Коллектор водяных теплых полов с автоматическим зональным регулированием
Чуть не изобрел «велосипед» для регулирования теплого пола, но вовремя остановился.
Все началось с необходимости регулирования температуры в помещении с водяным теплым полом.
Теперь из одного смесительного узла выходит несколько петель в разные помещения. Как управлять теплым полом из каждого помещения?
До сих пор имел опыт с оборудованием для управления водой в противопожарных системах, поэтому начал копать в сторону моторизированных задвижек и соленоидных клапанов.
Промышленное сертефицированное оборудование тут не нужно, поэтому обратился на AliExpress.
Управление теплым полом при помощи моторизированного крана.
Особенностью управления сервоприводом шарового крана является необходимость применения комнатного термостата с перекидными контактами для выдачи напряжения на привод в оба направления движения: открыть/закрыть.
Также надо учитывать что привод может вращать кран достаточно шумно.
Вот такой шаровый кран с электроприводом будет в самый раз:
Вот только неизвестно: сколько циклов открывания/закрывания выдержит этот шаровый кран, ведь он будет все время менять положение под действием управляющих сигналов комнатного термостата.
Управление теплым полом при помощи соленоидного клапана.
Практика применения водяного теплого пола в моем случае показывает, что клапан большую часть времени будет закрыт, чем открыт. Поэтому выбираем нормально закрытый соленоидный клапан.
Стоимость соленоидных клапанов начинается от 500р.
Вероятно, подходящим для регулирования воды в контуре теплого пола будет клапан, стоимостью от 1500р.
Катушка такого клапана имеет класс то-ли B, то-ли H.
В спецификации явно указано, что этот соленоидный клапан для горячей воды и катушка способна непрерывно работать длительное время.
Можно выбрать предельную температуру 80 или 120 градусов.
Прозрачная вилка для катушки внутри имеет светодиод, сигнализирующий подачу питания.
Но есть подозрение что нужно все-таки выбирать соленоидный клапан с энергосберегающей катушкой класса F. Стоит такой клапан больше 3200р.
В общем, с соленоидными клапанами пришлось ознакомится подробно.
Чтобы труд не был напрасным родился обзор Соленоидные клапана с AliExpress.
Управление теплым полом при помощи коллектора с моторизированными головками.
Стоимость электрофицированной головки до 500р.
Это перечеркивает смысл применения для регулирования теплого пола моторизированные краны и соленоидные клапана, даже с учетом стоимости коллектора.
Вот как будет выглядеть коллектор со смесительным узлом TIM TH-1036:
Воздухоотводчики со сливными кранами на правых окончаниях коллектора не нужны, а вместо них лучше поставить байпас «TIM M307-4» для исключения работы насоса в закрытые клапана.
Коллекторная группа на 5 ходов TIM KD005 будет стоит 4500р.
Стоит ли изготавливать коллектор самому с использованием моторизированных шаровых кранов, соленоидных клапанов или каких нибудь еще средств регулирования?
Автоматическое регулирование напольного отопления. Часть 2
Если рассмотреть классическую схему простого автоматического управления комбинированной системой отопления (рис. 1), в которой комнатные термостаты управляют сервоприводами термостатических клапанов коллекторных блоков, то возникает вопрос: что случится, когда все клапаны окажутся закрытыми?
Рис. 1. Регулирование комбинированной системы отопления с помощью комнатных термостатов и сервоприводов
Очевидно, что в этой ситуации откроются перепускные клапаны на контурах и теплоноситель будет циркулировать по малым циркуляционным кольцам через байпасы. При этом насосы будут расходовать электроэнергию впустую. Если же контуры не оборудованы байпасами с перепускными клапанами, то циркуляционные насосы будут работать «на закрытую задвижку», тратя энергию только на нагрев самих себя и теплоносителя в ограниченном пространстве. Циркуляционные насосы VT.RS оборудованы встроенными датчиками перегрева, которые отключат насос при нагреве обмотки статора свыше 150 °С, однако это является аварийным режимом, и его регулярное повторение всё-таки приведёт к межвитковому замыканию обмоток.
