Зареалье

В современных условиях постоянного удорожания энергоресурсов все большую актуальность приобретает вопрос об энергоэффективности отопительной установки для жилых и производственных помещений. Исследования, проведенные за рубежом, показали, что затраты на энергоносители составляют до 80% всех расходов за жизненный цикл системы отопления. В российских условиях суровой зимы затраты на отопление цехов составляют значительную долю (не менее 10%) в себестоимости продукции машиностроения.

Задача построения энергосберегающей системы отопления комплексная: она включает выбор генератора тепла, выбор теплоносителя, выбор приборов отопления и трубопроводов, а также выбор системы управления. Разумеется, на энергетическую эффективность системы отопления влияет качество термоизоляции помещения, качество проектирования, теплотехнических и гидравлических расчетов, качество строительства и соблюдения всех действующих строительных норм и правил.

Однако, этой статье мы рассмотрим лишь аспекты энергосбережения, связанные с применением интеллектуальных систем управления отоплением.

В любой системе управления отоплением ставится задача оптимального по затратам управления температурой в помещении. Поддержание комфортной и/или безопасной температуры в каждый момент времени как раз и является целью создания автоматической системы управления. Это совсем не означает, что температура в помещении должна поддерживаться на постоянном уровне. Именно вариативное управление обогревом в зависимости от многочисленных внешних условий позволяет добиться значительной экономии энергоресурсов при прочих равных условиях.

В подавляющем большинстве случаев системы отопления строятся по традиционной схеме с использованием теплоносителя для конвекционного обогрева помещения с помощью водогрейных котлов, радиаторов и водяных теплых полов. В таблице 1 приведены интересные сведения с сайта компании “ЭКОЭНЕРГИЯ” о средних затратах энергоносителя и удельной стоимости отопления для основных типов теплогенераторов: газового, электрического, дизельного и вихревого гидродинамического.

Таблица 1

Тепловая установка	Энергопотребление за сезон(210 дней)	Стоимость отопления 1 кв. м. в год в рублях
Газовый котел «КЧМ» - 96 кВт	46 200 куб. м газа	46,29
Электрокотлы РУСНИТ	94 500 кВт	203,23
Тепловые гидродинамические насосы ТС1-075	32 131 кВт	40,49
Жидкотопливные котлы «КЧМ-5» с итальянской горелкой	40 320 л. дизтоплива	322,56

При организации отопления помещений теплогенераторы нагревают теплоноситель (например, воду) и подают его в конвекторы. Системы автоматического управления теплогенераторов способны эффективно управлять температурой теплоносителя. Здесь кроется противоречие: потребителей интересует температура воздуха в помещении, а не теплоносителя в трубе или радиаторе.

Современные системы отопления индивидуальных жилых домов обладают такой особенностью, как достаточно неоднородный и переменный характер потребления тепла от котельной. Сказанное относится и к температуре теплоносителя, и к его расходу в течение времени. Для теплого пола требуется теплоноситель с температурой в 35—40 °С, для бойлера ГВС — до 85 °С. Расход теплоносителя может быть постоянным (для теплого пола) или резко переменным — для системы нагрева бассейна или бойлера ГВС. С другой стороны, любой отопительный котел имеет ограничения по минимальной температуре теплоносителя и далеко не лучшим образом реагирует на резкие изменения его температуры в течение времени.

Поэтому для поддержания комфортной температуры воздуха вводят второй контур управления на основе датчиков температуры, которые следует устанавливать если не в каждой комнате, то по крайней мере, на каждом этаже. Таким образом, система управления значительно усложняется, требуя раздельного управления температурой теплоносителя в различных помещениях. Например, применяют коллекторную схему построения котельной с отдельными насосно-смесительными группами для различных потребителей тепла.

Итак, сосредоточимся на энергосберегающих алгоритмах управления обоогревом помещений. В основе таких алгоритмов обычно лежат две идеи:

1. Управлять температурой теплоносителя, а не температурой воздуха в помещении;

2. Поддерживать температуру на комфортном уровне в зависимости от внешних условий.

