Система отопления в умном доме: способы контроля в частных домах и квартирах

Умный дом – это комплексная система автоматизированного управления домашними приборами, набирающая всё большую популярность. Она охватывает практически весь спектр бытовых устройств, имеющихся в современном жилище. А также входит в систему умный дом и отопление, что позволяет регулировать температурный режим в помещении без вмешательства человека. Рассмотрим каким образом функционируют интеллектуальные отопительные системы и какие существуют приборы управления.

Как устроена система отопления «умный дом»

Автоматизированное управление системами отопления позволяет достичь сразу две важные цели:

1. Обеспечить автоматическое поддержание в доме определённой температуры, в соответствии с установленными настройками.
2. Сэкономить от 25 до 35% от общих затрат, уходивших ранее на электроснабжение обогревательных приборов.

В основе умного отопления лежит программируемый электронный блок, в который закладываются необходимые сценарии работы обогревательных приборов. В зависимости от сложности прибора, это может быть:

• Простое поддержание заданных температурных параметров.
• Сценарий, в соответствии с которым прибор изменяет интенсивность обогрева в разное время суток, и даже в различные дни недели.
• Интеграция с другими умными приборами и детекторами. Например, датчиком присутствия, наружным термометром.

Умные управляющие устройства способны передавать пользователю на смартфон информацию о температуре в доме, задействованных отопительных приборах, расходе электроэнергии.

Команды на включение или отключение обогревательных систем отдаются блоком управления на основе показателей датчика-термостата. При достижении температуры в комнате определённого показателя, процессор отключает обогрев, или делает его менее интенсивным. При падении температуры ниже заданного предела он наоборот — увеличивает подачу электричества.

Система отопления для частного дома

Чаще всего применяется умное отопление в частном доме. Связано это с его техническими особенностями. Интегрировать со смарт-термостатами можно практически любой обогревательный прибор, работающий на электричестве:

• Кабельные и инфракрасные тёплые полы.
• Обогревательные конвекторы, ИК-излучатели и прочие подобные устройства.
• Водонагревательные бойлеры для автономного отопительного контура.

Можно интегрировать в систему умного отопления даже твердотопливный, газовый или мазутный (масляный) котёл. Для этого терморегулирующее устройство подключается к блоку управления подачи топлива. При необходимости оно будет снижать количество подаваемого топлива (газ, мазут, солярка), либо увеличивать временной интервал между подачей угля у твердотопливных котлов.

Система отопления для квартиры

Система отопления умный дом может также применяться в благоустроенных многоквартирных домах. Прежде всего, приборы автоматической регулировки устанавливаются на электрообогреватели и тёплые полы. Они помогают поддерживать комфортную температуру в квартире в зимние морозы, когда центральное отопление не справляется с этой задачей. Работают смарт-термостаты здесь по такому же принципу, что и в частных домах.

Кроме этого, существуют особые модификации умных терморегуляторов, устанавливаемых на радиаторные батареи центрального отопления. Эти устройства позволяют перекрывать поток горячего теплоносителя, поступающего в батареи, направляя его в обход них. Этим уменьшается теплоотдача, и температура в квартире снижается. Когда же она опускается ниже установленного уровня, терморегулятор открывается, и батареи вновь нагреваются.

Как обеспечить контроль отопления в системе «умный дом»?

Для обеспечения контроля над отопительными приборами можно пойти двумя путями:

1. Установить на каждое обогревательное устройство индивидуальный термостат, с заложенной программой поддержания температурного режима.
2. Создать систему управления целой группой отопительных приборов, в центре которой будет находиться главный блок.

Второй вариант является более предпочтительным, так как вносить изменения в сценарий работы термостатов гораздо проще. Для этого потребуется лишь перепрограммировать центральный процессор, вместо того, чтобы изменять настройки каждого терморегулятора в отдельности.