В насосно-смесительном узле VT.DUAL на этот случай предусмотрен предохранительный термостат, который отключает насос при достижении заданной пользователем температуры (от 30 до 90 °С), но у остальных узлов такого термостата нет.
Для предотвращения работы насоса «вхолостую» и «на закрытую задвижку», а также для удобной увязки работы сервоприводов с остальным оборудованием системы отопления разработан зональный коммуникатор VT.ZC8 (рис. 2).
Рис. 2. Зональный коммуникатор VT.ZC8
К коммуникатору подводятся провода от каждого комнатного термостата, и он передаёт принимаемые сигналы на соответствующий сервопривод или группу сервоприводов. При отсутствии запроса на отопление (все термостатические клапаны коллектора находятся в закрытом положении), коммуникатор отключает циркуляционный насос или теплогенератор (в зависимости от тепломеханической схемы системы).
Коммуникаторы выпускаются двух типов: для сервоприводов с питающим напряжением 24 и 220 В.
Рис. 3. Пример схемы подключения коммуникатора VT.ZC8
Назначение клеммных пар, переключателей и светодиодов в коммуникаторе следующее (рис. 3):
К1 – подача электропитания (220 В или 24 В в зависимости от модификации коммуникатора;
К2–K9 – подключение комнатных термостатов. К одному коммуникатору можно подключить восемь термостатов;
J1–J8 – переключатели передачи сигнала. В положении OFF управляющий сигнал передаётся на клеммную пару управления сервоприводами, расположенную напротив (K2–K13–C1; K3–K14–C2 и т.д.). В положении ON сигнал на клеммную пару управления сервоприводами передаётся от соседнего (расположенного cлева) термостата. Это позволяет одним термостатом управлять сразу несколькими сервоприводами. Например, на рисунке 3 сервоприводами С2, С3 и С4 управляет один термостат Т2 через клеммную пару К3, а сервоприводами С5, С6 и С7 управляет термостат Т3 через клеммную пару К6;
К10 – передаёт питание на соседний коммуникатор при объединении их в группы (рис. 4);
К11 – при объединении нескольких коммуникаторов принимает информацию о состоянии сервоприводов от соседнего коммуникатора для управления циркуляционным насосом;
К12 – управление циркуляционным насосом. При подаче команды закрытия сервоприводов на всех клеммных парах насос отключается;
К13–K20 – подключение сервоприводов термостатических клапанов коллектора;
J9–J16 – переключатели типа сервопривода. В положении OFF подключаются нормально закрытые приводы, в положении ON – нормально открытые;
К21 – передача информации о состоянии сервоприводов на соседний коммуникатор при объединении их в группы (рис. 4);
G1 – переключатель принудительного отключения насоса (ON – насос включён для управления коммуникатором; OFF – насос принудительно выключен);
S1–S8 – индикаторы горят при подаче питания на привод;
S9 – индикатор горит при подаче питания на клеммную пару K1;
S10 – индикатор горит при включённом циркуляционном насосе.
Рис. 4. Схема соединения двух коммуникаторов
Система водяного теплого пола: особенности, управление
В нашей стране системы напольного отопления появились сравнительно недавно, и длительное время оставались нестандартным способом отопления и одним из признаков состоятельности. Сегодня же они получили повсеместное распространение в сфере частного загородного домостроения, как в комбинированных системах отопления, так и в качестве альтернативы радиаторам. В обоих случаях наиболее востребован водяной теплый пол, при помощи специалиста компании Uponor и участников нашего портала разберемся, на чем основан все возрастающий спрос на эти системы и как их автоматизировать.
Почему так популярны теплые полы
Главным отличием систем водяного теплого пола от радиаторных является не столько скрытая прокладка контура с теплоносителем, хотя и это база для массы преимуществ, сколько пониженная температура теплоносителя. В европейских странах эти системы успешно прошли проверку временем – более полувека даже в северной части континента именно их используют в качестве основного источника тепла. Естественно, такой выбор обусловлен исключительно практичностью, а не менталитетом.
