О котлах отопления Оплата Доставка Гарантия Монтаж Контакты
"Teplo-souz.ru"
оборудование для отопления и водоснабжения вашего дома
Котлы отопления Корзина
Погодозависимое управление в индивидуальных котельных и системах отопления.

КАТАЛОГ


Консультация


8(909) 980-8860
















Погодозависимое управление в индивидуальных котельных и системах отопления.

Эту статью посвящаем вопросам создания погодозависимого управления в автономных котельных или системах индивидуального отопления для небольших по площади зданий (дома, коттеджи, дачи, производственные цеха). Здесь мы раскроем основные принципы энергоэффективного отопления в указанном сегменте, произведем обзор используемых для этого способов и видов оборудования. Наша задача ознакомить индивидуального застройщика с возможностями современных отопительных систем и новейшего оборудования, применяемого для их реализации. В статье использован собственный накопленный опыт реализации предлагаемых технических решений.

В настоящее время, в связи с существенным удорожанием основных энергоносителей: электроэнергии, природного и сжиженного газа, дизельного топлива, то застройщики загородных домов сталкиваются с выбора системы отопления, являющейся наиболее эффективной и безопасной. Кроме того, нужно рассчитать все затраты связанные с покупкой отопительных котлов, радиаторов, труб, арматуры и других элементы системы отопления, их монтаж и ввод в эксплуатацию. Особенно это касается дачных строений периодического (сезонного) и постоянного проживания и небольших коттеджей общей площадью до 200 м2. Сразу оговоримся, что будем рассматривать только системы отопления, способные работать автономно. Так, например, котлы  отопления на твердом топливе, кроме пиролизных (газогенераторных) требуют постоянного надзора и поддержания горения с участием человека.

Системы отопления на природном газе охватывают практически весь спектр мощностей — от 18 до 100 кВт, (бытовые котлы). Однако в ряде случаев во многих СНТ централизованное газоснабжение будет оставаться еще долгое время недоступно по экономическим соображениям. По средней оценке затраты на разработку и реализацию проекта газового хозяйства небольшого дачного поселка в московской области на сегодняшний день примерно соответствуют затратам на отопление электричеством в течение 20 лет. Также необходимо учесть расходы на содержание обслуживающего персонала, регламентные работы и т.п. Даже при наличии централизованного газоснабжения на садовом участке вопрос экономии играет не последнюю роль, т.к. ресурс дорожает из года в год.

Системы на сжиженном газе также доступны для индивидуального использования. Однако стоимость оборудования и монтажа для них, пожалуй, наиболее высока. Не каждый индивидуальный застройщик примет решение устанавливать на садовом участке под землей емкость высокого давления объемом в несколько кубометров. Да и стоимость топлива возрастает пропорционально стоимости бензина и дизельного топлива.

Автономные инженерные системы и отопительные котлы на дизельном топливе по стоимости тепловой энергии занимают среднее положение между системами на природном газе и электричестве. Используемые в них дизельные котлы в подавляющем большинстве дорогостоящи и рассчитаны на тепловую мощность от 40 кВт и выше. Для установки котла и емкости с топливом требуется отдельное помещение. В экологическом плане при эксплуатации системы происходит загрязнение воздуха, почвы и воды продуктами сгорания дизельного топлива. Монтаж, наладка и обслуживание таких котлов и систем отопления возможно только с участием специалистов обслуживающих организаций. Вследствие низкого качества топлива требуется периодическая чистка горелки.

В рассматриваемом нами сегменте мощностей — от 3 до 18 кВт основную долю занимают электрические котлы. Последние наиболее эффективны с точки зрения стоимости оборудования, управления, КПД, безопасности, эргономики, монтажа и обслуживания. Индивидуальный застройщик в ряде случаев может самостоятельно произвести монтаж, ввод в эксплуатацию и обслуживание тепловой установки. К недостаткам систем электрического отопления является, прежде всего, высокая стоимость киловатта электроэнергии; во многих поселениях наблюдается дефицит мощности, в результате чего возможность ее потребления может быть ограничено решением местной власти; низкое качество электроэнергии. Однако зачастую имеется возможность двух или трехтарифного учета расхода электроэнергии. Загрузка сетей и качество электроэнергии может быть улучшено с переходом на трехфазное электроснабжение и установкой индивидуальных стабилизаторов.