Терморегуляторы на батареи

Термостаты, используемые для регулировки нагрева радиаторов центрального отопления, функционируют по принципу температурных клапанов. По способу настройки они разделяются на три типа:

• Ручные. Регулировка подачи теплоносителя в этих, самых простых приборах производится путём ручной настройки – поворотом вентиля.
• Механические. Для их программирования также понадобиться непосредственное ручное выставление параметров. Но они, в отличие от ручных регуляторов, способны в автоматическом режиме поддерживать заданную температуру.
• Электронные. Самый сложный тип терморегуляторов для батарей. Имеют встроенный программируемый микропроцессор, а некоторые модели способны поддерживать удалённую связь с центральным блоком управления. Такие устройства можно полностью интегрировать в систему «умный дом», и управлять параметрами нагрева батарей в удалённом режиме.

Типичный пример терморегуляторов, предназначенных для установки на батареи центрального отопления, устройства от датской компании Danfoss. Конструктивно они состоят из двух частей:

• Клапан, регулирующий подачу воды.
• Термостатическая головка, приводящая клапан в движение, в зависимости от заданных температурных параметров.

Механический термостат действует благодаря особому наполнителю. Внутри термостатической головки располагается сильфон – камера, наполненная газом или жидкостью с высокими показателями температурного расширения. При повышении температуры наполнитель увеличивается в объёме, толкает шток клапана, который перекрывает ток горячей воды к радиатору.

Комнатный термостат

По другому принципу действуют высокоинтеллектуальные терморегуляторы. Среди них популярные на сегодня комнатные термостаты Xiaomi. Основной датчик, управляющий устройством – термометр, установленный на расстоянии от обогревательного прибора. Он может быть связан с термостатом проводами, или беспроводной связью. В соответствии с показаниями термометра, умный терморегулятор при помощи сервоприводов, приводящихся в движение электричеством, закрывает клапан на отопительном радиаторе.

Температурный датчик может подключаться к центральному «мозгу» умного дома, от которого электронный термостат получает сигнал на открытие/закрытие клапана при помощи радиосвязи или WiFi. Точно также могут получать распоряжения от центрального блока устройства, регулирующие электрические отопительные приборы. В этом случае не перекрывается ток теплоносителя, а происходит размыкание питающей электроцепи.

Выводы

Умные отопительные системы благодаря возрастающей технологичности и увеличивающемуся набору дополнительных функций становятся не просто дорогой электронной игрушкой, но и реальным помощником. Они способны не только избавить жильцов от части забот, связанных с необходимостью самостоятельно регулировать интенсивность обогрева дома, но и позволяют сэкономить значительные средства на теплоносителях.

Система отопления умного дома

Современные отопительные сети оборудуются не только элементами, обеспечивающими работу, но и комплексом устройств для регулировки и контроля. Такие системы получили название «Умный дом». Они позволяют управлять отоплением, дистанционно контролировать работу и устанавливать настройки для конкретных условий.
Обычно в комплекс «умный дом» входит не только система управления домашним отоплением, но и контроля за электросетью, освещением, вентиляцией, входными дверями и другими элементами жилого здания. Можно купить как готовые модули с голосовым управлением, так и собрать подобный агрегат самостоятельно, используя различные реле, колодки, модули и платы. В этой статье рассмотрим особенности работы «умного отопления», с дистанционным управлением.

Общие принципы системы отопления в умном доме

Для функционирования системы нужна верно организованная сеть устройств. В ней должны быть учтены особенности работы каждого компонента, отрегулированы их параметры и всё это подключено к блоку.

На первоначальном этапе прорабатывается схема, которая предопределяет обустройство системы и подключение всех датчиков. Схему наносят на чертеж, где определяется, какие компоненты будут использоваться. Реле могут быть подключены к котлу, термостатам, вентилям, розеткам или другим компонентам – все зависит от особенностей контроллера и отопительной системы. К контроллерам можно подключить любые системы, работающие от электросети

Общий принцип отопительной системы в умном доме заключается в том, каким образом будет сформирована сеть теплообменников и как подключена к блоку. При этом, кроме труб и радиаторов, к контроллеру подключают котел и различные датчики. В зависимости от функционала блока управления, к нему же подключаются и другие системы, которые будут контролироваться через комплекс «умный дом».

