Довольно часто клиенты спрашивают про выбеги насоса у электрических котлов. Главным образом жалуются на их отсутствие в некоторых режимах. 🙂 Выбег — остановка насоса через некоторое время после отключения ТЭН-ов, когда циркуляция, вроде как, не нужна. Позволяет сэкономить немного электроэнергии. Мощность насоса порядка 80 Вт, на фоне потребления электрического котла, порядка 9 — 14 кВт (наиболее ходовые варианты) — экономия «на спичках», но все-же есть соблазн слегка сэкономить.
Рассмотрю подробно в каких случаях (режимах работы котла) выбеги насоса реализуются, а когда неудобства (ущерб) от отключения насоса потенциально превышает экономию на электроэнергии.
Режим поддержания температуры по воздуху
Поддержание температуры в комнате по датчику температуры воздуха — один из наиболее популярных режимов. В нем электроника котла может постоянно производить замер температуры воздуха в помещениях с помощью датчиков температуры воздуха. Состояние циркуляционного насоса (работает или отключен), не влияют на результаты замера. Собственно, именно поэтому отключать насос (использовать выбеги) в этом режиме можно безопасно.
Отмечу, что когда котел управляется не с помощью датчика температуры воздуха, а термостатом — это лишь другой, более грубый, способ управления температурой котла по воздуху. Вместо датчика температуры, который непрерывно замеряет температуру, а соответственно, позволяет плавно (заблаговременно) подстраивать температуру в помещении, используется механический датчик температуры, который срабатывает при превышении установленного на термостате порога. Естественно, точность регулирования из-за такого грубого дискретного характера замера будет хуже. Регулирование запускается лишь в момент срабатывания термостата. Однако, это не мешает останавливать насос без риска, поскольку от состояния насоса (включен или выключен) результаты замера температуры термостатом не зависят.
Основной риск включения выбегов (отключения насоса) в этом режиме, если датчики воздуха расположены слишком далеко от труб отопления и высоко (теплый воздух поднимается вверх), а теплоизоляция дома не очень хорошая. Гипотетически, теплоноситель в трубах уже может начать подмерзать, а датчик температуры воздуха может показывать ещё приемлемую температуру, если установлено какое-то низкое целевое значение.
Когда насос работает, т.е. есть циркуляция теплоносителя, то риск заморозить систему существенно снижается.
Режим поддержания температуры теплоносителя
При непрерывной работе насоса в режиме управления температурой по теплоносителю, алгоритм ПИД регулирования котла постоянно получает температуру теплоносителя. Теплоноситель гоняется по контуру и доносит до датчика температуры, расположенного, обычно, в колбе или на патрубке подачи/обратки, актуальную температуру из самых дальних уголков здания. Соответственно, риск, что в каком-то дальнем помещении, где может быть ещё и плохая теплоизоляция стен, температура опустится ниже 0 и система заморозится — минимальна.
На основании полученной ошибки алгоритм постоянно корректирует температуру теплоносителя, управляя ТЭН-ами, чтобы начинать заблаговременно нагревать теплоноситель, поддерживая установленную температуру (температура уставки) теплоносителя. При включенном насосе котел может поддерживать температуру теплоносителя близко к температуре уставки.
Если насос остановить, то датчик температуры теплоносителя будет показывать только температуру в теплоизолированной колбе или на патрубке. Температура в колбе при отключенном насосе при отстутствии протока может опускаться довольно медленно. Соответственно, алгоритм ПИД регулирования будет получать показатели температуры не из системы отопления (радиаторов)? поэтому качественно отрабатывать поддержание установленной температуры не будет. Грубо говоря в системе отопления вода уже замерзла, а в колбе все ещё нормальная температура. Информация о температуре теплоносителя ложная, поскольку нет циркуляции.
Чтобы регулярно актуализировать данные по температуре теплоносителя нужно:
- Периодически включать насос.
- Прогонять теплоноситель по контуру. Сколько времени прогонять зависит от длины системы отопления.