Каковы же основные особенности, характеризующие энергоэффективную систему отопления? К ним мы отнесем следующие:

— управляемость системы — в системе должна присутствовать возможность регулирования температуры теплоносителя, при помощи автоматики котла или за счет регулирования отдельных контуров системы отопления;
— управляемость тепловой установки — должна быть обеспечена возможность плавного или ступенчатого регулирования мощности тепловой установки в зависимости от потребностей потребителей тепла;
— погодозависимое управление — температура теплоносителя в контурах должны определяться исходя из погодных условий (внешней температуры) и температуры помещений, а в ряде случаев к указанным параметрам добавляется влажность и атмосферное давление;
— возможность задания температурного режима (термостатирования) помещений согласно ежедневному отопительному графику (программе отопления);
— раздельный независимый температурный режим отопления помещений — температура в отапливаемых помещениях (зданиях) должна поддерживаться раздельно, в соответствии с графиком их использования, а также должна быть обеспечена возможность гибкого перераспределения мощности тепловой установки между ними;
— возможность дистанционного управления, т.е. включения/отключения и изменения режима работы системы;
— минимальная тепловая инерционность отопительной системы.

В ряде случаев к системе отопления предъявляются требования эффективного расхода энергии на совместную работу с системой ГВС, системами «теплый пол», а также совместную работу с твердотопливным отопительным котлом или другим источником тепловой энергии.

Рассмотрим отмеченные особенности и некоторые способы их реализации более подробно. Управляемость системы, на наш взгляд, является базовым принципом энергоэффективного отопления. В отдельных контурах многоконтурной или в одноконтурной системе должна быть обеспечена возможность регулирования температуры теплоносителя в зависимости от запроса на нагрев. С точки зрения управления можно выделить два основных режима работы системы: статический, когда длительное время поддерживается постоянная температура, заданная потребителем, и динамический (форсирование), когда производится интенсивный нагрев помещения до заданной температуры. В зависимости от того, какой режим имеет место в данный момент времени, устанавливается и температура теплоносителя.

В самом простом случае, при усовершенствовании системы является установка недельного программатора, который позволяет управлять температурой теплоносителя не только в заданных пределах, но и по часам и дням недели. Температура может быть снижена в ночное время или когда требуется поддержание положительной температуры для предотвращения замерзания трубопроводов водоснабжения и т.п. В настоящее время на рынке представлено большое количество термостатов с различным набором функций в широком ценовом диапазоне.

Управление отопительным котлом и системой отопления в целом, по температуре воздуха неэффективно вследствие неизбежного перерегулирования, возникающего вследствие высокой инерционности отапливаемого помещения.

В современных котлах на газе и жидком топливе регулирование мощности производится за счет изменения расхода топлива, поступающего через форсунку и изменения положения дроссельной заслонки. Оборудование, оснащенное такой системой, является дорогостоящим и предназначено для выработки больших тепловых мощностей. В системе с электрическим котлом использование модуляции оправдано лишь в случае, если мощность нагревательной установки выбрана с запасом (что редко бывает в наших условиях дефицита электроэнергии) или велика (9 кВт и более). В этом случае использование плавное регулирование мощности в среднем позволит снизить мгновенный ток, потребляемый котлом, а следовательно, разгрузить сеть.

При выборе котла в системе отопления необходимо использовать контроллер, обладающий возможностью управления многоступенчатым нагревателем (группой нагревателей) посредством переключения и/или модуляции (вопрос выбора и применения контроллера более подробно рассмотрим ниже).

Погодозависимое управление заключается в адаптации текущих параметров отопительной системы или ее отдельных контуров (мощности, температуры теплоносителя) к погодным условиям. В большинстве доступных систем в качестве внешних воздействий используется внешняя (уличная) температура и температура помещений, исходя, из которых определяется температура теплоносителя в контурах и, следовательно, варьируется мощность тепловой установки.