Из чего состоит отопительная система умного дома?

Кроме самой отопительной системы, в которую входят радиаторы, котел, вентили и насосы, в комплекс «умный дом» должны входить различные элементы контроля. Каким образом будет сформирован комплекс, определяется чертежами и особенностями уже установленных устройств. Чаще всего используется GSM контроллер, в этом случае необходимы следующие компоненты:

• датчики температур – обычно их используют не более 2-3, в зависимости от типа контроллера и его функций;
• блок с GSM модулем или Ethernet протоколом, для управления отоплением через интернет;
• антенна для приема GSM сигнала, Ethernet или Wi-Fi адаптер для взаимодействия с другими устройствами системы «умный дом»;
• датчики протечек — обеспечивают безопасную эксплуатацию, даже при удаленном управлении;
• сканер электронных ключей или другой механизм для контроля доступа;
• аккумулятор для автономной работы всех компонентов системы;
• соединительные провода и кабели питания;
• колодки для управления котлом.

Эта комплектация стандартная для GSM системы умный дом отопление в которой подключается через котел и колодки. В условиях, когда комплекс подключается к уже установленной системе, набор устройств подбирается индивидуально. Систему можно разместить на цокольном этаже, в подвальном помещении

Обычно, кроме стандартных радиаторов, используют дополнительные обогревательные приборы: систему «жидких полов», камины и другие взаимосвязанные отопительные устройства. В этом случае для автоматизации потребуется больше датчиков и модулей управления.

Возможности и преимущества системы отопления умного дома

Дистанционное управление отоплением квартиры или загородного дома позволяет контролировать температуру в помещении, даже находясь далеко от него. Но это не единственный плюс этой системы. Пользователи указывают на следующие достоинства:

• Климат в помещении соответствует установленным настройкам, даже если хозяин не уследил за работой нагревательных приборов.
• Автоматизация контроля помогают существенно снизить расход газа и электроэнергии.
• Неисправности будут обнаружены своевременно, компьютер исключает человеческий фактор.
• Система позволяет комбинировать отопительные приборы и упрощает управление ими.

Недостатком отопления «умный дом» считается большая цена (особенно блока управления) и сложный монтаж. Не каждый специалист справится с установкой комплекса, даже при наличии подробного чертежа, а отрегулировать и настроить могут только профильные мастера.

Цена умного отопления высокая, как и стоимость монтажа – это основные недостатки. Отсюда вытекают и другие минусы системы: высокая цена ремонта, сложность подключения дополнительных компонентов и их замены.

Чтобы избежать больших затрат в будущем, важно на этапе первоначального монтажа организовать работу всего комплекса и настроить его нужным образом. Основным пунктом затрат при установке будет блок управления, даже при большом количестве датчиков и терморегуляторов.

Организация управления отоплением

Теплопроводность потолков, перегородок и стен, качество утеплителей в них, реализованная отопительная система и способ распределения тепла – это все компоненты климата внутри здания. Здесь важную роль играют радиаторы, «тёплые полы», котлы, бойлеры – этим можно управлять при помощи одного блока управления.

Контроллеры и программаторы помогают настраивать работу любых систем, входящих в «умный дом», а не только осуществлять управление домашним отоплением. Связь между всеми системами происходит через локальные блоки и исполнительные реле, а контроль за их работой производится при помощи датчиков.

Все компоненты в свою очередь соединяются и настраиваются в главном блоке управления. От модели и функционала последнего зависит список возможных к подключению систем.

Дистанционный контроль системы отопления

Все контроллеры отопительных систем, входящие в категорию «умный дом», делятся на две категории: локальные и зональные.

Блоки управления локального типа — это системы, управляющие климатом внутри дома в целом, регулирующие работу всей отопительной системы, в том числе «теплых полов», радиаторов, котла и зональных обогревателей.

Зональные блоки управления — это устройства, контролирующие работу определенного элемента отопительной системы, например, только «теплых полов» или «котла и радиаторов». В обоих случаях, контроллеры могут работать с дистанционным управлением, через GSM, Ethernet, Wi-Fi или другие модули.

