Prosta automatyzacja centralnego ogrzewania.pdf
(
368 KB
)
Pobierz
CALOSC.p65
14
Elektronika domowa
Automatyzacja centralnego
ogrzewania
Pisaliśmy kiedyś o nowoczesnym domu sterowanym komputerami, w którym wykorzy−
stano wszystkie zdobycze techniki. Okazuje się jednak, że zanim doczekamy się takich
„szklanych domów” minie jeszcze sporo czasu. Można jednak uczynić znaczne postępy
w tej dziedzinie wprowadzając do domów znacznie prostsze układy automatyki, dzięki
której można żyć wygodniej i oszczędniej. Automatyzacja mieszkań rozpoczęła się już
przed wojną i mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że praktycznie w każdym domu jest
automat. Tym automatem, mechanicznym co prawda, jest poczciwa i nieoceniona spłuczka
wisząca na ścianie każdej toalety. Artykuł poświęcony jest automatyzacji układów cen−
tralnego ogrzewania. Zastosowanie rozwiązań proponowanych przez autora wpływa na
wzrost komfortu i ogranicza niemałe koszty ogrzewania mieszkań. Choć słońce grzeje
niemiłosiernie zima zbliża się do nas wielkimi krokami i warto zastanowić się nad przed−
stawionymi poniżej problemami i sposobami ich rozwiązania.
z tym związanych. W nocy jak wiadomo
lepiej śpi się w chłodniejszych pomiesz−
czeniach.
Najbardziej rozbudowane programato−
ry posiadają rozbudowany cykl tygodnio−
wy. Wszak w niedzielę śpimy dłużej niż
w dzień powszedni i z reguły nie chodzi−
my do pracy, dlatego też odpada obniżanie
temperatury w ciągu dnia. Dodatkowo
w programatorach istnieje jeszcze możli−
wość zaprogramowania temperatury „wa−
kacyjnej”, czyli temperatury jaka ma być
utrzymywana przez okres kilku dni w cza−
sie zimowych wyjazdów świątecznych.
W tym miejscu należy wspomnieć
o miejscu w jakim powinien znajdować
się termoregulator. Koniecznie trzeba go
umieścić na ścianie wewnętrznej budyn−
ku na wysokości 1,5÷1,7 m nad poziomem
podłogi. Miejsce w którym znajduje się ter−
moregulator nie może być poddawane
bezpośredniemu działaniu promieni sło−
necznych. W pobliżu nie mogą przebie−
gać żadne czynne kanały dymowe ani
wentylacyjne. Jeszcze jednym wymogiem
Budżet naszego państwa jest w opła−
kanym stanie. Płynie z tego prosty wnio−
sek poparty doświadczeniem minionych
lat, że rząd łatając dziurę w finansach wy−
dawanych lekką ręką, sięgnie nam podat−
nikom jeszcze głębiej do kieszeni. Dosko−
nałym sposobem na wyciągnięcie braku−
jących miliardów są wszelkiego rodzaju
nośniki energii. Drugą groźbą, która wisi
nad nami jest układ dotyczący ogranicze−
nia wydobycia ropy naftowej zawarty
przez kraje OPEC. Trzecim niekorzystnym
czynnikiem jest opłakany stan polskiej
gospodarki i groźba silnego spadku war−
tości złotego w stosunku do innych walut.
Każdy z osobna i wszystkie razem przed−
stawione powyżej czynniki mogą i naj−
prawdopodobniej wpłyną na niemały
wzrost cen nośników energii. Z tego też
względu wskazane jest jak najefektywniej−
sze jej wykorzystanie. Doskonałym polem
do popisu jest centralne ogrzewanie, któ−
re stanowi ok. 50÷70% rocznego zapotrze−
bowania domu na energie w ciągu całego
roku. Zatem niewielka nawet oszczędność
przy ogrzewaniu prowadzi do znacznych
oszczędności finansowych. Opisywane tu
układy są stosunkowo tanie. Jeden z nich
kosztuje dosłownie kilka złotych i pozwa−
la zaoszczędzić nawet do 10% energii.