Основные преимущества погодозависимого управления системой заключаются в увеличении комфортности отопления, эффективности использования мощности отопительной установки и экономии энергии. Реализуется погодозависимое управление посредством применения в качестве управляющего устройства погодозависимого контроллера. В простейшем случае погодозависимый контроллер представляет собой таймируемый термостат, рассмотренный выше, с включенными контурами регулирования температуры теплоносителя, исходя из внешних условий. Расчет последней осуществляется по так называемой кривой отопления — зависимости температуры теплоносителя от уличной температуры. Так, при снижении уличной температуры, температура теплоносителя увеличивается, при повышении — снижается.

Параметры кривых отопления — крутизна наклона и смещение вдоль оси ординат. Они задают диапазон изменения температуры теплоносителя в зависимости от изменения внешней температуры, определяются параметрами системы отопления (соотношением мощностей котла и радиаторов отопления, тепловым сопротивлением стен здания, наличием дополнительных внешних источников тепла и т.п.) и, как правило, находятся экспериментальным путем, посредством многочисленных наблюдений и анализа накопленного опыта. Чем точнее будет задана кривая, тем выше будет эффективность работы системы и экономия энергии.

Рассмотренный способ регулирования температуры помещений эффективен при совместном использовании, например, электрического и твердотопливного котла в системе отопления. При повышении температуры помещения за счет теплоотдачи котла, температура теплоносителя в соответствующем отопительном контуре снижается вплоть до отключения контура. Тем самым исключается необходимость управления системой вручную.

Типичные представители погодозависимых контроллеров — Kromschroder серии E8, Honeywell семейства Smile версии 3.0, Fantini Cosmi EV87. Также на рынке представлены устройства производителей Siemens и Danfoss.

Термостатирование помещений по программе отопления, или таймируемое термостатирование, заключается в изменении установки температуры отапливаемых контуром помещений согласно установленной программе. Наличие такого способа управления позволяет устанавливать температуру помещений в соответствии с потребностями в нагреве в текущий момент времени. Это особенно удобно, когда требуется номинальный режим отопления помещений в определенные дни и часы, когда в помещении предполагается присутствие людей, например, в выходные, и пониженный режим или режим защита от промерзания — в остальные дни, когда в номинальном отоплении нет необходимости (в будние). Также для достижения комфорта возможно изменение температуры помещений в течение дня и в ночное время. Таким образом, таймирование дает существенный выигрыш в экономии энергии, затрачиваемой на отопление.

Полезной опцией также является наличие нескольких программ отопления, которая позволяет быстро изменять график отопления без перенастройки установок температуры и временных значений. Это может быть использовано, например, если домом периодически пользуются несколько семей, или если в зависимости от условий применения системы, погоды, самочувствия людей и т.п. требуется несколько режимов отопления, например «номинальный», «преимущественно усиленный», «преимущественно ослабленный».

Отопление по гибкой программе реализуется на уровне управляющего контроллера. Большинство представленных на рынке погодозависимых контроллеров (Kromschroder, Honeywell, Fantini Cosmi  и другие) обеспечивают данную возможность. Так, например, в устройствах Kromschroder серии E8 предусмотрены возможность задания по двум независимым программам, трех дневных температур помещений для каждого отопительного контура, одной ночной, графика нагрева систем ГВС и «теплый пол», плюс режим поддержания отопления для защиты от промерзания. Предусмотрено также смена режима отопления на время отпуска.

Организация раздельных независимых температурных режимов отопления помещений — следующий шаг в достижении комфорта и экономии энергии, затрачиваемой на отопления. Суть метода состоит в том, что отопление отдельных помещений, их групп или строений производится собственной отопительной подсистемой (контуром).

Особенно это актуально, если отапливаемые помещения обладают различной периодичностью использования, конфигурацией, теплоемкостью ограждающих конструкций, т.е, когда для последних требуется различный режим нагрева. Типичный пример использования независимого отопления: часть дома, например, первый этаж с тяжелыми капитальными стенами из кирпича или дерева, где находятся все коммуникации, отапливается круглосуточно. Второй этаж, легкое щитовое сооружение, отапливается периодически, когда необходимо присутствие людей. Дополнительно сооружение может быть оснащено системой ГВС и «теплым полом».

