Управление отоплением. Часть 1. Комнатные термостаты, запрос тепла
Основным потребителем тепловой энергии в частном доме является система отопления.
Простейший способ управления системой управления – включение/выключение оборудования. Оборудование включено – воздух в помещении нагревается, оборудование выключено – воздух в помещении остывает.
Для автоматизации процесса включения/выключения оборудования используются термостаты.
Термостаты, поддерживающие диапазон настройки целевой температуры от 0 до +30°С называются комнатными. Именно о них пойдет речь в данной статье.
Практически все комнатные термостаты рассчитаны на работу в системах отопления и охлаждения. В рамках данной статьи нас интересует только функция работы на нагрев.
Алгоритм работы комнатного термостата на нагрев
Комнатный термостат коммутирует электрический ток, возвращая логическую единицу контроллеру котла, или подавая питание на различное оборудование вроде насоса или сервопривода. Оборудование, управляемое комнатным термостатом, работает до достижения заданной пользователем температуры.
Для простоты понимания, что такое термостат, его можно представлять как обычный выключатель, который управляет светом в комнате. Свет включается автоматически, когда в комнате стало холодно и выключается, когда температура достигла заданного значения.
Запрос тепла – это условное обозначение состояния термостата в замкнутом состоянии, т.е. в состоянии, когда требуется включение исполнительного оборудования на нагрев для достижения заданной пользователем целевой температуры.
В небольших системах отопления достаточно одного комнатного термостата, установленного в «эталонном» помещении», который управляет источником тепла (котлом). При таком подходе минус только один: котел, поддерживая температуру в одном помещении, включает и выключает отопление во всём доме. Плюсы – простота, надежность, стоимость.
Управление отоплением во всём доме при помощи одного термостата
В домах с большой отапливаемой площадью систему отопления делят на несколько частей. Это делается, в том числе, и для удобства управления. Комнатные термостаты в данном случае управляют уже не котлом, а отдельными ветками системы, включая и выключая их.
На схеме изображена тепловая схема котельной двухэтажного дома. Система отопления разделена на 2 зоны — 1 этаж и 2 этаж. За работу каждой зоны отвечает отдельный насос, который в свою очередь управляется отдельным термостатом (или группой термостатов, объединенных контроллером в один «условный» термостат — принцип покомнатного регулирования описан в следующей статье).
При выключении обоих насосов желательно выключать и котел (переводить в режим ожидания, снимать запрос тепла). Это можно сделать несколькими способами, один из самых очевидных — создание цепи управления при помощи промежуточных реле, как показано на схеме выше.
Виды комнатных термостатов
Функционал термостата определяет насколько «умным» будет управление котлом или иным оборудованием.
Простейший комнатный термостат – позволяет задать только один параметр – целевую температуру. В основном это механические энергонезависимые термостаты. Но встречаются и электронные, работающие от проводной сети или от батареек.
Плюсы – простота, надежность, стоимость. Минусы – заводская настройка гистерезиса с диапазоном от 0,5 до 4°С; проводное соединение с котлом – провод закладывается на этапе строительства, термостат привязан к конкретному месту и перенести его, например, в другое помещение, уже не получится.
Программируемый термостат – позволяет задавать температуру воздуха в помещении по времени суток и дню недели. Позволяет экономить деньги на условном топливе, понижая температуру в доме, когда все жильцы на работе/в школе. Такие термостаты более сложны в обращении, и не каждый пожилой человек с ними справится, на некоторых моделях даже задание текущей температуры интуитивно не доступно, не говоря уже о программировании.
Проводной недельный термостат
Беспроводной термостат. Состоит из двух частей: приемник – монтируется вблизи котла, подключается к сети 220 и к котлу; передатчик – он же термостат, работает от батареек либо аккумулятора, размещается в любом месте, переносится из одного помещения в другое, пока не определится то место, откуда управление котлом будет наиболее эффективным.
