14 Elektronika domowa
Automatyzacja centralnego
ogrzewania
Pisaliśmy kiedyś o nowoczesnym domu sterowanym komputerami, w którym wykorzy-
stano wszystkie zdobycze techniki. Okazuje się jednak, że zanim doczekamy się takich
 szklanych domów minie jeszcze sporo czasu. Można jednak uczynić znaczne postępy
w tej dziedzinie wprowadzając do domów znacznie prostsze układy automatyki, dzięki
której można żyć wygodniej i oszczędniej. Automatyzacja mieszkań rozpoczęła się już
przed wojną i mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że praktycznie w każdym domu jest
z tym zwiÄ…zanych. W nocy jak wiadomo
automat. Tym automatem, mechanicznym co prawda, jest poczciwa i nieoceniona spłuczka
lepiej śpi się w chłodniejszych pomiesz-
wisząca na ścianie każdej toalety. Artykuł poświęcony jest automatyzacji układów cen-
czeniach.
tralnego ogrzewania. Zastosowanie rozwiązań proponowanych przez autora wpływa na
Najbardziej rozbudowane programato-
wzrost komfortu i ogranicza niemałe koszty ogrzewania mieszkań. Choć słońce grzeje
ry posiadajÄ… rozbudowany cykl tygodnio-
niemiłosiernie zima zbliża się do nas wielkimi krokami i warto zastanowić się nad przed-
wy. Wszak w niedzielę śpimy dłużej niż
stawionymi poniżej problemami i sposobami ich rozwiązania.
w dzień powszedni i z reguły nie chodzi-
Budżet naszego państwa jest w opła- Dziś praktycznie każdy piec CO, fa- my do pracy, dlatego też odpada obniżanie
kanym stanie. Płynie z tego prosty wnio- chowo nazywany kotłem, wyposażony jest temperatury w ciągu dnia. Dodatkowo
sek poparty doświadczeniem minionych w termoregulator. Jest to niezbędny waru- w programatorach istnieje jeszcze możli-
lat, że rząd łatając dziurę w finansach wy- nek w miarę oszczędnego ogrzewania wość zaprogramowania temperatury  wa-
dawanych lekką ręką, sięgnie nam podat- domu. W prostszych wykonaniach termo- kacyjnej , czyli temperatury jaka ma być
nikom jeszcze głębiej do kieszeni. Dosko- regulatory posiadają dwie nastawy tempe- utrzymywana przez okres kilku dni w cza-
nałym sposobem na wyciągnięcie braku- ratury którą mają stabilizować. Nastawy sie zimowych wyjazdów świątecznych.
jących miliardów są wszelkiego rodzaju  dzienna i  nocna zmieniane są ręcznie. W tym miejscu należy wspomnieć
nośniki energii. Drugą groz
bą, która wisi Bogatsze wersje posiadają zegar dobowy, o miejscu w jakim powinien znajdować
nad nami jest układ dotyczący ogranicze- który automatycznie przełącza temperatu- się termoregulator. Koniecznie trzeba go
nia wydobycia ropy naftowej zawarty rę  dzienną i  nocną . Słowa: dzienna umieścić na ścianie wewnętrznej budyn-
przez kraje OPEC. Trzecim niekorzystnym i nocna piszÄ™ w cudzysÅ‚owiu, gdyż sÄ… to ku na wysokoÅ›ci 1,5÷1,7 m nad poziomem
czynnikiem jest opłakany stan polskiej pojęcia dość umowne. Temperatura  noc- podłogi. Miejsce w którym znajduje się ter-
gospodarki i groz
ba silnego spadku war- na może bowiem oznaczać niższą tem- moregulator nie może być poddawane
tości złotego w stosunku do innych walut. peraturę także w dzień w czasie gdy do- bezpośredniemu działaniu promieni sło-
Każdy z osobna i wszystkie razem przed- mownicy są w pracy i szkole. Nie ma wte- necznych. W pobliżu nie mogą przebie-
stawione powyżej czynniki mogą i naj- dy potrzeby utrzymywać wysokiej tempe- gać żadne czynne kanały dymowe ani
prawdopodobniej wpłyną na niemały ratury pomieszczeń i ponosić kosztów wentylacyjne. Jeszcze jednym wymogiem
wzrost cen nośników energii. Z tego też
względu wskazane jest jak najefektywniej-
sze jej wykorzystanie. Doskonałym polem
do popisu jest centralne ogrzewanie, któ-
re stanowi ok. 50÷70% rocznego zapotrze-
bowania domu na energie w ciągu całego
roku. Zatem niewielka nawet oszczędność
przy ogrzewaniu prowadzi do znacznych
oszczędności finansowych. Opisywane tu
układy są stosunkowo tanie. Jeden z nich
kosztuje dosłownie kilka złotych i pozwa-
la zaoszczędzić nawet do 10% energii.