Ввиду особенностей напольных систем, можно сказать, что они экономичны, экологичны и эстетичны. Низкотемпературные системы поверхностного отопления вырабатывают мягкое лучистое тепло и воздействуют напрямую на человека, без промежуточного прогрева воздушных масс в помещении. Это позволяет снизить температуру в комнатах, при этом сохранить необходимый уровень комфорта и снизить затраты на отопление.
И речь не только о комфорте, но и о предпочтительном микроклимате.
Тепло, излучаемое теплым полом, воспринимается во много раз лучше конвекционного. Это обусловлено биологическим строением нашего тела. По результатам исследований ученых, ощущение комфорта и тепла возникает у человека тогда, когда температура на уровне его ног несколько выше температуры уровня его головы. Оптимальное состояние, когда температура поверхности пола составляет от 20 до 29°C, а на уровне головы – от 19 до 24°C.
Кроме того, что «в здоровом теле здоровый дух», отопление теплым полом еще и выгодно.
Напольное отопление выбирают и чтобы эстетику сохранить, особенно, когда остекление панорамное, и чтобы «ноги в тепле, а голова в холоде», и в надежде с годами остаться в плюсе. Эффективность же водяного теплого пола доказана практикой – основная масса построенных или реконструированных загородных домов сегодня отапливается преимущественно комбинированной системой, теплый пол и радиаторы, либо только теплым полом. Мало того, подобными системами в качестве единственного источника тепла начали оснащать и многоэтажные дома в жилых комплексах.
Чтобы повысить уровень комфорта жильцов, создать оптимальный микроклимат и сократить затраты на отопление, для одного из ЖК в Санкт-Петербурге была выбрана система водяного теплого пола. В среднем, это позволило снизить потребление энергии в квартирах на 20 %.
Для максимальной отдачи системы укомплектованы управляющей автоматикой.
Основная же масса проблем, приписываемых водяному теплому полу (зебра, горячо/холодно, протечки и т. д.), связана не с недостатками системы как таковой, а с ошибками при проектировании, некачественными комплектующими или нарушениями технологии монтажа.
Хватит ли теплого пола, чтобы отопить дом
Как чисто не там, где чаще метут, а там, где не сорят, так и тепло не там где сильнее топят, а там, где теплопотери меньше. Чтобы температура в доме была комфортной для жильцов, подача тепла должна покрывать его отток через ограждающие конструкции. В домах предыдущего поколения этого добивались преимущественно за счет увеличения мощности и просто сильнее «кочегарили» печи или котлы. Теперь с такой системой можно в прямом смысле «вылететь в трубу» на счетах за энергоносители, и все силы брошены на сокращение оттока. А в домах с герметичным контуром тип отопительной системы практически не играет роли, так как за счет утепления теплопотери минимальны и для их восполнения может быть достаточно и обогрева только полом. Однако в каждом конкретном случае необходим точный теплотехнический расчет с учетом индивидуальных параметров дома.
Поддерживать комфортную температуру в доме – задача всей, правильно спроектированной системы отопления. Если по тепловому расчету выходит так, что теплого пола, с нормированной температурой поверхности, хватает для достижения комфортной температуры, значит, больше ничего не нужно. Если нет, то необходимо добавить другие отопительные приборы.
Управление отоплением. Часть 2. Покомнатное регулирование. Теплый пол.
Все описанные принципы управления верны для любой системы отопления, где в качестве исполнительных механизмов используется любое электрооборудование (насосы, приводы) с двухпозиционным режимом работы вкл/выкл.
Т.к. система автоматического регулирования не может существовать без объекта регулирования, первая часть статьи будет посвящена основным принципам проектирования внутрипольного отопления (укладке труб), поддающейся корректной автоматизации. Вторая часть – собственно автоматизации.
Часть 1.1. Деление на зоны.
Предположим у нас есть одноэтажный дом, в нём восемь помещений – котельная, прихожая, холл, кухня-гостиная, спальня №1, спальня №2, два санузла.
