СТРОИМ УМНЫЙ ДОМ

Часть 6. Управление отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха.

Многие из нас помнят ситуации, когда приходилось на рабочем месте кутаться в сто одежек, судорожно обнимая чашку с горячим чаем, или полдня искать малейшие дуновения воздуха между настежь открытыми окнами, перекрикивая в телефонную трубку шум проезжающих по улице машин. Конечно же, это крайности, но они отчетливо демонстрируют, насколько важны для продуктивной и безопасной работы комфортная комнатная температура и качество воздуха. В этой статье мы рассмотрим, что предлагает технология EIB для решения этих задач.

Проектирование системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) для нашего офиса оставим специалистам. Нас же интересуют способы управления и варианты соответствующего EIB-оборудования.

 

Управление отоплением

В реализации задач управления отоплением участвует следующее оборудование:

Ø      комнатные температурные контроллеры;

Ø      датчики комнатной и наружной температуры;

Ø      сервопривод для термостатических головок;

Ø      котельное оборудование с блоком автоматики и насосными группами.

Рассмотрим подробнее каждое из них.

Комнатный температурный контроллер. Используется как двухуровневый или непрерывный (PI-контроллер) регулятор для процессов нагревания или охлаждения, для нагрева и охлаждения, а также для двухступенчатого нагрева или охлаждения. Прикладная программа контроллера сравнивает текущее значение температуры в комнате (датчик температуры интегрирован в контроллер) с заданным значением и вычисляет необходимое управляющее воздействие, которое передается исполнительному механизму как команда переключения "включить-выключить" или как команда позиционирования 0-100%.

Интерфейс с пользователем представлен пятью светодиодами, отображающих текущий режим работы, кнопкой переключения режимов "комфортный/ночной/дежурный" и вращающимся механизмом подстройки заданного значения температуры для текущего режима.

Рисунок 1.

Контроллер поддерживает 5 основных режимов, для каждого из которых задаются определенные значения (уставки) температуры:

Ø      "комфортный" - контроллер стремиться привести температуру в комнате к текущей уставке, образованной уставкой режима и ее подстройки в пределах от -5 до +5 Кельвина. Уставка режима может быть изменена в процессе работы. Это используется для адаптации комнатной температуры к температуре наружного воздуха (летняя компенсация).

Ø      "дежурный" - в этом режиме на непродолжительное время (люди вышли из помещения) температура понижается при обогреве и повышается при охлаждении комнаты на определенную величину, например, на 2 градуса. Это приводит к экономии энергии. В то же время, по возвращению людей, помещение может быстро перейти в комфортный режим за счет небольшой разницы между заданными значениями температур "дежурного" и "комфортного" режимов.

Ø      "ночной" - в этом режиме температура понижается при обогреве и повышается при охлаждении комнаты на определенную величину, например, на 4 градуса. Этот режим используется при продолжительном отсутствии людей в помещении, например, в нерабочее время.

Ø      "защита от переохлаждения/перегрева" - используется для отключения нагрева или охлаждения при достижении критических значений температуры. Открытие окна, которое отслеживается контроллером, вызывает переход в режим "защита от переохлаждения" при нагреве или "защита от перегрева" при охлаждении.  В режиме "защита от переохлаждения" заданное значение комнатной температуры понижается, например, до +7°С, а в режиме  "защита от перегрева", например, до +35°С. Такое изменение заданного значения вызывает немедленное закрытие соответствующего вентиля в контуре нагрева или охлаждения. При закрытии окна контроллер возвращается в предыдущий режим.

Ø      "точка росы" - охлаждение отключается при появлении сигнала тревоги от детектора точки росы.

Режимы могут переключаться дистанционно по EIB-шине от пультов и программ визуализации.

Ряд моделей контроллеров обеспечивают подключение датчика открытия окна и датчика движения. 

Датчики температуры. Каждый контроллер комнатной температуры имеет встроенный датчик температуры. Датчики наружной температуры выполняют измерения в пределах от -30°С до +70°С. Как правило, они входят в состав погодной станции - EIB-устройства, к которому подключаются датчики наружной температуры, освещенности, ветра и дождя.

              

Рисунок 2. Датчик температуры Рисунок 3. Датчик дождя  Рисунок 4. Датчик ветра

Сервопривод для термостатических головок. В настоящее время на рынке можно найти 2 категории таких изделий:

1)      с поддержкой EIB-интерфейса, например, изделия компаний Heimeier (см. рис.5) или Oventrop. Они устанавливаются на каждый радиатор и имеют встроенные интерфейсы с шиной EIB. Как правило, дополнительное питание для таких моделей не требуется.

Рисунок 5. EIB-совместимый сервопривод.

2)      стандартные сервоприводы, требующие обеспечения электропитания и дополнительных модулей сопряжения с шиной EIB. Достоинством таких моделей является их доступность и  возможность одновременно управлять несколькими радиаторами от одного модуля сопряжения с шиной EIB.

Котельное оборудование. Почти стандартный состав оборудования многих производителей котельного оборудования (Viessmann, Bosch Thermotechnic, Buderus и др.) выглядит таким образом: котел, контроллер котла и коммуникационный контроллер для удаленной диагностики и управления. Поддержка в коммуникационном контроллере интерфейса с шиной EIB позволяет легко интегрировать подсистему отопления в общую систему управления сооружением. Основные функции, которые поддерживаются при этом, следующие (на примере изделия Vitocom 200 тип EIB /Viessmann/):

1.      корректное включение/выключение установки;

2.      мониторинг состояния оборудования;

3.      формирование начальных установок;

4.      переключение режимов работы.

