регулировка климата в квартире
«Грей, дуй, охлаждай…», или логика управления климатом в умном доме
В последнее время тематика умного дома набирает все большую популярность, появляются все новые и новые статьи, отзывы, обсуждения, и практически на любой вопрос можно сходу найти несколько мнений и ответов. Но во всем этом мире информации по-прежнему остается одна белая область, а именно логика работы. Мы не побоялись и решили представить на суд общественности наши заготовки по этому вопросу.
Для начала пару слов об объекте, который предстоит оснастить системами автоматизации. Это небольшой многоквартирный дом, каждая квартира которого оснащается независимыми системами кондиционирования, вентиляции, отопления и теплого пола.
В качестве основных требований заказчик отметил: единый интерфейс для управления всеми системами умного дома, ограниченный бюджет и минимальное количество дополнительной проводки. После небольшого исследования рынка систем автоматизации мы остановились на решении от Fibaro, так как основные преимущества этого решения практически идеально повторяют наши условия.
В этой статье мы опишем процесс создания подобия HVAC системы для квартиры на базе протокола Z-Wave. Надеемся получить кучу замечаний от сообщества, чтобы довести наше решение до съедобного состояния. Если ожидаемый результат будет достигнут, то мы с удовольствием продолжим этот цикл другими публикациями, в которых будем делиться своим опытом использования Z-Wave устройств.
Итак, опишем исходные данные и условия функционирования нашей системы.
В первую очередь мы задались вопросом, что будет управлять всеми системами. В качестве головного устройства мы остановились на контроллере Home Center 2. Изначально планировалось создать сеть из пяти контроллеров и организовать систему таким образом, чтобы один контроллер управлял всеми квартирами на одном этаже здания. Но вскоре выяснилось, что таким образом построить систему не получится, так как у HC2 есть ограничение на количество подключенных z-wave устройств, а объединение контроллеров в одну сеть дает только расширение зоны действия z-wave сети, но не увеличивает предельно допустимое количество подключенных устройств. Одновременно к одному контроллеру можно подключить не больше 230 устройств. Соответственно, к пяти контроллерам, объединенным в единую сеть, по-прежнему можно подключить лишь 230 устройств. Поэтому нам пришлось увеличить количество контроллеров в проекте в два раза и отказаться от объединения их в единую сеть. Теперь один HC2 будет работать на 4-5 квартир, что дает нам возможность использовать от 46 до 57 z-wave устройств в каждой квартире.
После того, как мы определились с главным контроллером, встал вопрос, какие данные необходимо собирать, и как это делать. Для управления климатом необходимо знать текущее положение дел в квартире, а именно: температуру внутри и снаружи помещения, влажность, уровень CO2, положение окон и дверей, наличие жильцов дома. Поскольку бюджет проекта ограничен, мы отказались от мониторинга влажности и уровня CO2.
Для мониторинга температуры внутри помещения многие z-wave устройства содержат встроенные датчики температуры, дополняющие основной функционал устройства. И, конечно же, существуют датчики температуры в отдельном исполнении. Согласно нашему проекту, в каждой квартире будет примерно 35 устройств, которые так или иначе будут показывать значение температуры. Это три датчика протечки FIB_FGFS-101, три IR преобразователя REM_ZXT120, термостат RS 014G0160, датчики движения, и по три датчика температуры DS 18B20 на каждый контур теплого пола и контур системы отопления. Мониторинг температуры контура теплого пола необходим в первую очередь для того, чтобы не допустить перегрева паркета, т.к. максимально допустимая температура паркета не превышает 27 градусов.
Контроль температуры для защиты паркета от перегрева
Поскольку все эти значения температуры могут достаточно серьезно отличаться друг от друга, в зависимости от того, где устройство установлено – для определения температуры в помещении мы будем высчитывать среднее значение по всем показателям из данного помещения.
