Нынче затеяли мы тут модернизацию дачного отопления, было рассмотрено несколько вариантов и в дополнение к газовому котлу было решено дополнительно оставить котел на дровах, а чтобы он эффективнее обогревал помещения дома разумно поставить циркуляционный насос, гоняющий жидкость, которая переносит тепло по трубам по всем комнатам. Таким образом на случай всяких кризисов-шмизисов всегда будет резерв тепла для своего дома, нужно только нарубить дровишек и кинуть их в топку. Так вот за счет циркуляционного насоса (система батарей герметичная) мы получим более или менее равномерный обогрев дома, а также достаточно быстрый обогрев более отдаленных комнат от самого котла. Кроме того, это позволит обогревать дом более эффективно, так сказать КПД, как многие утверждают лучше.
Логика здесь следующая – бросаем дрова в топку, теплоноситель разогревается и нагретая жидкость разносится по комнатам этим самым циркуляционным насосом. Но не слишком хорошо, если насос будет работать постоянно – не экономично, будет, кроме этого и гудеть. Для решения этой проблемы необходимо применить некоторый термостат. Как этот термостат должен работать? Исходя из логики, которая упоминалась выше, теплоноситель должен сначала прогреться, а уж потом это тепло разнести жидкостью по всему дому. Значит, термостат должен включать насос по достижении температуры теплоносителя до какого-то значения, а в процессе распределения тепла теплоноситель охлаждается и как только температура понижается до нижнего предела, насос отключается, чтобы теплоноситель прогрелся заново. Кажется ничего сверхъестественного. Тогда приступим к проектированию нашего термостата для циркуляционного насоса системы отопления.
Сам циркуляционный насос выглядит так:
Недолго думая, была задумана схема на микроконтроллере Attiny2313A:
Кроме микроконтроллера задействована достаточно стандартные комплектующие – семисегментный индикатор на два разряда для визуализации текущей температуры, а также настроек порога температуры и гистерезиса, исполнительный элемент – реле (циркуляционный насос работает от сети 220 вольт), простенький блок питания для работы схемы, пара светодиодов для индикации режимов работы, а в качестве термодатчика – DS18B20. В случае с термометром можно было бы, конечно, использовать и просто терморезистор, но DS18B20 был приобретен в удобном водонепроницаемом корпусе с проводом – это упрощает крепление термометра к теплоносителю и повышает надежность.
Температура отображается на семисегментном индикаторе с общим анодом, плюс питания подается на цифры через транзисторы T2 и T3, используются КТ3102, заменить можно на любые другие n-p-n транзисторы. Резисторы R8 – R15 ограничивают ток через сегменты цифр индикатора. С такими номиналами в 390 Ом яркость свечения светодиодов индикатор достаточная на мой взгляд. Индикатор применен с маркировкой HLEC-D512GWA2 – два разряда, общий анод, зеленый цвет светодиодов. Заменить можно на любой аналогичный по характеристикам. Исполняющим элементом является реле, использовать можно абсолютно любые реле с достаточным запасом по току. Диод VD1 включается параллельно катушке реле, это необходимо для того, чтобы погасить напряжение самоиндукции в момент выключения реле, что не даст транзистору T1 сгореть. Транзистор T1 можно также применить любой n-p-n, но уже желательно средней мощности, такой как КТ815. Блок питания для устройства собран по наиболее простой схеме с применением миниатюрного маломощного трансформатора BV EI 382 1189 – вход 220 вольт переменного напряжения, выход 9 вольт переменного напряжения, мощность 4,5 ватт. Этого с головой хватит для питания микроконтроллера и управления реле. По габаритам такой трансформатор лишь немногим крупнее импульсного блока питания, например, от старого зарядного устройства для телефона, чем можно и заменить предложенный блок питания. В исходной схеме применен стабилизатор напряжения на 5 вольт L7805, его замена возможна на любой другой стабилизатор с выходным напряжением 5 вольт. Все диоды по схеме 1n4007, если таких диодов нет в наличии, то можно заменить на любые другие с запасом по току и напряжению относительно схемы термостата. Для корректной работы термодатчика DS18B20 между выводами плюса питания и вывода данных необходимо поставить резистор сопротивлением порядка 4,7 – 10 кОм (по схеме это R2). Управление устройством осуществляется через три кнопки S2, S3, S4. Для дополнительно индикации используется два светодиода и бузер со встроенным генератором. Светодиоды можно применять любые, в моем случае я использовал 3 мм яркие светодиоды, чтобы режим работы был наиболее заметен. Бузер нужно использовать с номинальным напряжением работы 5 вольт. По большому счету он нужен по задумке для звуковой индикации перегрева теплоносителя (более 90 градусов), а также при включении и нормальном старте он издаст несколько писков. В конце для себя решил нецелесообразным его использование, но из прошивки не стал выкидывать, просто не впаивал в печатную плату. Вместо предохранителя и выключателя S1 можно использовать автомат на ток 1 – 5 ампер.