Беспроводной недельный термостат
Интернет-термостат. Отличный выбор, если дом не для постоянного проживания. Позволяет производить удаленный мониторинг и установку температуры. Обмен данными между пользователем и термостатом происходит через сервер производителя посредством мобильного интернета. GSM модуль в составе термостата по определению позволяет пользоваться и другими «дедовскими» возможностями — обмен СМС-сообщениями, «тревожные звонки» на указанный номер и т.п. Разумеется, в таких устройствах функция термостата основная, но не единственная. Производители в конкурентной борьбе прикручивают другие полезные функции: подключение одного или нескольких охранных шлейфов, возможность управления дополнительным оборудованием, подключение различных датчиков и алгоритмы взаимодействия с ними, вход для микрофона, выход на динамик и т.д. — список пополняется с каждым годом.
Многофункциональный термостат с возможностью удаленного управления
Термостат с поддержкой протокола OpenTherm.
Протокол OpenTherm используется для обмена данными между котлом и внешним логикозадающим устройством (например, комнатным термостатом). Помимо запроса тепла котлу можно задавать ряд других задач и параметров, таких как, например: температура теплоносителя, запрос тепла на контур ГВС. Котел в свою очередь по протоколу отправляет текущие параметры, среди которых наиболее полезными являются: наличие ошибки котла, статус работы, текущая температура теплоносителя, статус горелки и уровень модуляции.
При использовании в небольших системах отопления практической пользы от использования таких термостатов мало: разве что задание температурного графика (зависимость температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха), если данная функция не предусмотрена автоматикой котла, ну и расширенный мониторинг параметров котла.
В больших системах, где систему разделяют на нескольких потребителей, функция Opentherm оказывается крайне полезной: логика работы оборудования котельной выстраивается таким образом, чтобы каждый отдельный потребитель тепла отправлял запрос тепла на котел вместе с требуемой температурой теплоносителя. Котел включается по задаче, выходит на заданную температуру и поддерживает её до момента, когда задача будет снята. Такой подход обеспечивает наиболее слаженную работу котла и продлевает его срок службы, т.к. благодаря корректной работе алгоритма модуляции горелки количество циклов включения-выключения сведено к минимуму. Подробнее об алгоритме управления газовым котлом можно прочитать тут.
Термостаты с сухим контактом и выходом 230В
Также все термостаты различаются по способу подключения. Их можно разделить на 2 группы – термостаты, к которым подключается нагрузка с напряжением питания 230В и термостаты с сухим контактом, которые могут использоваться как для размыкания слаботочных сетей с постоянным или переменным током, так и для маломощных нагрузок 230В.
Можно сказать что термостаты с сухим контактом универсальны, потому что могут коммутировать что угодно, и именно они подходят для подключения к платам газовых и прочих котлов, где в качестве управляющего сигнала обычно 5, 12 или 24V DC. Если видите на клеммной колодке термостата два контакта с обозначением размыкателя эл. сети — это сухой контакт.
Все механические термостаты, а также термостаты, работающие от батареек гарантированно с сухим контактом.
Слева — сухой контакт, справа — выход 230В
Осторожнее надо быть с термостатами, работающими от сети 230В. Некоторые модели делают под конкретные задачи — для эл. теплого пола, трехходовых клапанов, тепловентиляторов. В таких моделях нагрузка напрямую подключается на соответствующие клеммы и напряжение там тоже 230В. Насос при подключении к такому термостату не почувствует разницы, а плате газового котла потребуется небольшой ремонт.
Различные варианты клемм термостата. GA — перекидной контакт с 230В, GB — подключение нагрузки 230В (эл. теплые полы), GC — «сухой» NO контакт
Комнатный термостат
Мы уже неоднократно говорили о принципах регулирования температуры в помещениях дома. Рассмотрели необходимое оборудование, которое позволяет автоматизировать процесс управления отоплением. Пришло время подробнее рассмотреть каждый элемент управления котлом. Вот о том, каким бывает комнатный термостат и как он работает, мы и поговорим в этой статье.
Если вы хотите обеспечить себе максимально комфортные условия для проживания в отопительный период, то прежде всего, необходимо создать сбалансированную систему отопления с возможностью постоянного ее регулирования. Современные газовые котлы, в отличие от своих предшественников, предоставляют такую возможность. В частности, в них можно изменять мощность в широком диапазоне без существенной потери КПД.