Система отопления – только теплый пол.
Используя знания о комнатных термостатах, у нас есть два пути решения вопроса автоматизации:
1. Установить всего один термостат в одном выбранном помещении (например, гостиная) и управлять котлом или циркуляционным насосом – автоматически будет включаться/выключаться отопление во всём доме. Но гарантировать комфортную температуру можно только в помещении, где установлен термостат.
Этот вариант прост и недорог. Если мощность отопительных приборов во всех помещениях будет в одинаковом соотношении с теплопотерями этих помещений, значит, комфорт обеспечен и миссия выполнена.
2. Разделить этаж на зоны, в каждую зону установить отдельный комнатный термостат и управлять отдельными контурами теплого пола в помещениях независимо друг от друга. В каждом помещении (зоне) автоматически будет поддерживаться свой температурный режим. Рекомендуется делать не больше 6-8 зон на один коллектор теплого пола.
Пример деления этажа на зоны
План этажа с делением на зоны
Часть 1.2. Укладка трубы теплого пола
Если покомнатная автоматизация в принципе не планируется, то труба теплого пола монтируется в один слой с поддержанием проектного шага укладки трубы, как показано на схеме ниже.
Пример укладки трубы в один слой без разделения этажа на зоны. Не подходит для покомнатного регулирования.
Это самый простой и быстрый способ укладки трубы. Минус в том, что трубопроводы, идущие в дальние помещения (в спальни) отапливают транзитом помещения, через которые проходят. Если термостат один на этаж, проблем нет, т.к. пол прогревается равномерно, но если применить покомнатное управление, в некоторых местах появится эффект «зебры» (в нашем случае в холле и в спальне №1). Одно помещение работает, второе не работает, третье работает. Шаг влево – ногам тепло, шаг вправо – ногам холодно.
Этой ситуации необходимо избегать и монтировать подводящие трубопроводы либо по периметру транзитных помещений в теплоизоляции, либо в нижнем слое пирога теплого пола – в слое пеноплекса, как показано на примере ниже.
Укладка трубы теплого пола для системы покомнатного регулирования.
Часть 2.1 Прокладка кабеля
На этапе черновых работ в каждом помещении (зоне) закладывается подрозетник под будущий термостат и прокладывается провод от подрозетника до коллектора теплого пола. Оптимальный провод — ПВС 3х0,75мм. Вблизи коллектора теплого пола предусматривается кабель питания 220В под мощность нагрузки 100-200Вт.
Пример расстановки комнатных термостатов
Основное правило для выбора места установки термостата в помещении – отсутствие внешних факторов, влияющих на измерение температуры. Монтаж только на внутренних перегородках здания на высоте 1,2-1,5м от чистового пола, без попадания прямых солнечных лучей, вдали от печей/каминов, радиаторов отопления, ламп накаливания, тепловыделяющих бытовых приборов, сквозняков. Удобно располагать термостат выше группы выключателей при входе в помещение: выключатели на высоте 90см от пола, термостаты выше — 120-150 см.
Дополнительно в некоторых помещениях можно заложить гильзу под датчик стяжки и вывести гильзу в подрозетник термостата. Термостат с подключенным к нему датчиком стяжки позволит ограничить верхнюю и нижнюю температуру поверхности пола. В нашем примере рекомендуется заложить гильзы в гостиной и сан.узле для возможности создания наиболее комфортных условий.
Всё, на этом можно остановиться. После заливки стяжки для запуска системы отопления используется любой из имеющихся подрозетников — устанавливается всего один термостат для управления котлом или насосом в составе насосно-смесительной группы теплого пола. До окончания строительства/ремонта этого достаточно.
Коллектор теплого пола(слева внизу)- пучок проводов от термостатов и один кабель с питанием 220В под будущую систему автоматизации.
В дальнейшем можно вообще не устанавливать термостаты в каждой зоне, если в доме и так комфортно. Главное — наличие возможности.
Часть 2.2 Монтаж системы покомнатного регулирования
Требуется следующее оборудование:
Подключаются к заранее проложенному кабелю из помещения к коллектору теплого пола.
