Автоматизация отопления в умном доме: электрическая термоголовка, Mi Home, Home Assistant, термостат

Давно уже удалось достигнуть высокого уровня автоматизации системы «умный дом». Она контролирует практически всё: домовую инфраструктуру, систему безопасности, связь и компьютерную сеть, приборы для развлечений и многое другое

В этой статье будет рассматриваться только управление отоплением. Читатель узнает, в чём преимущества и недостатки такой системы, какую лучше выбрать для частного дома и городской квартиры. А также он получит несколько дополнительных советов по установке.

Почему нужно следить за температурой в доме

В умном доме основная задача отопления — это обогрев, контроль над температурой. Ведь нужно понимать, что случится, если она выйдет за допустимые границы (оптимальная температура в помещении в тёплое время года — от 22 до 25 градусов, температура в холодное время года — от 20 до 22 градусов).

Периодическое переохлаждение опасно для всех. Оно приводит к развитию острых респираторных заболеваний, нарушению работы нервной системы, появлению «холодовой аллергии» (в большинстве случаев с местными кожными высыпаниями). В детских комнатах нужно особенно внимательно следить за температурой, так как ребёнок чувствителен даже к изменениям в несколько градусов.

Перегрев также грозит неприятными последствиями. Во-первых, высокие температуры благоприятны для размножения бактерий и грибков (например, плесени). Во-вторых, это способствует появлению общей усталости, повышенной утомляемости. В-третьих, в случае длительного нахождения при повышенной температуре, возможно нарушение водно-солевого обмена. В-четвёртых, несоответствие нормам приводит к перегреву техники, появлению конденсата и статического заряда на рабочих станциях.

Включение отопления к определённому времени

Можно установить время приезда заранее. Такой вариант подкупает своей простотой и дешевизной.

Всё что нам потребуется из автоматики это реле времени. Достаточно установить таймер в цепь с электрическим обогревателем и задать необходимое время включения.

Рекомендую: Как сделать отопление от дизельного котла своими руками

Скажем, планируя приехать на дачу к восьми утра, установим реле на пять. За три часа воздух в доме гарантированно прогреется.

В целях экономии, отопление можно включить не во всех комнатах (если конечно у вашей фазенды число помещений не равно единице). Довести температуру в гостиной и в санузле до +10 будет достаточным.

Даже с небольшого мороза такая температура будет ощущаться комфортно.

Современные модели реле времени можно установить даже на годичный цикл

А чтобы зря не расходовать электроэнергию, если поездка сорвется, запрограммируем устройство отключить отопление, к примеру, в обед.

Недостаток такого варианта очевиден — жесткая привязка по времени. Да и стоит хорошее реле времени с программируемым циклом на месяц и больше не так чтобы дешево.

Принцип работы

Некоторые устройства просто помогают поддерживать необходимую температуру и экономить на этом. Более сложным гаджетам задаются специальные алгоритмы действий. Например, они могут автоматически менять температурный режим, ориентируясь на предпочтения владельца, день недели и время суток (ночью температура должна быть ниже для хорошего сна, утром — выше, чтобы легче встать на работу/учёбу).

Также котёл может включаться/выключаться в зависимости от температуры снаружи, в доме или конкретной комнате. Возможно удалённо отключать его для экономии денег и включать его заранее, перед приходом в дом. Это особенно удобно для больших домов, имеющих площадь от 150-200 квадратных метров.

Достаточно настроить систему через компьютер или специальное приложение на смартфоне.

Умный котел отопления

Управление работой умного котла осуществляется с помощью термостата с датчиком температуры, устанавливаемым в одной из комнат. Принцип действия предельно прост: с помощью термостата задается нужная температура, при достижении которой котел отключается. При понижении температуры происходит включение котла в работу, и процесс повторяется вновь.

GSM контроль отопительных установок Viessmann Vitocom

Расположив датчик температуры на улице, можно настроить работу котла «на опережение»: понизилась температура наружного воздуха, котел работает в более интенсивном режиме.

Таймер в работе умного котла предназначен для выбора режимов интенсивной и умеренной эксплуатации. Так, к примеру, в ночное время более комфортной является немного пониженная температура, примерно на 2-3 градуса по сравнению с дневной температурой. При этом ночью можно отключить подогрев воды в бойлере. Режим умеренной эксплуатации котла можно запрограммировать в дневные часы, когда все обитатели дома находятся на работе. Режимы работы котла можно устанавливать в течение суток, в течение недели, месяца и даже года.

