения теплового баланса в отапливаемых помещениях. В большинстве случаев такая возможность заложена в виде автоматической корректировки (чаще всего — параллельного переноса) отопительной кривой соответствующего контура на основе показаний датчика комнатной температуры.
Более того, многие производители предлагают дополнительно к погодозависимой автоматике еще и комнатный терморегулятор. При совместном использовании внешних и комнатных датчиков тепловой режим может быть скорректирован с учетом дополнительных источников тепла в помещении. Проще говоря, если на кухне включена плита, и за счет этого стало там теплее, контроллер «учтет» этот факт и скорректирует показатели внешних датчиков или же комната находится на солнечной стороне и требует нагрева только, когда солнце «уйдет».
По мере удорожания автоматики к ее возможностям добавляется способность управлять более сложными горелками (со ступенчатым,
Подведем итоги: к чему все эти сложности с погодозависимым управлением? Чем оно лучше элементарной схемы «котел на постоянке» плюс терморегуляторы на всех батареях?
Сторонники погодозависимого управления говорят, что в основную часть отопительного сезона потребность в тепле намного меньше расчетной, поэтому постоянно греть теплоноситель до максимальной температуры — напрасная трата денег. Особенно эффективно оно работает в период заморозков и оттепелей, тем самым достигается наиболее комфортная комнатная температура и значительная экономия ресурсов, поскольку снижается инерционность системы и котлу не приходится совершать лишнюю работу, сжигая топливо. Кроме того, в случае работы с постоянной температурой теплоносителя, а она практически всегда высокая, растут теплопотери, которые тем больше, чем больше температура теплоносителя. Вообще, КПД котла уменьшается с ростом средней температуры котловой воды.
Большинство западных производителей («Buderus», «Viessmann») делают ставку на выпуск низкотемпературных котлов.
Противники погодонезависимого управления апеллируют к тому то, что цена подобной автоматики чересчур высока. А цена топлива пока вполне компенсирует издержки.
Обратимся к специалистам. Ответ нашего специалиста на форуме teplonet.ru однозначно говорит, что погодонезависимая автоматика экономит деньги и это не считая комфорта, который она приносит в дом и обеспечивает более долгую безаварийную работу.
Компания «Тайм» предлагает в качестве погодозависимой автоматики программируемый контроллер calorMATIC 430 West. Фактически он работает как дистанционный пульт от котла. Домовладельцу не приходится бегать в котельную, чтобы сделать потеплее или похолоднее, если он установит панель с дисплеем в удобном месте.
