Хотел продолжить цикл статей про умный дом выбором системы отопления, т.к. впереди зима, и опрос в одной из предыдущих моих статей показал, что 32% читателей интересна эта тема. Но, подготовив статью, задумался, что сначала нужно договориться о базовых вещах, таких как контроль температур, как он устроен, с какой точностью и скоростью его следует вести, а также контроль электричества и зачем он нужен.
Контроль температур в загородном доме точно нужен тем, кто часто приезжает туда по выходным и праздникам. Также тем, кто не опускает там температуру ниже +5С. А нужен ли он тем, кто постоянно там проживает или тем, у кого есть возможность поддержания там температуры в районе +20С?
На вопрос, нужен ли вам умный дом, часто получаешь ответ: у меня котел, температура постоянная, живу в доме постоянно, зачем мне умный дом?
И правда, думаешь, зачем ему еще что-то? Но в глубине сознания гложет мысль, что не может котел с теплыми полами и/или радиаторами дать постоянную температуру в доме из-за высокой инерции. Но ведь человек же говорит, что температура постоянная и нет оснований не доверять ему. Ведь он смотрит на метеостанцию, по его словам. Как тут не поверить?
И тут я провел эксперимент. Надо сказать, случайно. Поставил 2 разных датчика и метеостанцию рядом. Откалибровал и стал наблюдать за показаниями. Один датчик совершенно «голый», без коробки и других изоляционных материалов. Другой в коробочке, уже серьезный, целая плата. Ну и обычная метеостанция. Оказалось, что первый датчик ну очень чувствительный (что и не удивительно). Второй сильно «тормознутее» первого. Ну а метеостанция так и вообще нехотя реагировала на открывание балконной двери. После 3 минут проветривания при температуре на улице около +10С первый датчик уже показывал снижение температуры на 1С, второй на 0,5С, метеостанция же показала снижение всего на 0,1С. На рисунке показано поведение 2-х датчиков. Запаздывание одного от другого составляет от 10 минут до получаса и даже часа.
Датчики такие разные не потому, что кто-то из них плохой или хороший. А потому, что цели этих измерений разные. Есть специальные требования по установке термометров, типа вешать их только на уровне 1,5-2 м на внутренней стене вдали от солнца и дверей и т.п. Но нет требований по скорости измерений. Да и не может их быть, т.к. в разных случаях они разные. Так вот, тот человек, который греется котлом смотрит на метеостанцию с сильно заторможенной реакцией, и, возможно, еще и с низкой точностью. И хорошо еще, если это цифровая метеостанция, а не аналоговый (спиртовой настенный градусник). В случае с аналоговым вообще все понятно. Там точности и скорости можно не ждать. А цифровая метеостанция может показывать только в целых градусах (без десятых и сотых) или с десятыми. Но человек может «считывать» с округлением до целых чисел. Да еще и метеостанция может сильно запаздывать, как в моем случае. Я открыл дверь балкона, проветрил 5 минут и закрыл. Метеостанция снизила показания на 0,1С, потом все опять нагрелось, и она опять поднялась на 0,1С, как будто ничего и не происходило.
Так вот, о чем собственно и хочется сказать, что все датчики правильные, но нужно ли так точно и быстро измерять температуру? До какой точности нужно уметь её измерять и с какой скоростью? Или во мне это говорит перфекционист?
Давайте разбираться. Речь у нас идет о комфорте во всех его смыслах. Для комфорта лучше всего держать температуру точно на одном уровне, вне зависимости от открытого-закрытого окна, двери и т.п. Днем может быть одна температура, ночью – другая. Наше самочувствие может быть разным при одной и той же температуре. Может быть холодно при температуре +23С и может быть жарко при температуре +21С. Тут можно только посоветовать одеваться по самочувствию. Иногда, замерзая, достаточно просто посмотреть на градусник и, увидев, что температура +23С – сразу согреться. Но это уже самокопание. Другая тема.
Температура должна быть объективно постоянной в каком-то определенном месте. Например, ночью в спальне – около кровати, а не рядом с обогревателем. Днем на кухне — вдали от солнца и кухонной плиты.
Итак, приходим к пониманию, что температура должна быть объективно постоянной. Желательно с высокой точностью и скоростью. При открывании окна, почти сразу же должен включаться безынерционной прибор обогрева необходимой мощности с адекватной компенсацией теплопотерь. При закрывании – выключаться. При этом он должен не мешать нам спать. Если он будет включаться-выключаться каждые 2-3 секунды, мы просто не заснем, это не комфортно. И это повод для следующих раздумий.
В примере на рисунке ниже показаны сутки управления радиатором центрального отопления на кухне в городской квартире. Сторона солнечная, поэтому днем батарея отключена. Окно стоит на микропроветривании. Сильных порывов ветра нет.