С помощью модуляции некоторые модели котлов позволяют изменять мощность от 6 до 24 кВт. Такой диапазон регулировки создает возможности для создания необходимого теплового режима в помещениях дома, а также получения значительной экономии при расходе топлива. Сам котел не может осуществлять функций регулирования, так как его основная задача обеспечить нагрев теплоносителя. Однако частоту запусков котла и его мощность отрегулировать можно. Одним из этих устройств и является комнатный термостат.
Комнатный термостат для котла
Система отопления, применяемая в загородном домостроении представляет собой замкнутый контур, заполненный теплоносителем. Задача котла нагреть теплоноситель, который с помощью циркуляционного насоса поступает по системе труб к радиаторам. Радиаторы отопления отдают тепло, нагревая воздух в помещении. В сбалансированной системе котел должен работать с максимальным КПД для того, чтобы количество выделяемого тепла было не больше ни меньше, чем этого требуется в конкретный момент времени. Для этого необходимо:
В идеале температура теплоносителя должна регулироваться не только от текущей температуры в помещении, но и в зависимости от температуры на улице. Мы уже рассматривали эту тему на примере погодозависимой автоматики. Для этого требуется датчик уличной температуры, который устанавливается снаружи дома. С подключенным датчиком уличной температуры котел должен заранее выбирать необходимую температуру теплоносителя. Это очень удобно, так как иногда температура за пределами дома может меняться в широком диапазоне за короткий промежуток времени, а инерционность системы отопления не позволяет сразу среагировать на изменившиеся условия.
Далее нам остается узнать, значения температуры внутри помещении, рассчитать необходимую температуру теплоносителя, включить котел и в дальнейшем постоянно контролировать изменение этой температуры. Вот для этого и нужен комнатный термостат котлу отопления. Именно он дает сигнал на запуск и остановку котла в зависимости от заданной температуры в помещении.
Комнатный термостат и датчик уличной температуры, являются разными устройствами с разным предназначением, но являются неотъемлемой частью одной системы отопления.
Стоит иметь ввиду, что оптимальный результат может быть достигнут только в том случае, если система отопления была изначально правильно спроектирована и отапливаемые помещения были надлежащим образом утеплены. Если построенный дом обладает низкой энергоэффективностью, то котел будет часто включаться, чтобы поддержать заданную температуру.
Помните, что частые запуски котла приводят к снижению ресурса его исполнительных механизмов, таких как: вентилятор, циркуляционный насос, а также электронной платы управления. Некоторые реле, применяемые на электронной плате котла, имеют паспортный запас 100 тыс. циклов включения-выключения. Так, например, если котел будет включаться каждые десять минут, то паспортное количество циклов будет исчерпано примерно через 3 года.
Принцип работы комнатного термостата
Мы уже говорили, что в современных отопительных котлах всеми процессами управляет электронная плата. У многих котлов плата позволяет подключить комнатный термостат. Для этого у платы существуют два контакта, соединенных перемычкой. Принцип работы таких котлов состоит в том, что когда стоит перемычка, котел включается, согласно заданной температуре теплоносителя, когда вместо перемычки подключен комнатный термостат, котел будет включаться и выключаться по сигналам от термостата.
В том случае, если температура в помещении, в котором установлен комнатный термостат ниже заданной, сработает переключатель и котел запустится, как только температура поднимется до заданных показаний, термостат отключит котел. Схематично принцип работы термостата можно посмотреть на рисунке выше.
Типы комнатных термостатов
Механические и электронные комнатные термостаты
В зависимости от способа измерения температуры в помещении комнатные термостаты могут быть механическими и электронными. 
Основным различием этих термостатов является точность показаний и возможность дополнительных настроек. Электронные комнатные термостаты дают возможность более точно регулировать температуру, а некоторые модели обладают возможностью программирования показаний температуры по часам, дням и неделям. Так, например, понижение температуры в течение какого-то времени суток на несколько градусов может дать ощутимую экономию по расходу газа за месяц.
Проводные и беспроводные комнатные термостаты
По способу связи с котлом комнатные термостаты бывают проводными и беспроводными. В случае с беспроводным комнатным термостатом, модуль с термодатчиком располагается непосредственно в помещении, в котором осуществляется контроль температуры, а модуль для замыкания контактов устанавливается уже рядом с котлом и получает сигналы по радиоканалу. Как показывает практика, регулирование температуры с помощью комнатных термостатов позволяет сэкономить до 30% на расходе газа.