Drugi układzik jest już nieco droższy, co
wynika z dość wysokiego kosztu
(400÷500 zł) zaworu wodnego sterowane−
go elektrycznie). Także w tym przypadku
sama elektronika jest tania – rzędu kilku−
nastu złotych. Oba urządzenia oprócz
oszczędności zapewniają także wzrost
komfortu cieplnego, czyli inaczej mówiąc
poprawiają stabilizację temperatury w po−
mieszczeniu.
Dziś praktycznie każdy piec CO, fa−
chowo nazywany kotłem, wyposażony jest
w termoregulator. Jest to niezbędny waru−
nek w miarę oszczędnego ogrzewania
domu. W prostszych wykonaniach termo−
regulatory posiadają dwie nastawy tempe−
ratury którą mają stabilizować. Nastawy
„dzienna” i „nocna” zmieniane są ręcznie.
Bogatsze wersje posiadają zegar dobowy,
który automatycznie przełącza temperatu−
rę „dzienną” i „nocną”. Słowa: dzienna
i nocna piszę w cudzysłowiu, gdyż są to
pojęcia dość umowne. Temperatura „noc−
na” może bowiem oznaczać niższą tem−
peraturę także w dzień w czasie gdy do−
mownicy są w pracy i szkole. Nie ma wte−
dy potrzeby utrzymywać wysokiej tempe−
ratury pomieszczeń i ponosić kosztów
Rys. 1 Typowy układ sterowania pieca CO i przebieg temperatury w pomieszczeniu
Automatyzacja centralnego ogrzewania
15
Rys. 2 Zmodyfikowany układ sterowania pieca CO i przebieg temperatury w pomieszczeniu
dążenie producentów grzejników do mi−
nimalizacji pojemności wodnej. Po pew−
nym czasie jednak daje się zauważyć po−
wolne rozgrzewanie się pomieszczenia,
lecz wtedy temperatura jest najniższa i jej
wartość jest mniejsza od wartości dolne−
go progu histerezy.
Po fazie obniżania się temperatury na−
stępuje nagrzewanie się pomieszczenia.
Temperatura wzrasta, aż osiągnie wartość
górnego progu histerezy (20,5°C), kiedy to
następuje wyłączenie pieca CO. Rozgrza−
ne kaloryfery oddają jednak ciepło w dal−
szym ciągu (obszar C na wykresie). Na sku−
tek tego temperatura w pomieszczeniu
wzrasta i to znacznie w stosunku do górne−
go progu pętli histerezy. Wartość tego prze−
rzutu temperatury zależy w głównej mie−
rze od dwóch czynników. Jednym z nich
jest bezwładność cieplna pomieszczenia
a drugim temperatura czynnika grzejnego
czyli wody w kaloryferach. Im wyższa tem−
peratura wody na wyjściu z kotła tym prze−
rzut jest większy. Może on nawet osiągnąć
wartość 2°C. Po pewnym czasie kaloryfery
jednak wystygną i temperatura zacznie spa−
dać. Cały cykl powtarza się.
Na spadek temperatury poniżej dolne−
go progu histerezy nie ma w zasadzie żad−
nego rozwiązania. Z reguły spadek ten jest
niewielki i nie przekracza 0,5°C (z reguły
wartość spadku wynosi ok. 0,2°C). Jeżeli
jest większy świadczy to o zbyt małej wy−
dajności energetycznej pieca CO lub zbyt
małej mocy grzejników. Przerzut ponad
górną granicę pętli histerezy można jed−
nak dość prosto usunąć.
Wystarczy pomiędzy termoregulator
a piec włączyć układ pośredniczący, któ−
ry będzie włączał piec CO w chwili włą−
czenia się termoregulatora. Jednak po pew−
nym czasie mimo tego iż termoregulator
w dalszym ciągu jest włączony układ po−
średniczący wyłączy piec na zadany czas.
jest brak intensywnego przepływu powie−
trza w pobliżu termoregulatora, odpada
więc sąsiedztwo drzwi nawet wewnętrz−
nych. Dopiero miejsce spełniające powyż−
sze warunki zapewni właściwą pracę re−
gulatora i stabilną temperaturę w miesz−
kaniu
Opisany wcześniej termoregulator
z programatorem tygodniowym sprawiłem
sobie kilka lat temu do swojego, gazowe−
go pieca CO. Pod względem funkcjonal−
nym to niewielkie urządzonko bardzo
przypadło mi do gustu. Jednakże jakość
stabilizacji temperatury była wysoce nie−
zadowalająca. W domu odczuwało się na
zmianę ciepło i zimno.