- Замерять актуальную температуру теплоносителя. В идеале должно пройти несколько циклов.
- Получив температуру из самых дальних уголков здания лихорадочно включать ТЭН-ы, пытаясь скорректировать уход температуры от целевой.
Например, включаем насос каждые 2 часа, чтобы актуализировать температуру теплоносителя. В течении этих двух часов алгоритм ПИД регулирования не получает актуальную температуруот системы отопления, а руководствуется локальными датчиками температуры в колбе или на патрубке приточки/обратки. Не получая объективную информацию он управляет температурой теплоносителя абы как. В результате получаем противоречие:
- Чтобы экономить электроэнергию нужно отключать насос на максимально продолжительное время.
- Однако, чем дольше отключен насос, тем большая ошибка между температурой уставки и реальной температурой теплоносителя накопится.
В результате график температуры теплоносителя вместо плавного и максимально близкого к температуре уставки будет резко меняться, что в значительной степени скажется на комфорте в помещении. Точного регулирования температуры уже не будет. Поэтому адекватные производители электрических котлов не реализуют выбеги насосов в режиме управления по температуре теплоносителя, чтобы избежать вопросов клиентов почему при срабатывании выбегов температура в помещении «скачет».
Нормальное поддержание целевой температуры в режиме теплоносителя возможно только когда есть постоянная циркуляция и датчик температуры обратки/подачи постоянно отслеживает актуальную температуру теплоносителя в системе. Соответственно, при отключении циркуляции даже на короткое время при работе в режиме по теплоносителю приведет к плохому поддержанию температуры в помещении.
Выбеги (или их аналог для экономии электроэнергии) в этом режиме можно использовать в двух случаях:
- На радиаторах в здании стоят датчики температуры, чтобы обеспечить актуальными данными о температуре теплоносителя алгоритм котла. Маловероятно, что клиенты готовы тащить такое количество проводов или ставить радиодатчики на каждый радиатор, чтобы заработали выбеги и при этом не ухудшилось качество поддержания целевой температуры в помещении.
- В котле используется насос с электронным управлением, например, с помощью ШИМ, т.е. когда электроника может снизить скорость работы насоса до минимальной, не отключая совсем. Пу сути, когда используется насос с ШИМ, то «выбеги» (полное отключение насоса) не используются, но электричество экономится. Алгоритм получает актуальную информацию из системы отопления и может своевременно изменить скорость (энергопотребление насоса), чтобы поддерживать температуру на заданном уровне. Но такой насос стоит существенно дороже обычного и тарифы на электроэнергию в России вряд ли позволят быстро окупить такие инвестиции.
Отмечу также, что режим работы насоса, когда циркуляция полностью останавливается (насос отключается), а затем, после полной остановки движения теплоносителя, возобновляется снова — неблагоприятен для насоса. Чаще всего выход из строя электрических/электронных устройств происходит в цикле включения/выключения. В начальные моменты токи в обмотке насоса значительны. Когда насос постоянно в работе — ему нужно только поддерживать циркуляцию и это более щадящий режим с меньшим энергопотреблением.
По аналогии рассмотрим привычный пример механической коробки передач в автомобиле. Когда система (автомобиль) находится в состоянии покоя — сила трения максимальна. В момент запуска системы в работу, например, включении насоса, либо трогании автомобиля с места, необходимо приложить максимальное усилие на преодоление сопротивления силы трения. При трогании автомобиля с места на первой передаче сила тяги и расход топлива максимальны. После трогания с места практически сразу же можно переходить на вторую передачу, т.к. большая часть силы трения преодолена.
Также и с насосом, в момент пуска нагрузка на насос максимальна. После начала движения теплоносителя нагрузка на насос снижается. Поэтому частое включение и отключение насоса приводит к повышенному механическому износу и снижает его ресурс.
Прикинем стоимость электроэнергии в год:
- Насос работает 24 часа в сутки.