Ночью похолодало, температура несколько раз опускалась ниже 22С. На картинке ниже подробно выбрано это время. В кратковременные переходы ниже 22С включался электротермический сервопривод, открывающий радиатор отопления. Иногда он не успевал полностью открыться, как температура становилась уже выше установленной в 22,1С для отключения привода. Он начинал закрываться, и температура опять падала ниже 22С. Получается, что в некоторые моменты сервопривод находился в состоянии неполного открытия. Т.к. это кухня, ночью можно включать-выключать сервопривод хоть на несколько секунд. Никому это не помешает спать. Сам сервопривод беззвучный, но управляемая розетка чуть щелкает при включении-выключении.
Приборы обогрева есть разные. Это может быть радиатор центрального отопления, теплый пол, масляный или инфракрасный обогреватель и многое другое. Всеми ими можно управлять с помощью умного дома. Самый безынерционный из них – инфракрасный. Но он светится ночью (карбоновый). Каждые 2-3 секунды включение и выключение тоже не поможет засыпанию, т.к. будет щелкать и розетка, и обогреватель. Есть тепловентиляторы, но они тоже будут мешать спать своими вентиляторами. Остаются масляные обогреватели и радиаторы отопления с теплыми полами. Они достаточно бесшумные, но уж очень инерционные. Поэтому в каждой комнате и даже в разное время суток можно использовать разные виды обогрева. Можно даже комбинировать: теплые полы и радиаторы отопления можно держать на низких температурах, скажем, на 2-3С ниже целевых показателей, а догреваться уже точными обогревателями. В принципе, как я заметил, многие так и делают. У многих, у кого есть теплые полы и/или радиаторы отопления, стоят еще и обычные электрические обогреватели.
Еще одна сторона поддержания точности температуры – энергоэффективность. Известно, что увеличение температуры на 2С приводит к 15% перерасхода энергии при разности температур в доме и на улице 40С. Т.е., например, вы хотите поддерживать температуру на уровне 22С. На улице -20С. Котел нагревает теплоноситель, который потом идет в теплый пол и/или в радиаторы. Объем теплоносителя составляет 100-150 литров. Чтобы его весь нагреть, скажем, на 10С (с 50 до 60), потребуется, скажем, минут 15. Этот теплоноситель расходится по дому и нагревает материалы вокруг себя (полы, радиаторы, воздух и т.п.). Это огромная масса. И эта масса прогреется, скажем еще за 15 минут. И нагреется она не до 22С, а до 30С или даже выше. У вас стоит датчик теплого пола с низкой скоростью реакции и невысокой точностью. Хорошо, если цифровой. Через 15+15=30 минут до него дойдет изменение температуры, а он еще минуты 3 будет думать. Потом, поняв, что уже хватит, он дает команду контроллеру отключить обогрев. Команда подается на электротермический аналоговый сервопривод, который по паспорту отрабатывает цикл включения-выключения за 5 минут. Он перекрывает нужный контур в течение 3+5=8 минут, а нагретая до 30С вокруг масса греется дальше от теплоносителя с температурой 60С.
А теперь вопрос. До каких значений опустится температура, пока нагревается теплоноситель и та самая масса: 20-30 минут? Если при 21,9С начался нагрев теплоносителя, а на улице -20С. Вполне может быть, что температура реально опустится на 2С на небольшой промежуток времени. А термометр этого не увидит из-за его тормознутости и/или не совсем правильной установки. На взгляд, на метеостанции будет видно +22С. Ну 21,9С. А реально будет +20С. Так потом начнется обратное действие. Все нагреется через 15+15+3+5=38 минут и не скоро реально отключится из-за большой нагретой массы. Это означает, что после принятия контроллером решения об отключения нагрева теплоносителя, дом нагреется выше установленной температуры на те же 2-3С. А термометр по привычке будет показывать +22,2С при реальной температуре уже +24С и выше.
Вот так и создается впечатление, что температура постоянная, судя по показаниям метеостанции. А реально она скачет на ±2С. Т.е. диапазон изменений температур составит 4-5С. При этом +2С – чистый перерасход (-15% рублей из кармана), а -2С – это дискомфорт. Вот и получается дополнительно к нашему самочувствию еще и объективный фактор прыжков температуры. И так-то бывает холодно при +23С, а тут еще и реально температура всего-то +21С. Т.е. и комфорта нет и деньги лишние уходят на обогрев улицы.
Температурный датчик, по которому работает контроллер котла установлен в одном месте и с одной точностью и скоростью реакции, датчик метеостанции находится совершенно в другом месте. И время его реакции, и его точность сильно могут отличаться от того датчика.
Все это и влияет на комфорт и энергосбережение, хотя на первый взгляд, температура нормальная, постоянная, к тому же уже и привык к этому. В любом случае, если котел уже стоит, оборудование работает исправно, то вопросов нет. А если дом новый и системы отопления еще нет? Вот это повод подумать.
Никакой супер умный дом не сможет быть комфортным по температуре, если неправильно установить датчик температуры и/или использовать инерционные приборы отопления.
В заключении хочу сделать вывод: температуру надо знать объективную, точную и с высокой скоростью. Высокую скорость и точность всегда можно понизить логикой контроллера и/или исполнительного модуля. Наоборот – никак. Тогда теплопотери снизятся и комфорт повысится.
Автор: Sergey_Tokarev
