Погодозависимая автоматика для теплого пола
Обновлено: 27.04.2024
Погодозависимая автоматика для системы отопления и горячего водоснабжения (ГВС) служит для обеспечения необходимого уровня комфорта в отапливаемых помещениях. Другое её неоспоримое преимущество заключается в фактическом устранении затрат вашего времени на периодическую ручную регулировку контуров системы отопления в эксплуатации. Дополнительное положительное качество проявляется в рациональном использовании тепловой энергии теплоносителя, что позволяет экономить топливо (газ, уголь, дрова, пеллеты, жидкое топливо либо электрическую энергию), в особенности при значительных перепадах суточных температур уличного воздуха, характерных для осеннего или весеннего периода времени года.
В качестве погодозависимой автоматики системы отопления и ГВС применяются специальные программируемые терморегуляторы - погодозависимые контроллеры, а также исполнительные устройства: циркуляционные насосы, трехходовые смесительные краны (клапаны) и т.п. На рынке России предлагаются разнообразные погодозависимые устройства автоматики, в частности, в таблице ниже приведен список некоторых современных моделей и их ориентировочная стоимость. Первые четыре устройства разработаны и изготавливаются в России, остальные являются изделиями зарубежного производства.
Таблица. Ориентировочная стоимость отечественных и зарубежных погодозависимых контроллеров для применения с двумя независимыми контурами системы отопления.
* Для зарубежных контроллеров ориентировочная стоимость приведена для курса валют 1 EUR = 90 рублей.
** За вычетом стоимости сервопривода и смесительного крана (клапана).
*** Ориентировочная общая стоимость двух одинаковых одноконтурных устройств для управления двумя независимыми контурами системы отопления.
Погодозависимый контроллер ТРЦ-04 с беспроводным датчиком температуры
Для управления двумя независимыми контурами системы отопления и отдельным контуром ГВС [содержащем бойлер косвенного нагрева или теплообменник] 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 [например, радиаторная система и "тёплый пол"]. 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 [изменения температуры уличного воздуха, направления и(или) скорости ветра, наличия осадков в виде мокрого снега или дождя, а также интенсивности солнечного излучения], 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 .
Российский погодозависимый контроллер ТРЦ-04
Фото. 3. Российский многофункциональный адаптивный погодозависимый контроллер ТРЦ-04.
* применимы сервоприводы V70 и V70F MUT Meccanica артикулы 7.030.00776
Достоинства отопления помещений водяными теплыми полами неоднократно рассмотрены в многочисленных публикациях, и лишний раз ломиться в открытые ворота смысла нет.
Однако почему-то, 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!» – такие возражения, как правило, выдвигает заказчик, когда проектировщик пытается включить в проект отопления погодозависимое управление контурами теплого пола. 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.
Для примера рассмотрим абстрактный проект системы встроенного обогрева «теплый пол». Расчетные удельные теплопотери отапливаемых помещений примем равными 80 Вт/м 2 площади пола. Здесь следует напомнить, что расчетные теплопотери определяются по температуре наружного воздуха для наиболее холодной пятидневки отопительного периода. В частности, для Санкт-Петербурга теплопотери будут рассчитываться для температуры наружного воздуха –26 °С.
Конструкцию пола примем такой, как показано на рис. 1: по многопустотной плите перекрытия (1) толщиной 22 см уложен слой теплоизоляции из пенополистирола (2) толщиной 5 см. Трубы теплого пола расположены в стяжке (3) общей толщиной 70 мм, по которой устроен чистый пол из керамической плитки (4) толщиной 15 мм.
Рис. 1. Расчетная конструкция теплого пола
Для определения требуемой температуры теплоносителя воспользуемся расчетным модулем программы VALTEC.PRG 3.1.0 (рис. 2).
Рис. 2. Копия экрана расчетного модуля программы VALTEC.PRG 3.1.0
На основании выполненного расчета среднюю температуру теплоносителя примем 35 °С. При расчетном перепаде температур в контуре теплого пола 10 °С смесительный узел будет настроен на температуру теплоносителя 40 °С.
