Зональне керування опаленням: принцип роботи та переваги

Зниження температури повітря в приміщенні під час опалювального періоду на 1 °С забезпечує приблизно від 5 до 8 % економії теплової енергії. Нехтування можливістю розумного теплоспоживання, за умови наявності його комерційного обліку, можна без перебільшення назвати марнотратством. При цьому ефективне керування системою опалення не означає відмову від дотримання комфортних умов – потрібні параметри мікроклімату у приміщенні будуть забезпечуватись саме в інтервали часу, коли є висока ймовірність перебування в ньому людей. Навіщо підтримувати комфортну температуру повітря в приміщенні в період його довготривалого невикористання? Навіщо витрачати зайву енергію для забезпечення комфортної температури в кухні і вітальні вночі або у спальнях вдень?

Великий потенціал енергозбереження саме в напрямку забезпечення індивідуального режиму опалення кожного приміщення залежно від його функціонального призначення суттєво вплинув на розвиток технологій, що пов’язані з інтелектуальними системами керування будівлями. Тим більше, що у сучасному будівництві попит на такі системи неухильно зростає. Тому в проєктуванні систем опалення офісних центрів, готельних комплексів, адміністративних будівель, навчальних закладів та приватних житлових будинків дедалі більшої популярності набуває саме зональне керування.

Розглянемо як працює зональне опалення.

Суть зонального керування системою опалення полягає в тому, щоб розділити будівлю на кілька зон, обрати для кожної зони індивідуальні значення температури повітря в комфортному та енергоощадному режимах, а також задати часовий розклад їх застосування.

Насправді, зональне керування не можна відносити до найновіших тенденцій регулювання роботи системи опалення – ще у минулому сторіччі у будівельних нормах існувала вимога, що у громадських, адміністративно-побутових та виробничих приміщеннях опалюваних будівель, коли їх не використовують, а також у неробочий час слід підтримувати температуру повітря нижче нормованої, забезпечуючи відновлення нормованої температури до початку використання приміщення або до початку роботи. Таке регулювання раніше називали переведенням системи в режим чергового опалення.

Реалізація зонального керування системою опалення зазвичай не потребує спеціального підходу до конструювання системи опалення та її гідравлічного розрахунку – відмінність від традиційних систем полягає в першу чергу в організації управління. Проте слід звернути увагу на важливий аспект, який досить часто замовчують: під час проєктування систем із змінним тепловим режимом опалювальні прилади необхідно обирати з урахуванням питомої надбавки. Її розмір залежить від тривалості зниження температури й подальшого розігріву, а також від теплоакумуляційної здатності приміщення. Значення питомої надбавки можна визначити за Таблицею Н1, яка наведена в обов’язковому Додатку Н «Запас потужності системи опалення при змінному тепловому режимі» (ДБН В.2.5-67:2013).

Для прикладу розглянемо приміщення площею 15 м² з малою ефективною здатністю до акумуляції теплової енергії (підвісна стеля та стіни з теплоізоляційних бетонів), в якому заплановано нічне зниження температури до 15 °С на період 8 годин. Якщо бажана тривалість зниження температури – 7 годин, а тривалість розігріву – 1 година, то питома надбавка складає 34 Вт/м². Отже, опалювальний прилад у цьому приміщенні має бути обраний із збільшенням теплової потужності на 510 Вт (34 Вт/м² х 15 м²). Якщо цей фактор не враховувати, то тривалість розігріву приміщення значно збільшується.

Як же реалізувати автоматичне зональне керування опаленням у власній квартирі?

Якщо мова йде про квартири або невеликі приватні будинки з системами водяного радіаторного опалення, в яких кожен опалювальний прилад оснащений автоматичним регулятором температури повітря приміщення, то зональне керування опаленням вже відбувається – терморегулятори підтримують задану користувачем температуру повітря в кожному приміщенні (зоні) на бажаному рівні. При використанні механічних термостатичних головок зміна режимів має проводитись користувачем вручну, але цей процес можна значно спростити, перетворивши терморегулятори в електронні регулятори витрати теплоносія. Для цього потрібно лише встановити програмовані електронні термостатичні головки замість механічних і задати графік роботи опалення в кожному приміщенні. Для квартир з площею до 100 м² більш глибока автоматизація не є виправданою.

Якщо автоматичні регулятори температури на опалювальних приладах відсутні, рекомендуємо просто встановити їх, адже це не потребує капітальної перебудови всієї системи та витрати великих коштів.