Через GSM-блок

В блоках, работающих с GSM модулем, реализована возможность настройки и изменения параметров при помощи SMS сообщений. Это удобно для настройки без интернета, но считается недостатком, из-за требовательности к качеству сотовой сети.

Контроллер этой категории работает при помощи сетей GSM, поэтому использовать его нужно в соответствии с особенностью региона, а устанавливать можно только на определенной высоте.

GSM-контроллеры для «умного дома» вытесняются Ethernet-модулями на рынке. Из-за сложности в настройке, локальные контроллеры актуальны с возможностью интернет-подключения. Зональные модули можно использовать с GSM протоколом (например, регулировка и контроль горячей воды, поступающей в радиаторы). Такие контроллеры имеют несложное устройство, простую настройку (посредством SMS), удобное управление и систему оповещений.

Подойдут для зонального контроля модели следующих типов:

• GSM-Термометр «Телеметрика» — простая настройка, 4 реле для управления, удобное мобильное приложение;
• GSM-Термометр «Теплый дом 22» — наличие дисплея, несколько режимов работы, которые переключаются кнопками или SMS, градусники подключаются телефонным кабелем;
• TS2 GSM v6 – сложная настройка, но большой функционал, возможность подключения к устройству через приложение, удобный дисплей;
• Climate ZONT-H1 GSM – неудобный интерфейс, настройка параметров через сайт производителя, работа с 1 реле.

Большинство современных контроллеров имеют встроенный GPS и Ethernet модули, что позволяет выбрать удобное управление в определенных условиях. Подключение осуществляется через контуры, которые устанавливают внутри отопительной системы, а к самому комплексу подключаются через «реле».

Ethernet

В системе «умный дом» осуществлять управление отоплением можно и через интернет подключение. Для этого нужно, чтобы установленный блок управления имел соответствующий модуль и поддерживал Ethernet-подключение. В отличие от GSM контроллеров, они позволяют работать через программное обеспечение сразу нескольким пользователям.

Список гаджетов, доступных для подключения, зависит от ПО блока управления и его прошивки, а также модели, большинство могут работать со смартфонами, ПК, ноутбуками и планшетами. К достоинству относится и то, что настройка параметров в таких контроллерах доступна в любой точке мира, где есть доступ в интернет. Большинство современных программаторов и контроллеров имеют встроенный и GSM, и Ethernet протоколы

В отличие от программаторов и GSM контроллеров, блоки управления с возможностью подключения через интернет обладают следующими преимуществами:

1. Нет ограничения в количестве пользователей.
2. Можно настраивать параметры, подключившись к сети в любой точке мира.
3. Удобный интерфейс.
4. Возможность интеграции с голосовыми помощниками «Google Ассистент» или «Алиса».
5. Настроить такие контроллеры можно без помощи специалиста.

Так как нет привязки к номеру, в таких блоках важную роль играет идентификация владельца. Большинство выбирают в роли защиты PIN-код, но можно использовать голосовую идентификацию, по отпечатку пальца или FaceID.

В отечественных блоках, работающих дистанционно через интернет, обычно используется модуль Arduino, который может быть адаптирован в любую схему для дистанционного управления. Но использовать можно и другие модели с интернет-реле.

Управление централизованным отоплением

В отличие от установки контроллера и реле в частном доме, при оборудовании централизованного теплоснабжения для многоквартирного дома, система будет отличаться. В этом случае нужно подключение датчиков к каждой трубе, а контроллер должен обеспечивать автономное отопление, а не дистанционное управление. Но через GSM или Ethernet, блок управления может передавать статистические данные или информацию о состоянии отопления.

В централизованной отопительной системе используются модули с определенным реле, датчиков и термостатов. Здесь не нужны Ethernet протоколы и дистанционное управление – в ЦОС важную роль играет автоматизация по предустановленным параметрам. Сложность установки этого оборудования не позволяет самостоятельно заниматься его монтажом – этим должен заниматься профильный специалист.