Drugi układzik jest już nieco droższy, co
wynika z dość wysokiego kosztu
(400÷500 zÅ‚) zaworu wodnego sterowane-
go elektrycznie). Także w tym przypadku
sama elektronika jest tania  rzędu kilku-
nastu złotych. Oba urządzenia oprócz
oszczędności zapewniają także wzrost
komfortu cieplnego, czyli inaczej mówiąc
poprawiajÄ… stabilizacjÄ™ temperatury w po-
mieszczeniu.
Rys. 1 Typowy układ sterowania pieca CO i przebieg temperatury w pomieszczeniu
Automatyzacja centralnego ogrzewania 15
dążenie producentów grzejników do mi-
nimalizacji pojemności wodnej. Po pew-
nym czasie jednak daje się zauważyć po-
wolne rozgrzewanie siÄ™ pomieszczenia,
lecz wtedy temperatura jest najniższa i jej
wartość jest mniejsza od wartości dolne-
go progu histerezy.
Po fazie obniżania się temperatury na-
stępuje nagrzewanie się pomieszczenia.
Temperatura wzrasta, aż osiągnie wartość
górnego progu histerezy (20,5°C), kiedy to
następuje wyłączenie pieca CO. Rozgrza-
ne kaloryfery oddają jednak ciepło w dal-
szym ciÄ…gu (obszar C na wykresie). Na sku-
tek tego temperatura w pomieszczeniu
wzrasta i to znacznie w stosunku do górne-
go progu pętli histerezy. Wartość tego prze-
rzutu temperatury zależy w głównej mie-
rze od dwóch czynników. Jednym z nich
jest bezwładność cieplna pomieszczenia
a drugim temperatura czynnika grzejnego
czyli wody w kaloryferach. Im wyższa tem-
peratura wody na wyjściu z kotła tym prze-
rzut jest większy. Może on nawet osiągnąć
Rys. 2 Zmodyfikowany układ sterowania pieca CO i przebieg temperatury w pomieszczeniu
wartość 2°C. Po pewnym czasie kaloryfery
jest brak intensywnego przepÅ‚ywu powie- o szerokoÅ›ci 1°C górny próg przy którym jednak wystygnÄ… i temperatura zacznie spa-
trza w pobliżu termoregulatora, odpada regulator wyłącza piec CO ma wartość dać. Cały cykl powtarza się.
wiÄ™c sÄ…siedztwo drzwi nawet wewnÄ™trz- 20,5°C, natomiast dolny, przy którym piec Na spadek temperatury poniżej dolne-
nych. Dopiero miejsce speÅ‚niajÄ…ce powyż- jest wÅ‚Ä…czany to 19,5°C. Na poczÄ…tku wy- go progu histerezy nie ma w zasadzie żad-
sze warunki zapewni właściwą pracę re- kresu w pomieszczeniu temperatura jest nego rozwiązania. Z reguły spadek ten jest
gulatora i stabilnÄ… temperaturÄ™ w miesz- nieco wyższa od nastawionej i piec pozo- niewielki i nie przekracza 0,5°C (z reguÅ‚y
kaniu staje wyÅ‚Ä…czony (obszar A na wykresie). Na wartość spadku wynosi ok. 0,2°C). Jeżeli
Opisany wcześniej termoregulator skutek strat ciepła temperatura powoli ob- jest większy świadczy to o zbyt małej wy-
z programatorem tygodniowym sprawiłem niża się. Po przekroczeniu dolnego progu dajności energetycznej pieca CO lub zbyt
sobie kilka lat temu do swojego, gazowe- pÄ™tli histerezy (19,5°C) piec zostaje wÅ‚Ä…- maÅ‚ej mocy grzejników. Przerzut ponad
go pieca CO. Pod względem funkcjonal- czony (obszar B na wykresie). Mimo tego górną granicę pętli histerezy można jed-
nym to niewielkie urządzonko bardzo temperatura w pomieszczeniu w pierw- nak dość prosto usunąć.
