Греем дом: как управлять отоплением?

Отопительный сезон уже в разгаре, стало быть, все что связано с отоплением, с каждым днем становится все актуальнее.

Не будем касаться темы центрального отопления (в многоквартирных домах): оно не сильно зависит от собственника жилья. Поговорим об индивидуальных системах отопления и управлении ими. Это будет интересно не только тем, кто только планирует стройку, но и владельцам уже построенных домов: многие системы отопления вполне возможно модернизировать. Затраты на переоборудование при этом  покроются экономией на ежемесячных расходах, а окружающая среда скажет спасибо за экономию ресурсов.

Начнем с основ. Что влияет на температуру в помещении?

1. Отопительные приборы: радиаторы, конвекторы, теплые полы, регистры (отопительные трубы большого диаметра), теплые плинтуса и стены, инфракрасные обогреватели и другие источники тепла. Да, именно отопительные приборы передают тепло от источника — допустим, котла — к потребителю (отапливаемому помещению). Это основной фактор, влияющий на температуру в помещении: обогреть в лютый мороз можно даже палатку с тонкими стенами, вопрос мощности источника тепла и отопительных приборов. И наоборот, самое утепленное помещение, не имеющее отопления, рано или поздно замерзнет.

2. Теплоизоляция ограждающих конструкций. Под ними мы подразумеваем наружные стены, окна, двери, кровлю, полы нижнего этажа, фундамент или цоколь — в общем, всё, что так или иначе контактирует с менее нагретой окружающей средой.

   

3. Тепловая инертность отапливаемого сооружения, то есть скорость изменения его температуры. Это суммарная теплоемкость отапливаемых элементов. Инертность легкого каркасного дома, например, намного ниже, чем у дома кирпичного.

4. Воздухообмен в помещениях. Когда мы открываем окна, чтобы проветрить комнату, нагретый воздух из нее сменяется более холодным наружным. С воздухообменом уносится от 10 до 30 % тепла, немало, да?

   

Системы управления условно делятся на три типа — ручное, термостатическое и погодо-зависимое.

Ручное управление

Очевидно, самое простое управление. Владелец вручную выбирает режим и температуру отопительных приборов, руководствуясь измерениями температуры, собственными ощущениями и опытом.

С сожалением приходится признать, что ручное управление чаще всего встречается в частных домах в России. Домовладельцы как правило, считают (как правило ошибочно) что досконально знают особенности помещений и, имея большой опыт, безошибочно выставляют нужные параметры. Многие приноровились управлять даже довольно большими и разнотемпературными системами отопления со множеством контуров и регулировок.

Плюсы:

• простота
• неприхотливость
• очень низкие вложения в систему управления отоплением

Минусы:

• Человеческий фактор. Мы спим, устаем, забываем, ошибаемся. Когда мы спим или отсутствуем, система отопления работает в последнем заданном режиме и не учитывает изменений ситуации. Даже при неизменной погоде уличная температура ото дня к ночи колеблется, и температура внутри помещений поднимается и опускается следом. Интенсивность колебаний температуры и отставание по времени при этом зависят от теплоизоляции и инертности здания.
• Реакционность — иначе говоря, задержка реакции. Проснувшись утром, мы можем обнаружить, что дома холодно. Естественно, мы решаем прибавить температуру в котле или в контуре управления, но результата придется ждать, как правило, пару часов, так что завтракать придется, стуча зубами. Температура же вырастет, когда мы будем на работе, так что вечером приедем в разогретый до духотищи дом. Чтобы комфортно поужинать, придется открыть форточку и выпустить на улицу «лишнее» тепло вместе с отнюдь не лишними денежками из кошелька.

Термостатическое управление

Благодаря своей относительной простоте оно сейчас активно набирает популярность. Суть ясна из названия — система пытается поддерживать заданную пользователем температуру внутри помещения, не учитывая при этом внешних факторов.

Под одним определением скрывается множество типов управления: механических, электронных и электронно-механических. Суть всегда одна — система регистрирует отклонения температуры от заданной на величину гистерезиса (выбираемой или установленной разницы температур) и переключает режим работы. То есть, если вы выставили в качестве желаемой температуру в 22°C и гистерезис в 0,5°C, то классический термостат будет поддерживать диапазон 21,5-22,5°C.

• Механические термостаты по сравнению с электронными намного проще и дешевле, но их нельзя ни перепрограммировать, ни переобучить.
• Электронный термостат можно заставить включать пониженный режим отопления для дачи в будние дни, а к выходным, учитывая инертность здания, умный термостат включит обычный режим отопления, чтобы в заданное время температура в доме поднялась до комфортного уровня.
• Есть механические и электронные устройства для поддержания постоянной температуры, действующие не по принципу вкл/выкл, а плавно изменяющие поток жидкости в радиаторе, например, термостатические вентили или управляющие котлом электронные термостаты, которые не просто включают или отключают котел, а плавно меняют его температуру, взаимодействуя с системой управления.

Все термостаты между тем имеют один жирный минус — как бы они ни обучались, они не в состоянии компенсировать резкие и сильные изменения погоды, поскольку учитывают лишь температуру в отапливаемом помещении. Любое здание имеет некоторую, как правило немалую, инертность, так что изменения наружной температуры скажутся на температуре внутри помещения не сразу. Реакция (активация отопления) последует с задержкой, но температура внутри помещения в реальности еще какое-то время будет понижаться из-за той же тепловой инертности. Реальная температура внутри здания будет всегда «догонять», стремясь за изменениями температуры внешней.