В багатоквартирних житлових будинках з горизонтальними системами опалення поширеним додатковим елементом зонального керування є встановлення на кожну приладову (квартирну) вітку регулятора перепаду тиску з функцією зонного клапана (наприклад, 4002 FIX TS або VS–TS). Вбудований в їх конструкцію регулювальний клапан призначений для підключення двопозиційного термоелектричного привода, що отримує команди від програмованого електронного регулятора температури повітря в приміщенні. Власник квартири може запрограмувати електронний регулятор згідно свого власного графіку перебування вдома в робочі дні: коли він залишає квартиру – система опалення автоматично буде переведена в режим економії енергії (привід перекриє зонний клапан), а перед його поверненням робота системи в розрахунковому режимі буде відновлена. У разі довготривалої відсутності власника система буде періодично вмикатися, коли температура повітря в місці встановлення електронного регулятора температури повітря знизиться до встановленого значення при режимі економії (рекомендоване значення: 16  °С).

Автоматичне зональне керування в розгалужених системах опалення.

Найбільший економічний ефект від зонального керування можна отримати при застосуванні автоматизованої системи управління у будівлях офісних центрів, готельних комплексів, навчальних та медичних закладів, а також у приватних житлових будинках з розгалуженою системою опалення. Як правило, в цих будівлях наявні приміщення, що не використовують часто. В котеджах до таких приміщень можна віднести мансарду, кабінет, гостьові спальні та санвузли. В комерційних комплексах – конференц-зали, кімнати для переговорів, побутові приміщення тощо.

Такі будинки розділяють на приміщення або групи приміщень (зони) залежно від їх функціонального призначення, особливостей експлуатації, температурного режиму, графіку використання, типу опалювальних приладів тощо. Кожна зона має бути окремо підключена до автоматизованої системи управління, основними елементами якої є:

• електронні регулятори температури повітря в приміщенні;
• блок керування зонами (контролер);
• термоелектричні приводи;
• регулювальні клапани;
• циркуляційний насос.

Головним завданням електронного регулятора є точне вимірювання температури повітря у своїй зоні і передача сигналу на відповідний вхід блоку керування зонами. При модернізації існуючих систем опалення переважно використовують електронні регулятори температури повітря з безпровідним підключенням до контролера, що дозволяє уникнути необхідності прокладання кабелів в стінах та підлозі.

Сучасні моделі електронних регуляторів температури повітря можуть мати багато додаткових можливостей:

• програмування температури залежно від часу доби та днів тижня;
• керування електронними термостатичними головками;
• підключення зовнішнього датчика температури, датчика температури підлоги або, навіть, датчика присутності людей;
• дистанційне керування через мобільний застосунок тощо.

За потреби, за допомогою мобільного застосунку користувач може з будь-якого місця регулювати температуру в кожному приміщенні, створювати тижневі графіки роботи опалення, дистанційно змінювати налаштування та контролювати споживання енергії в режимі реального часу.

Блок керування зонами (контролер) отримує сигнали від електронних регуляторів температури кожної зони й передає їх на термоелектричні приводи відповідної зони (одну або декілька залежно від кількості контурів). Крім того, до блоку керування можна підключити циркуляційний насос і котел, щоб вимкнути їх у разі відключення всіх зон і увімкнути, коли виникне потреба в опаленні хоча б в одній зоні.

Термоелектричні приводи є виконавчими механізмами, які залежно від отриманого сигналу, відкривають або закривають регулювальні клапани.

Регулювальні клапани можуть бути встановлені на:

• розподільнику системи панельно-променевого опалення;
• розподільнику системи радіаторного опалення (променева схема);
• кожному радіаторі;
• окремі приладові вітки радіаторного опалення (зонні клапани).

Алгоритм роботи такої системи можна описати наступним чином: при зниженні температури повітря в окремій зоні нижче встановленого значення, електронний регулятор температури повітря напряму або через блок керування зонами подає сигнал на відповідний термопривід, який відкриває регулювальний клапан, забезпечуючи циркуляцію теплоносія в потрібному контурі. Після нагріву повітря до заданої температури подача теплоносія автоматично припиняється.

Основні переваги зонального керування опаленням:

• користувач сам визначає для кожного приміщення (зони) значення температури повітря при комфортному режимі та режимі економії енергії;
• користувач сам задає графік застосування режимів експлуатації;
• користувач має можливість дистанційного керування;
• електронні регулятори забезпечують точне регулювання температури повітря;
• наявність регуляторів з безпровідним зв’язком спрощує модернізацію системи;
• забезпечення значно вищого рівня енергоефективності системи;
• суттєве зменшення споживання енергії.

Робимо висновок, що зональне керування є надзвичайно ефективним способом скорочення витрат на опалення без шкоди для комфорту користувачів. Навіть суттєве підвищення енергоефективності будівлі виглядає як додатковий бонус. Але все ж таки хочемо додати, що для максимально ефективного використання теплової енергії зональне керування опаленням слід застосовувати в комплексі з іншими заходами підвищення енергоефективності, такими як використання сучасних джерел тепла (теплових насосів, конденсаційних котлів тощо), автоматичним регулюванням теплового потоку, залежним від погодних умов, впровадженням систем дистанційного керування тощо.