Однозначного универсального ответа на этот вопрос дать невозможно, так как на температуру внутри кессона оказывает влияние целый ряд факторов, среди которых я выделил для себя как минимум следующие:
- глубина промерзания грунта данного климатического района;
- плотность и водонасыщенность грунта;
- качество утепления кессона;
- рельеф и ветрозащищённость местности;
- теплопроводность материала корпуса кессона;
- особенности конкретного зимнего сезона, характеризующиеся наличием и толщиной снежного покрова, значениями и длительностью периодов минимальных температур.
Летом 2023-го года я самостоятельно выполнил монтаж кессона в одни руки:
Но обустроить кессон и сделать обвязку скважины до начала холодов не успел.
Среди прочих вопросов по обустройству был и вопрос необходимости отопления кессона. И наиболее объективным способом получения ответа на этот вопрос мог быть только реальный тест в полевых условиях - непрерывный мониторинг температуры в кессоне в течение всего зимнего сезона.
Однако зимой мы на дачу не ездим или ездим лишь эпизодически, так как дом я ещё не построил, а в бытовке в морозы хоть и тепло, но не очень комфортно:
Инструмент мониторинга
Задачу непрерывного мониторинга температуры проще всего реализовать в автоматическом режиме с помощью устройств умного дома. В моём случае - это Home Assistant:
Home Assistant - это бесплатная платформа для самостоятельного создания умного дома с открытым исходным кодом, создаваемая и поддерживаемая огромнейшим комьюнити. Основная суть этой платформы в том, что по минимуму она представляет собой лишь ПО (программное обеспечение в виде веб-сервера), и запустить это ПО можно на любом компьютере, в том числе и на одноплатных, типа Raspberry Pi.
Home Assistant обладает рядом преимуществ перед проприетарными вариантами экосистем умного дома:
- он независим от облачных сервисов, то есть находится полностью под вашим контролем, никто и никогда не отнимет его у вас, не ограничит права на доступ и использование, не урежет функционал без вашего ведома и согласия;
- не требует хостинга, так как работает на вашем компьютере в вашей домашней локальной сети (но может быть запущен и на сторонних серверах);
- не требует обязательно выделенного компьютера (хотя это и предпочтительнее), так как может работать на любом компьютере под управлением виртуальной машины или в контейнере;
- командой Home Assistant разработана собственная ОС на базе линукса, предназначенная исключительно для работы платформы этого умного дома, что обеспечивает низкий уровень входа для начала работы с этой системой - достаточно записать готовый образ диска на носитель компьютера (в этом случае выделенного только под работу Home Assistant), и умный дом готов без танцев с бубнами;
- может работать с некоторыми видами умных устройств и датчиков напрямую, без обязательного постоянного подключения к интернету;
- способен интегрироваться с огромным числом умных устройств различных брендов посредством программных интеграций с облачными сервисами этих брендов, или с самими устройствами напрямую;
- имеет бесплатное мобильное приложение, полностью дублирующее функционал веб-интерфейса, и транслирующее на сервер умного дома данные со множества датчиков телефона, включая уровень заряда, состояние WiFi и геопозицию;
- проект живой и непрерывно развивающийся, релизы выпускаются ежемесячно в обязательном порядке, а между ними ещё несколько сабверсий.
Но самое главное, это то, что Home Assistant может работать с самодельными умными устройствами! И именно этим чудеснейшим свойством я и воспользовался для мониторинга температуры в кессоне.
На даче, в бытовке, у меня уже несколько лет работает веб-сервер Home Assistant на одноплатном компьютере Raspberry Pi 3, веб-интерфейс которого мне доступен через интернет из любой точки. Он работает круглогодично 24/7, и мне было очень легко создать и подключить к моему дачному умному дому временное самодельное устройство мониторинга температуры.
Самый простой способ - использовать готовую плату на базе микроконтроллера ESP32. Этот микроконтроллер оснащён WiFi-модулем, а датчики температуры подключаются напрямую к пинам платы. Почти ничего не нужно делать.
Прошивку для микроконтроллера также писать самостоятельно не требуется! И в этом ещё один огромный плюс Home Assistant. Для платформы этого умного дома разработан мощнейший бесплатный фреймворк ESPHome (программный компонент, библиотека) для простой и быстрой интеграции самодельных умных устройств на базе микроконтроллеров ESP32, ESP8266 и некоторых других:
От пользователя требуется лишь написать файл конфигурации на языке yaml, в котором описывается только функциональная часть умного устройства, а все рутинные задачи по интеграции в систему умного дома, установлению связи и передачи данных уже сделаны. То есть, уметь программировать не требуется, однако немного повникать и поразбираться с идеологией платформы и форматом конфигурационных файлов всё же придётся.
Самодельное устройство мониторинга
Итак, на скорую руку я собрал такое устройство, без заморочек, на макетной плате а-ля Ардуино, без пайки. Микроконтроллер ESP32 на отладочной плате ESP32_Devkitc_V4 с гнездом для подключения внешней антенны и четыре датчика температуры Dallas DS18B20. Засунул всё это в первую попавшуюся картонную коробку:
Забегая вперёд, отмечу, что всё это непотребство на штырьках в картонной коробке во влажном неотапливаемом помещении отработало всю зиму без нареканий.