Для определения температуры снаружи помещения существуют два варианта. В HC2 есть функция получения прогноза погоды для города, который задается при первоначальной настройке контроллера. Однако такой метод определения температуры не отличается приемлемой точностью, поэтому мы для этих целей будем использовать несколько датчиков DS 18B20, установленных на внешнем фасаде здания. При этом следует учесть, что датчики нужно располагать не напрямую на фасаде и избегать попадания на них прямых солнечных лучей.
В любом умном доме одной из главных целей его создания является снижение затрат на обогрев и охлаждение помещений, поэтому очень важным становится понимание текущего положения окон и дверей. Для того чтобы отключать отопление и кондиционирование, если открыто окно или дверь, мы будем использовать обычные магнитно-контактные датчики, а для их интеграции в сеть z-wave они будут подключены к универсальным бинарным датчикам FIB_FGBS-001.
Подключение датчиков температуры DS18B20
Для определения наличия жильцов дома мы создали виртуальное устройство, которое представляет собой кнопку. При нажатии на эту кнопку пользователь сообщает системе, что дома никого нет.
Виртуальное устройство — кнопки включения режимов дом/работа
Когда в систему поступает сигнал, что дома никого нет, контроллер отключает все системы HVAC и переходит в режим энергосбережения до тех пор, пока пользователь не соберется домой. Находясь в режиме энергосбережения, система продолжает контролировать температуру, и не допустит переохлаждения помещений и снижения температуры ниже отметки в 18 градусов.
Еще один немаловажный элемент управления климатом в жилом помещении это уставка температуры. В нашем решении пользователи смогут изменять ее двумя способами. С помощью настенного термостата или при помощи специально созданного виртуального устройства используя смартфон или планшет.
Разобравшись с мониторингом текущего состояния микроклимата в квартире, мы перешли к изучению непосредственно тех устройств, которыми нам предстояло управлять.
Каждая квартира будет оборудована 3 кондиционерами производства Mitsubishi Еlectric. Управление ими планируется осуществлять при помощи IR преобразователей REM_ZXT120. Эти устройства имеют предустановленные настройки для управления наиболее распространенными моделями кондиционеров от ведущих производителей, а так возможность обучения IR командам с пульта дистанционного управления.
Помимо кондиционеров каждая квартира будет оснащена независимой системой приточно-вытяжной вентиляции, и управление ей будет организовано с использованием двухканальных реле FIB_FGS-222.
Также во всех квартирах будут установлены семь контуров теплого пола и один контур центрального отопления. Каждый контур оснащается трехпозиционным клапаном с сервоприводом. Управляется при помощи RGBW модуля FIB_FGRGB-101.
После подбора и изучения всего необходимого оборудования нашей следующей задачей стала разработка наиболее эффективного и самодостаточного алгоритма управления климатом.
На блок-схеме приведен алгоритм, который представляет собой основную логику работы всей системы управления HVAC.
Получившийся алгоритм реализован в виде одного главного скрипта и нескольких вспомогательных. В НС2 эти скрипты называются сценами и пишутся на lua.
Для того чтобы не сильно загружать контроллер, сцены запускаются только при срабатывании так называемых триггеров.
Для основной сцены в качестве триггеров выступают следующие события:
Как видно из кода основной сцены, в своей работе она использует глобальные переменные:
Так как для комфорта очень важно чтобы воздух в квартире был свежий, мы решили, что будет правильно сделать систему принудительного проветривания помещений через приточно-вытяжную вентиляцию. Если в течение последних трех часов вентиляция не работала, то автоматически запустится сценарий проветривания помещения длительностью 15 минут. Принудительное проветривание не осуществляется если включен режим «на работе».
Система климат-контроля для умного дома
Комфортные условия проживания – это цель практически каждого человека. Ключевым пунктом в обеспечении комфорта в доме является правильная температура и чистота воздуха. Этого можно добиться с помощью системы климат контроль для дома.