При температуре наружного воздуха –26 °С данная настройка обеспечит требуемые теплопоступления в помещение в количестве qрасч= 80 Вт/м 2 и поддержание температуры воздуха в помещении на уровне 20 °С.
Допустим, температура наружного воздуха повысилась c –26 до –3°С. Удельные теплопотери помещения составили бы в этом случае 40 Вт/м 2 . Однако это было бы справедливо, если бы температура внутреннего воздуха поддерживалась на уровне 20 °С. Фактически же с учетом избыточного теплопритока от теплого пола температура внутреннего воздуха будет значительно выше. Решая уравнение теплового баланса, можно определить, что при отсутствии комнатных термостатов и контроллеров внутренний воздух в помещении прогреется до 26 °С, а фактические удельные теплопотери и удельный тепловой поток от теплого пола составят 50 Вт/м 2 .
Посмотрим, что произойдет в межсезонье, то есть при температуре наружного воздуха +8 °С. Теоретические удельные теплопотери снизятся до 21 Вт/м 2 . Температура внутреннего воздуха прогреется до 28 °С. Фактический тепловой поток от теплого пола составит 35 Вт/м 2 (см. табл. и рис. 3).
Таблица. Параметры системы теплого пола при отсутствии автоматического регулирования
Температура наружного воздуха, °С
Теоретические удельные теплопотери, Вт/м2
Фактический тепловой поток от теплого пола, Вт/м2
Температура внутреннего воздуха при отсутствии автоматического регулирования, °С
Рис. 3. График зависимости требуемой температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха
Как видим, без автоматического регулирования работой петель теплого пола, говорить о каком-то комфорте просто смешно.
Допустим, мы решили поставить комнатные термостаты, которые управляют электротермическими сервоприводами клапанов на коллекторе теплого пола (рис. 4).
Рис. 4. Комнатный электронный термостат VT.AC.701
Работают термостаты по элементарному принципу: при превышении заданной температуры на 1 °С термостат подает команду на термоэлектрический сервопривод термостатического клапана (рис. 5), прекращая подачу теплоносителя в конкретную петлю теплого пола.
Рис. 5. Термоэлектрический сервопривод термостатического клапана
Когда температура воздуха в помещении снова понизится до значения уставки, термостат даст команду на открытие клапана. Как мы выяснили, в межсезонье тепловой поток от пола должен составлять 21 Вт/м 2 , что почти в четыре раза меньше расчетного. Это значит, что мы будем иметь дело с режимом прерывистого отопления.
При прекращении подачи теплоносителя в петли теплого пола, скорость остывания помещения описывается экспонентой, из которой следует, что время остывания τ, ч, определяется выражением:
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 теплоемкости расчетных слоев ограждающих конструкций С, участвующих в теплообмене, на их приведенное 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» (2,72).
В предложенном примере комнатный термостат даст команду на закрытие клапана при превышении уставки на 1 °С. Если термостат настроен на значение внутренней температуры 20 °С, то он перекроет петли при температуре 21 °С.
Если принять для рассматриваемого примера, что здание выполнено с кирпичными наружными стенами толщиной 640 мм и коэффициентом остекления 0,2 (β = 100 ч), то можно рассчитать время, за которое температура в данном помещении снизится на 1 °С при наружной температуре +8 °С:
При этом температуры воздуха и пола практически уравниваются.
Через это время термостат даст команду на открытие клапана, и теплый пол снова начнет нагреваться. Время, за которое пол снова нагреется с 20 до 26 °С можно (с определенными допущениями) рассчитать по формуле:
6 · (880 · 1·0,07 · 1800 + 840 · 1 · 0,015 · 2000 + 4187 · (1/0,15) · 0,000113 · 1000)/80 = 2,9 ч.
В приведенной формуле сст, сп, ст – удельная теплоемкость стяжки, плиточного покрытия и воды, Дж/кг · °С; Sст, Sп – расчетная площадь стяжки и плиточного покрытия, м 2 ; δст, δп – расчетная толщина стяжки и плиточного покрытия, м; γст, γп, γт – удельный вес материала стяжки, плиточного покрытия и воды, кг/м 3 ; vт – объем теплоносителя в 1 пог. м трубы, м 3 ; b – шаг трубы, м.