Jak podawał producent, pętla histere−
zy regulatora powinna wynosić 0,5°C. Nie−
stety okazało się, że „zapomniano” dopi−
sać małego znaku ±, gdyż rzeczywista
pętla histerezy była większa i miała war−
tość 1°C pomiędzy górnym i dolnym pro−
giem regulatora. Oprócz tego na tempera−
turę w pomieszczeniu ma także jego po−
jemność cieplna i bezwładność systemu
grzewczego. Zachowanie takiego układu
spróbujemy prześledzić korzystając z ry−
sunku 1. Zamieszczono na nim typowy
układ sterowania pieca CO przy pomocy
termoregulatora. Natomiast na wykresie
poniżej przedstawiono przebieg tempera−
tury w pomieszczeniu.
Ustawiona na regulatorze temperatu−
ra ma wartość 20°C. Przy pętli histerezy
o szerokości 1°C górny próg przy którym
regulator wyłącza piec CO ma wartość
20,5°C, natomiast dolny, przy którym piec
jest włączany to 19,5°C. Na początku wy−
kresu w pomieszczeniu temperatura jest
nieco wyższa od nastawionej i piec pozo−
staje wyłączony (obszar A na wykresie). Na
skutek strat ciepła temperatura powoli ob−
niża się. Po przekroczeniu dolnego progu
pętli histerezy (19,5°C) piec zostaje włą−
czony (obszar B na wykresie). Mimo tego
temperatura w pomieszczeniu w pierw−
szych chwilach po włączeniu pieca spada
w dalszym ciągu. Jest to związane z bez−
władnością cieplną instalacji CO. Wszak
rozgrzanie wody i ogrzanie kaloryferów
wymaga pewnego czasu. Czas ten jest tym
krótszy im mniejszy jest zład, czyli ilość
wody mieszcząca się w instalacji. Stąd też
Rys. 3 Schemat ideowy układu pośredniczącego.
16
Automatyzacja centralnego ogrzewania
Rys. 4 Schemat elektryczny instalacji sterującej piecem CO ogrzewającym pomieszczenia i zasobnik ciepłej wody użytkowej
niż na parterze. Stosując kla−
syczne, czyli wspólne zasila−
nie obu kondygnacji bardzo
trudno jest uzyskać jednako−
we ogrzanie piętra i parteru.
Inną sytuacją będzie układ za−
silania pomieszczeń biuro−
wych i mieszkalnych z jedne−
go pieca CO. Godziny w któ−
rych poszczególne pomiesz−
czenia mają być ogrzane są
zdecydowanie różne.
Rozdzielenie obwodów za−
silania wymaga większych
przeróbek instalacji wodnej
i związanych z tym kosztów.
Lecz w przypadkach takich
jak przedstawione powyżej
inwestycja ta powinna się
zwrócić w ciągu jednego se−
zonu grzewczego. Ciężko jest
oszacować oszczędności wy−
nikające z tego rozwiązania gdyż w dużej
mierze zależą one od fizycznych właści−
wości ogrzewanego obiektu, są one jed−
nak dość duże i można je szacować na
nawet poziomie 20÷30% o komforcie nie
wspominając.
W takich przypadkach jak opisano moż−
na zastosować dwa kotły CO, co jednak jest
rozwiązaniem nieekonomicznym. Znacz−
nie tańsze jest rozdzielenie zasilania obu
różnych grup pomieszczeń i zastosowanie
jednego kotła. Do tego celu niezbędny jest
elektrycznie sterowany zawór trójdrożny.
Zawór taki stosowany jest często w instala−
cjach z piecem CO jednofunkcyjnym, któ−
ry oprócz centralnego ogrzewania służy tak−
że do podgrzewania zasobnika ciepłej
wody użytkowej. Schemat elektryczny ta−
kiej instalacji dla zaworu firmy Danfoss typ
HS3 przedstawiono na rysunku 4. Zawór
trójdrożny posiada jedno wejście wody
„AB” i dwa wyjścia „A” i „B”. Wejście wod−
ne zaworu połączone jest z wyjściem cie−
płej wody z pieca CO. Możliwe są trzy po−
zycje pracy zaworu. Woda doprowadzana
jest tylko do pierwszego wyjścia „A”, woda
doprowadzana jest równocześnie do obu
wyjść „A” i „B” oraz woda doprowadzana
jest tylko do drugiego wyjścia „B”. Pozwa−
la to na dowolne zasilanie instalacji.
