Погодозависимое регулирование отопления : Построй свой дом

Погодозависимое регулирование отопления

Размещено 20 июля 2018
в рубрике Отопление | Прокомментировать

Погодозависимое регулирование отопления

Подбирая себе котел, я обратил внимание, что многие модели способны анализировать наружную температуру воздуха и тем самым, оптимизировать затраты владельцев загородной недвижимости, на отопление. Вопрос показался мне интересным, и я решил посвятить статью этой теме. Вот о том, необходимо ли погодозависимое регулирование отопления в загородном доме, мы и поговорим в этой статье.



В настоящее время существуют различные, мнения о том, применять ли погодозависимое регулирование отопления в частном доме. Сегодня, практически во всех сферах человеческой деятельности мы можем встретить системы автоматизации, которые помогают человеку комфортно существовать. Однако возникает вопрос: всегда ли это будет целесообразно?

Погодозависимая автоматика

В начале необходимо понять, какие функции выполняет автоматика в системе отопления. Отвечая на этот вопрос можно выделить две основных функции:
-Обеспечение комфортных условий для проживающих;
-Экономия тепловой энергии.

Погодозависимое регулирование отопления обеспечивает не только погодозависимая автоматика. Для обеспечения оптимальной температуры воздуха внутренних помещений необходим целый комплекс инженерных решений, а погодозависимая автоматика, является одной из существенных составляющих этого комплекса. Дело в том, что за параметры микроклимата в доме, как правило, отвечают комнатные термостаты. С помощью датчиков температуры внутреннего воздуха, они обеспечивают непосредственное регулирование системы отопления. Но применение одних лишь термостатов не совсем оправдано, так как существует временная задержка между изменением температуры наружного воздуха и последующим изменением температуры в доме, а также инерционность самой системы отопления. Особенно это касается теплых полов. Влияние этих факторов приводит к тому, что система начинает работать в импульсном режиме с некоторым запозданием. Для того, чтобы этого не происходило и существует погодозависимая автоматика, включающая в себя контроллер, который по датчику температуры наружного воздуха будет постоянно корректировать температуру теплоносителя, т. е. будет происходить погодозависимое регулирование отопления.



Погодозависимое регулирование отопления

На первый взгляд все логично, но у меня возник вопрос о целесообразности именно постоянной корректировки температуры теплоносителя в системе отопления. Бытует мнение, что достаточно разовой подстройки системы отопления в течение какого-либо периода времени в случае резкого изменения температуры наружного воздуха.
В этом случае, регулировку можно производить вручную с использованием различных систем дистанционного управления, при этом избегая излишних «наворотов» в инженерных системах и тем самым упрощая их эксплуатацию. Для того чтобы в этом разобраться, давайте рассмотрим вторую функцию, для которой нужно погодозависимое регулирование отопления – экономию энергетических ресурсов.
Уверен, что не надо быть академиком, чтобы ответить на вопрос, какой вид регулирования подачи теплоносителя будет самым энергоэффективным. Естественно, что автоматический. Но сразу возникает вопрос, а на сколько уменьшаются затраты на выработку тепловой энергии если у вас применяется погодозависимое регулирование отопления, и насколько затраты на него целесообразны.

Эффективно ли погодозависимое регулирование отопления

Многие производители погодозависимой автоматики приводят различные доводы, говоря об экономии, однако реальных, подтвержденных расчетом или экспериментом данных, найти очень трудно. Вероятнее всего, это связано с тем, что достаточно сложно заранее подсчитать, какой реальный эффект будет от данной системы, ведь в расчете участвуют большое количество переменных. Все эти переменные связаны с реальным режимом эксплуатации конкретной системы водяного отопления, а также количеством часов пребывания людей в доме.

Эффективно ли погодозависимое регулирование отопления, можно определить двумя способами: экспериментальным и расчетным.
Так как, экспериментальный способ мне не доступен, я попробую применить расчетный метод. Для примера возьмем дом на рис. 1, имеющий конструктивные характеристики, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Основные характеристики здания

Наименование параметра, ед. измеренияЗначение
Общая жилая площадь здания, м²372
Объем здания, м³1116
Площадь оконных проемов, м²24
Площадь дверных проемов, м²4
Характеристики ограждающих конструкций, толщина слоя, мм
Стена наружная
Штукатурка, λ = 0,87 Вт/ м·K30
Газобетонные блоки, λ = 0,14 Вт/ м·K300
Утеплитель, λ = 0,053 Вт/ м·K100
Облицовочная керамика, λ = 1 Вт/ м·K10
Пол по грунту
Насыпка из щебня, λ = 0,26 Вт/ м·K220
Плита железобетонная, λ = 1,11 Вт/ м·K350
Пенополистирол, λ = 0,043 Вт/ м·K100
Плитка, λ = 0,38 Вт/ м·K10
Перекрытие чердака
Плита железобетонная, λ = 1,11 Вт/ м·K300
Утеплитель, λ = 0,047 Вт/м·K200
Доска, λ = 0,18 Вт/ м·K30