- Отопительный сезон примерно 6 месяцев.
- Среднее количество дней в месяце — 30.
- Энергопотребление 80 Вт или 0,08 кВт.
- Стоимость одного кВт примерно 4 руб.
Итого получаем: 0,08 кВт * 24 часа * 30 дней * 6 мес * 4 руб = 1382 руб. в год. Вопрос, «стоит ли овчинка выделки»?
При этом при частых отключениях насоса увеличивается вероятность выхода из строя, т.е. есть риск, что насос выйдет из строя до гарантии. При этом производитель, помимо затрат на сам насос, понесет расходы на выезд сервисного инженера. Я не знаю компаний производящих качественные электрические котлы, которые шли бы на подобный риск выхода из строя ключевого и весьма недешевого компонента.
Включение выбега эквивалентно ситуации, когда автомобиль едет по трассе и для экономии топлива периодически останаливается полностью, а затем стартует вновь. По-сути, напоминает перемещение по городу в «пробках». В «пробках» снижения расхода топлива не замечено и износ компонентов выше, чем при равномерной работе на 3/4 передаче.
В плане экономии электроэнергии в режиме по теплоносителю хороший вариант когда котел управляет насосом с частотным управлением (например, через ШИМ). В этом случае его не нужно останавливать. По аналогии с авто можно скинуть скорость на 2-ю передачу и ехать медленно, но когда надо, не столь энергозатратно и разрушительно для компонентов переключится на 3/4 передачу. В случае с насосом можно уменьшить обороты до минимума, но не отключать. Когда же теплоноситель начнет остывать из-за теплопотерь здания, добавить оборотов. Но такой насос стоит в несколько раз дороже обычного, поэтому электрические котлы с таким насосом стоят дорого и мало кто готов за них переплачивать. Очень долго придется «отбивать» стоимость за счет сэкономленной электроэнергии в России.
Собственно, мне не приходилось видеть электрические котлы, где в режиме управления температурой по теплоносителю на обычных насосах без программного управления оборотами смогли реализовать выбеги. Клиенты, которые пытались доказать обратное, присылали инструкции, но там, например, выбеги включались при работе котла по термостату, а это уже управление температурой по воздуху.
Использовать выбеги в режиме управления по теплоносителю нецелесообразно.
Хотя режим «Антизамерзания» является частным случаем управления по температуре теплоносителя, но в этом режиме нет требований к точности поддержания целевой температуры. Т.е. какие там флуктуации температур будут в помещении — все равно, поскольку основная задача обеспечить температуру теплоносителя не ниже заданных, например 8 град. С. Собственно, поэтому можно отключить насос на сутки и включать раз в сутки, чтобы прогнать теплоноситель и замерить его актуальную температуру. За сутки хорошо утепленное здание при не очень низкой температуре на улице остынет незначительно. Хотя, есть риски, что при плохой теплоизоляции и на улице -40, система может разморозится.
Управление температурой по уличному термодатчику (метеосерверу)
Режим управления по кривым погодозависимой автоматики (ПЗА) — это частный случай управления по теплоносителю. Котел считывает температуру на улице, по графикам вычисляет температуру уставки для теплоносителя и пытается удерживать её в системе отопления. Соответственно, если отключить насос, то получим ситуацию подробно описанную выше. Ни о какой плавности и точности поддержания температуры не может быть и речи. Алгоритм ПИД регулирования не будет нормально отрабатывать. Соответственно, в этом режиме выбеги использовать нельзя.
Управление температурой внешним контроллером
Когда к котлу цепляется внешний контроллер — это не означает, что котел снимает с себя всякую ответственность за результат и полностью переходит под внешнее управление. Котел обеспечивает минимально необходимые для безопасной работы системы отопления алгоритмы. Например, он контролирует, чтобы система не разморозилась. Точное-же управление температурой теплоносителя переходит к внешнему контроллеру.