Все эти функции котла отопления позволяют поддерживать комфортные условия в доме и при этом оптимизировать расход топлива, но для умного котла все же наиболее важной и значимой является возможность безаварийной работы и обеспечения стабильной и безопасной работы всей системы отопления.

Для этого умный котел оснащается системой самодиагностики.

Основные компоненты

Основные компоненты отопления в умном доме — это котёл и радиаторы, датчики и трубы, термостаты и термостатические головки, вентили для радиаторов и контроллер. Функциональность и состав системы могут отличаться в зависимости от модели устройств и способа их соединения.

Ниже перечислены дополнительные элементы, необходимые для успешного соединения с GSM-контроллером, котлом и колодками. Если система «умный дом» уже установлена, нужно обязательно подумать о совместимости приборов с ней.

Дополнительные элементы для соединения:

1. Датчики температуры. Их количество будет варьироваться, но обычно достаточно 2-3 штуки.
2. Датчики утечки газа и датчики задымления. Их наличие необязательно, но очень важно для обеспечения безопасности. Так при их срабатывании будет включен сигнал тревоги, перекрыт газ, отключено электричество, запущена система дымоудаления.

3. Антенна для приема GSM-сигнала, кабель Ethernet или Wi-Fi адаптер (в зависимости от контроллера).
4. Устройство для контроля доступа, например, сканер электронных ключей. Необязательно, но это поможет повысить безопасность умного отопления.
5. Аккумулятор для обеспечения автономной работы всех элементов системы.
6. Соединительные провода и кабели питания.

Также часто используют полы с подогревом, камин и другие отопительные устройства. К ним нужно покупать отдельные датчики и модули управления.

Организация управления отоплением

На западном рынке выбор программаторов и контроллеров больше – но они обычно без русской локализации
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.

Преимущества и недостатки

Обладатели отопления умного дома отмечают такие преимущества:

1. Температура в помещении будет соответствовать установленным параметрам, даже если хозяину некогда следить за ней.
2. Можно легко проверить количество потребляемой энергии.
3. Расходы на газ и электричество заметно сокращаются. Данные показывают, что среднестатистический пользователь умного дома экономит около 30 процентов в отопительный сезон.
4. Система мгновенно оповещает владельца при обнаружении неисправностей устройств.
5. Имеется возможность сочетать работу нескольких отопительных приборов, управлять ими одновременно.
   Читайте также:  Как выбрать котел на отработанном масле для отопления частного дома

Среди основных недостатков такого отопления выделяют его высокую стоимость. Можно сэкономить большие деньги, сделав всё своими руками. Но для этого нужно обладать навыками одного из самых квалифицированных специалистов в этой области. Ведь даже не каждый мастер справится с установкой уже купленных устройств и составлением схемы, а произвести дальнейшую настройку и проверку работоспособности сможет лишь профильный специалист. Соответственно, такие же проблемы возникнут при необходимости ремонта системы или замены её элементов. Чтобы избежать этого, необходимо на первом этапе тщательно продумать всю организацию работы.

Большинство квартир в России технически невозможно оборудовать таким счетчиком.

По закону их можно устанавливать только в квартирах с горизонтальной разводкой, когда внутрь заходит один стояк, от которого по кольцу запитываются все радиаторы. Именно на него и монтируется счетчик. Если же в квартиру заходит несколько стояков, а это наиболее распространенный вариант, придется ставить счетчик на каждый из них, что неоправданно дорого и запрещено.

Но даже если в квартире можно установить счетчик, это не значит, что можно платить по его показаниям. Закон предполагает несколько вариантов расчетов за тепло. Исходя из его положений, оплата по индивидуальному счетчику принимается только в том случае, если все квартиры в доме ими оборудованы. Если в одной или нескольких квартирах приборов учета нет, плата взимается по показаниям общедомового счетчика.

Вариант №1: для городской квартиры

Жителям многоквартирных домов нужно учитывать, что городская инфраструктура уже наполовину автоматизирована. Например, встречаются тепловые узлы с встроенным механизмом регулировки подачи энергии в квартиру, зависящей от температурного режима на улице.

Также следует взглянуть на общедомовую схему распределения теплоносителя. Если она имеет последовательный характер включения приборов, не получится создать отдельный учёт потребления энергии и самостоятельно регулировать процесс. Остаётся один способ — установить трубу-перемычку и смонтировать автоматику. Но это довольно сложно и затратно.