Как работает термостат? Сначала считывается информация датчика температуры, это и есть основа, на которой построена логика работы. Потом считанная текущая температура сравнивается с настройками, которые были введены в побочных меню устройства – температура включения циркуляционного насоса и гистерезис (запаздывание срабатывания) температуры включения и выключения насоса. При нагревании гистерезис прибавляется к значению температуры включения насоса, а при остывании отнимается. Таким образом, если, например, задать температуру 50 градусов и гистерезис 5 градусов, то теплоноситель должен нагреться до 55 градусов, чтобы насос включился и далее остыть до 45 градусов, чтобы насос выключился. На самом деле введение гистерезиса достаточно удобная штука – точное регулирование температуры теплоносителя нам не важно, а вот насосу не придется постоянно включаться и выключаться, чтобы держать точность до градуса. Минимальный гистерезис заложен в прошивке плюс минус 1 градус, а максимальный плюс минус 10 градусов. Думаю, этого вполне достаточно. Далее, считанная с датчика DS18B20, текущая температура сравнивается с предельным порогом значения температуры, программно значение составляет 90 градусов и при превышении которого сработает звуковой сигнал (бузер). Это будет означать, что дрова подбрасывать больше не стоит, да и прогрелось скорее всего уже все до комфортного уровня. При этом насос будет работать и разгонять жидкость по трубам до тех пор, пока температура не опустится до заданных величин, пытаясь охладить теплоноситель, перераспределив тепло в жилые помещения. Все этом можно посмотреть в цифровом формате на Си в исходнике программы для микроконтроллера, поэтому код не привожу тут. И в конце реализуется еще два уровня меню для ввода настроек температуры и гистерезиса.
Со схемой определились, теперь нужно написать прошивку по вышеописанному алгоритму, а для отладки прошивки схема была собрана на такой макетной плате:
Здесь резисторы отличаются от тех, что применены в схеме, но главное разработать логику работы термостата для циркуляционного насоса.
В устройстве имеется три меню: первое основное меню, индикация текущей температуры теплоносителя и автоматическое управление реле по заданным настройкам, по нажатию кнопки S2 переходим во второе меню, где остальными двумя кнопками задаем температуру включения насоса, еще раз жмем S2 и переходим в третье меню, где задаем гистерезис или запаздывание температуры от 1 до 10 градусов. При включении насоса загорается светодиод LED2. При включенных меню 2 и 3 будет гореть светодиод LED1. Также он будет моргать при перегреве теплоносителя более 90 градусов (также будет пищать бузер, если он установлен на плату).
Теперь можно собирать все на плате в конечное устройство. По причине некоторых затруднений при изготовлении печатных плат на момент изготовления устройства схема была разбита на две части и собрана на двух печатных платах, хотя изначально планировалась одна большая плата, пришлось импровизировать в этом плане.
На плате с индикатором размещен разъем для программирования микроконтроллера, он в основном соединен перемычками с самим контроллером, поэтому его можно вовсе не устанавливать. А нужен был он по большей части для финальной отладки термостата. Между собой платы соединяются шлейфом или 5 проводами. После первого запуска необходимо лишь задать настройки температуры и гистерезиса, особых настроек производить не нужно. Настройки сохраняются в энергонезависимой памяти EEPROM и загружаются при каждом включении, то есть можно один раз настроить температуру и пользоваться.
Осталось дело за корпусом. Было решено все это дело замуровать в стену, чтобы ничего не торчало. В качестве крышки будем использовать тонированное оргстекло, чтобы скрыть содержимое коробки, но при этом не делать кучу отверстий под индикатор и светодиоды.
Сама же коробка была использована первая попавшаяся под руку подходящего размера. Монтируем туда все наше добро и получаем готовое устройство. Вместо обычных таких кнопок можно использовать сенсорные кнопки, чтобы поверхность оставалась гладкой без гаек, но это уже как апгрейт, если кто-то реализует, то обязательно выкладывайте фотки в "я собрал", всем будет очень интересно!
