Явно заданная кривая отопления

Управление газовым котлом: оглавление

Логика управления котлом Vaillant

Новая прошивка

Еще раз вернусь к теме про автоматическое управление газовым котлом. Понимая, что моя аппроксимация температурных кривых далека от идеала, добавил в скетч возможность явно задавать кривую.

Как это работает. Мы явным образом задаем значения температурной кривой через массив. Например, мы знаем, что при температуре на улице в -10°C котел в контуре отопления должен выдавать 61°C. Составляем табличку от -30 до +30 с шагом в градус:

30	.	10	9	.	-10	-11	.	-30
1	.	38	40	.	61	62	.	70

А затем, нижнюю строку этой таблицы представляем в виде массива:

В функцию calc_temp() после строки

temp_n = (a * x * x) + (b * x) + c;

вставляем следующий код:

Теперь, если мы в настройках зададим кривую отопления больше 1.5, например 1.6, то котел будет управляется через явно заданную кривую. Как нарисовали, так и будет работать.

Краткие итоги после зимы. Все отработало на отлично, к котлу теперь подхожу только проверить давление в системе. Глюков не было, температуру держит железно.

В Леруа Мерлен приобрел пластиковый инструментальный ящик, в который все оборудование прекрасно влезло (на фото). Дополнил систему модулем nRF24L01, теперь через вторую Ардуину прибор мне шлет СМС о состоянии системы отопления, температуре в доме и на улице. Но это уже другая история, возможно, напишу потом.

Логика управления котлом Vaillant

Управление газовым котлом: оглавление

Скетч управления котлом

Явно заданная кривая отопления

В прошлый раз мы разобрались с аппаратной частью погодозависимой автоматики. Прежде чем переходить к программной части надо разобраться с логикой управления котлом. Дальше будет немного математики. Простите, но так надо )

Можно придумать разные способы формирования температуры отопительного контура, например, с помощью ПИД (пропорционально-интегрально-дифференцирующего) алгоритма. Но мы пойдем проторенной дорожкой и управлять котлом будем с помощью температурных кривых. В инструкции к регулятору отопления calorMATIC есть такая диаграмма:

С помощью регрессионного анализа аппроксимируем кривые:

T_n = ax 2 + bx + c
a = -0,21k — 0,06
b = 6,04k + 1,98
с = -5,06k + 18,06
x = -0.2*t₁ + 5

Где, T_n – температура контура отопления в зависимости от наружной температуры, t₁ – температура наружного воздуха, k – коэффициент отопительной кривой. Коэффициент подбирается индивидуально, в зависимости от утепления помещения, отапливаемой площади и т.п. В результате аппроксимации получаем такие кривые:

Аппроксимация кривых отопления в значениях 3; 2; 1,5; 1; 0,6.

На температурные кривые также влияет желаемая комнатная температура. Из инструкции к регулятору отопления мы видим, что кривые рассчитаны на температуру в помещении в 20°C:

При увеличении желаемой комнатной температуры на 1°C кривая смещается примерно на 5°C:

Где T_k — Поправка на желаемую комнатную температуру, T_u — пользовательские установки комнатной температуры.

Последним фактором, влияющим на температуру отопления, будет термостат. В инструкции, если температура в помещении ниже, чем 0,125°C от желаемой или 0,19°C выше, то происходит включение или выключение отопительного контура. Мы же будем управлять не термостатом котла (контакты 3 и 4), а температурой отопительного контура: если температура ниже 0,25°C от желаемой мы прибавим 1,25°C к отопительной кривой и наоборот. Т.о. мы будем пытаться управлять температурой в помещении косвенно модулируя пламя горелки.

Где T_t — поправка термостата, T_u — пользовательские установки комнатной температуры, T₂ — фактическая комнатная температура. Т.о. расчетная температура конура отопления T состоит из трех компонентов:

Где T_n – температура контура отопления в зависимости от наружной температуры, T_k – поправка на желаемую комнатную температуру, T_t – поправка термостата.

Погодозависимое регулирование мощности системы отопления

Нет плохой погоды

В недавнем прошлом вопрос тепла в доме решался незатейливо. Замёрз — подкинул дровишек, стало жарко — форточку открыл. По мере роста возможностей отопительного оборудования увеличился и уровень запросов владельцев.