Работа комнатного термостата совместно с контроллером
Если вы хотите контролировать температуру во всех отапливаемых помещениях дома, то вам придется разместить комнатный термостат в каждом помещении и все эти термостаты объединить в сеть с помощью центрального блока управления (контроллера). 
Контроллер позволит не только управлять самим котлом, но и включать или выключать необходимый контур отопления с помощью сервоприводов.
При такой схеме регулирования контроллер, получая сигнал от комнатного термостата, подает сигнал котлу, а также сервоприводу на включение или выключение. Применение описанной выше схемы позволяет сделать полноценный климат-контроль во всем доме и даст максимальную экономию по затратам на отопление.
Современное оборудование дает пользователю возможность удаленного управления котлом посредством GSM связи. Сюда входит дистанционное программирование котла, а также получение информации о внештатных ситуациях. Это особенно актуально для владельцев частных домов. Своевременно полученная, таким образом, информация об аварийной остановке котла, поможет предотвратить неприятные последствия. Но здесь есть один нюанс. GSM оборудование не может дистанционно снять ошибку на котле, если он аварийно остановился. Вам все равно придется приезжать и разбираться с причинами остановки котла. Только по этой причине, я считаю, что покупать такое оборудование отдельно нет ни какого смысла. А контролировать остановку котла можно с помощью модуля GSM сигнализации и бесконтактного датчика температуры к нему.
Если все же у вас есть необходимость суточной регулировки температуры в помещении, приобретите электронные комнатные термостаты с возможностью программирования комнатной температуры по часам, дням и неделям и настройте его один раз. Поверьте, что баловаться с температурой каждый день, у вас не будет ни какого желания.
Подключение комнатного термостата
Установка комнатного термостата не составляет большого труда и не требует специальных знаний. 
Первое, что нужно сделать, это найти руководстве по эксплуатации котла схему расположения разъемов на плате, к которым подключается внешний термостат. Далее остается снять переднюю крышку котла и защитный кожух платы управления. На самой плате, как правило, других перемычек нет, а место подключения термостата обозначается буквами “TА”. В моем случае перемычка была сделана с помощью провода желтого цвета.
Стоит помнить, что перед началом работ нужно обязательно убедиться в том, что котел обесточен и на клеммах нет напряжения. Некоторые источники говорят, что напряжение сигнала для подключения термостата со стороны котла неопасно и составляет всего 24 Вольта. Но вот на моем котле BAXI там 220 Вольт, так что проверяйте заранее.
 |  |
Обратите внимание, что некоторые модели комнатных термостаты позволяют коммутировать подключение еще и нагревательных приборов, поэтому у них может быть несколько выходов. В таких термостатах существует разница в работе выключателя, а именно какое его состояние будет в начальном положении – нормально замкнутое или нормально разомкнутое. Для котлов необходимо выполнить соединение на нормально разомкнутое начальное состояние. При снижении температуры контакты замкнутся, и пойдет сигнал на включение котла.
В случае подключения комнатного термостата к сервоприводам следует так же убедиться какое начальное положение у конкретного сервопривода и сможет ли термостат правильно работать. Начальное положение сервоприводов бывает, как нормально закрытое, так и нормально открытое. Для того, чтобы у вас не возникло неожиданной проблемы с подключением комнатного термостата к сервоприводу, рекомендую приобрести контроллер с возможностью переключения режимов работы с сервоприводом. Описанные виды коммутации моего контроллера показаны на рисунках выше.
Как выбрать комнатный термостат
Многие производители котлов предлагают термостаты, якобы адаптированные с работой конкретного котла, в качестве дополнительных аксессуаров. Однако, как показывает практика, с любым котлом может работать практически любой комнатный термостат.
Если вы решили сделать в своем доме полностью автоматическое управление климатом, то при выборе комнатного термостата, необходимо учитывать его способность работы с конкретным сервоприводом. Для того, чтобы не ошибиться, покупайте все оборудование в одном месте. Как правило, продавцы, комплектуя свой ассортимент, подбирают адаптированное оборудование.