W układzie sterowania zaworem wbu−
dowany jest miniaturowy silniczek prądu
zmiennego i sprężyna powrotna powodu−
jąca powrót zaworu do pozycji wyjściowej
przy braku zasilania „A”. Układ sterowania
wyposażony jest także w styki zwierane
w chwili ustawienia się zaworu na zadanej
Jeżeli po tym czasie temperatura w po−
mieszczeniu będzie zbyt niska układ po−
nownie włączy piec CO. Wyłączenie pie−
ca następuje z chwilą osiągnięcia górne−
go progu pętli histerezy. To proste rozwią−
zanie powoduje znaczne spłaszczenie
narastania temperatury w pomieszczeniu
dzięki czemu przerzut ponad górny próg
jest dużo mniejszy. W praktyce bez pro−
blemu można osiągnąć przerzut rzędu
0,2°C. Wartość przerzutu można w prosty
sposób regulować czasem przerwy w pra−
cy pieca CO wprowadzanej przez układ
pośredniczący. Cały cykl pracy pieca CO
z takim prostym układem przedstawiono
na rysunku 2.
Zatem można oczekiwać, że dla ter−
moregulatora o pętli histerezy 1°C waha−
nia temperatury w pomieszczeniu nie po−
winny być większe niż 1,5°C. Natomiast
dla regulatora o pętli histerezy 0,5°C wa−
hania będą na poziomie 1°C. Jest to war−
tość w pełni zadowalająca i praktycznie
niewyczuwalna przez człowieka.
Zmniejszenie wahań temperatury
oprócz poprawy komfortu cieplnego pro−
wadzi do zmniejszenia zużycia gazu lub
oleju opałowego. Dzieje się tak na skutek
niższej średniej temperatury w pomieszcze−
niu (mniejsze przerzuty). W naszych wa−
runkach klimatycznych obniżenie zimą
średniej temperatury o 1°C prowadzi do
obniżenia zużycia paliwa o 7÷10%, co jest
wartością niebagatelną. Zaletą tego rozwią−
zania jest także fakt braku ingerencji w piec
CO i układ termoregulatora. Modyfikowa−
ne jest tylko sterowanie piecem. Na obu
rysunkach 1 i 2 celowo „przerysowano”
wartości przerzutów temperatury, co miało
na celu lepsze zilustrowanie problemu.
Schemat układu pośredniczącego
przedstawiono na rysunku 3. Jest to prosty
tajmer zerowany przez rezystor R2.
Z chwilą zwarcia styków w termoregula−
torze na wejście zerujące (nóżka 4) tajme−
ra zostaje podane napięcie zasilania i układ
rozpoczyna generację impulsu, którego
czas trwania zależy od wartości elemen−
tów R1 i C1. Wtedy też zostaje zwarty prze−
kaźnik Pk1 włączający piec CO. Po od−
mierzeniu zadanego czasu rzędu 3 minut.
Tajmer wyłącza piec CO na czas zależny
od wartości elementów P1 i C1. Czas ten
można regulować w szerokich granicach
od ok. 3 minut do zera przy pomocy po−
tencjometru P1. Następnie piec jest po−
nownie włączany na okres 3 minut.
W dowolnej chwili piec CO może zo−
stać wyłączony przez termoregulator.
W chwili gdy styki termoregulatora roze−
wrą się tajmer zostanie natychmiast wy−
zerowany przez rezystor R2 zwierający
wejście zerujące do masy.