Погодозависимое регулирование позволяет подстраивать параметры системы отопления к реальным погодным условиям. Контроллеры отопления помогают держать комфортный температурный режим в полностью автоматическом режиме.

Автоматическая настройка комфортного режима отопления в доме

Практически все современные котлы уже в базовой комплектации имеют стандартную автоматику, которая управляет горелкой, принимает сигналы от устройств безопасности котла, а также поддерживает заданную температуру теплоносителя.

Для этого используется встроенный непосредственно в котёл термостат с датчиком в подающей или обратной магистрали. Управление температурой теплоносителя производится путём включения/отключения котла в зависимости от величины отклонения текущей температуры от заданной.

Необходимо заметить, что таким образом происходит регулирование именно степени нагрева котла, а не температуры воздуха в доме. Поэтому не избавляет владельца от необходимости постоянно подстраивать работу котла в зависимости от потребности в тепле. При падении уличной температуры воду в системе необходимо будет нагреть сильнее, а когда потеплеет — понизить.

Следующий шаг к усовершенствованию системы — установка программируемого термостата, который позволяет управлять нагревом не только в заданных пределах, но и в зависимости от времени суток и дня недели.

Обеспечиваемый таким регулированием уровень комфорта весьма условен, ведь температура теплоносителя очень грубо зависит от реальных условий за окном. Дом сам по себе обладает огромной тепловой инерцией и изменения в тепловом фоне будут происходить с запозданием, поскольку автоматика начнёт действовать лишь тогда, когда температура в доме, например, понизится, а это произойдет уже немного позже реального похолодания на улице.

Микропроцессорные панели управления позволяют поддерживать разную температуру теплоносителя сразу в нескольких нагревательных контурах.

Под таким контуром понимается часть системы, работающая со своими температурными и гидравлическими характеристиками и имеющая возможность их регулировки. Например, когда котёл обеспечивает теплом не только радиаторную систему, но и низкотемпературную, водяной тёплый пол.

А если в доме несколько комнат и в каждой нужна разная температура воздуха, причём их окна выходят на разные стороны света?

Всё это означает, что регулировать температуру надо в каждой комнате отдельно, причём очень хорошим (и правильно установленным) терморегулятором. Только так можно учесть, светит или нет в окна этой комнаты солнце, обдувает ли её стену ветер и так далее. Если дом большой, могут быть комнаты и похолоднее (редко или вовсе не используемые в данный момент), и потеплее (постоянного нахождения людей).

Автоматизация отопительного газового котла

Применение комнатных терморегуляторов не снимает проблему полностью. Например, комнатный блок подал команду на отключение котла, в то время как за окном резко похолодало и следовало бы, учитывая большую инерционность системы отопления, включить котёл на полную мощность.

Для учёта подобных внешних факторов используется так называемая «погодозависимая автоматика», задача которой заключается в первую очередь в том, чтобы обеспечить максимальный комфорт в доме.

Подобное автоматическое регулирование происходит путём подстройки текущих параметров (мощности, температуры теплоносителя) отопительной системы или её отдельных контуров к реальным погодным условиям, которые сложились в данный момент.

Как правило, в качестве управляющих воздействий используется как внешняя (уличная) температура, так и температура воздуха в помещении. Основные преимущества такого решения — повышение комфортности отопления, более эффективное использование мощности котла и экономия топлива.

В современных контроллерах отопления всё это предусмотрено в качестве штатной функции или за счёт использования дополнительных модулей расширения. Последние способны воспринимать массу ответных сигналов от всевозможных датчиков и выстраивать параметры всех компонентов системы отопления исходя из предварительно заложенного в их память алгоритма, называемого кривой отопления.

Достаточно один раз настроить систему, а дальше только запустил котел и до выключения к нему можно не подходить, всё будет делать автоматика.

Крутизна наклона кривой и её смещение вдоль оси ординат определяются параметрами системы отопления (соотношением мощностей котла и радиаторов отопления, тепловым сопротивлением стен здания, наличием дополнительных внешних источников тепла). Они, как правило, находятся экспериментальным путём, посредством многочисленных наблюдений и анализа накопленного опыта.

Чем точнее будет задана кривая отопления, тем выше окажется эффективность работы системы и экономия энергии. В ряде погодозависимых контроллеров ещё и предусмотрена возможность автоматической подстройки параметров кривой отопления, если режим обогрева длительное время остаётся постоянным.