Управление температурой теплоносителя выгодно, т.к. инерционность (постоянная времени) системы управления получается на порядок ниже, чем при попытке управления температурой воздуха. В качестве датчиков температуры могут применяться как стандартизованный платиновые датчики, так и многочисленные недорогие альтернативы (медь, полупроводниковые датчики и т.п.) При этом датчики оказываются в тесном температурном контакте с измеряемой средой - погружены в теплоноситель или плотно прижаты к радиатору отопления. Это значительно повышает точность управления. Обычные алгоритмы ПИД-регулирования прекрасно справляются с задачей.

Регулирование температуры в энергоэффективных системах отопления производят с учетом следующих внешних условий:

- температура воздуха на улице

- время суток

- день недели

- сезон (зима, лето).

При регулировании с учетом уличной температуры система автоматически корректирует температуру теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. Следует помнить, что расчетная температура (−28 °С для Москвы) держится не более 3—5% дней в году, и отсутствие погодозависимого управления приводит к превышению комфортной комнатной температуры, и, как следствие, к перерасходу топлива.

Дополнительно, как правило, предусматривается переключение между режимами «зима» и «лето», в последнем случае отопительные контуры выключаются, и работают только те контуры, которые предназначены для круглогодичного использования — подогрев бассейна или контур бойлера ГВС.

 

Современные системы управления позволяют программировать снижение температуры в помещениях на ночь, когда все спят, или, наоборот, днем, когда все на работе. Для загородной недвижимости применяются дежурные режимы поддержания минимально допустимой температуры, при которой исключается замерзание теплоносителя и внутренних помещений при минимальных затратах энергии.

В качестве примера приведем программу управления системой отопления коттеджа, разработанную ООО “Зареалье”. На рис. 1 показан интерфейс пользователя при настройке температуры теплоносителя.

Верхний график показывает уставки температуры теплоносителя в зависимости от наружной температуры. Настройка производится перемещением опорных точек графика с помощью “мыши”. Синие точки отображают последние 10 измерений температуры теплоносителя, причем яркость точки соответствует “давности” измерения.

Нижний график отображает последние 10 результатов измерения температуры воздуха в помещении, что отражает качество системы управления для поддержания комфортной температуры. Яркость точки соответствует “давности” измерения, т.е. для наиболее актуальных измерений яркость оранжевой точки максимальна. Видим, что температура поддерживалась в районе 21°С в диапазоне наружных температур от -2 до -7 °С.

Дополнительные преимущества, по данным сайта компании “Стройинформ” дают системы энергосберегающего отопления при использовании электрических нагревателей. Дело в том, что поставка электроэнергии часто производится по разным тарифам в дневное и ночное время.

Работа накопительной системы отопления основана на предварительном накоплении некоего количества тепла в тепловом аккумуляторе во время низкого ночного тарифа с последующей отдачей в помещение днем. Область применения - квартиры, частные дома, офисы и небольшие коммерческие объекты. Как работает аккумулятор тепла, можно проиллюстрировать на примере системы Duo-Heat, которую производит американская компания Dimplex.

В основу всей системы положены нагревательные элементы, непосредственно производящие тепло. Основная функция элементов - нагрев тела аккумулятора. Дополнительный тепловой элемент, установленный на передней панели, обеспечивает комфортную температуру в постоянном режиме в момент зарядки тепла. Система Duo-Heat подключается к сети посредством двух линий с различной стоимостью электричества, проще говоря - по двухтарифной ставке. Режим работы системы следующий: во время действия дешевого ночного тарифа работают элементы аккумулятора тепла. После перехода на дорогой дневной тариф основные элементы отключаются и отопление помещения осуществляется за счет остывания (теплоотдачи) тепловых аккумуляторов. Запас теплового аккумулятора составляет величину 17 кВт/ч энергии для самой маленькой модели в ряду. Таким образом, при установке в комнате 18 м2 один такой прибор способен отапливать ее без дополнительного использования электроэнергии в течение 10 ч. И только тогда, когда накопленного тепла не хватает, в работу вступают элементы низкой мощности, стоящие на передней панели. В течение дня, когда все на работе, система Duo-Heat просто остывает. Задание режима работы осуществляется двумя вариантами - или кнопками на панели прибора, или при помощи таймера центрального пульта для управления отоплением всего дома.