На рис. 6. показана схема подсистемы отопления с учетом различных вариантов реализации управляющих команд комнатных контроллеров. Для нашего офиса вполне подошел бы такой вариант:

-         в помещениях 4 и 6 температурный контроллер смонтирован на стене с дверью в кабинет 7 и на радиаторах установлены электротермические клапаны, подключенные к одному каналу модуля бинарного выхода;

-         аналогичное оборудование установлено в комнате отдыха 8;

-         в кабинете 7 установлены: температурный контроллер, EIB-сервопривод на радиаторе;

-         радиаторы с термостатическими головками без подключения к EIB-шине устанавливаются в холле 1, санузле 2 и кухне 3.   

Рисунок 6. Схема EIB-версии подсистемы отопления

Функционирование такой инсталляции могло бы быть таким. К приходу уборщицы все помещения офиса из "ночного" режима переходят в "дежурный". К началу рабочего дня в "комфортный" режим переходят помещения 1,2,3,4,6,7. Комната отдыха 8 переводится в "комфортный" режим при необходимости вручную. Хозяин кабинета 7 может самостоятельно управлять температурными режимами с учетом своего присутствия или желания. К концу рабочего дня, т.е. к 18-00, помещения автоматически переводятся в "дежурный режим", а к 19-30 в "ночной". Если в этом промежутке в офисе задержались люди, то они могут воспользоваться ручным управлением для создания необходимого им комфорта. Таким же образом они могут поступить, когда есть необходимость задержаться в офисе до 22-00 (вечеринка). Помещения переводятся в "ночной" режим автоматически в установленное время или вручную, если люди покидают офис до того.

Над входной дверью целесообразно установить тепловую завесу, которая будет отсекать наружный холодный воздух зимой и горячий воздух летом при открытой двери. Управление работой такой завесы можно также возложить на EIB-инсталляцию.

Для организации работы по временным программам мы можем использовать EIB-устройства, называемые временными переключателями. Обычно это двух или четырех канальные таймеры, которые работают по нескольким программам (годовая, недельная, суточная, конкретная дата, диапазон дат) с учетом перехода на зимнее/летнее время.

        

Управление вентиляцией и кондиционированием воздуха (ВКВ)

Наиболее гибкие возможности по управлению имеет система типа "fan coil" (см. рис.6). Мы можем для каждого помещения индивидуально управлять температурой воздуха и режимами вентиляции. При этом можно отказаться от водяного отопления. До последнего времени в рамках EIB-инсталляции подобное управление было достаточно дорогим и громоздким, но ситуация резко изменилась с появлением специализированных модулей (например, производства компании BREEZA). В то же время мне пока не известны EIB-модули для управления работой холодильной машины.

При использовании split-систем мы столкнулись с серьезной проблемой - бытовые и полупромышленные модели большинства производителей не имеют аппаратных средств стыковки с внешней по отношению к ним системой управления. Это делает практически невозможным подключение таких устройств к EIB-инсталляции без вмешательства во внутренности их блока управления.

В системе вентиляции мы можем легко управлять вентиляторами, контурами нагрева наружного воздуха и заслонками. На сегодняшний день уже существует достаточно технических средств для этого, начиная от многочисленный сервоприводов и заканчивая специализированными датчиками CO₂, смешанных газов (продукт курения), влажности и др. Уже появились EIB-версии таких устройств, например, Landis & Staefa предлагает комплект оборудования для управления микроклиматом в помещении.

В нашем офисе целесообразно выделить три отдельные зоны: кабинет, комната отдыха, помещения 4 и 6. Для первых двух зон имеет смысл предусмотреть возможность подстройки режима с помощью ИК-пульта. Эти помещения являются зонами курения и в них необходимо установить соответствующие датчики, по показаниям которых запускается вытяжная вентиляция.

Вентиляция в кухне и санузле включается при появлении людей и выключается через некоторое время после их ухода.

В нерабочее время подсистема ВКВ не работает. С приходом уборщицы включается вентиляция, чтобы удалить запахи моющих средств. Система охлаждения включается заранее, чтобы к началу рабочего дня  обеспечить необходимые температурные условия.

 

 

 

Не комфортом единым…

Опыт реализации EIB ориентированных систем ОВКВ показал интересные результаты по экономии энергии. По комнатное управление отоплением с учетом использования помещения дает возможность сэкономить до 30% энергии, затрачиваемой на подготовку теплоносителя. Гибкое управление вентиляцией и кондиционированием воздуха с учетом процессов, протекающих в помещении, обеспечивает до 50% экономии энергии, необходимой для подготовки температуры воздуха и осуществления воздухообмена. Это достаточно серьезные показатели, потому что в энергетическом балансе сооружения затраты на ОВКВ занимают доминирующее положение.

 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

1.      Техническое описание "Building Management Systems with Siemens instabus EIB. Technical Manual 2000".

2.      Технические описания EIB продукции компаний SBT Landis & Staefa,.

3.      Техническая документация компании Viessmann.