Датчик на улице позволяет спрогнозировать расход тепла в ближайшем будущем и компенсировать тепловую инерцию постройки.

В том случае, когда здание утеплено недостаточно, для компенсации тепловых потерь потребуется несколько большая температура теплоносителя в отопительном контуре. Соответственно, и наклон кривой будет более крутым. И наоборот, если с теплоизоляцией дома всё в порядке, необходимо выстраивать работу системы по более пологой кривой отопления.

При изготовлении контроллера в память прибора сразу вносят множество подобных кривых, что позволяет выбрать наиболее подходящий для условий конкретного объекта режим работы.

Как правило, для создания максимального уровня теплового комфорта, а также для экономии топлива одного-единственного уличного датчика бывает недостаточно. Поэтому часто монтируют дополнительный датчик внутри обогреваемого помещения. Наличие одновременно и комнатного, и уличного датчиков позволяет более точно отслеживать и оперативно корректировать максимально комфортный температурный фон в доме.

Современные контроллеры отопления не только следят за погодой, но и обладают достаточно большим количеством пользовательских и сервисных функций. Если первые стоят на страже комфорта, то вторые следят за состоянием системы и обеспечивают правильную и безопасную работу оборудования.

Выбор дополнительного регулирующего оборудования для отопительного котла, а тем более его правильная настройка, задача действительно непростая.

Например, в доме размером порядка 100 м 2 с одним высокотемпературным контуром отопления куда проще окажется установить термостат на каждый радиатор.

Однако при увеличении площади дома или же количества контуров отопления, требующих персонального регулирования, установка интеллектуальных систем управления очень даже оправдана. С точки зрения как удобства пользования, так и экономии топлива.

Методы самостоятельной балансировки водяного отопления в частном доме

Закон гидравлики: любая протекающая жидкость выбирает путь наименьшего сопротивления. В отопительной сети частного дома правило действует так: толкаемый насосом теплоноситель стремится пройти через первый радиатор либо самый короткий контур теплых полов. В результате отдаленные комнаты здания прогреваются значительно хуже. Для равномерного распределения потоков необходима гидравлическая балансировка системы отопления. Расскажем, как отрегулировать батареи и петли напольного обогрева своими руками.

Когда нужно балансировать систему

Теоретически, регулировка радиаторов отопления необходима в любом случае. Инженер-проектировщик, разрабатывая и рассчитывая водяную систему, закладывает расход теплоносителя на каждую батарею и контур напольного обогрева. После монтажа, заполнения и опрессовки трубопроводной сети исполнитель обязан отрегулировать подачу тепла, ориентируясь на расчетные параметры в проекте.

Важный момент. Расчет потребности в тепле и соответствующего расхода нагретой воды делается для самых неблагоприятных условий – минимальной уличной температуре. Поэтому вначале настройки все радиаторные и другие регулировочные вентили полностью открываются, а котел выводится в максимальный рабочий режим.

Поскольку среднестатистического домовладельца заботит лишь тепло и комфорт внутри жилища, самому браться за балансировку рекомендуется в таких случаях:

1. Ближние к котлу батареи нагреваются заметно сильнее дальних радиаторов, соответственно, в комнатах жарко или прохладно (слишком большой перепад температур).
2. Один из радиаторов издает явственный шум — журчание протекающей воды.
3. Замоноличенные в стяжку трубы прогревают полы неравномерно.
4. В процессе наладки новой отопительной разводки, собранной своими руками.

Если при грамотно смонтированном отоплении температура в дальних комнатах существенно ниже, система нуждается в балансировке

Примечание. Подразумевается, что арматура, оборудование и приборы отопления подобраны правильно, система заполнена теплоносителем, воздушные пробки и прочие дефекты отсутствуют. Иначе заниматься гидравлической балансировкой бессмысленно – получите нулевой результат.