Рис. 1. Фасад здания

Фасад дома

Перед тем, как проводить расчет, необходимо определить тепловые потери дома при температуре наружного воздуха tн = –26 °С. Для каждой ограждающей конструкцию используем формулу:

Qогр = k · A · (tв – tн) · n · (1 + ∑β), Вт,

Где:

k – коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м²·K;

А – площадь ограждающей конструкции, м²;

tв и tн – температура внутреннего и наружного воздуха соответственно, °С;

n – коэффициент уменьшения расчетной разности температур;

β – коэффициент, учитывающий добавочные теплопотери сверх основных.



Для этого дома, величина максимального значения тепловых потерь при минимальной температуре наружного воздуха составит 14 891 Вт, или 14,9 кВт.

Так как температура наружного воздуха постоянно изменяется, то и процесс теплоотдачи находится все время в динамике. Для того, чтобы оценить необходимую тепловую нагрузку для нашего здания, в зависимости от температуры наружного воздуха, необходимо произвести ряд расчетов, последовательно подставляя в исходную формулу переменные значения температуры наружного воздуха, в результате чего мы сможем получить зависимость, изображенную на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость необходимой тепловой мощности от температуры наружного воздуха

Зависимость необходимой тепловой мощности от температуры наружного воздуха

Данный график имеет некоторый изгиб, что говорит о нелинейной зависимости температуры и мощности. Данная нелинейная зависимость будет у каждого здания своя за счет индивидуальных конструктивных особенностей.

Но построения графика зависимости необходимой тепловой мощности от температуры наружного воздуха недостаточно. Еще потребуются значения температур наружного воздуха в течение всего отопительного периода. Для этого необходимо воспользоваться архивом данных температур той местности, где построен ваш дом за последние 2 года. Конечно же, существуют нормы, исходя из которых каждый год в определенное время начинается отопительный период, однако, если мы рассматриваем частный дом, то он наступает, как правило, при первом резком похолодании. На представленном графике видно, что отопительный период предположительно начался 5 октября 2015 г. и закончился 30 апреля 2016 г. Таким образом, продолжительность отопительного периода составила семь месяцев.

Рис. 3  График изменения температуры воздуха в течение всего отопительного периода.

график изменения температуры воздуха в течение всего отопительного периода.

Теперь у нас есть все данные для расчета эффективности применения погодозависимой автоматики.

Алгоритм работы данного вида регулирования состоит в следующем: датчик температуры наружного воздуха фиксирует изменения температуры и посылает сигнал на контроллер. Контроллер обрабатывает полученную информацию и по определенному алгоритму вычисляет необходимую температуру теплоносителя в системе отопления. Сигнал от контроллера поступает на исполнительный механизм смесительного клапана, и тот, в свою очередь, открываясь или закрываясь, обеспечивает необходимую температуру теплоносителя в обслуживаемом контуре. При таком алгоритме происходит качественная регулировка, при которой общий расход теплоносителя в системе остается постоянным, т.к. регулирование заключается в степени подмешивания горячего теплоносителя к остывшему. Снижение подмеса горячего теплоносителя приводит к повышению температуры теплоносителя, возвращаемого в греющий (котловой) контур. Это вызывает либо выключение горелки, либо снижение подачи топлива на горелку. Так образуется экономия энергоресурсов, которую и хотелось бы оценить.

Для расчета рассмотрим режимы работы системы отопления:



Автоматический режим

При автоматическом режиме происходит постоянная корректировка температуры теплоносителя по датчику наружного воздуха. В этом случае, чтобы посчитать затраченную тепловую энергию необходимо вести расчет, учитывая изменения температуры наружного воздуха каждые три часа. Такой расчет делается на каждый день в течение всего отопительного периода.

Ручное программирование

В данном режиме учтем изменения температуры наружного воздуха по дням в течение месяца. Этот режим применяется тогда, когда у вас есть возможность вручную или удаленно подстраивать температуру теплоносителя каждый день. Алгоритм данного регулирования следующий, основываясь на прогнозе погоды или реальном ощущении холода, человек выставляет необходимую температуру, но главным критерием будет являться не экономия ресурсов, а желание получить комфорт. Следует учитывать, что при повышении температуры на 2–4 °С вряд ли вы сразу же пойдете прикрывать регулятор.

Таким образом, расчет данного вида регулирования будет производиться по минимальной температуре наружного воздуха в течение дня. Расчет выполняется так же, для всех дней отопительного периода.

