Как русские с немцами китайцами управляли. Погодо-зависимое управление отоплением на реальном примере

В прошлый раз я писал о типах управления отоплением и об погодо-зависимом управлении отоплением как о вершине эволюции. Представляю живой и работающий пример очень нестандартной системы.

Задача

Нестандартная с точки зрения автоматики — нужно отопить геотермальными тепловыми насосами 4 здания из одной котельной:

1. дом 450 м2 (теплые полы и радиаторы), основной дом.
2. дом 250 м2 (теплые полы и радиаторы), дом родителей. В нём расположена котельная.
3. дом 60 м2 (радиаторы), гостевой дом.
4. зимняя беседка (фанкойлы, т.е. тепловентиляторы).

Управлять требовалось шестью погодозависимыми контурами и нагревом воды. Кроме этого, заказчику был необходим доступ и контроль системы через Интернет, чтобы она всегда работала на максимальном КПД. Нестандартность заключалась в том, что заказчик сначала купил три китайских тепловых насоса Mammoth, а потом сформулировал задачу. Но эти китайцы не имеют погодозависимости, не дружат с регуляторами отопления и вообще штатно не управляются ничем извне (их можно только синхронизировать, но для наших нужд синхронная работа не подходит). На этих тепловых насосах можно только давить кнопочки «+» и «-», но бегать в 30-градусный мороз по сугробам в халате и тапочках в соседнее здание точно не входило в планы заказчика.

Три тепловых насоса Mammoth:

Мозг

Центром системы был выбран регулятор отопления Vaillant multiMATIC VRC 700. Однако он не может работать самостоятельно, ему обязательно нужен теплогенератор Vaillant.

Пришлось купить б/у газовый котел Vaillant, аккуратненько извлечь из него мозги с датчиками и некоторыми органами управления, обмануть системы безопасности, чтобы мозги котла думали, что управляют горением газа (как — не скажу, для реального газового котла это небезопасно) и вуаля! Можно управлять независимыми контурами отопления по погодо-зависимой кривой, можно добавлять модули, например Vaillant VR-71 и 2 штуки Vaillant VR-70, расширяющие систему до семи независимых насосно-смесительных контуров.

Или Vaillant VR-920 для контроля и управления всей системой через интернет с мобильного приложения. И Vaillant VR-91 для управления большим домом непосредственно из этого дома.

Но это управление именно потреблением тепла, потому что «мозги» газового котла не подходят для управления тепловыми насосами — алгоритмы другие.

Теплогенерация

Можно было бы заставить каскад из трех тепловых насосов тупо работать на буферную емкость на максимальной температуре, а тепло разбирать из буфера, благо проблема управления разбором решена. Но тогда система бы работала не эффективно с точки зрения экономии электроэнергии, ведь КПД тепловых насосов тем выше, чем ниже у них температура подачи, а максимальная температура нужна только в течение 5-7 самых холодных дней в году.

Тут на помощь пришел российский GSM регулятор Zont-H1. Он имеет возможность управлять любым отопительным прибором по погодо-зависимой кривой по принципу «вкл/выкл». Погодо-зависимые кривые у Zont и Vaillant идентичные, что упростило синхронизацию двух систем.

Принцип работы каскада такой:

• когда Zont решает что нужно греть, то он подает сигнал в щит управления тепловыми насосами, первый включается немедленно, второй с задержкой 20 мин, третий с задержкой 40 мин. Задержка включения второго и третьего нужна для того, чтоб при низкой потребности в тепле не использовалась вся мощность каскада. С учетом буфера на 1000 л за 40 минут в системе не успевает образоваться дефицит тепла и каскад в любой мороз успеет набрать необходимую температуру.
• При достижении необходимой для данных условий температуры каскад отключается, таким образом в буфере всегда поддерживается минимально необходимая температура, стало быть КПД работы тепловых насосов всегда максимальный.
• Управление первым и третьим теплонасосами раз в год меняется местами, что обеспечивает примерно одинаковый износ оборудования.

Повторюсь, тепловые насосы Mammoth не имеют возможности управления извне, так что пришлось управлять ими обесточивая или подавая питание на блоки управления тепловыми насосами. Данные тепловые насосы могут как греть, так и охлаждать, стало быть, имеют встроенный четырехходовой клапан, переключающий режим его работы. Пришлось внести изменения в конструкцию насоса: поставить реле задержки времени на каждый клапан, чтобы после обесточивания блока управления насоса не происходил резкий сброс давления, вредный для оборудования и очень неприятный на слух.

ГВС

Подогревом горячей воды управляет простой механический термостат, по его сигналу второй тепловой насос переключается на нагрев ГВС в обход системы управления.

Итог

• Zont и Vaillant хоть и не связаны напрямую, но синхронизированы по температурам работы, Zont управляет теплом поступающим в буфер, а Vaillant — разбором этого тепла.
• Zont также имеет свое приложение и управляется через интернет, бонусом он оповещает заказчика о нежелательных событиях, например снижение/повышение температуры за пределы заданных значений, отключение/включение электричества.

Система отопления исправно работает вот уже 3 года, экономя заказчику кругленькую сумму каждый месяц.

Резюме

После монтажа и отладки системы у меня сложилось «понимание» и «непонимание».

Понимание

• Нужно думать и еще раз думать перед покупкой дорогостоящего оборудования и вообще перед любым столь масштабным мероприятием. Удачное с виду приобретение может обернуться кучей проблем и непредвиденных расходов. Приятно в конце концов обладать отопительной установкой, тянущей на изобретение, ведь решить можно любую проблему, вопрос ресурсов, но право лучше спроектировать систему в деталях и решить большинство проблем на бумаге, чтоб избежать неожиданностей. Это вроде очевидно, но такое ощущение, что хождение по граблям одна из наших основных особенностей, поэтому не грех и повторить, что нужно думать, думать и еще раз думать! Для меня, как для специалиста, такие системы это бесценный опыт, но рассуждая с точки зрения заказчика я понимаю, что сложности это потеря времени, ресурсов и нервов.

Непонимание

• Почему реально крутые производители отопительного оборудования с почти 150 летним опытом работы выпускают контроллеры только под «своё» оборудование? Это же реальная ниша — выпусти универсальный всеядный контроллер и ворвись на территорию конкурентов, управляй их котлами и теплогенераторами.
• И почему контроллер не может напрямую подключаться к исполнительному железу (приводам, насосам и датчикам), требуется докупать и докупать исполнительные модули — для непосредственного управления контурами, для подключения к интернету и для измерения уличной температуры.

P.S. За 3 года, прошедших с момента запуска системы, на оба этих «почему?» ответили… российские производители автоматики, но об этом позже.

Искренне Ваш, dinjaa.