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. К проложенному ранее кабелю ПВС 3х0,75 для питания термоприводов или бытовых насосов можно подключить любой термостат, соблюдая ограничение по максимальному току.
Различные варианты клемм термостата. GA — перекидной контакт с 230В, GB — подключение нагрузки 230В (эл. теплые полы), GC — «сухой» NO контакт
В большинстве случаев используются термоприводы 230В нормально закрытые: при отсутствии напряжения привод закрыт, расход теплоносителя в контуре теплого пола равен нулю, при наличии напряжения привод открывается, контур начинает работать..
Схема подключения сервопривода
Термостат подключается как обычный выключатель в разрыв фазного провода термопривода. Если есть необходимость нагрева — цепь замкнута, если помещение нагрелось до заданной температуры – цепь разомкнута
Коммутацию приводов и термостатов можно выполнить в монтажной коробке вблизи коллектора любым удобным способом, соблюдая правила ПУЭ и технику безопасности.
Применяются для удобства коммутации термостатов и сервоприводов, последующего обслуживания и ремонта, наглядности собранной системы.
Очень полезная функция, которая есть не у всех моделей клеммных колодок – наличие реле для управления оборудованием котельной – можно переводить котел в режим ожидания (снимать запрос тепла на отопление) или выключать циркуляционный насос, отвечающий за коллектор теплого пола, предотвращая работу в тупик.
Схема подключения термостатов и термоприводов через клемную колодку
Как результат пучок проводов от термостатов и пучок проводов от сервоприводов сводится в одну точку. В шкафу нужно оставить копию монтажной схемы для потомков.
Клеммная колодка с модулем управления насосом
Схемы управления нагреваемым полом, приборы автоматики, принципы работы
Производители предлагают ряд устройств, которые позволяют управлять теплыми полами дистанционно или в автоматическом режиме. В том числе и программируя требуемую температуру, или подстраиваясь под состояние погоды. Но какое управление предпочесть, какая автоматика окажется полезней, комфортней?
Теплый пол без автоматики
Теплый пол может вообще не оснащаться автоматическим оборудованием. Чтобы он заработал достаточно включить циркуляционный насос, например, вставить вилку в розетку.
Настройки по температуре могут выполняться вручную. При этом вручную задается общая температура с помощью термоголовки смесительного узла. Затем, при необходимости, балансировочными кранами на коллекторе теплого пола настраивается поток (отдаваемая мощность) по каждому контуру.
При этом пользователи руководствуются субъективными ощущениями тепла в комнатах и степени нагрева полов, комнатными термометрами, а также термометрами, встроенными в подачу и обратку на коллекторе.
При настройке теплых полов, как вручную, так и с помощью дистанционного управления, необходимо учитывать большую тепловую инертность тяжелой стяжки. Поэтому настройки могут происходить постепенно в течении нескольких дней.
Обязательная защита в управлении
В цепи включения циркуляционного насоса теплого пола должно присутствовать реле тепловой защиты. Это температурное реле обычно размещается на подающем трубопроводе из смесительного узла на коллектор, и настраивается на размыкание цепи при достижении температуры +55 градусов.
Если термоголовка смесительного узла по каким-то причинам работает ошибочно и дает слишком высокую температуру на выходе, то указанное реле выключает насос, защищая стяжку.
Указанное реле может не устанавливаться если температурная защита осуществляется термоклапаном (термоголовкой) механического действия.
Еще одна механическая защита — байпас между гребенками подачи и обратки коллектора теплого пола. Байпас оборудуется встроенным дифференциальным клапаном. При закрытии (прикрытии) кранов на коллекторе значительно ограничивается расход жидкости через насос, возникают перегрузки, появляется шум жидкости. Разгрузить насос и снизить давление, стабилизировать работу, поможет этот байпас.
Также отдельные производители предлагают и модуль управления насосом теплого пола, который включает насос только тогда, когда открыт хотя бы один из сервоприводов на коллекторе.