Осталось теперь все это встроить в стену и подключить к насосу и котлу.
Для программирования микроконтроллера нужно знать конфигурацию фьюз битов:
К статье прилагается прошивка для микроконтроллера, исходный код в AVR Studio, печатные платы, а также небольшое демонстрационное видео.
Управление циркуляционным насосом
Поговорим об управлении циркуляционным насосом системы отопления для поддержания оптимально комфортной температуры в помещениях здания без лишних затрат на прогрев теплоносителя в котле обогрева, ни траты электроэнергии на переключение скоростей вращения вала циркуляционного насоса, который как раз и отвечает за температурные параметры в жилище.
Новшества в системах управления циркуляционными насосами
Простые циркуляционные насосы из первых изделий фирм наилучших производителей этих агрегатов от Omnigena , Grundfos , IBO , Unipump и WILO не имеют автоматических регуляторов работы насосов по температурным показателям в помещениях.
Уже начиная с серии Grundfos ALPHA2 начался выпуск агрегатов с функциями автоматической настройки работы насоса в зависимости от установленной температуры в помещениях ( Grundfos UP 20-14 BXUT , Grundfos UP 15-14 BUT , Grundfos MAGNA и Grundfos MAGNA -3 – модели уже с термостатом и таймером, задающим режим работы насоса по времени включения и выключения насоса и по температуре в помещении, Grundfos UP 20-14 BXT , – модели с одним таймером без термостата, Grundfos UP 15-14 BT – только с термостатом).
Теперь уже не нужно стало следить за температурой (термостат) в помещениях и выключать котел, когда вы уезжали на долгий период из дома. Автоматика само стала отслеживать температурные показатели во всем доме и исходя из этих данных «заставляла» насос работать с большей или меньшей интенсивностью, подавая больше или меньше тепла в радиаторы дома.
Автоматы (таймер) стал отслеживать программу, которую вы ему задаете на включение и отключение работы не только насоса, но и котла, то есть всей системы отопления, что очень важно при вашем длительном отсутствии (когда вы приедете из отпуска, то здание уже будет прогрето и не нужно будет ждать, пока прогреются батареи и нагреется воздух в доме).
Кроме этих важных и удобных функций новые модели циркуляционных насосов «научились» сами экономить тепло в доме, следить за расходом энергии как по теплу, так и по электричеству, сами руководят рациональным соотношением энергии в доме.
Современные автоматические циркулярные насосы серии Grundfos MAGNA и Grundfos MAGNA-3 уже самостоятельно могут с помощью автомата AvtoADAPT, которая уже начала применяться с серии Grundfos ALPHA2:
Регулировать свои характеристики работы в соответствии с теми величинами тепла, которое выдает котел;
Пропорционально регулировать давление изменение напорных характеристик самого насоса;
Поддерживать автоматически постоянный напор воды в системе отопления не смотря на расход воды в магистрали;
Переключаться самостоятельно на ночной, с пониженной подачей теплоносителя в систему, режим, который сочетается со всеми предыдущими режимами агрегата и зависит от температуры воды в системе подачи.
Кроме того серия MAGNA и MAGNA -3 получили ряд дополнительных функциональных возможностей от пульта управления R100:
Режим работы, соответствующий постоянным характеристикам по числу оборотов или регуляции по значениям макс./мин. или в этом интервале;
Автоматическую регуляцию режимов по температуре – давление и температура теплоносителя; Сигнализацию по аварийному состоянию насоса и системы отопления со световой индикацией.
В эти дополнения так же входят:
Возможность автоматической синхронной работы совместно с несколькими аналогичными агрегатами;
Внешнее аналоговое и принудительное управление через узел коммутации;
Обмен данными через шину связи;
Внешнее управление пуском/остановом, сигнализацию готовности к работе.
Циркуляционные насосы серии MAGNA могут регулироваться 3-мя способами, которые обозначены на панели управления соответствующими символами:
Через автоматическое адаптивное управление с заводской настройкой давления в сети – система AvtoADAPT;
Пропорциональное регулирование давления теплоносителя;
Регулирование по постоянному давлению.
Для ввода данных установки настройки насосов последнего поколения используют следующие органы управления:
Клавиатуру пульта управления, находящегося в клеммной коробке;
Пульт дистанционного управления типа R100;
Управление с шины связи.