Что такое климат-контроль?
Комфортным считается чистый, увлажненный в нормальных пределах воздух. Искусственно его можно создать с помощью нагрева, охлаждения, системы фильтров, увлажнения и рекуперации. Эти функции может содержать единая система вентиляции, или же по отдельности приточная вентиляция, кондиционер (сплит-система) и увлажнители.
Обычный климат-контроль есть в стандартных кондиционерах. С помощью дистанционного пульта управления выставляется заданный температурный режим, и его кондиционер поддерживает все время работы.
Дорогие устройства содержат фильтры, увлажнители и другие функции для очистки воздуха, но цена на них в несколько раз выше.
Устройство и принцип работы оборудования
Дополнительной опцией может служить управление открытием и закрытием ролетов или жалюзи.
Дешевое обустройство климат-контроля тоже возможно. Оно состоит из двух элементов: кондиционер и проветриватель с фильтром.
Кондиционер оснащен датчиком температуры, а проветриватель умеет подавать уличный воздух, пропуская его через очистительные фильтры. При этом фильтры обязательны, особенно если квартира или дом расположены рядом с трассой.
Чтобы запускать подогретый, но чистый воздух зимой, рекомендуется улучшить дешевую установку и вместо стандартного проветривателя использовать агрегат с подогревом. А для тщательной фильтрации рекомендуется устанавливать проветриватель для внутреннего монтажа. С помощью фотокаталистического фильтра убирается СО и прочие вредные газы и болезнетворные бактерии.
Как работают климатические системы?
За сравнение измеренных показателей с необходимыми отвечает интеллектуальный блок, внутри которого расположена плата с микроконтроллером. Если данные не удовлетворяют заданным параметрам, на запрограммированные элементы управления подается соответствующая команда, позволяющая подогнать нужный параметр в верный диапазон значений.
Например, при выявлении сухого воздуха в комнате, включается электрический увлажнитель воздуха.
Для удобства управления основные функции системы выносятся на специальный пульт управления. В качестве пульта климат контроля для умного дома обычно выступает сенсорный дисплей со специальной программой.
Такая система разрешает владельцу не отвлекаться на рутинное поддержание комфорта в доме. При этом климат-контролю не важно, это двухкомнатная квартира или трехэтажный коттедж.
Есть функции смены климата в зависимости от времени. Например, для лучшего сна в спальне температура понизится, а в час пробуждения она на несколько градусов станет выше.
Зонное разделение позволяет настраивать каждую комнату под определенные требования.
Задействовать можно множество параметров, назначить для них таски и использовать триггеры. Все это зависит от возможностей системы и софта, с помощью которого данные функции реализуются.
Состав системы управления
Элементы вписываются в практически любой интерьер дома, не мешают, а дополняют дизайн. Вид составляющих элементов подразумевает наличие различных цветов и форм. Если правильно подобрать и разместить в доме элементы климат-контроля, они не будут бросаться в глаза.
Преимущества автоматического управления
Переключение между режимами может происходить автоматически (через улавливатели сенсоров) или вручную (по запросу человека). При этом, вручную управлять можно как с главного пульта в доме, так и удаленно через смартфон. Это возможно, если интеллектуальный блок управления содержит Wi-Fi модуль, что подключен к домашнему беспроводному маршрутизатору.
На экран выводятся основные показатели в конкретно выбранной локации. Среди основных: температура, влажность, углекислый газ (в процентах). Если система даст сбой и поддержка режимов или иных параметров перестанет работать, самодиагностика постарается выявить проблему и сообщить о ней владельцу. Каналами связи может быть СМС на номер телефона или пуш-уведомление в смартфоне.
Главным плюсом есть эффективное выполнение обязанностей. При большом ассортименте климатического управления, интеллектуальный блок способен исключать варианты одновременного отопления и охлаждения, чтобы не гонять ресурсы устройств в холостую.