przypadło mi do gustu. Jednakże jakość szych chwilach po włączeniu pieca spada Wystarczy pomiędzy termoregulator
stabilizacji temperatury była wysoce nie- w dalszym ciągu. Jest to związane z bez- a piec włączyć układ pośredniczący, któ-
zadowalająca. W domu odczuwało się na władnością cieplną instalacji CO. Wszak ry będzie włączał piec CO w chwili włą-
zmianę ciepło i zimno. rozgrzanie wody i ogrzanie kaloryferów czenia się termoregulatora. Jednak po pew-
Jak podawał producent, pętla histere- wymaga pewnego czasu. Czas ten jest tym nym czasie mimo tego iż termoregulator
zy regulatora powinna wynosić 0,5°C. Nie- krótszy im mniejszy jest zÅ‚ad, czyli ilość w dalszym ciÄ…gu jest wÅ‚Ä…czony ukÅ‚ad po-
stety okazało się, że  zapomniano dopi- wody mieszcząca się w instalacji. Stąd też średniczący wyłączy piec na zadany czas.
sać małego znaku ą, gdyż rzeczywista
pętla histerezy była większa i miała war-
tość 1°C pomiÄ™dzy górnym i dolnym pro-
giem regulatora. Oprócz tego na tempera-
turę w pomieszczeniu ma także jego po-
jemność cieplna i bezwładność systemu
grzewczego. Zachowanie takiego układu
spróbujemy prześledzić korzystając z ry-
sunku 1. Zamieszczono na nim typowy
układ sterowania pieca CO przy pomocy
termoregulatora. Natomiast na wykresie
poniżej przedstawiono przebieg tempera-
tury w pomieszczeniu.
Ustawiona na regulatorze temperatu-
Rys. 3 Schemat ideowy układu pośredniczącego.
ra ma wartość 20°C. Przy pÄ™tli histerezy
16 Automatyzacja centralnego ogrzewania
niż na parterze. Stosując kla-
syczne, czyli wspólne zasila-
nie obu kondygnacji bardzo
trudno jest uzyskać jednako-
we ogrzanie piętra i parteru.
Inną sytuacją będzie układ za-
silania pomieszczeń biuro-
wych i mieszkalnych z jedne-
go pieca CO. Godziny w któ-
rych poszczególne pomiesz-
czenia mają być ogrzane są
zdecydowanie różne.
Rozdzielenie obwodów za-
silania wymaga większych
przeróbek instalacji wodnej
i związanych z tym kosztów.
Lecz w przypadkach takich
jak przedstawione powyżej
inwestycja ta powinna siÄ™
zwrócić w ciągu jednego se-
zonu grzewczego. Ciężko jest
Rys. 4 Schemat elektryczny instalacji sterującej piecem CO ogrzewającym pomieszczenia i zasobnik ciepłej wody użytkowej
oszacować oszczędności wy-
Jeżeli po tym czasie temperatura w po- rysunkach 1 i 2 celowo  przerysowano nikające z tego rozwiązania gdyż w dużej
mieszczeniu będzie zbyt niska układ po- wartości przerzutów temperatury, co miało mierze zależą one od fizycznych właści-
nownie włączy piec CO. Wyłączenie pie- na celu lepsze zilustrowanie problemu. wości ogrzewanego obiektu, są one jed-
ca następuje z chwilą osiągnięcia górne- Schemat układu pośredniczącego nak dość duże i można je szacować na
go progu pÄ™tli histerezy. To proste rozwiÄ…- przedstawiono na rysunku 3. Jest to prosty nawet poziomie 20÷30% o komforcie nie
zanie powoduje znaczne spłaszczenie tajmer zerowany przez rezystor R2. wspominając.
