База знаний
24.01.2023

Автоматизация бытового газового отопления

В. А. Вершилович, ПАО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

На сегодняшний день в России в индивидуальных жилых домах самым востребованным является газовое отопление. Активно проводимая в последние десятилетия газификация увеличивает число населенных пунктов, обеспеченных экономичным и экологичным топливом. В современном газоиспользующем оборудование все шире используются цифровые технологии, обеспечивая безопасную и экономичную работу. Привычные функции управления, защиты и регулирования вышли на новый уровень за счет использования выносных устройств и продвинутых технологий связи. Одной из таких функций является температурное регулирование в системах отопления.

Параметры микроклимата жилых помещений

Оптимальные и допустимые нормы температуры в жилых зданиях устанавливаются в соответствии с ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» (таблица).

Таблица

Период года Наименование помещения Температура воздуха, °С
оптимальная допустимая
Холодный Жилая комната 20–22 18–24
Жилая комната в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31°С и ниже 21–23 20–24
Кухня 19–21 18–26
Туалет 19–21 18–26
Ванная, совмещенный санузел 24–26 18–26
Помещения для отдыха и учебных занятий 20–22 18–24
Теплый Жилая комната 22–25 20–28

Как видно из таблицы, температура в помещении может быть допустимой или оптимальной. Вторая, конечно же, предпочтительнее первой. Допустимая температура в помещении может находиться в нижней или верхней зонах (например, в жилой комнате 18 °С или 24 °С). В этом случае при длительном и систематическом воздействии у отдельных людей она вызывает ощущение дискомфорта. Также возможно ухудшение самочувствия и понижение работоспособности, не вызывающие при этом повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Оптимальные параметры микроклимата при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма и ощущение комфорта не менее чем у 80% людей, находящихся в помещении.

Поддержание температуры в помещениях

Установление необходимого микроклимата в жилом доме, независимого от погодных условий, возможно двумя способами:

В первом случае при похолодании газовый аппарат должен увеличить выработку тепла, при потеплении — уменьшить. Второй способ состоит в увеличении или уменьшении потока теплоносителя через радиатор в зависимости от температуры в конкретном отапливаемом помещении. При таком варианте общий температурный фон задает теплогенератор, но температура в конкретном помещении устанавливается в зависимости от его назначения. В спальне нужен один микроклимат, на кухне — другой, а в детской комнате — третий.

Рис. 1. Управление отоплением через интернет

Регулирование температуры в помещениях может осуществляться в ручном или автоматическом режиме. На устаревших моделях газовых аппаратов имеются терморегуляторы, которые позволяют вручную установить необходимую температуру теплоносителя. В настоящее время часто поддержание температуры выполняют автоматические устройства. Многие из них позволяют управлять процессом дистанционно (рис. 1).

Качественное регулирование

Для управления температурным режимом помещений посредством теплогенератора применяются два способа:

В первом случае температуру теплоносителя на выходе из котла устанавливает человек, исходя из своего ощущения комфорта. При похолодании температура в помещениях понижается. Жилец вручную посредством терморегулятора увеличивает температуру теплоносителя на выходе котла. Соответственно, при потеплении — уменьшает. Обычно для этого используется терморегулятор газового аппарата. На самом простом оборудовании подача газа регулируется краном. Такой способ полностью зависит от действий человека, его внимательности, отнимает время и силы.

Регулирование температурного режима по температуре воздуха в отапливаемых помещениях осуществляется отдельными устройствами — комнатными термостатами. Они следят за температурой в помещении и дают команду котлу на увеличение или уменьшение нагрузки горелки.

 Комнатные термостаты

Отопительное газоиспользующее оборудование оборудуется автоматикой регулирования температуры теплоносителя на выходе. Терморегуляторы — обязательный узел газовых водонагревателей. В тоже время, изменить температуру на выходе из котла можно по внешнему сигналу, получаемому от комнатного термостата. Они бывают:

При применении термостатов отпадает необходимость в постоянном контроле за работой котла. Воздух остывает намного медленнее воды, поэтому выключение и включение теплогенератора происходит реже. Повышается надежность и срок службы работы котла, так как уменьшается количество циклов остановки — запуска котла, особенно в переходные периоды: осенью и весной. Но главный плюс — экономия газа. Даже непрограммируемые термостаты позволяют за счет высокой точности поддержания температуры в помещениях уменьшить расход газа на 3–5%. Также возможно снижение расхода топлива до 25–30%, которое достигается за счет задания режимов работы котла с учетом суточных или недельных циклов. Для этого необходимы программируемые термостаты. Они позволяют снизить температуру:

Кроме экономии термостаты позволяют с большим комфортом эксплуатировать отопление. Можно управлять котлом со смартфона посредством Wi‑Fi или GSM подключения. Возможно и погодозависимое управление, когда на улице устанавливается выносной датчик.

Механические и электромеханические термостаты

Самыми простыми по конструкции являются механические термостаты. Основу большинства таких устройств составляют мембранные датчики. При нагревании заполняющие их вещества расширяются, что приводит к замыканию (или размыканию) контакта. В результате котел получает сигнал о достижении заданной температуры. В зависимости от конструкции горелки происходит модуляция пламени, переход в режим малого пламени или полное отключение. При остывании воздуха происходит обратное переключение.

Рис. 2. Механический (а)
и электромеханический (б) термостаты

Термостаты BAXI комнатные механические серии TAM 01‑MI (рис. 2, а) позволяют регулировать температуру помещения в пределах от 15 до 25 °С. У них имеется возможность блокировки ручки регулирования посредством установки ограничителей.