В протоколе OpenTherm (для примера) нет функций, которые позволяли бы управлять насосом котла внешнему контроллеру. Даже если бы и был, разработчики котлов не могут быть уверены на 100%, что все производители GSM контроллеров его корректно реализовали.
Отключение циркуляции значительно сказывается на точности поддержания температуры теплоносителя и безопасности системы отопления. отключать насос при управлении внешним контроллером нельзя. Это та-же ситуация управления температурой теплоносителя, что была описана выше.
Предполагается, что внешний контроллер управляет только температурой теплоносителя, выдавая целевые температуры. Соответственно, при управлении внешним контроллером котел работает в режиме управления по теплоносителю. В таком режиме нельзя отключать циркуляцию по уже описанным выше причинам. Котел не сможет поддерживать температуру теплоносителя затребованную контроллером. Если же котел не в состоянии поддерживать целевую температуру теплоносителя, то начнутся проблемы со сходимостью алгоритма уже контроллера, т.е. он будет отдавать команду на уставку температуры котлу, считая, что тот достаточно сообразителен, чтобы подогонать под заданную температуру теплоносителя, а котел будет его регулярно разочаровывать. 🙂 В результате будет хаотичная «болтанка» в изменении температуры.
Если внешний контроллер работает в режиме управления по воздуху, то, казалось-бы, рисков разморозить систему нет. Например, при использовании штатной автоматики котла при работе по воздуху выбеги безопасно отрабатывают.
Проблема в том, что по шине OpenTherm контроллер не может передать котлу в каком режиме он работает: управление по воздуху или по теплоносителю. В OpenTherm нет такой команды.
Допустим, котел посчитал, что на контроллере выставлен режим управления по воздуху, а на самом деле пользователь на контроллере выставил режим управления котлом в режиме управления по теплоносителю. В этом режиме контроллер получает информацию о температуре теплоносителя от датчика температуры котла. Предположим, запроса на тепло от контроллера по шине OpenTherm нет, поэтому котел отключил насос для экономии электроэнергии. Как только это произойдет, датчик температуры в колбе котла перестает получать актуальную информацию о температуре теплоносителя в системе.
При этом контроллер будет думать, что температура теплоносителя, получаемая от котла по шине OpenTherm — актуальная. Соответственно, алгоритм работы контроллера при управлении по температуре теплоносителя перестанет корректно отрабатыват из-за ложных данных о температуре теплоносителя.
Опять приходим к тому, что только в котлах с управляемой скоростью насоса (например по ШИМ) можно гарантированно обеспечить безопасную работу котла при управлении по OpenTherm, при этом максимально снизив потребление электроэнергии.
Возможен компромиссный вариант. При подключении внешнего контроллера к котлу нужно будет обязательно подключить к нему датчик температуры воздуха. Он будет использоваться котлом для контроля температуры в помещении, чтобы не разморозить систему если контроллер отказал. Если датчик температуры воздуха вышел из строя, котел должен запретить все выбеги и включить насос на постоянную работу. Соответственно, максимальный ущерб, который возможен при отказе контроллера — живность в доме может замерзнуть.
Котел должен знать, что контроллер находится в режиме управления по воздуху. Как уже упомянул выше, контроллер не имеет технической возможности передать котлу эту информацию по шине OpenTherm. Единственный способ — в настройках котла в явном виде указать, что внешний контроллер работает по температуре воздуха в помещении. Эта настройка должна задаваться каждый раз при выборе внешнего управления OpenTherm и сбрасываться при переходе в любой другой режим управления. Это должна быть осознанная установка пользователем с пониманием возможных последствий.
После этих установок котел будет считать, что контроллер управляет им, работая по температуре воздуха и показания температуры теплоносителя не нужны ему для корректной отработки алгоритма. Тогда выбеги будут отрабатывать как и в случае, когда на самом котле выбран режим по воздуху. Показания датчика воздуха подключенного напрямую к котлу используются, чтобы не допустить разморозки системы, как дополнительный контроль.