Монтаж системы на стадии ремонта существенно снижает кабельную нагрузку по всему дому, пряча сотни метров кабеля «под обшивку» и в специальные короба, закрытые штукатуркой.
Основные недостатки оборудования
Рекомендации по выбору системы
К сожалению, готовых комплексных решений на рынке не сыщешь, потому как каждый комплектуемый объект по сути является уникальным. Систему приходится комплектовать с учетом особенностей каждой подключаемой секции.
Верным вариантом станет покупка и установка климат-контроля одновременно с системами отопления, вентиляционным и иным оснащением, способствующим необходимым климатическим условиям. Это нужно делать совместно, потому что не все используемые устройства имеют блок управления, на который можно передавать команду управления с основного.
Также при раздельной установке не предусматривается установка сервоприводов для автоматического управления двигательными элементами (клапана вентиляции, окна в режиме проветривания). Их монтаж на уже готовое изделие в доме понесет дополнительные денежные и временные затраты. В противном случае отдельно установленные элементы не будут включены в целостную систему климат-контроля.
Не экономьте на оборудовании. Современный частный умный дом обойдется дорого, но это не из-за прихоти компаний и их мнимых «раздутых цен». Следует понимать, что в подобной сложной системе каждый элемент должен быть надежным. Качественные изделия проходят не один десяток тестов, прежде чем попасть на прилавок. Процент брака при этом сводится к нулю, плюс компании, с которыми вы заключаете сотрудничество, обычно берут на себя обязанность по замене бракованного оборудования по гарантии. Думайте о будущем, купите раз за дорого, чем несколько раз за еще дороже.
Элементы систем стоят дорого. Качественный температурный датчик может стоять 10-20 тысяч рублей. А для загородного дома их может понадобится более десятка. Цена на центральный блок управления от 40 тысяч рублей.
Установка климат-контроля своими руками на основе Ардуино, конечно, приветствуется, но только в качестве познавательного эксперимента.
Советуйтесь и обязательно задавайте сотруднику фирмы по установке систем климат-контроля интересующие вопросы. Вносите собственные предложения и говорите, как вы представляете свой умный дом в перспективе.
Монтажные работы: как не напортачить?
После основных работ выполняются проверочные и пусконаладочные.
Заключение
Климат-контроль — это комфорт для обитателей дома или квартиры, защита вещей и организма от бактерий, которые не успевают накапливаться. Но за данный функционал необходимо выложить не малую сумму. Поэтому придется признать тот факт, что подобный комфорт не все владельцы жилой недвижимости смогут себе позволить.
Современные системы климат контроля для дома
Теперь не нужно бояться сквозняков и уповать на то, чтобы побыстрее зашло палящее солнце. Не нужно бегать к котлу для регулировки тепла в холодную зиму. Все эти функции берет на себя система климат контроля для дома.
Знакомимся: климат контроль для дома
Что контролирует оснащение?
Система домашнего климат контроля должна обеспечить постоянные показатели:
10 элементов климатического контроля
Список необходимых устройств, которые требуется собрать в одну систему, обширный. О некоторых устройствах вы может быть, в первый раз услышите, хотя наверняка вы их уже видели. Такие устройства климат контроля широко применяются в офисных помещениях для очистки воздушных масс в коммерческих зданиях. Вот десять элементов, которые и составляют климат контроль для дома:
Как это работает?
Если в доме или в квартире понижается температура, то для того чтобы поднять ее до комфортного уровня, подключается или кондиционер с возможностью подогрева, или электрический теплый пол. Как только температурный датчик покажет нужную температуру, отопление выключается. Если температура заходит за определенные пользователем показатели, тогда включается стационарная система охлаждения. Увлажняющие и очищающие воздух устройства регулируются по показаниям датчиков. Такое управление позволяет экономить 13-20% используемых энергоресурсов, поскольку:
Регулирование и точное управление дает положительный экономический эффект для хозяина жилья. И при этом не забудем о комфортном состоянии в комнатах.