Так что термостатическое управление отоплением я бы с натяжкой порекомендовал владельцам легких каркасников, не имеющих бетонных полов и/или тяжелых кирпичных или блочных перестенков. Ну или людям, желающим установить только одну цифру и сильно не задумываться о возможностях современной электроники.

Плюсы:

• Не требуется постоянное участие человека в процессе регулирования
• Экономия по сравнению с ручным регулированием
• Широкая функциональность, позволяющая создавать программы управления отоплением с экономными режимами
• Повышенный тепловой комфорт в помещениях
• Огромный выбор относительно недорогих устройств контроля и регулирования, в том числе с веб-интерфейсом или управлением со смартфона
• Относительная простота проектирования и установки

Минусы:

• Не учитывается уличная температура
• При установке экономного режима на время отсутствия хозяина необходимо иметь в виду, что в случае резкого и сильного похолодания реакция может быть запоздалой и система может успеть замерзнуть, так что режим понижения нужно устанавливать «с запасом»

Погодо-зависимое управление

Его принято называть ПЗА (погодо-зависимая автоматика). Это самая современная на сегодняшний день система управления отоплением. 

Классическая и самая простая ПЗА при регулировании не учитывает температуру внутри помещения вообще. Пользователь лишь задает кривую зависимости температуры отопительных приборов от уличной. Кривая подбирается единожды эмпирическим путем и больше не требует внимания человека.

Но, как показывает практика, такой способ регулирования самый совершенный. ПЗА не ждет, когда здание отреагирует на изменения погоды: она постоянно регистрирует внешние условия и меняет настройки отопительных приборов «с упреждением», не допуская колебаний температуры внутри здания. Список устройств с ПЗА далеко не такой длинный, как у термостатов, но выбор все же есть.

Сегодня ни один захудалый ЖЭК не обходится без ПЗА, ведь погодо-зависимая автоматика экономит деньги абсолютно не в ущерб комфорту. Почти все производители ПЗА не ограничиваются простой зависимостью температуры отопительных приборов от уличной. Учитываются:

• Внутренняя температура
• Скорость нагрева помещения при определенной разнице температур — то есть, система запоминает тепловую инертность сооружения.
• Время разогрева системы отопления, тем самым система может подстраивать алгоритмы работы, не только учитывая параметры зданий, но и свои собственные характеристики.
• Заданные пользователем минимумы и максимумы температур. Например, можно заставить систему греть «чуть сильнее», когда на улице слякоть и создать атмосферу тепла и уюта даже если на улице не очень холодно или ограничить максимальную температуру в целях экономии.

Системы, использующие ПЗА, могут автоматически переводить отопление в летний режим и обратно, не требуя вмешательства пользователя. В целом, система с ПЗА, настроенная и отлаженная единожды, может (и даже должна) работать без человеческого вмешательства. Особенность такой системы в том, что ее работа абсолютно незаметна, а тепловой комфорт дома не зависит от времени года и погоды за окном. То есть современные системы с ПЗА взяли все самое лучшее для обеспечения комфортной и безупречной работы системы отопления.

Резюмируя, могу сказать, что за ПЗА не будущее: за ними уже настоящее. Принцип по сути прост и используется много лет там, где ценят комфорт и умеют считать деньги. Количество предложений на рынке растет, квалифицированный персонал есть, настраивать и контролировать системы отопления с ПЗА можно онлайн через приложения и веб-интерфейсы, отказоустойчивость и безопасность оборудования на высоте, а самое главное — умные системы не отменяют ни ручного управления, ни термостатического. На случай отказа автоматики всегда можно предусмотреть вариант ручного включения насосов и котлов и ручного регулирования управляющих элементов.

Плюсы:

• Самый совершенный принцип регулирования отоплением, самый комфортный, самый экономный, не требующий вмешательства в работе, но при этом имеющий все плюсы термостатического регулирования.

Минусы:

• Цена
• Требования к самой системе отопления: не каждая может работать с ПЗА без модернизации
• Ограниченное количество производителей контроллеров с ПЗА.
• Многие производители (Buderus, Vaillant, Viessmann и многие другие) делают контроллеры совместимыми только со своими теплогенераторами (котлами, тепловыми насосами и так далее). Тут, кстати, приятным исключением является российский Zont, он может эффективно управлять почти чем угодно.
• Требования к квалификации проектировщиков, монтажников и настройщиков выше чем у более простых систем

Конечно же, у каждого производителя свое понимание философии регулирования погоды в доме. Немецкие производители (Buderus, Vaillant) пытаются максимально упростить настройку системы и немного перебарщивают, на мой взгляд, с экономией в ущерб комфорту. Siemens может управлять чуть ли не бесконечно сложными системами, но это уже совсем не пользовательский уровень. Viessmann или Dunfoss не радуют ценой. Российская система Zont радует набором возможностей, универсальностью и ценой, но требует знания хотя бы базовых принципов регулирования для отладки системы самим пользователем.

Это далеко не полный список игроков на этом быстроразвивающемся рынке, и я более подробно коснусь принципов работы и настройки некоторых из них в дальнейших материалах, посвященных этой тематике.

Выражаю благодарность компании Pro-otoplenie в подготовке данного материала. Комфортного Вам отопительного сезона! Искренне ваш, Dinjaa