Отдельно выпускаемы системы управления циркуляционными насосами
Кроме названных серийных моделей автоматизированных циркуляционных насосов, в специализированных торговых точках продаются отдельные универсальные радиочастотные устройства управлением частотой вращения электродвигателя насоса в зависимости от температуры НМС 82, работающий на принципе термостата по температуре потока жидкости в системе отопления и который подает определенные сигналы на реле управления скоростью вращения вала насоса.
Можно использовать данные термостата погружного или контактного Fantini Cosmi итальянского производства и от не уже строить систему управления работой насоса.
Также можно применять электронные системы управления запуском циркуляционного насоса после того, как котел обогрева создаст разницу температур в зоне подачи и обратке не менее 5-10 градусов по схеме:
с применением терморезистора и конденсаторов пуска.
Можно использовать регуляторы работы котла обогрева – терморегуляторы Е8 в системах отопления, связав работу котла с включением/выключением циркуляционного насоса через общий блок питания насоса на пульте управления котлом.
Выбор варианта системы отопления для частного или загородного дома – это довольно серьезный и ответственный момент. Если вы выбрали отопительную систему с естественной циркуляцией, то нужно знать, что потребуется установить котел, зависимый от электроэнергии. Однако для их работы совсем не обязательна бесперебойная подача электричества, которую сможет обеспечить бесперебойник для насоса отопления. В наших условиях внезапное отключение электричества может происходить не так уж и редко, и энергозависимость отопительной системы может быть довольно существенным и важным аргументом. Именно поэтому важным становится такой вопрос, как автоматика для циркуляционного насоса отопления и специальные приспособления для обеспечения его энергией.
Источник бесперебойного питания
Бесперебойное питание для насоса отопления – конечно, важный момент. Однако не стоит спешить с выбором отопительной системы, пока не будут изучены все их преимущества и недостатки. Если ваш выбор остановился на системе отопления с естественной циркуляцией теплоносителя, то необходимо учесть, что у нее тоже есть некоторые минусы. Самый главный недостаток состоит в том, что если будет отсутствовать автоматика или насос, то система может выйти из строя или, по крайней мере, не будет обладать должной эффективностью. Также отсутствие данных компонентов негативно скажется на объеме потребляемого топлива, а значит, такая система принесет вам немалые финансовые потери.
Установка ИБП для насоса отопления будет отличным решением для предотвращения подобных проблем.
Установив ИБП для циркуляционного насоса отопления, можно не волноваться, если вдруг отключится электричество, так как такое оборудование оснащено автоматикой. Такое оборудование имеет аккумулятор для насоса отопления, который обеспечит бесперебойную работу насосов и других энергозависимых компонентов системы отопления, если вдруг отключится электричество.
Есть еще один способ, который создаст все условия для того чтобы компоненты отопительной системы не теряли свою работоспособность. Речь идет о дизельном или бензиновом генераторе. Данный способ более надежный, но в то же время, более дорогостоящий. Тем не менее, даже у генераторов есть свои недостатки: некоторые подобные устройства могут давать на вывод кратковременные броски напряжения. Это может спровоцировать неисправность некоторых автоматических компонентов котла или отопительной системы.
Комплектующие для циркуляционных насосов
Кроме ИПБ для насоса отопления, отметим также другие комплектующие. А именно — реле давления, это своего рода таймер для насоса отопления.
Такой компонент необходим для того чтобы насос в отопительной системе работал автоматическим образом. Реле будет включать насос, если в отопительной системе давление упадет ниже установленной отметки, а если давление достигнет самой верхней отметки, то реле автоматическим образом отключит насос. Так, реле осуществляет управление насосом отопления. Принцип работы такого компонента состоит в следующем. После того, как потребитель перестанет разбирать воду, давление в системе поднимется в один момент до верхней отметки. В этот момент благодаря такому реле насос отключится на время.
Если потребитель включит подачу воды, то она начнет поступать под давлением, тем самым, уровень давления в системе начнет понижаться. Он будет понижаться до тех пор, пока не достигнет до самой нижней отметки. В этот момент реле давления включит циркуляционный насос.
Управление циркуляционным насосом отопления также производит терморегулятор. Это – вентиль и термоэлемент. Терморегулятор для насоса отопления контролирует его температуру. Помимо этого, существуют и такие комплектующие для отопительной системы, как насос рециркуляции воды для автономного отопления.
