28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Газовый эконометр

Газовый эконометр.



Стоимость энергоносителей давно вышла за рамки экономических категорий и стала фактором определяющим все сферы современной жизни. Оплата за тепло стала занимать существенную долю в бюджете. Будь то семейный бюджет или бюджет предприятия. Приходится задумываться о различных способах экономии. Классический способ регулирования тепла - путем открывания дверей и форточек уже не обеспечивает нужного эффекта. В данной статье описывается способ и устройство, позволяющие получить реальную экономию природного газа, используемого для отопления помещений.


Рис.1


На рис.1 условно показано распределение температуры в отапливаемом помещении в течение суток. Для комфортного самочувствия достаточно поддерживать температуру в помещении около 25 градусов тепла. Это режим максимального 100% потребления газа. Способов уменьшения потребления газа на самом деле не так уж и много. Один из них - уменьшение температуры. Попробуем уменьшить температуру до 17-ти градусов.


Рис.2


Объем газа, потребляемого для отопления, прямо пропорционален разности температур в помещении и на улице. Если для упрощения расчетов взять температуру воздуха вне помещения равной 0 градусов, то потребление газа по второму графику составит 68% от максимального. Это хорошо, но мало применимо в реальной жизни (слишком холодно). На самом деле, максимальная температура (25 градусов) не всегда нужна .


Рис.3


В ночное время, а также в дневное, когда все обитатели дома находятся на работе, можно уменьшить температуру к примеру до 17 градусов, а в те моменты, когда кто-то есть в доме, температуру можно поддерживать в пределах 25 градусов. Этот график дает потребление газа 78% от максимального .
В выходные дни время удержания повышенной температуры должно быть больше (все сидят дома). Например так :


Рис.4


Потребление газа по этому графику составляет 89%. Среднее за неделю потребление газа при использовании этих двух графиков составляет 81% от полного потребления. Т.е. 19% экономии. Что при оплате за дом площадью 100 кв.м. и стоимости газа 1.3р/куб.м. составит примерно 250р. За отопительный сезон экономия может составить 1000-1200р.
Неплохо! Однако воплотить на практике такую экономию не просто. Нужно сидеть возле отопительного котла, и в течение суток 7-8 раз регулировать уровень подачи газа. Кроме того, регулирующая аппаратура газового котла позволяет поддерживать не температуру воздуха в помещении, а температуру воды в отопительной системе . А это не одно и то же . При изменении температуры окружающего воздуха и неизменной подаче газа, температура в помещении будет изменяться и следовательно требуется дополнительная регулировка подачи газа .

Подавляющее число бытовых газовых систем устроены так:


Рис.5


Газ в горелку котла подается через регулятор температуры воды (РТВ), блок аварийного отключения и запорный кран. Для поджигания горелки, а также для аварийного отключения используется запальник. Для реализации поставленной задачи достаточно добавить устройство, которое будет включать и выключать горелку в нужные моменты времени.
Дополнительный регулирующий электромагнитный клапан устанавливается перед горелкой. Это позволяет не нарушая логики работы штатной автоматики получить дистанционное управление горелкой. Автоматика, как и раньше будет выполнять свою задачу, а именно - не допускать кипения воды. Блок управления, назовем его эконометром - независимое устройство, реализующее возможности описанные выше.


Рис.6


При отключении эконометра от сети, нужно открыть клапан, потянув за его пластиковую крышку, расположенную сверху. Клапан открывается, после чего система возвращается в первоначальное состояние, управляемое только штатной автоматикой.
В качестве клапана используется отсекающий клапан, применяемый в системах аварийного отключения газа КЭГ - 9720. При подаче управляющего напряжения на катушку клапана происходит подача или отсечка газа. Клапан сертифицирован для использования в газовых системах и обеспечивает надежную и безопасную коммутацию газового потока.


Рис.7


В приборе также предусмотрено управление другими типами отключающих устройств на базе электродвигателя с редуктором.
Эконометр выполнен в виде малогабаритного блока, устанавливаемого в удобном для доступа месте. Датчик температуры эконометра устанавливается в помещении, в котором требуется поддержание заданной по программе температуры и подключается к эконометру при помощи экранированного кабеля.


Рис.8


Эконометр выполнен на базе однокристального микроконтроллера, управляющая программа которого составлена таким образом, чтобы реализовать функции дистанционного управления клапаном. Информация отображается на ЖКИ индикаторе, управление режимами работы осуществляется при помощи 4-х кнопок.