Три минуса в климат контроле
Не обойтись и без минусов в обустройстве климат-контроля. Назовем три самых важных:
В каждой комнате свой климат
Такое оснащение требует определенной внимательности от хозяина дома, однако и дает массу плюсов, среди которых повышенный комфорт.Рассмотрим один из важных плюсов. Одна и та же температура в разных помещениях вредит эффективной эксплуатации здания. Кухня требует более тщательного контроля за газовыми составляющими воздуха. Температура в коридоре и в спальной комнате должны отличаться. Кладовой высокие температуры вредны. Чистый воздух в спальной комнате с нормальной влажностью способствует хорошему отдыху и спокойному сну. Для того чтобы все это организовать, идеально подходит хорошо продуманная и спроектированная система климат контроля. Тонкая настройка теплового оборудования и вентиляционных устройств, создаст комфортный микроклимат в спальной комнате и бодрящий, насыщенный кислородом воздух в гостиной.
Вручную управлять этим процессом так не удастся. Кроме того большинство громоздких и шумящих устройств можно перенести на крышу или в отдельное шумоизолированное помещение. Отведенные из него каналы позволят и подавать, и отбирать воздух по заранее указанной схеме.
Таким образом, решается как минимум три задачи:
Климат по заказу
Умная система позволяет:
Греем дом: как управлять отоплением?
Отопительный сезон уже в разгаре, стало быть, все что связано с отоплением, с каждым днем становится все актуальнее.
Не будем касаться темы центрального отопления (в многоквартирных домах): оно не сильно зависит от собственника жилья. Поговорим об индивидуальных системах отопления и управлении ими. Это будет интересно не только тем, кто только планирует стройку, но и владельцам уже построенных домов: многие системы отопления вполне возможно модернизировать. Затраты на переоборудование при этом покроются экономией на ежемесячных расходах, а окружающая среда скажет спасибо за экономию ресурсов.
Начнем с основ. Что влияет на температуру в помещении?
Теплоизоляция ограждающих конструкций. Под ними мы подразумеваем наружные стены, окна, двери, кровлю, полы нижнего этажа, фундамент или цоколь — в общем, всё, что так или иначе контактирует с менее нагретой окружающей средой.
Воздухообмен в помещениях. Когда мы открываем окна, чтобы проветрить комнату, нагретый воздух из нее сменяется более холодным наружным. С воздухообменом уносится от 10 до 30 % тепла, немало, да?
Системы управления условно делятся на три типа — ручное, термостатическое и погодо-зависимое.
Ручное управление
Очевидно, самое простое управление. Владелец вручную выбирает режим и температуру отопительных приборов, руководствуясь измерениями температуры, собственными ощущениями и опытом.
С сожалением приходится признать, что ручное управление чаще всего встречается в частных домах в России. Домовладельцы как правило, считают (как правило ошибочно) что досконально знают особенности помещений и, имея большой опыт, безошибочно выставляют нужные параметры. Многие приноровились управлять даже довольно большими и разнотемпературными системами отопления со множеством контуров и регулировок.
Плюсы:
Минусы:
Термостатическое управление
Благодаря своей относительной простоте оно сейчас активно набирает популярность. Суть ясна из названия — система пытается поддерживать заданную пользователем температуру внутри помещения, не учитывая при этом внешних факторов.
Под одним определением скрывается множество типов управления: механических, электронных и электронно-механических. Суть всегда одна — система регистрирует отклонения температуры от заданной на величину гистерезиса (выбираемой или установленной разницы температур) и переключает режим работы. То есть, если вы выставили в качестве желаемой температуру в 22°C и гистерезис в 0,5°C, то классический термостат будет поддерживать диапазон 21,5-22,5°C.