Больше повезло тем, у кого общедомовая схема допускает параллельное соединение проводников. Для нормальной работы системы, достаточно купить необходимые компоненты (в том числе датчик внутриквартирной температуры), включить термостат на линии подачи теплоносителя. На обратном трубопроводе отопительных приборов встраиваются регулирующие клапаны. Всё это соединяется с контроллером.

Советы по подбору комплектующих и настройке управления системой

Правильным решением будет заказать установку «умного дома» под ключ
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.

Вариант №2: для частного дома

В частном доме хозяева никак не ограничены в своих возможностях, так как у них работает собственная система отопления (чаще всего от котла). Но сложности всё же могут возникнуть. Ведь придётся дополнительно проводить автоматику к котлу, чтобы упростить следующие процессы:

• заполнение топливом;
• контроль над силой горения;
• циркуляция носителя;
• контроль над температурными границами;
• установка таймера работы.

В некоторых случаях для загородного дома необходимо автоматизировать сразу всю котельную установку.

Управление централизованным отоплением

В централизованном отоплении используются терморегуляторы и термостаты электронного и механического типа
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.

Разновидности систем «умный дом»

Система «смарт хом» может быть проводной или беспроводной, централизованной или децентрализованной. Ниже разбираются преимущества и недостатки каждого вида. Отопление совместимо с любым типом системы, но его стоимость и способ установки будут меняться.

Проводные системы

В проводной системе «умный дом» все датчики, сенсоры и прочие приборы соединяются особым кабелем. Это обеспечивает их бесперебойную работу, без каких-либо задержек.

Проводные системы обладают большим функционалом и возможностью встраивать в них любые гаджеты, в том числе и отопительные. Они не требуют сложного обслуживания, подходят для продолжительного использования. Подключенные приборы не требуют дополнительных блоков питания, замены батареек или аккумуляторов.

Однако этот способ подходит, только если дом ещё строится или ремонтируется. Иначе для скрытой установки кабеля потребуется полностью демонтировать стены и полы.

Также потребуется заранее обдумать, где будут расположены розетки и переключатели.

В конце нужно установить, подключить и настроить блок управления. Естественно, такой масштабный проект потребует больших денег, много сил и энергии на его выполнение.

Беспроводные системы

Сегодня большинство выбирает именно беспроводные системы, производством которых занимаются Xiaomi, Redmon, Broadlink Zamel, HDL и многие другие бренды.

В беспроводной системе «умный дом» приборы подключаются друг к другу с помощью радиосигнала, сети Wi-Fi или Bluetooth. Система обладает меньшим функционалом, но работу автоматизированного отопления поддерживает. Разобраться в настройках сможет даже человек, далёкий от техники. Кабели почти не используются, поэтому стены и полы остаются целыми. Достаточно наметить, где приблизительно будут расположены датчики, сенсоры и другие приборы. Соответственно, стоимость такого проекта будет значительно ниже.

Среди минусов стоит отметить необходимость менять батарейки, аккумуляторы. Также возможны помехи при передаче сигнала, устранить их можно с помощью сетевого фильтра.

Централизованные системы

В централизованной системе «умный дом» управление осуществляется через один дорогостоящий контроллер с большим функционалом, собственной операционной системой и всеми необходимыми разъёмами. Он собирает и обрабатывает сигналы со всех устройств. Это удобно в использовании, так как хозяину дома достаточно просто внести сценарий.

Но нельзя назвать централизованную систему надёжной. Если сломается контроллер, не сможет функционировать вся система.

Децентрализованные (региональные) системы

Децентрализованная (региональная) система «умный дом» — полное противопоставление централизованной. Так, используется несколько контроллеров (один на каждую комнату или один на каждую группу похожих устройств). Они не имеют собственную операционную систему, но каждый из них оснащён личным процессором, памятью и источником электроэнергии. Следовательно, надёжность выше. Если одно из устройств перестанет работать, остальная часть системы продолжит своё функционирование.

Используется протокол KNX, который применяется во всём мире. При желании возможно подключать дополнительные контроллеры для работы с более сложными, нестандартными алгоритмами.

Недостаток заключается в сложности настройки каждого прибора по отдельности. Также функционал меньше, но на работу отопления это никак не повлияет.

Вы можете подробнее узнать о KNX умный дом, что в себя включает, как настраивается и работает.