Когда не следует регулировать раздачу теплоносителя батареям:

1. Если радиаторная сеть и теплые полы работают без нареканий. Лишний раз крутить вентили не стоит – по неопытности можете сделать хуже.
2. При выявлении различных неполадок – воздух в батареях, протечка, засор радиаторных либо балансировочных вентилей, разрыв мембраны расширительного бака и тому подобное. Сначала устраните неисправность и проверьте работоспособность отопления. Возможно, регулировка не понадобится.
3. Категорически не рекомендуется вмешиваться в работу центрального отопления многоквартирного дома, врезать в общие стояки дополнительные краны и клапаны. Исключение – многоэтажные новостройки с индивидуальными тепловыми вводами в каждую квартиру.

Также не рекомендуется «прижимать» проток через батарею с помощью обычного шарового крана. Нормальное положение штока – полностью открыт либо закрыт, в промежуточной позиции арматура долго не прослужит.

Проток воды регулируется исключительно балансовыми кранами, шаровые открыты на 100%

Инструменты и приборы для балансировки

Чтобы самостоятельно произвести регулировку радиаторов отопления и теплых полов частного дома, понадобится минимум приспособлений:

• термометр электронный контактный;
• отвертка;
• барашек или ключ для вращения штока балансировочного клапана (обычно применяется шестигранник);
• лист бумаги, карандаш.

Справка. Профессиональные сантехники часто используют тепловизор, дающий ясную картину прогрева всех отопительных приборов. Аппарат дорогостоящий, так что обойдемся более простыми средствами.

Вместо указанного термометра допускается использование дистанционного (бесконтактного) пирометра. Учтите: температуру блестящих поверхностей прибор измеряет с небольшой погрешностью. Замечание касается радиаторов с новым лакокрасочным покрытием.

Если у вас отсутствует схема разводки по жилому зданию, перед началом работ стоит зарисовать ее на бумаге. Эскиз поможет разобраться в очередности подключения батарей к магистралям и отдаленности от помещения топочной. Также сделайте промывку грязевика на входе в котел и разогрейте систему до температуры 70—80 °С независимо от уличной погоды.

Большим подспорьем в настройке является современный циркуляционный насос Grundfos Alpha 3, который через мобильное приложение точно показывает глубину регулировок. Минус – приличная цена агрегата (начинается от 240 у. е.).

Регулировка радиаторной сети

Метод балансировки, практикуемый нашим экспертом, одинаково подходит для закрытых однотрубных и двухтрубных систем отопления загородных коттеджей. Коллекторная разводка и теплые полы регулируются другим способом, о чем мы расскажем в следующем разделе.

Суть методики заключается в измерении температуры поверхности всех радиаторов и устранении разницы путем ограничения расхода теплоносителя балансировочными кранами. Как отрегулировать батареи отопления, пользуясь термометром:

Прогрейте теплоноситель до 70—80 °С, полностью откройте все регулировочные клапаны. Если котел не показывает реальную температуру воды на подаче, определите ее сами, приложив измеритель к металлическому выходному патрубку.

Изначально кольцо предустановки клапана настраивается на максимальный проток

Замерьте температуру поверхности первого на подаче радиатора в двух местах – около подающей и обратной подводки. Если разница лежит в пределах 10 градусов, батарея прогревается нормально.

Повторите операцию на всех отопительных приборах, записывая показания. Двигайтесь вдоль каждой ветви отопления, поочередно регистрируя температуру батарей вплоть до последней.

Если разность температур на подаче первого и последнего радиатора не превышает 2 °С, прикройте вентили первых двух батарей на 0.5—1 оборот и повторите замеры.

Замер делается на подающем и обратном патрубке, максимально допустимая разница — 10 градусов

Когда разница достигает 3—7 градусов, регулировочные краны первых обогревателей закрываются на 50—70% (считайте по оборотам вентилей), средних – на 30—40%, последние приборы остаются полностью открытыми.

Обождите 20—30 минут, позволив батареям прогреться после новых настроек, затем повторите измерения. Задача – достигнуть нормальной разницы 2 °С (для протяженных магистралей допускается 3 градуса) между последним и первым прибором.

Повторяйте процедуру настройки, закручивая балансовые вентили на четверть или пол-оборота, пока не добьетесь одинакового прогрева всех батарей. «Прослушайте» каждый радиатор на предмет шума, указывающего на повышенный расход теплоносителя.

Важный момент. Не увлекайтесь чрезмерным закручиванием кранов, экономии таким образом не получите. Сравнивайте температуру на входе и выходе обогревателя – если разность превысит 10 °С, вентиль нужно отпускать. Из-за слишком малого расхода теплоносителя в комнате станет холодно.