Drugim rozwiązaniem pozwalającym
zaoszczędzić na paliwie i zwiększyć so−
bie komfort cieplny jest rozdzielenie in−
stalacji CO na dwa niezależnie sterowane
obwody. Rozwiązanie tego typu zalecane
jest szczególnie tam gdzie występuje więk−
sza liczba pomieszczeń o różnych stratach
cieplnych, lub czas ogrzewania różnych
pomieszczeń jest inny. Klasycznym przy−
kładem jest dwupiętrowy domek jednoro−
dzinny. Straty ciepła na piętrze są większe
Automatyzacja centralnego ogrzewania
17
Rys. 5 Schemat układu elektronicznego sterującego piecem CO i zaworem trójdrożnym
10 sek. Po zakończeniu cyklu robocze−
go zaworu i ustawieniu się w pozycji
przepływu „B” na jego wyjściu elektrycz−
nym (przewód pomarańczowy) pojawi
się napięcie, które zostanie doprowadzo−
ne do pieca CO włączając go. Ciepła
woda popłynie do drugiego układu
grzewczego. Opóźnienie we włączaniu
pieca zapobiega kierowaniu ciepłej
wody do drugiego obwodu grzewczego,
co także przyczynia się do niewielkich
oszczędności.
Natomiast gdy włączeniu ulegną oba
termostaty, przy czym nie jest istotne czy
nastąpiło to równocześnie czy też wcze−
śniej jeden z termostatów był włączony,
zasilone zostaną wyjścia B i KP. Powoduje
to włączenie pieca CO i ustawienie się za−
woru na pozycji „A” I „B” przy której zasi−
lane są dwa ogrzewane obwody równo−
cześnie. Jeżeli wcześniej był włączony ter−
mostat T2 zawór cofnie się do pozycji „A”
i „B”. Natomiast gdy wcześniej był włą−
czony termostat T1 zawór wykona tylko
ćwierć obrotu także do pozycji „A” i „B”.
W tym przypadku nie ma żadnego opóź−
nienia przy włączaniu pieca CO.
Z uwagi na to, że zawór trójdrożny
znajduje się w pozycji spoczynkowej „A”
termostat T1 i obwód ogrzewania w wyj−
ścia „A” zaworu powinny być doprowa−
dzone do pomieszczenia które jest ogrze−
wane częściej i więcej. Uniknie się wte−
dy niepotrzebnego kręcenia zaworem.
Niezwykle istotne jest właściwe pod−
łączenie wyjścia układu do pieca CO.
Z reguły jedno z wejść sterujących pieca
znajduje się na potencjale zera robocze−
go (N), a na drugie podaje się napięcie fa−
zowe (R). Nie wolno pomylić ze sobą tych
wejść, gdyż w przeciwnym wypadku do−
prowadzi się do zwarcia.
Opisany układ został praktycznie
sprawdzony w piecu CO firmy Beretta typu
IDRA Exclusive 20 i działa w nim niena−
gannie od trzech lat. W układzie wodnym
pozycji. Dzięki temu piec CO zostaje włą−
czony dopiero po zakończeniu ruchu ro−
boczego zaworu i ogrzana woda płynie
w ustawionym kierunku. Wszystko to
umożliwia bardzo proste i zgrabne rozwią−
zanie sterowania zaworu. Ponadto zawór
posiada ręczną dźwignię sterowania po−
zwalającą ustawić go w pozycji przepływu
na oba wyjścia równocześnie „A” i „B”.
Zadaniem układu sterującego dwoma
obwodami zasilania centralnego ogrzewa−
nia jest takie ustawianie zaworu aby piec
mógł ogrzewać każdy z obwodów oddziel−
nie jak też oba obwody równocześnie.
Krótko mówiąc układ elektroniczny musi
realizować sumę logiczną sygnałów
z dwóch odrębnych termoregulatorów.
Schemat takiego rozwiązania pokazano na
rysunku 5.
Styki termoregulatorów mogą zwierać
ze sobą wejścia T1A, T1B i T2A, T2B. Gdy
włączy się pierwszy termoregulator T1,
włączeniu ulega przekaźnik PK2 co jest
sygnalizowane zapaleniem diody D4. Na−
pięcie zasilania – faza sieci zostanie do−
prowadzona przez połączenie KP bezpo−
średnio do pieca CO. Nie spowoduje to
zmiany ustawienia zaworu trójdrożnego,
który pozostanie w pozycji spoczynkowej
„A”, a tylko włączenie pieca CO. Ciepła
woda popłynie od razu do
grzejników.
