Решил сделать термостат для отопительного газового котла в частном доме. Исполнение: два блока (БП с реле и блок контроллера). Связь между блоками по проводам (витая пара). БП непосредственно возле котла, а блок контроллера в комнате.
Т. к. это был мой первый заказ на изготовление плат от китайского сервиса jlcpcb, я решил пусть придут для начала платы БП, а потом отправлю в производство плату самого контроллера.
А пока это все будет в дороге, обкатаю идею на макетном стенде на базе Arduino UNO .
Плата блока питания пришла, распаял проверил – все работает.
Параллельно написал с помощью «ИС ДРАКОН» совсем простенький алгоритм для платы Arduino, в расчете что потом перенесу на STM 32.
Все подключил и начал тестировать.
И вот тут неожиданно стало понятно, что в своих расчетах я не учел теплопотери дома в целом и большую инерционность системы отопления.
Для полного понимания дом одноэтажный с 3-мя комнатами, толстые внешние стены (70 см) но не везде. В одной из больших комнат внешние стены тонкие (30 см). Окна металлопластик. Газовый котел ARISTON GENUS EVO 24.
Что же выяснилось?
В штатном режиме (без внешнего термостата) котел работает по датчику температуры на выходе из нагревателя.
Например на котле установлено 70С. Вот котел включился (в системе пошла циркуляция воды и нагрев). Как только на выходе из котла вода набрала 70С - нагрев отключился. А циркуляция еще какое-то время работает. Потом датчик температуры фиксирует, что вода в системе охладилась до 60С и котёл снова включается на подогрев воды. И так циклически.
Таким образом котел как бы контролирует температуру воды в системе отопления, а дом, образно говоря, охлаждает систему отопления в зависимости от того на сколько сам прогрет атмосферным воздухом. Можно сказать и так - дом забирает тепло из системы отопления.
Установкой внешнего термостата я думал сэкономить на ночном нагреве дома, т. е. ночью, когда все спят под одеялами снижать температуру нагрева системы отопления. И все получилось, температура в комнате падала до нужного значения, спалось хорошо и комфортно.
Но выяснилась оборотная сторона дела.
Когда ночью я снижал нагрев системы отопления (с помощью термостата), а днем ставил в обычный комфортный режим то происходило следующее: дом за ночь чуть остывал (не сильно) но ниже чем раньше. В итоге чтобы опять дотянуть температуру в доме до комфорта, котлу приходилось работать на нагрев сильнее (т. е. чаще запускаться).
Раньше (без термостата) котел включался с какой-то периодичностью, условно назовем ее 1.0 (одна единица за сутки). Теперь я ему сказал: ночью включайся с периодичностью 0.6. Он так и сделал. А потом днем, чтобы нагнать нужную температуру, ему пришлось включаться с периодичностью 1.7. В итоге за сутки эта та же 1.0 как и раньше. Другими словами нет заметной экономии газа.
Плюс ко всему на поддержание температуры в доме очень сильно влияет перепад атмосферной температуры. Инерционность процесса около 6-8 часов (в моем случае). Т. е. например пик тепла на улице приходиться на 15-16 часов. А пик тепла в доме приходится на 21-22 часа. Дом слегка нагревается снаружи в теплые часы суток, и постепенно прогревается и внутри, но не сразу. Системе отопления проще и быстрее его прогреть когда есть помощь извне (в виде солнечного тепла).
Прибавьте к этому то, что в доме, в котором я живу, достаточно большие теплопотери (т. к. это юга, тут сильных морозов нет и люди при строительстве не заморачиваются хорошей теплоизоляцией). При таких раскладах термостат мне особо сильно ничего не сэкономит.
Единственное рациональное применение термостата которое я вижу, это экономия в те моменты, когда внешнее тепло (атмосферный воздух, солнце) прогревает дом и как бы добавляет энергии тепла в дом, соответственно в этот момент можно меньше энергии брать от сжигания газа. Но при такой инерционности и теплопотерях дома как у меня, это сложная задача для расчета.
Куда большая экономия была бы при очень хорошей теплоизоляции дома. Тогда система отопления быстро реагировала бы на изменения температуры внутри дома. Быстро нагревала бы и отключалась, не тратя при этом энергию понапрасну.
Мои выводы такие: теплоизоляция дома это самое главное, что потом будет вам экономить газ (при газовом отопление) всю оставшуюся жизнь дома. Чудес не бывает, в школьных учебниках по физике написано: «Энергия ни от куда не берётся и никуда не девается, она просто переходит из одного состояния в другое».
В моем конкретном случае, при плохой теплоизоляции дома и работе отопительного котла почти на пределе своей мощности (а то и не справляется), внешний термостат особо не нужен.
Поэтому еще не отправив в производство платы для контроллера температуры придется мне их переделать под другую задачу.