Погодозависимое управление водяным тёплым полом
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Чт, 07/03/2019 - 09:10
Всем привет!
Построил небольшой каменный дом, отопление только водяным тёплым полом (есть только один радиатор под окнами "второго света", там потолок 4.5 метра и тёплого пола не хватает). Много бетона, наружный контур утепления, дом очень инерционный с точки зрения отопления. Делал много теплотехнических расчетов - теплорасчеты, гидравлику, экономическую целесообразность доп.утепления.
Живем в нём уже 4-ю зиму. Моё управление отоплением сводится к вращению термоголовки с выносным капиллярным датчиком на трехходовом термостатическом клапане. Ставлю по погоде и собственным ощущениям температуру подачи в тёплый пол.
Недостатки ручного управления - при резкой смене погоды дома может стать чуть жарко или чуть прохладно. Разница в 0.5°С для меня уже некомфортна. Давно хотел сделать контроллер, который учитывал бы все мои пожелания. Программирую всю жизнь, поэтому мне интересно именно сделать своё, а не купить готовое.
Дополнительным бонусом надеюсь получить небольшую экономию в оттепели. Ведь когда дома становилось жарко и чаще открывались окна (при ручном управлении) - автоматика поможет сэкономить. Чуть не забыл - источник отопления угольный котёл полуавтомат (раз в неделю загружаю до полного бункер ~200кг и свободен).
Я начал с того, что вместо жидкостной термоголовки купил электротермический сервопривод. Это такая хреновина, которая накручивается на клапан и умеет нажимать на шток клапана. Делает это она крайне неторопливо, потому что внутри нет никаких электромоторов. А есть только рабочее тело (то ли парафин, то ли толуол, хз) и нагревательная спираль. Когда я подаю на выводы сервопривода 220В, то спираль (1Вт) нагревается и постепенно нагревает рабочее тело. Через 1-2 минуты рабочее тело расширяется настолько, что давит на шток клапана. Когда я отключаю подачу электроэнергии - рабочее тело так же неторопливо возвращается в исходное состояние.
Сварганил на коленке сборку - ардуино Uno, один термодатчик ds18b20 и блок твердотельных реле (чтобы управлять подачей питания на сервопривод).
Цель № 1 - научить контроллер управлять сервоприводом и полностью заменить ручное управление "руками" на управление через инет. В результате долго мучался с управлением этим тормозным сервоприводом, но всё таки сделал приемлемый алгоритм (подробнее почитать можно в этой теме)
Цель № 1 достигнута. В облачной БД изменяю требуемую температуру подачи - и контроллер выполняет мои указания.
После этого я решил изучить влияние перемен температуры на дом и добавил еще несколько термодатчиков - четыре в доме и один на улице. Примерно неделю наблюдал за графиками температур, понял, что дом на изменения уличной температуры реагирует достаточно быстро, но очень незначительно. Например, скачок t°улицы в 10°С вызовет изменение t°дома всего на 0.5°.
На улице начало марта, поэтому отопление на минимуме. Какой-то зависимости t°дома от t°подачи воды я не нашел, очень часто меняется погода. Днем солнце, ночью подмораживает, то ветер, то штиль.
Для начала я решил сделать управление по теплопотерям дома (по уличной t°) с добавлением ПИД-регулирования по комнатной температуре.
У меня есть теплорасчет - сколько теплоэнергии нужно при какой t°улицы. Есть график отопления - какую t°воды нужно подавать в пол при какой t°улицы.
Вывел коэффициенты и составил алгоритм "как из t°улицы и t°дом получить t°воды"
И к этому алгоритму добавил П-регулирование (невязка=t°целевая_дом-t°дом, Kp=5 для начала)
Что такое t° дома? Решил взять среднее арифметическое показаний с двух датчиков за последний час (чтобы всякие проветривания и прочие помехи как-то нивелировать).

Еще надоело следить за показаниями датчиков через phpMyAdmin - написал на PHP скрипт рисования графиков (очень удобная js-библиотека ChartNew).

Вот, например, сутки наблюдений.
Синий график - t°улицы (шкала температур справа)
Коричневый - t°дома.
Оранжевый - результат работы алгоритма, t°воды_желаемая.
Красный - t°воды_фактическая (мой ШИМ-алгоритм держит температуру с точностью примерно +/- 0.5°, провал на графике в 15:30 - снимал контроллер для перенастройки).
Вот еще сутки - t° дома стабильна, но так и не достигает уставки примерно на 0.5°. Пробовал увеличивать Kp до 7 - не помогает. Налицо проблема нехватки И-регулирования.

Прямо как в статье

Поэтому я решил добавить И-регулирование с Ki=0.2 (частота у меня небольшая, раз в 5 минут).
Наблюдаю уже сутки - неплохие результаты!
t°дома сразу выросла до целевой и особо не отклоняется (только вверх на 0.2°). Продолжаю наблюдать.

Спад в 22:00-23:00 это проветривание.
Посмотрим, как будет вести себя система. Конечно, сильных морозов уже не ожидается. Но скачки в 10-15° за сутки будут почти каждый день. Интересно, как поведет себя система.
Всем бобра! :)
Всем привет!
Наблюдал четыре дня. На улице постоянно скачет температура (фиолетовый график, было от -15°С до +4°С). День был очень сильный ветер - дом конкретно выстужало.
А по графику дома (черный) более менее стабильно, отклонение от -0.4° до +0.7°.
Попробую увеличить Ki до 0.5 (с ограничением -10 > istate < +10).
Наблюдал трое суток. Неплохо.
Но решил еще добавить дифф.составляющую. Kd=50
После этого 16 суток ничего не менял и не трогал. Разное было - отключение электричества, яркое солнце+оттепель (даже отопление отключал на пару суток), сильные ветры, куча народу в доме.
На улице перепады с -13°С до +10°С
Дома с +25.5° до 26.3° (заслуга солнца в южные окна). Ничего не регулирую в котельной уже месяц. Скоро уже отопление отключать.
Мой вердикт - задумка удалась! Возможно, добавил бы еще выключение циркуляционных насосов при перегреве весенним солнцем. Но это уже после проверки новым отопительным сезоном. А пока - надо придумывать для самоделки корпус, подбирать БП и красивый настенный шкаф.
+100500!
а где скетч?
Спасибо.
Алгоритм в чём состоит?
Нет формулы - значит нет понимания присходящих процессов.
с проветриванием интересно.
--------------------------------------------------------------------------
Имею дровяной котёл.
В уме высчитываю необходимую температуру теплоносителя.
Рассчитал теплоёмкость дома, теплопотери в зависимости от температуры на улице, потери тепла через каждую стену(сравнил с фактической - сошлось), градиент температуры в комнате ( измерил),.....
-------------------------------------------------------------------------
Теплотехники всех стран объединяйтесь!
-------------------------------------------------------------------------
вот мой проект по отоплению ( солнцем ):
http://arduino.ru/forum/proekty/kontroller-otopleniya-ot-solnechnogo-kollektora