Приблизительная регулировка батарей закрытой двухтрубной системы показана на примере схемы отопления двухэтажного дома. Почему приблизительная: число закрываемых батарей и количество оборотов крана сугубо индивидуально для каждой разводки, необходимо разбираться по месту. Если сомневаетесь в правильности своих действий, придавливайте теплоноситель постепенно, делая пол-оборота вентиля и повторяя замеры.

Как правило, однотрубная «ленинградка» из 3—4 батарей не нуждается в балансировке, достаточно слегка «прижать» первый радиатор. В попутной разводке (петле Тихельмана) нужно ограничивать первый и последний прибор. Нагляднее порядок регулировки покажет эксперт на видео:

Теплые полы и лучевая разводка

Поскольку контуры напольного обогрева и радиаторы лучевой схемы подключаются к общей гребенке, балансировка производится непосредственно на коллекторе. Способ настройки зависит от наличия ротаметров – прозрачных колб расходомеров, устанавливаемых на подающей или обратной линии.

Чтобы правильно настроить подачу теплоносителя по ротаметрам, следует рассчитать проток воды по каждой петле по формуле:

• G – массовый расход нагретой воды, протекающей по контуру, кг/ч;
• Q – количество тепла, которое должен выделить контур либо радиатор в помещение, Вт;
• Δt – разница температур на входе и выходе из петли, принимается расчетное значение 10 °С.

Мощность одного напольного контура Q определяется исходя из потребности в тепле отдельного помещения. Параметр считается по удельному соотношению 100 Вт/м² площади комнаты либо по методике вычисления нагрузки на отопление. Шкалы расходомеров размечены в л/мин, значит, результат нужно разделить на 60.

Пример расчета. На обогрев комнаты площадью 10 квадратов требуется 1 кВт теплоты. Потребление теплоносителя составит 0.86 х 1000 / 10 = 86 кг/ч или 86 / 60 ≈ 1.43 л/мин.

Уточнение. Если помещение большой площади поделено на 2 одинаковых греющих монолита с отдельными водяными петлями, расчетное значение расхода тоже делим пополам.

Дальнейшая балансировка петель теплых полов производится согласно инструкции:

1. В заполненной и опрессованной системе включите циркуляционный насос напольного отопления. Котел запускать не обязательно.
2. С помощью колпачков ручной регулировки закройте все термостатические вентили на второй части гребенки.
3. Полностью откройте первый вентиль и настройте соответствующий ему ротаметр. Нужный объем протока выставляется вращением нижнего кольца расходомера.
4. После настройки снова закройте вентиль и переходите к следующему контуру. В конце откройте все регуляторы и еще раз проверьте расход воды по ротаметрам.

Справка. На коллекторах разных производителей расходомеры ставятся на подающей либо обратной гребенке (конструктивно они тоже отличаются). Для регулировки максимального протока расположение ротаметров роли не играет.

Батареи лучевой разводки балансируются аналогичным образом. Для верности можно совместить 2 варианта – по расчетному расходу и температуре поверхности радиатора (способ описан в предыдущем разделе).

Схема регулирования потока ротаметром. Расход через каждый контур показывают контрольные шайбы в прозрачных колбах, единица измерения – литры в минуту

Если в целях экономии вас угораздило купить коллектор без ротаметров, настройка растянется на несколько дней. Задача – добиться одинаковой температуры в обратных трубопроводах всех петель. То есть, первичная установка делается примерно по мощности и длине контура, затем измеряется температура обратки и корректируется величина протока.

Для проверки балансировки теплого пола надо запустить отопительный котел. Негативный момент: после корректировки расхода придется ждать несколько часов, пока толща бетона прогреется, а температура обратных подводок стабилизируется.

Заключение

Радиаторная отопительная сеть с ветвями небольшой протяженности балансируется без особых проблем. Если длина плеч двухтрубной разводки сильно разнится, задача несколько усложняется. Но не стоит волноваться – перепад 3 градуса между последним и первым радиатором в данном случае считается нормой. Учтите один нюанс: балансировка отопления ведется при максимальном нагреве системы, в рабочем режиме температура воды снизится до 50…60 °С, разность 3 °С тоже уменьшится.