Раздельное отопление осуществляется за счет устройства многоконтурной системы с раздельными независимыми контурами с одним или каскадом теплогенераторов. Рассмотрим их функционирование на уровне общих принципов.

Система работает следующим образом. Циркуляция теплоносителя через коллектор и зависимый контур обеспечивается насосом Нк; через независимый контур — насосом Н2. В цепи теплогенератора (коллекторе) потоки теплоносителя из обоих контуров складываются. По данным датчиков: уличной температуры Ду, температур помещений Дп2 и Дп1 управляющим контроллером К рассчитывается величина температуры теплоносителя в коллекторном контуре. Как правило, она соответствует максимальной из температур, запрашиваемых каждым потребителем с учетом потерь на доставку теплоносителя.

Температура теплоносителя на выходе теплогенератора непрерывно контролируется датчиком Дк, с учетом показаний которого производится управление мощностью теплогенератора или каскада теплогенераторов (включением/отключением, переключением ступеней и/или модуляцией). Температура теплоносителя на входе независимого контура также рассчитывается с учетом уличной температуры и температуры отапливаемого контуром помещения и контролируется датчиком Д2. Согласно показаний последнего и расчетной температуры теплоносителя на входе контура производится управление смесительным клапаном СМ2 посредством электропривода. При большой разнице расчетной и фактической температур теплоносителя на входе независимого контура прямая ветвь клапана полностью открыта и имеет место параллельная циркуляция жидкости через коллекторный и независимый контура, включая отопительный котел. По мере прогрева теплоносителя в независимом контуре прямая ветвь смесительного клапана начинает закрываться совместно с открытием входа, подключенного к обратной магистрали, охлажденный теплоноситель из которой частично подмешивается к поступающему на вход контура. Вне зависимости от величины открытия смесительного клапана циркуляция через контур, сопряженный с последним, остается постоянной, и это является существенным преимуществом по сравнению с классической одно или двухтрубной системой отопления с параллельными контурами. При полном закрытии прямой ветви циркуляция в отопительных контурах производится раздельно; расход тепла определяется только потребителями, включенными в зависимый контур Рк, и при достижении требуемых расчетных температур помещения теплогенератор отключается, циркуляционные насосы останавливаются. В независимом контуре производится эффективная выработка накопленной тепловой энергии.

Один погодозависимый контроллер, такой как Kromschroder E8.5064 — топовая модель серии E8 — способен одновременно управлять двухступенчатым, в т.ч. модулирующим котлом, двумя независимыми отопительными контурами со смесительными клапанами и насосами, контуром ГВС, твердотопливным котлом и солнечным коллектором. При этом измеряется и поддерживается температура в двух раздельных помещениях. При использовании модулей расширения, управляемых по цифровой шине, число независимых отопительных контуров может быть увеличено до 16, а число котлов или отдельных ступеней — до восьми.

Существует множество модификаций рассмотренной системы отопления с независимыми контурами. Например, трехходовой поворотный смесительный клапан с приводом может быть заменен, штоковым или вообще исключен из системы. При этом возможно только ступенчатое регулирование за счет регулирования времени включения насоса по температуре помещения. Техническая документация на погодозависимые контроллеры Kromschroder содержит множество различных вариантов реализации систем отопления.

При необходимости в системе отопления должны быть также учтены требования эффективного расхода энергии при совместной работе с твердотопливным котлом отопления или другим источником тепловой энергии, системами ГВС и «теплый пол». Перечисленные возможности предусмотрены в погодозависимых контроллерах для подключения управляющего оборудования как штатные функции (в Kromschroder серии E8) или за счет использования дополнительных модулей расширения. Для их детального изучения необходимо обратиться к документации, представляемой фирмами-производителями.

