Главная / Статьи / Ликбез по управлению котлов

Статьи

« Назад

Ликбез по управлению котлов  23.11.2016 16:01

 

0300

Об эволюции обогрева

Огневоздушная система отопления

Принцип работы любого источника тепла состоит в том, чтобы преобразовать один вид запасенной энергии в тепловую. Самым первым источником обогрева был костер. В этом случае происходило преобразование накопленной солнечной энергии деревом в тепловую путем горения сухих дров.

После освоения глины и начала использования первых керамических кирпичей, человек заметил, что этот материал хорошо сохраняет свои свойства при высоких температурах и долго отдает накопленное тепло. Это способствовало появлению первых печей.

Кирпичная печь была революционным решением для отопления домов. Она была многофункциональна и даже сейчас она не потеряла своей актуальности, разве что преобразилась конструктивно. Ее сейчас устанавливают в современных частных домах.

Помимо внешнего вида она изменила и свое название – стала называться камином. Камины были очень популярны в Англии с ее сырым и холодным климатом. Камин и печь работают по одинаковому принципу и выполняют одну и ту же задачу. После освоения и удешевления новых механизмов обработки металлов, стало возможным изготавливать стальные печи и котлы. Они устроены таким же образом, как и глиняные аналоги.

При всей своей популярности, печь имела много недостатков.

  • она могла отапливать ограниченное количество комнат или площади помещения;
  • требовала постоянного присмотра и частого технического обслуживания;
  • отсутствовала возможность автоматизации;
  • отличалась громоздкостью конструкции.

Решением этих проблем стало появление котлов. Первоначально, эти устройства устанавливались на машинах с паровым двигателем. Они нагревали рабочую жидкость до состояния парообразования и тем самым создавали давление. Далее это преобразовывалось во вращательную энергию.

Для отопления домов не требовалось сильно нагревать теплоноситель и, следовательно, это позволило уменьшить его размеры. Котел нагревал рабочую жидкость, и она, перемещаясь по трубопроводам, достигала места, где впоследствии отдавала тепло в окружающую среду через теплообменник. Этот принцип позволил равномерно обогревать большие площади.

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.

О центральном модуле 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.

О комнатных модулях 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.

О датчиках 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 %.

О программировании 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).

Отапливать помещения во время отсутствия хозяев нет особого смысла. Но самый радикальный способ — выключение котла — не годится: отопление замёрзнет. Поэтому практически в любой системе предусмотрена защита от замерзания.

Если температура котловой воды снижается до определённого предела (чаще всего до 5 °C), система переводится в режим нагрева (воды, но не помещений). Ещё одна мера защиты, которая чаще бывает нужна в летнее время, — периодическое включение циркуляционных насосов, чтобы их роторы не «закисли». Эти меры защиты обычно если и подлежат настройке, то только на сервисном уровне, доступ к которому для пользователя либо ограничен (например, нужно ввести пароль), либо не рекомендуется.

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 погодозависимом 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.

О системе 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.

Об "Умном доме"

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.

О резервном электроснабжении

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.

Источники: master-forum.ru, uteplovdome.ru 

Ознакомьтесь с системой мониторинга котла в нашем интернет-магазине: http://deltaneva.ru/shop/product/restoker

Остались вопросы? Позвоните нам: +7 (812) 642 06 06, +7 (921) 907 12 22.



Комментарии


Комментариев пока нет

Пожалуйста, авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий.
Авторизация
Введите Ваш логин или e-mail:

Пароль:
запомнить