Особенности организации системы отопления в умном доме

Как собрать систему «умный дом», подключить отопление и удаленный контроль, а также другие комплексы (вентиляцию, кондиционирование, освещение) – это вопрос, который должен решаться еще на этапе планировки дома и системы в целом. Всё зависит от выбранного модуля управления, его возможностей и количества реле.

Например, если устанавливается модуль на 12 каналов (к примеру — MP716 Laurent-112), то можно подключить до 12 точек для последующего управления и тогда план «умного дома» будет кардинально отличаться от системы с 6 каналами.

Таким образом, для начала нужно купить контроллер, а затем реле, датчики и другие составляющие «умного дома». Связано это также с тем, что в разных агрегатах могут различаться протоколы (Z-Wave отличается от ZigBee и так далее), поэтому подбирать нужно не комплектующие к контроллеру, а наоборот. С недавнего времени компания Xiaomi поставляет на рынок собственные контроллеры

После покупки блока управления, можно составлять планировку отопительной системы. Централизованный локальный контроллер должен иметь прямое подключение ко всем зональным реле (если таковые используются) либо к каждому из элементов отопления. Если к «умному дому» будут подключены только радиаторы и котел, управлять ими можно при помощи термостатов или других датчиков, установленных на выходе из радиаторов.

Как сформировывать сеть устройств и реле, нужно разбираться в планировках индивидуально – но важно соблюдать логику и учитывать особенности работы местной электросети.

Советы по подбору комплектующих и настройке управления системой

Если решено интегрировать в систему отопления блок управления, который позволит дистанционно настраивать ее работу, то важно, какая модель будет куплена. Из представленных на рынке, актуальны агрегаты как зонального, так и локального типа. Можно купить уже собранные блоки управления либо приобрести модули с реле, которые настраиваются как программаторы, через официальное ПО. Уже готовые к установке контроллеры с дисплеем, регуляторами и набором модулей, имеют цену выше, чем модули с реле. Athom Homey – лучшая модель на рынке, но и цена у нее самая высокая

Важно сразу решить, с какими протоколами он будет работать – не все устройства могут интегрироваться по Z-Wave или ZigBee стандартам. Если нет возможности разбираться в программном коде, то покупать следует исключительно уже готовые к использованию, собранные агрегаты «умный дом». Они работают в различных стандартах, но все готовы к использованию сразу после установки:

• Fibaro Home Center 2 – совместим с Google помощником, имеет Ethernet-подключение, работает через стандарт Z-Wave;
• RaZberry – недорогое устройство, с ограниченным функционалом, работает через стандарт HomeKit, можно настроить через ПК;
• VeraPlus – многофункциональный контроллер, работающий с большинством стандартов (в том числе с Z-Wave и ZigBee), удобный интерфейс, простая настройка через компьютер и смартфон;
• Athom Homey – лучший по функционалу контроллер, совместимый со всеми стандартами (включая интеграцию с «Алисой»), простая настройка, поддержка всех необходимых протоколов, но очень дорогая модель.

Ассортимент плат с исполнительными реле намного больше. К ним относится и известный модуль «Arduino», программный код которого находится в открытых источниках и может быть настроен в соответствии с запросами пользователя. Набор таких модулей может быть объединен в единой системе, где будет осуществляться удаленный контроль как отопления, так и других компонентов системы «умный дом», к которой можно подключить любые электрические приборы. В систему «умный дом» можно подключить не только отопление, но и вентиляцию, водопровод, освещение и другие элементы современного жилища, работающие от электричества

Кардинально отличаются программаторы – это системы, оснащенные терморегуляторами, термометрами, датчиками протечек и влажности по умолчанию. В них используется от 1 до 16 контуров, что позволяет точечно контролировать отопление.

Системы для дистанционного управления не актуальны для использования в централизованном отоплении. В котельных многоквартирных домов используются устройства для автоматизации, которые контролируют температуру и отключают при нужных показателях определенный трубопровод, либо котел полностью. Программаторы подходят для этих целей, в параметрах можно подключить оповещения по SMS, но управление осуществляется при помощи регуляторов, кнопок и дисплея.