Все термостаты между тем имеют один жирный минус — как бы они ни обучались, они не в состоянии компенсировать резкие и сильные изменения погоды, поскольку учитывают лишь температуру в отапливаемом помещении. Любое здание имеет некоторую, как правило немалую, инертность, так что изменения наружной температуры скажутся на температуре внутри помещения не сразу. Реакция (активация отопления) последует с задержкой, но температура внутри помещения в реальности еще какое-то время будет понижаться из-за той же тепловой инертности. Реальная температура внутри здания будет всегда «догонять», стремясь за изменениями температуры внешней.
Так что термостатическое управление отоплением я бы с натяжкой порекомендовал владельцам легких каркасников, не имеющих бетонных полов и/или тяжелых кирпичных или блочных перестенков. Ну или людям, желающим установить только одну цифру и сильно не задумываться о возможностях современной электроники.
Плюсы:
Минусы:
Погодо-зависимое управление
Его принято называть ПЗА (погодо-зависимая автоматика). Это самая современная на сегодняшний день система управления отоплением.
Классическая и самая простая ПЗА при регулировании не учитывает температуру внутри помещения вообще. Пользователь лишь задает кривую зависимости температуры отопительных приборов от уличной. Кривая подбирается единожды эмпирическим путем и больше не требует внимания человека.
Но, как показывает практика, такой способ регулирования самый совершенный. ПЗА не ждет, когда здание отреагирует на изменения погоды: она постоянно регистрирует внешние условия и меняет настройки отопительных приборов «с упреждением», не допуская колебаний температуры внутри здания. Список устройств с ПЗА далеко не такой длинный, как у термостатов, но выбор все же есть.
Сегодня ни один захудалый ЖЭК не обходится без ПЗА, ведь погодо-зависимая автоматика экономит деньги абсолютно не в ущерб комфорту. Почти все производители ПЗА не ограничиваются простой зависимостью температуры отопительных приборов от уличной. Учитываются:
Системы, использующие ПЗА, могут автоматически переводить отопление в летний режим и обратно, не требуя вмешательства пользователя. В целом, система с ПЗА, настроенная и отлаженная единожды, может (и даже должна) работать без человеческого вмешательства. Особенность такой системы в том, что ее работа абсолютно незаметна, а тепловой комфорт дома не зависит от времени года и погоды за окном. То есть современные системы с ПЗА взяли все самое лучшее для обеспечения комфортной и безупречной работы системы отопления.
Резюмируя, могу сказать, что за ПЗА не будущее: за ними уже настоящее. Принцип по сути прост и используется много лет там, где ценят комфорт и умеют считать деньги. Количество предложений на рынке растет, квалифицированный персонал есть, настраивать и контролировать системы отопления с ПЗА можно онлайн через приложения и веб-интерфейсы, отказоустойчивость и безопасность оборудования на высоте, а самое главное — умные системы не отменяют ни ручного управления, ни термостатического. На случай отказа автоматики всегда можно предусмотреть вариант ручного включения насосов и котлов и ручного регулирования управляющих элементов.
Плюсы:
Минусы:
Конечно же, у каждого производителя свое понимание философии регулирования погоды в доме. Немецкие производители (Buderus, Vaillant) пытаются максимально упростить настройку системы и немного перебарщивают, на мой взгляд, с экономией в ущерб комфорту. Siemens может управлять чуть ли не бесконечно сложными системами, но это уже совсем не пользовательский уровень. Viessmann или Dunfoss не радуют ценой. Российская система Zont радует набором возможностей, универсальностью и ценой, но требует знания хотя бы базовых принципов регулирования для отладки системы самим пользователем.
Это далеко не полный список игроков на этом быстроразвивающемся рынке, и я более подробно коснусь принципов работы и настройки некоторых из них в дальнейших материалах, посвященных этой тематике.
Выражаю благодарность компании Pro-otoplenie в подготовке данного материала. Комфортного Вам отопительного сезона! Искренне ваш, Dinjaa