Далее рассмотрим приборы и оборудование автоматики. С помощью следующих средств теплым полом можно управлять в дистанционном режиме или полностью автоматизировать его работу.
Комнатный термостат управляющий аппаратурой
Комнатный термостат предназначен для управления оборудованием обогреваемых водяных полов, которое осуществляется в 2-х позициях, — «да», «нет».
При достижении задаваемой температуры термостат либо замыкает, либо размыкает электрическую цепь. Это зависит от принятой производителем схемы управления.
Но чаще комнатный термостат управляет нормально закрытым сервоприводом. Т.е. при достижении заданного порога подается напряжение и сервопривод включается до снятия напряжения.
Обычно пару термостат-сервопривод приобретают от одного производителя, тогда вопроса согласования оборудования не возникает.
Комнатный термостат может размещаться в стандартной распределительной коробке электросети, заделанной в стену и подключается к скрытой проводке. Сам же термостат может быть разных модификаций, в т.ч. электронный или со встроенным механическим датчиком (обычно с большой погрешностью), с выносными датчиками встраиваемыми в стяжку теплого пола.
Пользователь управляет термостатом вращением ручки (настройка температуры), клавишами настройки, а также включения и выключения, прибор снабжается индикатором работы или табло с информацией.
Производитель прилагает и схему подключения термостата к другому оборудованию.
Хронотермостат
Хронотермостат — электронный программируемый прибор с датчиками температуры воздуха в комнате. В отличие от простого термостата снабжен программируемым процессором.
Этим прибором можно задавать температуру в помещении на некоторый период времени вперед, обычно на сутки или на неделю.
Как правило снабжен вшитыми настройками на режимы отопления «комфортный» и «эконом», а также защитой от замерзания теплоносителя.
Управляет, как и обычный термостат, сервоприводом, насосом, выдавая команды «да», «нет».
Термостатическая головка
Термостатическая головка управляет клапаном регулировки температуры смесительного узла, путем воздействия на его шток.
Головка устанавливается на клапане, снабжается выносным датчиком жидкостного типа, с которым соединяется гибкой медной капиллярной трубкой.
Модификации могут быть разные, датчик чаще снимает показания с обратного коллектора теплого пола. Диапазон измеряемых температур чаще в пределах 20 — 60 градусов. Могут настраиваться вручную вращением ручки или сервоприводом по командам термостата.
Как устроен смесительный узел
Сервоприводы
Конструкции могут быть разные, но в системе теплого пола для управления термоголовкой или настроечным вентилем, часто используется импульсный сервопривод. Приводится в движение расширением жидкости в сильфоне при ее нагреве встроенными нагревательным элементом. Рабочее напряжение 220 или 24 В.
Работает по сигналам (выполняет команды) термостатов, контроллеров, или отдельных встроенных датчиков.
Контроллер
Программируемое управляющее устройство. Может выполнять множество функций по обеспечению автоматизации управления теплым полом, в том числе:
Но главной способностью контролера является обеспечение погодозависимого управления, — вычисление требуемой величины выходного сигнала управления в соответствии с показаниями датчика наружной температуры по заданному пользователем графику зависимости температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха.
Впрочем, надобность подобной автоматики для теплого пола (установки контроллера) многими специалистами и пользователями с опытом ставится под сомнение. Насколько нужна погодозависимая автоматика, подробней об автоматизации отопления
А если надобности в подобном управлении нет, то и дорогой контроллер соответственно не нужен.
Схемы управления теплыми полами
Приведена типичная схема теплых полов с элементами автоматики — выносными термостатами расположенными в разных комнатах и сервоприводами установленными на балансировочных кранах коллектора.
При этом термостаты подключены к общему коммутационному устройству, сблокированному с контроллером (защитным) насоса.
Указан байпас с дифференциальным клапаном, который предохраняет насос от поломки, и защитное термореле
На следующих схемах показаны несколько обычных вариантов автоматизации теплых полов.
Как будет управляться теплый пол желательно решить заранее, чтобы провести необходимую скрытую проводку по комнатам до завершения строительства.