Дистанционный контроль системы отопления

Возможность дистанционно настраивать параметры теплосети — главное достоинство комплекса
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.

Отечественные блоки управления отопительной системой ничем не хуже западных, но выглядят они менее привлекательно
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.

Рекомендации по установке

Основные рекомендации:

1. Необходимо использовать только качественное оборудование, обращаться к проверенным специалистам. Не стоит экономить на своей безопасности.
2. Важно использовать фильтры, при их отсутствии работа может нарушиться.
3. Нужно заранее обдумать, где будут находиться термостаты. В идеале их должно быть несколько (по одному в каждой комнате).

Развитие технологий помогает повысить комфорт и удобство, упростить выполнение бытовых задач. Одно из доказательств этому — система отопления «умный дом».

Теперь пользователь знаком с её возможностями. Он знает, какие шаги нужно предпринять, чтобы её установить в своём загородном доме или городской квартире. Осталось приобрести нужные устройства и связаться со специалистом.

Преимущества системы управления климатом с ПЛК

• Не нужно управлять каждым устройством по отдельности: задаём желаемую температуру, а система её поддерживает, согласовывая работу всех систем
• Управление всеми системами обогрева/охлаждения с одного пульта — смартфона или планшета
• Работа климата по сценариям и по расписанию, возможность перевести весь дом или этаж в экономичный режим или в ночной режим
• Удалённое управление и контроль температуры через интернет,
• Управление климатом раздельно по каждой зоне. Например, в одной комнате любят, чтобы пол был потеплее, а воздух попрохладнее, а во второй — чтобы и пол и воздух были тёплыми.

Теперь о том, как это делается.

В каждой зоне (замкнутом помещении) ставятся датчики температуры воздуха и пола. Для работы в составе системы управления климатом с ПЛК используются датчики температуры воздуха (опционально ещё и влажности) с выносным сенсором температуры пола с выходным сигналом 0-10 вольт постоянного тока. Такой сигнал заходит на аналоговых вход контроллера. Если датчик работает с температурным диапазоном от 0 до +50 градусов, то выход 0 вольт соответствует 0 градусов, а 10 вольт соответствует +50 градусам, характеристика линейна. Есть датчики с диапазоном -50..+50 градусов для улицы или 0..+125 для сауны.

Подготовка для установки датчика воздуха с выносным сенсором пола выглядит так:

В одной рамке с выключателями (то есть, на высоте 900-1200мм) делается дополнительный подрозетник. В подрозетник из щита автоматики ведётся кабель FTP 5 категории (экранированная витая пара). По кабелю будет передано питание 12-24 вольта от блока питания на датчик (2 жилы) и сигнал от 0 до 10 вольт от датчика на контроллер на аналоговый вход. Поскольку ток потребления датчика очень мал, длина кабеля может составлять несколько сотен метров. Аналоговый сигнал может быть искажён наводками, поэтому кабель датчика, как и любой слаботочный кабель, следует монтировать на удалении от силовых трасс.

Выносной сенсор температуры пола подключается к плате датчика температуры воздуха и питается от неё. Сенсор пола опускается в пол в медной трубке или гладкой ПНД трубе диаметром 10-12мм. Гладкие внутренние стенки нужны для того, чтобы в случае необходимости датчик можно было заменить. На плате датчика температуры воздуха может быть также и сенсор влажности воздуха.

Датчики в своих проектах я использую эти. Компактные, устанавливаются в подрозетник с заглушкой, питание 12 вольт, на выходе от 0 до 10 вольт. Есть исполнения для улицы (-50..+50 градусов) и для сауны (0..+125 градусов), есть исполнения с датчиком освещённости или влажности воздуха.

Где купить оборудование

Приобрести умное оборудование для отопления, можно как в специализированном магазине, так и онлайн в Интернет-магазине. Во втором случае, особого внимания заслуживает бюджетный вариант приобретения изделий на сайте Алиэкспресс. Для некоторых светильников есть вариант отгрузки со склада в РФ, их можно получить максимально быстро, для этого при заказе выберите «Доставка из Российской Федерации»

Отопительный контроллер ZONT SMART 2.0	Умный термостат AVATTO Tuya с Wi-Fi	Умный привод радиатора TRV ZigBee3.0
Умный регулятор нагрева воды	Термостат MoesHouse ZigBee	Контроллер для газового котла TUYA