narastania temperatury w pomieszczeniu Z chwilą zwarcia styków w termoregula- W takich przypadkach jak opisano moż-
dzięki czemu przerzut ponad górny próg torze na wejście zerujące (nóżka 4) tajme- na zastosować dwa kotły CO, co jednak jest
jest dużo mniejszy. W praktyce bez pro- ra zostaje podane napięcie zasilania i układ rozwiązaniem nieekonomicznym. Znacz-
blemu można osiągnąć przerzut rzędu rozpoczyna generację impulsu, którego nie tańsze jest rozdzielenie zasilania obu
0,2°C. Wartość przerzutu można w prosty czas trwania zależy od wartoÅ›ci elemen- różnych grup pomieszczeÅ„ i zastosowanie
sposób regulować czasem przerwy w pra- tów R1 i C1. Wtedy też zostaje zwarty prze- jednego kotła. Do tego celu niezbędny jest
cy pieca CO wprowadzanej przez układ kaz
nik Pk1 włączający piec CO. Po od- elektrycznie sterowany zawór trójdrożny.
pośredniczący. Cały cykl pracy pieca CO mierzeniu zadanego czasu rzędu 3 minut. Zawór taki stosowany jest często w instala-
z takim prostym układem przedstawiono Tajmer wyłącza piec CO na czas zależny cjach z piecem CO jednofunkcyjnym, któ-
na rysunku 2. od wartości elementów P1 i C1. Czas ten ry oprócz centralnego ogrzewania służy tak-
Zatem można oczekiwać, że dla ter- można regulować w szerokich granicach że do podgrzewania zasobnika ciepłej
moregulatora o pÄ™tli histerezy 1°C waha- od ok. 3 minut do zera przy pomocy po- wody użytkowej. Schemat elektryczny ta-
nia temperatury w pomieszczeniu nie po- tencjometru P1. Następnie piec jest po- kiej instalacji dla zaworu firmy Danfoss typ
winny być wiÄ™ksze niż 1,5°C. Natomiast nownie wÅ‚Ä…czany na okres 3 minut. HS3 przedstawiono na rysunku 4. Zawór
dla regulatora o pÄ™tli histerezy 0,5°C wa- W dowolnej chwili piec CO może zo- trójdrożny posiada jedno wejÅ›cie wody
hania bÄ™dÄ… na poziomie 1°C. Jest to war- stać wyÅ‚Ä…czony przez termoregulator.  AB i dwa wyjÅ›cia  A i  B . WejÅ›cie wod-
tość w pełni zadowalająca i praktycznie W chwili gdy styki termoregulatora roze- ne zaworu połączone jest z wyjściem cie-
niewyczuwalna przez człowieka. wrą się tajmer zostanie natychmiast wy- płej wody z pieca CO. Możliwe są trzy po-
Zmniejszenie wahań temperatury zerowany przez rezystor R2 zwierający zycje pracy zaworu. Woda doprowadzana
oprócz poprawy komfortu cieplnego pro- wejście zerujące do masy. jest tylko do pierwszego wyjścia  A , woda
wadzi do zmniejszenia zużycia gazu lub Drugim rozwiązaniem pozwalającym doprowadzana jest równocześnie do obu
oleju opałowego. Dzieje się tak na skutek zaoszczędzić na paliwie i zwiększyć so- wyjść  A i  B oraz woda doprowadzana
niższej średniej temperatury w pomieszcze- bie komfort cieplny jest rozdzielenie in- jest tylko do drugiego wyjścia  B . Pozwa-
niu (mniejsze przerzuty). W naszych wa- stalacji CO na dwa niezależnie sterowane la to na dowolne zasilanie instalacji.