Исполнительные элементы рассмотренной системы отопления — циркуляционные насосы, смесительные, байпасные, зональные и другие клапаны и привода к ним широко представлены на отечественном рынке. Наиболее востребованы компоненты следующих производителей: MUT Mechanics (Италия), ESBE (Швеция), Honeywell, Oventrop, Heimeir (Германия), Danfoss, Grundfos (Дания) и др. Для сокращения количества вспомогательных соединительных элементов и времени на монтаж оборудования разработан широкий спектр вариантов, так называемых готовых гидроколлекторов, созданных по принципу «все в одном». Гидроколлектор и набор приводного оборудования выбирается исходя из состава, количества контуров предполагаемой системы отопления и мощности отопительного котла. При монтаже к собранному гидроколлектору необходимо только подключить котел и магистрали отопительных контуров. Все исполнительные элементы расположены в одном модуле, при необходимости легко демонтируются и заменяются. При проектировании системы отопления и выбор исполнительных элементов должен производиться на основе проведенных гидравлических и тепловых расчетов по вышеизложенной методике. Для гарантированной совместимости и экономии денежных средств выбор и приобретение оборудования лучше всего осуществить у специалистов, обладающих многолетним опытом по его монтажу и эксплуатации.

В заключение рассмотрим пример реализации погодозависимой системы отопления в двухэтажном деревянном доме с общей отапливаемой площадью 100 м2. Мощность теплогенератора — 6 кВт.

Первый контур предназначен для постоянного отопления первого этажа, имеющего массивные бревенчатые ограждающие конструкции, является зависимым и совмещен с коллектором. В контуре реализовано погодозависимое ступенчатое регулирование с учетом температуры воздуха в помещениях первого этажа. В качестве исполнительных механизмов в первом контуре использованы: циркуляционный насос Нк, являющийся коллекторным, трехходовой разделительный клапан РК с термоэлектроприводами, предназначенные для отключения отопительных приборов Р1 от контура и подключения байпаса во время, когда нагрев помещений не требуется. Трехходовой разделительный клапан совместно с байпасным контуром обеспечивает циркуляцию жидкости через коллектор при отсутствии необходимости подачи тепла в нагревательные приборы первого этажа.

Второй контур предназначен для периодического отопления второго этажа, имеющего легкие деревянные ограждающие конструкции, является независимым. В контуре реализовано погодозависимое пропорциональное регулирование с учетом температуры воздуха в помещениях второго этажа. В качестве исполнительных механизмов использован циркуляционный насос Н2 и трехходовой смесительный клапан СМ2 с трехточечным приводом. Контур включает тепловые приборы (радиаторы) Р2. Коллекторный контур включает двухступенчатый электрокотел ТГ с независимым управлением и тепловые приборы Pк, установленные в помещениях, требующих постоянного отопления: санузлы первого и второго этажей и кухня.

Управление системой производится погодозависимым контроллером Kromschroder E8.5064. Каждый контур включает по одному датчику температуры теплоносителя Д1, Д2, установленных на магистралях, по одному датчику температуры воздуха помещения Дп1, Дп2, расположенных на первом и втором этаже, и датчик уличной температуры Ду, расположенный на северной стене здания. В системе дополнительно предусмотрены: блок бесперебойного питания, поддерживающий работу контроллера в случае обесточивания электросети; релейный блок домашней автоматики с модулем GSM, реализующий функции дистанционного управления режимами работы контроллера. Управление котлом и системой отопления производится посредством твердотельных реле.

Немаловажными факторами при выборе компонентов системы отопления являются: безопасность, удовлетворение всем техническим требованиям в части реализуемых функций, цена, наличие полного комплекта документации, наличие гарантийного и послегарантийного обслуживания, наличие функционального запаса для обеспечения расширяемости системы, наличие сертификата соответствия российским условиям применения. При разработке проекта системы и выборе номенклатуры оборудования для систем рекомендуется использовать опыт специалистов в данной отрасли.

Итак, в статье были рассмотрены основные принципы построения энергоэффективных систем отопления для малых зданий и оборудование для их реализации. Безусловно, был охвачен далеко не весь спектр системных решений и компонентов. Однако даже применение части из всех рассмотренных принципов позволит добиться существенной экономии энергии как во вновь проектируемых, так и при модернизации существующих системах отопления.
 


 
Каталог@Mail.ru - каталог ресурсов интернетЯндекс цитированияРейтинг@Mail.ru