Выбирать комнатный термостат лучше в настенном исполнении. Располагать такой комнатный термостат лучше на высоте 1,5 метра от пола. В качестве места, выбирайте самое удаленное место от приборов отопления. Я расположил свои комнатные термостаты возле входных дверей. Так лучше контролировать их работу, особенно в части электропитания, так как термостаты работают от батареек.
В следующей статье я расскажу о том, как настроить газовый котел.
Что такое нормально закрытый термостат
Во-первых, определимся, что комнатные термостаты бывают разными по типу передачи сигналов.
Назначение комнатного термостата
Комнатный термостат – это устройство предназначенное для того чтобы регулировать температуру помещения.
Датчик температуры сравнивается с требуемой температурой и если температура ниже нормы, то сигнал подается соответствующий для подачи тепла в помещение. Соответственно норма температуры регулируется. Если температура выше соответствующей нормы, то подается сигнал на прекращения подачи тепла в помещение. Существует понятие гистерезиса – о нем поговорим ниже.
Комнатный термостат посылает электрический сигнал методом сухого контакта или созданным электрическим сигналом.
Сухой контакт – это обычное замыкание и размыкание цепи в термостате.
Специальный сигнал – это какое-либо напряжение, исходящее от комнатного термостата. (Обычно 220 Вольт переменного тока).
Обычно сигналы дают электронные термостаты, которым необходимо постоянное питание от сети 220 Вольт. Они же по средствам своей логики работы дают определенные сигналы. Обычно 220 Вольт.
Рассмотрим сначала сухой контакт
Обычно существует такая логика работы термостатов
1.Устанавливается норма температуры, например, 25 градусов.
2.При температуре помещения 24 градусов, комнатный термостат зарегистрирует температуру 24 и контакты замкнуться. (Контакт)
3.При температуре помещения 26 градусов, комнатный термостат зарегистрирует температуру 26 и контакты разомкнуться. (Контакта не будет)
Гистерезисом называется или величина, при котором сигнал меняется на противоположный сигнал. Или сам эффект при котором, действие переключения на противоположный сигнал осуществляется с некоторой задержкой по величине влияния. (Например, при достижение нормы температуры и превышение этой нормы сигнал изменится не сразу, а по достижению той самой величины гистерезиса).
Термостат настроен на 25 градусов, при этом контакт замкнут (сигнал подачи тепла). Реальная температура помещения 20 градусов. Сигнал переключиться на противоположный в случае, если температура помещения будет равна 27 градусов. В таком случае гистерезис будет равный двум градусам.
Если гистерезис равен 1 градусу, то сигнал измениться при 26 градусов. То есть сигнал будет меняться на двух пороговых величинах (24 и 26 градусов). Во многих электронных термостатах этот гистерезис регулируется. Чем меньше гистерезис, тем чаще у Вас будет меняться сигнал на противоположный и точнее будет регулировка температуры.
Обычно могут существовать два вида контактов сухого хода: Двухконтактный и трехконтактный термостат
Трехконтактный термостат более универсальный, и позволяет получить инверсию сигнала. То есть сигнал на оборот. То есть когда сигнал меняется на противоположный то один контакт отключается(размыкается), а другой включается(замыкается).
Теперь рассмотрим специальный сигнал от комнатного термостата
Обычно логика работы следующая:
Датчик термостата регистрирует температуру и сравнивает ее с настроечной температурой. Если температура датчика ниже настроечной температуры на величину гистерезиса, то термостат выдает сигнал 220 вольт. Это обычный переменный ток сети. Такой термостат не подходит для подключения котлов.
Например, настроечная температура 25 градусов. При этом температура помещения 27 градусов и сигнал при этом отсутствует. Как только температура падает до 24=(25 – гистерезис 1) появляется сигнал 220 Вольт. Как только температура поднимается до 26=(25 + гистерезис 1) исчезает сигнал 220 Вольт.
К сожалению на рынке я не нашел электронный программируемый термостат на три контакта. Но для хорошего электрика получить инверсию сигнала не проблема. Нужно использовать электромагнитное реле на три контакта и если потребуются большие токи то использовать контактор. Технически такие задачи решаются с помощью других хитрых электрических элементов.
Как подключить комнатный термостат к котлу?
Достаточно использовать двухконтактный термостат с сухим контактом. Найти в электрической схеме элемент сухого контакта с надписью комнатный термостат.