Ручная подстройка системы

Этот режим работы предполагает собой ручную подстройку системы в момент резкого изменения температуры наружного воздуха. Для наглядности обратимся к графику, представленному на рис. 4.

Рис. 4. Тенденция изменения температуры наружного воздуха

Тенденция изменения температуры наружного воздуха

Из графика видно, что в промежутке с 1 по 23 число включительно, температура наружного воздуха колебалась в диапазоне от –10 до –20 °С, имея среднее значение –15 °С. Затем тенденция пошла вверх, и мы наблюдаем среднее значение в районе +2,5 °С.

Очевидно, что именно в такой момент, любой здравомыслящий человек постарается снизить температуру теплоносителя тем методом, который ему доступен, к примеру, регулировкой мощности котла. Итак, при расчете третьего режима работы системы отопления мы будем задаваться минимальными значениями температуры наружного воздуха внутри тренда.

Система не регулируется

Четвертый режим работы – полное отсутствие какого-либо регулирования температуры теплоносителя. Предполагается, что система отопления работает на полной мощность в течение всего отопительного периода.

Результаты расчета потребленной тепловой энергии за отопительный период для различных видов регулирования сведены в таблицу 2 и график, представленный на рис. 5.

 

Таблица 2. Потребленная энергия в зависимости от способа регулирования

Режим работыКоличество потребленной энергии за отопительный период, кВт ・ ч
Автоматический режим 27093.27
Регулировка по дням 30431.89
Регулировка по периоду 34091.8
Отсутствие регулирования 76123.5

Рис. 5. График зависимости тепловой мощности от температуры наружного воздуха при различных режимах работы системы отопления

График зависимости тепловой мощности от температуры наружного воздуха при различных режимах работы системы отопления

 

Далее мы можем подсчитать необходимое количество топлива:

Gгаза = 3600 · Q / (qн – ɧ),

Где:

Q – расход тепла за отопительный период, кВт·ч;

qн – низшая теплота сгорания газа кДж/м³;

ɧ – КПД котла.

Для расчета принимает среднее значение низшей теплоты сгорания для природного газа равной 38 231 кДж/м³ и среднее значение КПД котла равным 0,92.

Расчет финансовых затрат ведется путем умножения полученного объема топлива на величину стоимости 1000 м³ природного газа, взятого по данным розничных цен на газ за период анализа. Стоимость 1000 м³ газа составляла 5636,09 руб. Для определение среднемесячных затрат делим получившееся значений на количество месяцев в отопительном периоде:

A = Gг · B / n, руб.,

Где:

Gr – необходимое количество топлива, м³;

B – стоимость 1000 м³ природного газа;

n – число месяцев в отопительном периоде.

Полученные результаты сведены в таблицу 3.

 

Таблица 3. Расчет экономии энергоресурсов при каждом виде регулирования

Режим работыКоличество потребленной энергии, кВт·чКоличество топлива, м³Затраты, руб.Среднемесячные затраты, руб.Экономия, %
Автоматический режим27093.272773.2515627.252232.564.4
Регулировка по дням30431.893114.9917553.282507.660
Регулировка по периоду34091.83489.6219664.382809.1955.2
Отсутствие регулировки76123.57791.9743908.466272.60

Из таблицы видно, что режим работы, при котором отсутствует регулировка, принят за 100 %. Экономия при полностью автоматическом режиме составила 64,4 %. Стоит отметить, что экономический эффект может быть еще выше если на термостатах есть режим работы по периодам присутствия/отсутствия жильцов, которые настраиваются индивидуально.

Расчитаем срок окупаемости:

ToЗм · No / (Збр – За) = (7999 + 5974) · 7 / (43908,36 – 15627,25) = 3,5 мес.

Где:

Зм – затраты на модернизацию системы отопления, руб;

No – количество месяцев в отопительном периоде;

Збр – затраты за отопительный период при отсутствии регулировки, руб;

За – затраты за отопительный период при наличии погодного регулирования, руб.

Как видим, в этом случае мероприятия по энергосбережению окупаются уже в течении первой половины отопительного периода.

В качестве резюме к этой статье, можно отметить, что погодозависимое регулирование отопления – это вполне оправданная мера, которая позволяет не только повысить комфорт проживания, но и сэкономить на затратах. Хочу сказать, что данный расчет был выполнен с учетом ряда допущений и предположений, однако все они были взяты в рамках адекватных значений, что позволяет оценить порядок цен. В любом случае погодозависимое регулирование отопления является полноценным оправданным решением. В следующей статье я расскажу о монтаже теплого пола.




Kомментарии

Написать комментарий




  • Цитата дня

    Делитесь накопленными знаниями, ведь это замечательный способ ничего не забыть.