Современные условия, позволяющие использование многотарифной системы оплаты за электроэнергию, делают применение Duo-Heat наиболее выгодным в сравнении с обычными системами электрического отопления. Тепло в этом случае становится дешевле в 2-3 раза.

Важным свойством современных систем управления отоплением является оснащение средствами передачи данных и централизованного управления. Это позволяет поставщикам энергоносителей или сервисным компаниям дистанционно контролировать распределенную сеть автономных отопительных установок и получать уведомления о внештатных ситуациях на дисплеи в центральных диспетчерских.

Основой энергосберегающей системы отопления является устанавливаемый на объекте недвижимости промышленный программируемый контроллер. Например, фирма “Зареалье” совместно с финской FF-Automation OY разработала систему управления на базе контроллеров Autolog GSM-8 и сервера сбора, обработки и отображения данных GsmControl. В настоящее время эта система широко применяется в Финляндии для организации отопления частных домов (коттеджей).

Программируемый контроллер Autolog GSM-8 обеспечивает надежное автономное управление температурой теплоносителя по энергосберегающим алгоритмам. Характеристики контроллера приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

Дискретные входы	4 12/24 VDC / max. 8 mA / PNP / оптоизолированные
Дискретные выходы	2 12/24VDC / max. 2 A / NPN / оптоизолированные
Релейные выходы	2 12-24 VDC / max. 2A , 24-230 VAC
Аналоговые входы	2 Характеристики определяются выбранным аналоговым модулем из номенклатуры: Pt100 ( -50..150°C ) Pt100 ( 0..500°C ) Pt100 ( -250..750°C ) 0..5mA 0..20mA 4..20mA, KTY10 (50..150°C), NTC (-5..50°C), 0..2V, 0..5V, 0..10V, -10..10V, RMS 40VAC RMS 25VAC RMS 0.25VAC
Последовательные порты	1 RS232/485
GSM/GPRS модем	Встроенный Wavecom. Используется для передачи данных на центральный сервер с помощью SMS или GPRS/FTP и для удаленного программирования.
Modbus	Master/Slave, 300-115200bps
I2C интерфейс	1 Используется для подключения пользовательских панелей управления, а также iButton для задач контроля доступа.
Резервное питание	Встроенный литиевый аккумулятор для микросхемы часов. Вход для резервного аккумулятора
Объем памяти программ	512 кБ Flash-память 8000 строк программ 240 номеров телефонов 256 строк для хранения накопленных данных 256 инентификаторов iButton
PID-регулятор	32 встроенных регулятора
Объем памяти данных	512 кБ Например 3000 строк по 10 измерений + дата/время
Габариты, мм	190 х 125 х 65
Масса, кг	0,3
Питание	12 / 24VDC or 10/18VAC max. 5VA

Сервисная компания, ответственная за отопление, устанавливает такие контроллеры по одному на коттедж, и объединяет их с помощью сервера GSMcontrol. На рис. 2 виден перечень адресов (столбец слева снимка экрана) коттеджей. При раскрытии адреса каждого коттеджа система GSMcontrol предоставляет доступ к четырем панелям дистанционного управления соответствующим программируемым контроллером.

На рис. 2 отображена панель настройки температуры теплоносителя, аналогичная описанной выше (см. рис. 1). На рис. 3 отображена панель настройки контроллера в зависимости от дня недели. Эта панель позволяет настроить параметры включения и отключения контуров отопления различных инженерных систем в доме: тепловую завесу, обогрев пола, радиаторы отопления, горячую воду, обогрев сайны, обогрев бассейна.

На рис. 4 отображена панель контроля и настройки параметров подачи горячей воды.

Столь комплексное решение по автоматическому управлению системой отопления и подачи горячей воды позволяет добиться значительной экономии энергоресурсов и повышению качества обслуживания населения. За справками по поводу поставки такой системы можно обращаться в ООО “Зареалье” по телефону (495) 743-0653.

 

 

Опубликовано 01.12.2007 15:14 и размещено в рубрике Энергосбережение, Решения для ЖКХ, GSM Контроль. Подпишитесь на RSS 2.0 ленту комментариев этого сообщения. Вы можете оставить комментарий или trackback со своего сайта.