runkach klimatycznych obniżenie zimą obwody. Rozwiązanie tego typu zalecane W układzie sterowania zaworem wbu-
Å›redniej temperatury o 1°C prowadzi do jest szczególnie tam gdzie wystÄ™puje wiÄ™k- dowany jest miniaturowy silniczek prÄ…du
obniżenia zużycia paliwa o 7÷10%, co jest sza liczba pomieszczeÅ„ o różnych stratach zmiennego i sprężyna powrotna powodu-
wartością niebagatelną. Zaletą tego rozwią- cieplnych, lub czas ogrzewania różnych jąca powrót zaworu do pozycji wyjściowej
zania jest także fakt braku ingerencji w piec pomieszczeń jest inny. Klasycznym przy- przy braku zasilania  A . Układ sterowania
CO i układ termoregulatora. Modyfikowa- kładem jest dwupiętrowy domek jednoro- wyposażony jest także w styki zwierane
ne jest tylko sterowanie piecem. Na obu dzinny. Straty ciepła na piętrze są większe w chwili ustawienia się zaworu na zadanej
Automatyzacja centralnego ogrzewania 17
10 sek. Po zakończeniu cyklu robocze-
go zaworu i ustawieniu siÄ™ w pozycji
przepływu  B na jego wyjściu elektrycz-
nym (przewód pomarańczowy) pojawi
się napięcie, które zostanie doprowadzo-
ne do pieca CO włączając go. Ciepła
woda popłynie do drugiego układu
grzewczego. Opóz
nienie we włączaniu
pieca zapobiega kierowaniu ciepłej
wody do drugiego obwodu grzewczego,
co także przyczynia się do niewielkich
oszczędności.
Natomiast gdy włączeniu ulegną oba
termostaty, przy czym nie jest istotne czy
nastąpiło to równocześnie czy też wcze-
śniej jeden z termostatów był włączony,
zasilone zostaną wyjścia B i KP. Powoduje
to włączenie pieca CO i ustawienie się za-
woru na pozycji  A I  B przy której zasi-
lane są dwa ogrzewane obwody równo-
cześnie. Jeżeli wcześniej był włączony ter-
mostat T2 zawór cofnie się do pozycji  A
i  B . Natomiast gdy wcześniej był włą-
czony termostat T1 zawór wykona tylko
ćwierć obrotu także do pozycji  A i  B .
W tym przypadku nie ma żadnego opóz
-
nienia przy włączaniu pieca CO.
Z uwagi na to, że zawór trójdrożny
znajduje siÄ™ w pozycji spoczynkowej  A
termostat T1 i obwód ogrzewania w wyj-
ścia  A zaworu powinny być doprowa-
dzone do pomieszczenia które jest ogrze-
wane częściej i więcej. Uniknie się wte-
dy niepotrzebnego kręcenia zaworem.
Niezwykle istotne jest właściwe pod-
łączenie wyjścia układu do pieca CO.
Rys. 5 Schemat układu elektronicznego sterującego piecem CO i zaworem trójdrożnym
Z reguły jedno z wejść sterujących pieca
pozycji. Dzięki temu piec CO zostaje włą- włączy się pierwszy termoregulator T1, znajduje się na potencjale zera robocze-
czony dopiero po zakończeniu ruchu ro- włączeniu ulega przekaz
nik PK2 co jest go (N), a na drugie podaje się napięcie fa-
boczego zaworu i ogrzana woda płynie sygnalizowane zapaleniem diody D4. Na- zowe (R). Nie wolno pomylić ze sobą tych
w ustawionym kierunku. Wszystko to pięcie zasilania  faza sieci zostanie do- wejść, gdyż w przeciwnym wypadku do-
umożliwia bardzo proste i zgrabne rozwią- prowadzona przez połączenie KP bezpo- prowadzi się do zwarcia.
zanie sterowania zaworu. Ponadto zawór średnio do pieca CO. Nie spowoduje to Opisany układ został praktycznie
posiada ręczną dz
wignię sterowania po- zmiany ustawienia zaworu trójdrożnego, sprawdzony w piecu CO firmy Beretta typu
zwalającą ustawić go w pozycji przepływu który pozostanie w pozycji spoczynkowej IDRA Exclusive 20 i działa w nim niena-
na oba wyjścia równocześnie  A i  B .  A , a tylko włączenie pieca CO. Ciepła gannie od trzech lat. W układzie wodnym
Zadaniem układu sterującego dwoma woda popłynie od razu do
obwodami zasilania centralnego ogrzewa- grzejników.