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 теплого пола, именно полноценного теплого пола-то пользователь в итоге и не получит (рис. 6).
Рис. 6. 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.
Кроме того, существенным недостатком прерывистого режима отопления является то, что циркуляционный насос основную долю рабочего времени будет гонять теплоноситель по малому кругу – через байпас и перепускной клапан. Это приведет к перерасходу электроэнергии, поскольку перепускной клапан настраивается на перепад давления больший, чем потери давления в расчетной петле, и значит, рабочая точка насоса сдвинется в сторону большей потребляемой мощности. Этого можно избежать, если подключать термостаты к сервоприводам клапанов коллектора через коммуникаторы, имеющие функцию отключения насоса при отсутствии запроса на отопление. Но это лишь полумера.
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.
Контроллер VALTEC VT.K200 разработан специально для управления системами встроенного обогрева, в частности теплым полом. Это не значит, что этот прибор нельзя использовать, например, для управления вентиляционными системами. Однако разработка контроллера велась именно под конкретную задачу, поэтому в него включены только те функции, которые необходимы для управления насосно-смесительными узлами теплого пола (рис. 7).
Рис. 7. Контроллер VT.K200
Рис. 8. График зависимости теплоносителя от температуры наружного воздуха.
При таком регулировании в любой момент времени тепловой поток от теплого пола будет соответствовать фактическим теплопотерям (см. табл. и рис. 3).
Контроллер позволяет построить график регулирования с количеством опорных точек от 2 до 10. Это значит, что он может быть не обязательно прямой, но и ломаный, с разным углом наклона графика при различных температурных интервалах.
Использование контроллера с погодозависимым регулированием в системах встроенного обогрева при грамотном проектировании и настройке обеспечивает действительно оптимальный уровень комфорта и при этом увеличивает срок безаварийной службы трубопроводов, соединителей, насосно-смесительного узла, а также сохраняет надлежащие эксплуатационные характеристики финишных напольных покрытий.
Ознакомиться с полным ассортиментом автоматики VALTEC для водяного теплого пола можно в каталоге.
Автор: В.И. Поляков
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
Термостатическая головка с выносным погружным датчиком
VT.3011.0
Термостатическая головка с выносным погружным датчиком
VT.5011.0
Термостатическая головка с выносным накладным датчиком
VT.5012.0
Датчик температуры пола
VT.AC501.0
Термостат комнатный с датчиком температуры пола
VT.AC602.0
Термостат регулируемый с накладным датчиком
VT.AC614.0
Регулируемый термостат с выносным датчиком
VT.AC616I.0
Термостат комнатный электронный
VT.AC701.0
Хронотермостат электронный комнатный беспроводной
VT.AC707.0
Хронотермостат электронный комнатный с датчиком температуры пола
VT.AC709.0
Хронотермостат электронный
VT.AC710.0
Хронотермостат электронный комнатный двухконтурный
VT.AC711.0
Хронотермостат электронный комнатный с Wi-Fi
VT.AC712.0
Электропривод поворотный со встроенным контроллером
VT.ACC10.0
Универсальный контроллер для смесительных узлов
VT.K300
Электропривод поворотный трехпозиционный
VT.M106.0
Электропривод поворотный аналоговый
VT.M106.R
Сервопривод электротермический, нормально закрытый, 220 В
VT.TE3040.0
Сервопривод электротермический, нормально открытый, 220 В
VT.TE3040.A
Сервопривод электротермический, нормально закрытый, 24 В
VT.TE3041.0
Сервопривод электротермический, нормально открытый, 24 В
VT.TE3041.A
Сервопривод электротермический, нормально закрытый
VT.TE3043.0
Сервопривод электротермический, нормально открытый
VT.TE3043.A
Сервопривод электротермический аналоговый, нормально закрытый, 24 / 0–10 В
VT.TE3061.0
Зональный коммуникатор
VT.ZC8.0
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.