Механические термостаты подключаются к соответствующим контактам котла проводами, что усложняет их установку — необходимо монтировать дополнительную проводку. Другие недостатки — ограниченный функционал и большая погрешность, которая может доходить до 3 °С. При этом шаг регулирования — 1 °С. Преимущества — простота конструкции, соответственно, надежность и невысокая стоимость. Для механических термостатов не требуется электропитание.

Электромеханические термостаты в своей основе могут иметь биметаллические или сильфонные датчики, а также газонаполненные мембраны. В отличие от механических им требуется электропитание. Электромеханические термостаты серии RAA31 (рис. 2, б) применяются в системах отопления для поддержания заданного значения температуры. На передней панели имеется переключатель ВКЛ/ВЫКЛ. В положении ВЫКЛ входное напряжение не подается на управляемые выходы. При понижении комнатной температуры ниже выбранной уставки контакт на отопление замыкается. Электромеханические термостаты имеют более высокую стоимость в сравнении с механическими.

Электронные программируемые термостаты

Более сложными и дорогостоящими являются электронные термостаты. Они выполняют несколько функций. Большинство имеют возможность программирования, многие могут выполнять защиту от перегрева, замерзания, остановки циркуляционного насоса. Погрешность электронных устройств — не более 1 °C. Самые современные модели имеют встроенные Wi-Fi или GSM модули. Они сохраняют информацию о состоянии отопления, имеют беспроводное соединение с котлом.

Проводное подключение не позволяет в полной мере реализовать все преимущества электронных термостатов и требует дополнительной проводки, поэтому чаще применяют устройства, управляемые посредством радиосвязи. При этом Wi-Fi модули ограничены зоной досягаемости домашнего интернета. Наиболее функциональными являются термостаты с GSM-модулем. В любом случае при беспроводном подключении необходимо устройство, принимающее сигнал и передающее его котлу. Команды с модуля являются приоритетными по отношению к автоматике котла. GSM-модуль можно подключить к любому котлу, у которого возможно внешнее управление и имеющему соответствующие контакты.

GSM-модуль — это контроллер, который принимает сигнал по сотовой связи и передает команды котлу. Также возможна обратная связь: прибор информирует о состоянии и параметрах работы котла и системы отопления в целом.

Рис. 3. Функции, реализуемые GSM-модулем

GSM-модуль позволяет (рис. 3):

Рис. 4. Оповещение GSM-модуля

GSM-модуль может оповещать:

Оповещения и управление с телефона можно осуществлять с помощью SMS. В зависимости от конкретной модели можно также использовать специальное приложение на смартфоне, голосовые команды или использовать программное обеспечение на сайте изготовителя.

Система КСИТАЛ GSM 4Т

Системы контроля отопительного оборудования КСИТАЛ GSM 4Т предназначены для дистанционного управления котлами посредством смартфона и передачи сигналов об отказе.

Основу системы (рис. 5) составляет контроллер КСИТАЛ GSM, в который встроены:

Рис. 5. Система КСИТАЛ GSM 4Т

GSM-модуль имеет два слота, для основной и резервной SIM-карт. Контроллер ключей Touch Memory исключает возможность управления режимами системы путем манипуляций с проводкой, например, снятие с контроля без наличия ключа. Встроенный датчик температуры находится на плате, он контролирует температуру в помещении, в котором установлен контроллер. Для питания контроллера служит адаптер с выходным напряжением 18–24 В, ток нагрузки 300 мА. Контроллер комплектуется съемной антенной стандарта GSM.

Рис. 6. Датчики КСИТАЛ: проводной датчик температуры (а)
беспроводной датчик температуры (б)

Выносные датчики температуры КСИТАЛ ТД изготавливаются в проводном (рис 6, а) и беспроводном (рис. 6, б) исполнении. Измеренная температура поступает в контроллер в виде цифрового кода. Проводной датчик подключается к контроллеру кабелем длиной 10 м. Беспроводной передает показания радиосигналом с частотой 433 МГц, который принимает блок КСИТАЛ GSM, доукомплектованный платой приемопередатчика.

Кроме контроля отопления система может оповещать с помощью SMS и голосового дозвона о срабатывании различных датчиков, подключенных к контроллеру:

Сообщения рассылаются последовательно по предварительно записанному списку, до 10 телефонов. И наоборот, при поступлении управляющих команд система может включить до трех устройств. Например, насос, который польет сад, или уличное освещение. Один встроенный и до 30 выносных датчиков могут контролировать температуру в помещениях. Система собирает данные с датчиков и оформляет их в виде таблицы.

Системы КСИТАЛ GSM 4Т по своим характеристикам приближаются к комплексным системам автоматизации управления различными устройствами, расположенными в жилище. Они реализуют часть функций «умного дома», прежде всего в управлении системой отопления. Интересный факт: термин «умный дом» (smart house) ввела американская Ассоциация жилищно-строительных компаний в 1984 году.

Установка комнатных термостатов

И механические, и электронные термостаты необходимо устанавливать таким образом, чтобы они максимально точно отображали температуру помещения. Важно правильно выбрать место монтажа:

Добавить в закладки
Поделиться
Читайте также
Исследование потерь давления в стальных и полиэтиленовых фитингах, применяемых в системах газоснабжения
Импортозамещение в газовой отрасли России конца XIX — начала XX века в контексте экономической политики
С. Ю. Витте и П. А. Столыпина
Особенности применения технологии микротоннелирования при строительстве газраспределительных сетей в условиях плотной городской застройки
Газ в дело. Завод «Амурсталь»