nia jest takie ustawianie zaworu aby piec W sytuacji kiedy włączo-
mógł ogrzewać każdy z obwodów oddziel- ny zostanie tylko drugi ter-
nie jak też oba obwody równocześnie. moregulator T2 włączy się
Krótko mówiąc układ elektroniczny musi przekaz
nik PK1, co jest sy-
realizować sumę logiczną sygnałów gnalizowane zapaleniem się
z dwóch odrębnych termoregulatorów. diody D2. Wtedy napięcie
Schemat takiego rozwiÄ…zania pokazano na sieci zostanie doprowadzone
rysunku 5. do wyjścia B uruchamiając
Styki termoregulatorów mogą zwierać zawór trójdrożny. Zawór za-
ze sobą wejścia T1A, T1B i T2A, T2B. Gdy cznie obracać się co trwa ok.
Rys. 6 Schemat blokowy połączenia termoregulatorów, układów
pośredniczących i układu sterowania zaworem trójdrożnym
18 Automatyzacja centralnego ogrzewania
ślepce wywiercono dwa otwory na diody
sygnalizujące aktualne położenie zaworu
trójdrożnego. Płytka drukowana przymo-
cowana jest do czterech kołków znajdu-
jących się po wewnętrznej stronie panelu
sterującego w piecu CO stroną elementów
do wnętrza pieca (widać to na zdjęciu).
Diody LED montowane sÄ… po stronie dru-
ku. Układy pośredniczące wykonano póz
-
niej i dlatego znajdują się one na odręb-
nych płytkach drukowanych umieszczo-
nych w innym miejscu.
Oczywiście w konkretnym układzie
ogrzewania można zastosować każdy
z opisanych w artykule układów osobno.
O tym decydujÄ… potrzeby. Na koniec po-
zostaje mi tylko życzyć ciepłych dni w cza-
sie gdy za oknem będzie hulał zimowy
mroz
ny wicher.
Wykaz elementów:
sterowanie zaworem
Półprzewodniki
D1, D3  LED
D2, D4  1N4148
PR1  GB 008 1 A/100 V
Rezystory
R1, R2  1 kW/0,25 W
Kondensatory
C1  470 mF/25 V
C2÷C4  100 nF/50 V ceramiczny
Inne
TR1  TS 2/15
Pk1, Pk2  RM 81/12 V
B1  WTAT 1A/250 V
płytka drukowana numer 604
Wykaz elementów:
układ pośredniczący
Półprzewodniki
USA  555 wersja CMOS
DA  1N4148
Rezystory
RA  22 kW/0,125 W
RB  510 kW/0,125 W
PA  470 kW TVP 1232
Rys. 7 Płytka drukowana i rozmieszczenie elementów
Kondensatory
zastosowano zawór trójdrożny firmy Dan- w obwodzie sterowania zaworem trójdroż-
CB  40 nF/50 V ceramiczny
foss typu HS3. Na rysunku 5 opisano ko- nym. Schemat blokowy połączenia termo- CA  470 mF/16 V
lory przewodów wychodzących z zaworu regulatorów, układów pośredniczących
płytka drukowana numer 604
trójdrożnego tego właśnie typu. i układu sterowania zaworem zamieszczo-
Oprócz tego termostaty można wypo- no na rysunku 6. Płytki drukowane wysyłane są za zalicze-
sażyć w układ pośredniczący opisany Płytka drukowana układu sterowania niem pocztowym. Płytki można zamawiać
wcześniej. Schemat tego układu zamiesz- zaworem została zaprojektowana tak aby w redakcji PE.
czono także na rysunku 5. W stosunku do można ją było zamontować w opisanym
Cena: płytka numer 604 - 9,90 zł
układu z rysunku 3 tajmery nie posiadają wyżej piecu CO. Mieści się ona za zaślep-
+ koszty wysyłki (10 zł).
na wyjściach przekaz
ników, gdyż ich funk- ką przeznaczoną do zamontowania ukła-
cję spełniają przekaz
niki znajdujące się du włącznika czasowego, w której to za- ą
Ä…
Ä… Ryszard Jagielski
Ä…
Ä…