Закрепил коробку на стяжках в кессоне и подвёл постоянное электропитание с помощью удлинителя и обычной телефонной зарядки:
Датчики температуры закрепил внутри кессона на разной высоте так, чтобы они не касались стенок или труб:
Подключил всё это по WiFi (через выносную антенну) к дачному серверу умного дома Home Assistant. Антенну вместе с верхним датчиком температуры закрепил прямо под крышкой кессона к обрезку жёсткого кабеля, выполняющего роль крючка, зацепленного за горловину кессона:
В интерфейсе умного дома настроил удобное отображение температуры в виде графиков и написал самый простой конфигурационный файл для подключения этого самодельного устройства мониторинга температуры (почти всё содержимое взято из многочисленных примеров в документации на ESPHome):
Проверил работоспособность системы и уехал на зимовку в город удалённо наблюдать за динамикой температуры в кессоне.
Результаты исследования
Хотя зима ещё не закончилась, но уже сейчас картина стала ясной и однозначные выводы сделать можно.
Вот какие интересные данные за почти три зимних месяца я получил:
Здесь синий график, который больше всего колбасит - это наружная температура, значения которой снимаются с датчика на бытовке (он уже давно у меня там имеется). Как видно, за три зимних месяца температура опускалась аж до -32°C (напомню - это Ленинградская область).
Верхние четыре графика, которые почти линейны - это значения температуры с четырёх датчиков внутри кессона. Самый важный из них - оранжевый, "верхняя точка водопровода". Это самая критичная точка в кессоне - вода в трубах здесь будет расположена ближе всего к поверхности, и это наиболее вероятное место замерзания.
Как видно, за всю зиму ни один из четырёх датчиков не зафиксировал отрицательную температуру в кессоне. Вот более детальный вид графиков, без наружной температуры:
Однако, по мере промерзания грунта температура в кессоне неумолимо падала в течение всей зимы и стала подбираться к критическим значениям. А это говорит о том, что в иной сезон, когда снежный покров может быть тоньше, а длительности периодов с сильно отрицательными температурами больше, температура в кессоне вполне может перейти через ноль, и отопление установить, всё же, не помешает, но с уставкой включения не более +1°С.
Помимо ответа на вопрос из заголовка статьи, этот эксперимент дал мне ещё ряд любопытнейших сведений.
Вверху холодно, внизу тепло
Удивительно, но температура внизу кессона всегда стабильно выше, чем вверху. Это неожиданно, но вполне объяснимо. Чем ниже грунт от поверхности, тем он теплее. Хотя и ожидалось, что тёплый воздух будет подниматься вверх. Наверное это так и происходит, и внутри есть постоянная конвекция, но выглядит это всё равно немного неожиданно - тепло снизу, холод сверху.
Датчики расположены по высоте на примерно одинаковом интервале через полметра. Самый верхний "Под крышкой" всегда показывает самую низшую температуру и максимально зависим от наружной температуры - показания колеблются сильнее, чем с других датчиков:
Следующий по высоте датчик "Под плечами", имеются ввиду плечи кессона. Температура здесь почти всегда выше, чем под крышкой, но иногда эти два показателя сравнивались.
Ниже этих двух расположен датчик "Верхняя точка водопровода", а самый нижний датчик "Низ гидроаккумулятора" расположен в нескольких сантиметрах от бетонного пола, и он стабильно показывает самые высокие значения температуры.
Снег - мощный утеплитель
Мне это было известно и раньше, но я не думал, что влияние снежного покрова на стабильность температуры в кессоне настолько велико.
Ещё в ноябре, почти сразу как я запустил мониторинг, выпало много снега, и крышка кессона всё это время была скрыта под ним. Температура внутри очень медленно понижалась и почти не зависела от перепадов снаружи.
Однако, после затяжной оттепели, начавшейся 23 января, где-то к 30 января крышка кессона оголилась, и скачки внутренней температуры стали гораздо более заметны. С тех пор снег почти не выпадал, и явная зависимость внутренней температуры от внешней сохранилась до настоящего момента.
При монтаже кессона я утеплил его только на уровне плечей, как того требовала инструкция. Утеплять горловину я намеренно не стал, как раз хотел поэкспериментировать. Если её утеплить, то это будет некрасиво видно снаружи. Эксперимент же показал, что это не настолько критичное место, чтобы жертвовать внешним видом - утеплять не буду.
WiFi пробивает сквозь толщу снега, но только если снег сухой
Я вообще не знал, будет ли связь сохраняться, когда кессон завалит снегом. К счастью, при толстом снежном покрове (около 40 см) уровень сигнала почти не изменился от первоначального, лишь немного снизился, и связь была устойчивой в течение двух месяцев.
Однако, с началом оттепели пошли постоянные сбои связи, это видно на часто прерывающихся графиках температуры в период с 24 по 27 января. Сбои связи прекратились, как только крышка кессона показалась над снежным покровом (я наблюдал за этим через камеры).
На графике уровня WiFi-сигнала видно, что там, где он снижается ниже примерно 40%, имеются частые разрывы - в эти периоды связи не было и данные не передавались из кессона на сервер в бытовку. Расстояние между роутером и кессоном по прямой 30 метров.
То есть, рыхлый сухой снег почти не препятствует прохождению радиосигнала, однако стоило ему намокнуть и уплотниться - связь резко ухудшилась. Что ж, тоже вполне закономерно, однако без этого теста я бы просто даже не подумал о таких тонкостях.
А так как я планирую включить в обвязку скважины ряд датчиков давления и расхода воды и создать уже не временное, а постоянное умное устройство, следящее за различными параметрами в кессоне и управляющее отоплением и работой скважинного насоса, то этот тест прохождения радиосигнала оказался очень полезен. Я думаю, что придётся каким-то образом WiFi-антенну выносить за пределы кессона, чтобы её не заваливало снегом. Но пока не представляю как.
Вот такой занимательный и полезный эксперимент я проводил этой зимой.