W sytuacji kiedy włączo−
ny zostanie tylko drugi ter−
moregulator T2 włączy się
przekaźnik PK1, co jest sy−
gnalizowane zapaleniem się
diody D2. Wtedy napięcie
sieci zostanie doprowadzone
do wyjścia B uruchamiając
zawór trójdrożny. Zawór za−
cznie obracać się co trwa ok.
Rys. 6 Schemat blokowy połączenia termoregulatorów, układów
pośredniczących i układu sterowania zaworem trójdrożnym
18
Automatyzacja centralnego ogrzewania
ślepce wywiercono dwa otwory na diody
sygnalizujące aktualne położenie zaworu
trójdrożnego. Płytka drukowana przymo−
cowana jest do czterech kołków znajdu−
jących się po wewnętrznej stronie panelu
sterującego w piecu CO stroną elementów
do wnętrza pieca (widać to na zdjęciu).
Diody LED montowane są po stronie dru−
ku. Układy pośredniczące wykonano póź−
niej i dlatego znajdują się one na odręb−
nych płytkach drukowanych umieszczo−
nych w innym miejscu.
Oczywiście w konkretnym układzie
ogrzewania można zastosować każdy
z opisanych w artykule układów osobno.
O tym decydują potrzeby. Na koniec po−
zostaje mi tylko życzyć ciepłych dni w cza−
sie gdy za oknem będzie hulał zimowy
mroźny wicher.
Wykaz elementów:
sterowanie zaworem
Półprzewodniki
D1, D3
– LED
D2, D4
– 1N4148
PR1
– GB 008 1 A/100 V
Rezystory
R1, R2
– 1 k
W
/0,25 W
Kondensatory
C1
– 470
m
F/25 V
C2÷C4
– 100 nF/50 V ceramiczny
Inne
TR1
– TS 2/15
Pk1, Pk2
– RM 81/12 V
B1
– WTAT 1A/250 V
płytka drukowana numer 604
Wykaz elementów:
układ pośredniczący
Półprzewodniki
USA
– 555 wersja CMOS
DA
– 1N4148
Rezystory
RA
– 22 k
W
/0,125 W
RB
– 510 k
W
/0,125 W
PA
– 470 k
W
TVP 1232
Rys. 7 Płytka drukowana i rozmieszczenie elementów
Kondensatory
zastosowano zawór trójdrożny firmy Dan−
foss typu HS3. Na rysunku 5 opisano ko−
lory przewodów wychodzących z zaworu
trójdrożnego tego właśnie typu.
Oprócz tego termostaty można wypo−
sażyć w układ pośredniczący opisany
wcześniej. Schemat tego układu zamiesz−
czono także na rysunku 5. W stosunku do
układu z rysunku 3 tajmery nie posiadają
na wyjściach przekaźników, gdyż ich funk−
cję spełniają przekaźniki znajdujące się
w obwodzie sterowania zaworem trójdroż−
nym. Schemat blokowy połączenia termo−
regulatorów, układów pośredniczących
i układu sterowania zaworem zamieszczo−
no na rysunku 6.
Płytka drukowana układu sterowania
zaworem została zaprojektowana tak aby
można ją było zamontować w opisanym
wyżej piecu CO. Mieści się ona za zaślep−
ką przeznaczoną do zamontowania ukła−
du włącznika czasowego, w której to za−
CB
– 40 nF/50 V ceramiczny
CA
– 470
m
F/16 V
płytka drukowana numer 604
Płytki drukowane wysyłane są za zalicze−
niem pocztowym. Płytki można zamawiać
w redakcji PE.
Cena: płytka numer 604
9,90 zł
+ koszty wysyłki (10 zł).
−
à
Ryszard Jagielski
Plik z chomika:
w_karol
Inne pliki z tego folderu:
dzwonek słowik2.jpg
(80 KB)
pozytywka_pcb.gif
(25 KB)
pozytywka schemat.jpg
(73 KB)
dzwonek_słowik.gif
(6 KB)
regulator temperatury JABEL J-202.pdf
(264 KB)
Inne foldery tego chomika:
Pliki dostępne do 21.01.2024
!Anna
@@@ 432Hz-Solfeggio
▶ PRAWO, DRUKI, PISMA PROCESOWE
►Uważaj na oszustwa◄
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin