Применение интеллектуальных систем управления для энергосбережения в системах отопления.

 

В современных условиях постоянного удорожания энергоресурсов все большую актуальность приобретает вопрос об энергоэффективности отопительной установки для жилых и производственных помещений. Исследования, проведенные за рубежом, показали, что затраты на энергоносители составляют до 80% всех расходов за жизненный цикл системы отопления. В российских условиях суровой зимы затраты на отопление цехов составляют значительную долю (не менее 10%) в себестоимости продукции машиностроения.

Задача построения энергосберегающей системы отопления комплексная: она включает выбор генератора тепла, выбор теплоносителя, выбор приборов отопления и трубопроводов, а также выбор системы управления. Разумеется, на энергетическую эффективность системы отопления влияет качество термоизоляции помещения, качество проектирования, теплотехнических и гидравлических расчетов, качество строительства и соблюдения всех действующих строительных норм и правил.

Однако, этой статье мы рассмотрим лишь аспекты энергосбережения, связанные с применением интеллектуальных систем управления отоплением. 

В любой системе управления отоплением ставится задача оптимального по затратам управления температурой в помещении. Поддержание комфортной и/или безопасной температуры в каждый момент времени как раз и является целью создания автоматической системы управления. Это совсем не означает, что температура в помещении должна поддерживаться на постоянном уровне. Именно вариативное управление обогревом в зависимости от многочисленных внешних условий позволяет добиться значительной экономии энергоресурсов при прочих равных условиях.

В подавляющем большинстве случаев системы отопления строятся по традиционной схеме с использованием теплоносителя для конвекционного обогрева помещения с помощью водогрейных котлов, радиаторов и водяных теплых полов.

 

Современные системы отопления индивидуальных жилых домов обладают такой особенностью, как достаточно неоднородный и переменный характер потребления тепла от котельной. Сказанное относится и к температуре теплоносителя, и к его расходу в течение времени. Для теплого пола требуется теплоноситель с температурой в 35—40 °С, для бойлера ГВС — до 85 °С. Расход теплоносителя может быть постоянным (для теплого пола) или резко переменным — для системы нагрева бассейна или бойлера ГВС. С другой стороны, любой отопительный котел имеет ограничения по минимальной температуре теплоносителя и далеко не лучшим образом реагирует на резкие изменения его температуры в течение времени. 

Поэтому для поддержания комфортной температуры воздуха вводят второй контур управления на основе датчиков температуры, которые следует устанавливать если не в каждой комнате, то по крайней мере, на каждом этаже. Таким образом, система управления значительно усложняется, требуя раздельного управления температурой теплоносителя в различных помещениях. Например, применяют коллекторную схему построения котельной с отдельными насосно-смесительными группами для различных потребителей тепла.

Итак, сосредоточимся на энергосберегающих алгоритмах управления обоогревом помещений. В основе таких алгоритмов обычно лежат две идеи:

1. Управлять температурой теплоносителя, а не температурой воздуха в помещении;

2. Поддерживать температуру на комфортном уровне в зависимости от внешних условий.

Управление температурой теплоносителя выгодно, т.к. инерционность (постоянная времени) системы управления получается на порядок ниже, чем при попытке управления температурой воздуха. В качестве датчиков температуры могут применяться как стандартизованный платиновые датчики, так и многочисленные недорогие альтернативы (медь, полупроводниковые датчики и т.п.) При этом датчики оказываются в тесном температурном контакте с измеряемой средой - погружены в теплоноситель или плотно прижаты к радиатору отопления. Это значительно повышает точность управления. Обычные алгоритмы ПИД-регулирования прекрасно справляются с задачей.

Регулирование температуры в энергоэффективных системах отопления производят с учетом следующих внешних условий:

- температура воздуха на улице

- время суток

- день недели

- сезон (зима, лето).

При регулировании с учетом уличной температуры система автоматически корректирует температуру теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. Следует помнить, что расчетная температура (28 °С для Москвы) держится не более 3—5% дней в году, и отсутствие погодозависимого управления приводит к превышению комфортной комнатной температуры, и, как следствие, к перерасходу топлива.

 

Дополнительно, как правило, предусматривается переключение между режимами «зима» и «лето», в последнем случае отопительные контуры выключаются, и работают только те контуры, которые предназначены для круглогодичного использования — подогрев бассейна или контур бойлера ГВС.

Современные системы управления позволяют программировать снижение температуры в помещениях на ночь, когда все спят, или, наоборот, днем, когда все на работе. Для загородной недвижимости применяются дежурные режимы поддержания минимально допустимой температуры, при которой исключается замерзание теплоносителя и внутренних помещений при минимальных затратах энергии.