Эконометр работает следующим образом. В энергонезависимой памяти прибора запрограммировано 5 программ управления температурой, каждая из которых состоит из 48 записей температуры, по 2 на каждый час суток. Т.е. температура может быть установлена с точностью в 0.5 часа. Более частый контроль устанавливать нет смысла из-за большой тепловой инерции системы. Данные о температуре воздуха в помещении вводятся при помощи терморезистора. Сравнивая ее с температурой, записанной в текущей программе, эконометр выдает команду на включение или выключение клапана, осуществляя таким образом поддержание заданной температуры.
Эконометр может работать в 3-х режимах - поддержание температуры, коррекция предустановленных тепловых программ, настройка рабочих переменных.


Рис.9


Это вид дисплея в режиме поддержания температуры. Слева направо:
7 - день недели,
12 - часы,
19 - минуты,
оо - состояние клапана (когда отображаются эти символы, клапан открыт),
15 - температура воздуха в помещении.

В этом режиме при помощи кнопок можно изменить состояние часов, клапана и номер текущей программы. При помощи кнопок R и L выбирается позиция для изменения. Активная позиция отмечается миганием. Кнопками U или D производится увеличение или уменьшение активного параметра. Для принудительного изменения состояния клапана активная позиция устанавливается на температуру. При нажатии кнопок U или D последовательно изменяются состояния - "выключено" (на дисплее отображается "oF" ), "включено" (на дисплее отображается "on"), "работа по программе" (отображается температура в помещении ).


Рис.10


Между часами и днем недели находится активная позиция для присвоения номера программы дню недели. В обычном режиме она не отображается, только при наведении активной позиции. Часы эконометра имеют 7-ми дневный цикл. Каждому из 7-ми дней недели может быть присвоена любая из 5-ти программ.
Программы могут быть например такими:
0 - экономичная на будний день,
1 - умеренная на будний день,
2 - теплая на будний день,
3 - экономичная на выходной,
4 - теплая на выходной,
в зависимости от распределения температуры в течение суток. Пример программ для будней и выходных был приведен на графиках в начале статьи. Распределение по дням недели может быть например таким (так установлено после начальной инициализации прибора):

День недели1234567
программа0000044

Режим коррекции предустановленных программ предназначен для ручного изменения тепловых программ, имеющихся в приборе. Он включается если перемещать активную позицию влево от дня недели или вправо от температуры. Дисплей в этом режиме выглядит так:


Рис.11


Этот режим отличается от других режимов наличием знаков тире между цифрами . На дисплее отображается:

3 - номер предустановленной программы (от 0 до 4),
10 - часы,
00 - минуты,
16 -температура.

Как и в предыдущем режиме, кнопками R и L устанавливается активная позиция, отмечаемая миганием, затем кнопками U и D производится изменение параметра. В этом режиме значения минут изменяются с шагом в 30 минут (либо 00 либо 30). Для коррекции программы нужно установить требуемый номер предустановленной программы (0...4), выбрать нужное время, установить температуру и так для всех 48 значений температуры в сутках.

Вернуться к режиму индикации поддержания температуры можно, если перемещать активную позицию влево от номера программы или вправо от температуры (т.е. эти два режима переходят один в другой). Часы идут независимо от манипуляций с клавиатурой, поэтому процесс изменения параметров не прерывает поддержания заданной по программе температуры.

Возможности прибора по регулированию температуры, позволяют составить тепловые программы индивидуально для каждого случая. Большой интерес представляет применение этого способа и устройства для отопления промышленных помещений. Экономия может быть самой различной, в зависимости от соотношения времени между теплой и прохладной температурой в отапливаемом помещении. Одно можно утверждать с уверенностью - экономия будет всегда.

Затраты на газовый эконометр, выпущенный в условиях серийного производства ориентировочно должны окупиться за 1-2 месяца при использовании для отопления индивидуального жилого дома. При использовании в промышленности, затраты окупятся за 1-2 дня, а то и за пару часов. А полученная экономия в 10-20% от затрат на отопление может составлять очень значительную сумму, в зависимости от объемов газопотребления.

Испытания прибора в течение отопительного сезона подтвердили все описанное выше. Прибор прост, а значит надежен, требует обслуживания всего 1-2 раза в год, все остальное время работает автономно по заданной программе. Предусмотрены возможности безаварийной работы в условиях проблем с электропитанием .

Практически без переделок, прибор может быть применен в отопительных системах на других энергоносителях (электроэнергия, жидкое топливо).

Попов Евгений Александрович