Для чего нужна погодозависимая автоматика

Что содержит и как работает погодозависимая автоматика контура системы отопления

В простейшем случае погодозависмая автоматика контура системы отопления содержит:

• Специальный терморегулятор цифровой [погодозависимый контроллер];
• Датчики температуры уличного воздуха и температуры теплоносителя (воды);
• Трехходовой смесительный кран (клапан) с электрическим сервоприводом - исполнительное устройство;

Термодатчики для замера температур уличного воздуха и воды в контуре системе отопления подключаются к контроллеру, который управляет электрическим сервоприводом трехходового смесительного крана по определённому алгоритму. В целом алгоритм температурного регулирования заключается в корректировке температуры теплоносителя при изменении температуры воздуха на улице: с понижением последней температура теплоносителя повышается и наборот. Улучшенные цифровые терморегуляторы могут учитывать тепловую инерционность здания и системы отопления, устанавливаемые в настройках этого устройства. Более сложная погодозависимая автоматика может включать другие дополнительные датчики и исполнительные устройства, используя продвинутую программную логику.

Преимущества погодозависимой автоматики

Инженерно-технические специалисты осознают преимущества такой автоматики в экономии:

• человеческих временных затрат

практически полностью отпадает необходимость по несколько раз за сутки вручную регулировать температуру воды в контуре системы отопления при изменении погодных условий;

• топлива [природный газ, сжиженный газ, уголь или дрова, пеллеты и т.п.] или электрической энергии;

рациональное терморегулирование теплоносителя способствует сокращению потребления топлива и более рациональному использованию тепловой энергии, в особенности, при значительных перепадах суточних дневных и ночных температур уличного воздуха, что характерно весной и осенью;

• денежных средств и затрат времени на содержание, ремонт и обслуживание контура системы отопления;

автоматика не допускает излишнего нагрева и, тем более, перегрева деталей и узлов контура системы отопления, позволяя продлить их срок службы, который, как известно, возрастает по экспоненциальной зависимости с падением рабочей температуры.

Недостатки погодозависимой автоматики

Недостатки могут проявляться только в основных показателях качества продукции:

• в функциональном назначении;
• в надежности;
• технологичности;
• безопасности и т.п.

Однако в подавляющем большинстве практических случаев после установки (монтажа) и настройки параметров качественного терморегулятора никакое его периодическое обслуживание не требуется. Для примера погодозависимая автоматика, содержащая трёхходовой смесительный кран и его сервопривод компании MUT, успешно выполняет своё функциональное назначение с 2015 года: вначале с терморегулятором ТРЦ-03 и теперь с МАПК ТРЦ-04 без затрат на периодическое обслуживание.

Необходимость регулирования температуры теплоносителя

В соответствии с п. 4.16.2 ГОСТ Р 51617-2000 в отапливаемых помещениях жилых зданий, коммунальных гостиниц и прочих коммунальных мест проживания должна быть обеспечена температура воздуха в соответствии с требованиями СНиП 2.08.01. Согласно этим документам оптимальнными показателями микроклимата помещений являются: темпертаура воздуха в жилых комнатах +18...+20 градусов Цельсия; в кухнях, гардеробных и коридорах +18 градусов Цельсия, при обеспечении необходимого воздухообмена в этих помещениях.

Когда температура воздуха внутри жилых помещений здания превышает температуру уличного воздуха, вследствие второго закона термодинамики происходит передача тепловой энергии от горячего источника к более холодному до наступления термодинамического равновесия, суммарное количество теплоты, переданное в окружающую среду, описывается основным уравнением теплопередачи:

которое представляет собой сумму тепловых потерь от всех i-х наружных поверхностей жилого здания: стены, окна (стеклопакеты), чердачные и подвальные помещения и т.п. В этой формуле площади наружных поверхностей здания, т.е. поверхности теплообмена S_i - константы. Осреднённый коэффициент теплопередачи K_i вдоль поверхности теплообмена S_i зависит от физических свойств и температур воздуха внутри жилых помещений и на улице, скорости ветра, физических свойств материалов перегородок и их геометрических размеров [ стены / стеклопакеты / утеплитель ] и т.п.

Закон Ньютона при охлаждении позволяет оценить количество тепла, отведённого с суммарной площади S_r радиаторов системы отопления при известном коэффициенте теплоотдачи α_{air_inside} и разности между осреднёнными температурами теплоносителя t_wd и воздуха t_{air_inside} внутри помещений.

Экспериментальные данные в виде точек и функциональная зависимость в качестве штрих пунктирной кривой, полученная при их обработке, показаны на графике суммарных тепловых потерь здания в зависимости от средней суточной температуры уличного воздуха для скорости ветра до ~ 5,0 метров в секунду и при условии поддержания температуры воздуха внутри отапливаемых помещений на уровне +20 градусов Цельсия.

Характер изменения тепловых потерь хорошо аппроксимируется с помощью квадратичной степенной зависимости. Принимается практическое условие: при +20 градусах Цельсия погодозависимая автоматика не работает и тепловые потери здания отсутствуют; при нуле градусов они возрастают до 6,8 киловатт за час, с падением температуры уличного воздуха до -20 градусов дом теряет примерно 11 киловатт тепловой энергии за тот же промежуток времени.

Погодозависимая кривая отопления

Функциональную зависимость необходимого изменения температуры теплоносителя в системе отопления от температуры уличного воздуха будем называть погодозависимой кривой отопления. При вполне определённых суммарных тепловых потерях здания можно оценочно определить значения необходимой температуры теплоносителя и, тем самым, рассчитать по приведенным ниже формулам и впоследствии построить погодозависимую кривую отопления. Для этого запишем следующие выражения и принятые значения параметров:

Первое уравнение представляет баланс между суммарными теплопотерями здания в окружающую среду, и подводимой тепловой энергией от системы отопления при условии обеспечения постоянства температуры воздуха внутри помещений t_{air_inside} на уровне около +20 градусов Цельсия за одинаковый промежуток времени. Следующая зависимость является аппроксимацией экспериментальных данных суммарных тепловых потерь нашего дома в виде квадратичной функции. Общая площадь теплоотводящей поверхности S_r рассчитывается исходя из 136 шт. радиаторных секций, каждая из которых имеет площадь поверхности 0,435 м² [расчёт радиаторной системы отопления]. Коэффициент теплоотдачи α_{air_inside} оценивается по известной эмпирической зависимости для радиаторов RIFAR ALUM 500. Последняя формула^* получена из первой при подстановке всех слагаемых, коэффициенты a, b и c - входят в квадратичную зависимость суммарных теплопотерь.

Расчёт и построение погодозависимой кривой

Для расчёта и построения погодозависимой кривой отопления воспользуемся последней формулой при варьировании температуры уличного воздуха t_{air_outside} от +20 до -20 градусов Цельсия. На графике ниже в виде точек - прямоугольников показаны экспериментальные данные температур воды при работе погодозависимого контроллера ТРЦ-03 с альтернативной кривой отопления номер 5.

Полученная расчётный путём погодозависимая кривая отопления имеет выраженный наклонный характер. Для обеспечения комфортных условий и микроклимата с температурой воздуха +20 градусов Цельсия в жилых помещениях рассматриваемого жилого дома с радиаторной системой отопления: при нулевой температуре уличного воздуха температура теплоносителя должна быть около +45 градусов Цельсия, с падением температуры воздуха на улице до -20 градусов Цельсия температура воды должна быть повышена до +58 градусов Цельсия, т.е., как минимум, на 13 градусов.