Гидравлический теплый пол [а в случае применения воды в качестве теплоносителя - водяной теплый пол] является специальной, как правило, дополнительной системой отопления, которая находит всё большее распространение в частных домах и коттеджах благодаря высокому уровню теплового комфорта, который достижим и раскрывается в полной мере только при использовании автоматики регулирования - погодозависимого контроллера (далее терморегулятора, регулятора температуры или устройства) для управления смесительным узлом и циркуляционным насосом. Схема теплого пола с одним смесительным узлом и погодозависимой автоматикой представлена ниже [см. Рисунок].
Рисунок. Схема системы водяного теплого пола с погодозависимым управлением смесительного узла.
Приведенная выше схема теплого пола содержит:
-
для автоматического управления смесительным узлом; , ДТЦ соединён электрически с терморегулятором;
- смесительный узел, содержащий смесительный клапан (кран) с сервоприводом [например MUT V70F, ESBE ARA600 и т.п.], соединённый электрически с погодозависимым регулятором температуры ТРЦ-03; , установленной в тройник на выходе смесительного клапана (крана), причём ДТЦ соединен электрически с контроллером; , также электрически соединён с устройством;
- водяной теплый пол, гидравлически соединённый с одной стороны с циркуляционный насосом, а с другой стороны - с узлом смешения и обратным трубопроводом для отвода теплоносителя;
- комнатный термостат [опция] (размещённый в помещении с теплым полом), подключённый электрически к погодозависимому регулятору температуры.
В схеме системы отопления теплым полом применяется отечественный простой и надежный погодозависимый контроллер ТРЦ-03 [см. Фото], который обеспечивает автоматическое управление смесительным узлом и циркуляционным насосом в зависимости от изменения температуры воздуха на улице; также реализована специальная версия устройства с дополнительным датчиком температуры воздуха внутри помещения.
Фото. Внешний вид погодозависимого контроллера теплого пола.
Благодаря балансу между ценой и функциональностью, а также тому, что это полностью российский продукт, обеспечивается конкурентное преимущество перед аналогичными зарубежными устройствами погодозависимого регулирования - всё это в комплексе позволяет пользователю самостоятельно установить теплый пол с погодозавивимым управлением без значительных денежных и временных затрат.
Принцип работы теплого пола с погодозависимым регулированием
Контур системы отопления теплого пола начинается от патрубка и крана, выходящего с аккумулятора тепла (гидрострелки, коллектора, котла и т.п.); включает один отопительный смесительный узел, содержащий смесительный кран [смесительный клапан] с электромеханическим сервоприводом, приводящим в действие этот клапан, циркуляционный насос, трубопроводы теплого пола [размещенные, например, в бетонной стяжке помещения либо под досками или ламинатом пола] и замыкается в нижней точке теплового аккумулятора, гидростелки, коллектора или котла. Погодозависимая автоматика регулирования содержит цифровой контроллер ТРЦ-03, который управляет сервоприводом смесительного крана по специально заложенной программе в зависимости от температуры теплоносителя [поступающего к гидравлическому теплому полу помещения] и от изменения уличной температуры воздуха. Погодозависимый контроллер поддерживает необходимую температуру теплоносителя теплого пола по заданной пользователем погодозависимой кривой регулирования, автоматически управляя смесительным краном и циркуляционным насосом. В случае применения комнатного термостата с нормально открытой или нормально закрытой группой контактов (опция), размещённого в помещении дома с тёплым полом, устройство учитывает все три параметра в комплексе и старается поддерживать температуру воздуха внутри этого помещения на заданном пользователем уровне, в частности, отключая циркуляционный насос при достижении температуры воздуха внутри помещения до заданного порога, установленного с помощью комнатного термостата. Благодаря погодозависимой автоматике регулирования обеспечивается высокий уровень комфорта в помещении [где установлен теплый пол], а также сокращение затрат на регулирование и обслуживание такой системы отопления.
Читайте также: