Как я организовал умный обогрев загородного дома

Прошло уже лет семь, как на участке в Подмосковье я построил и обустроил дом (размер 6×9 м, первый этаж из бруса 150×150 мм, второй представляет собой утепленную с внутренней стороны мансарду). И столкнулся с той же проблемой, с какой сталкивается неминуемо каждый хозяин своего домика в СНТ, — с отсутствием отопления. По мере понижения среднесуточной температуры оставаться в излюбленном месте отдыха становится все менее комфортно, и приходит мысль: а не вложиться ли в отопление, чтобы сделать пребывание в домике комфортным на весь год. И можно ли при этом обеспечить удаленный мониторинг температуры в помещениях дома и устанавливать комфортные значения температуры? Спойлер: ответ на последний вопрос — да. Но прежде чем говорить, как это было сделано в моем случае, разберемся с возможными видами отопления.

Вариантов четыре:

1) газовое,
2) дровяное,
3) электрическое,
4) с помощью индивидуальных электрических обогревателей.

Примерные месячные затраты на отопление по сезонам для дома площадью около 100 кв. м при пребывании в нем 10 дней в месяц
(в рублях в ценах 2020−2022 года)

Самый дешевый вариант — газовое отопление. В этом случае можно организовать удобное удаленное управление и мониторинг системы, но для реализации нужен либо магистральный газ, либо зарытый во дворе дома газгольдер. К сожалению, магистрального газа в нашем СНТ нет и не предвидится, а зарывать огромную емкость на участке в 6 соток мне показалось нерациональным и крайне опасным в случае утечки газа.

Дровяное отопление — компромиссный вариант, так как стоимость ресурса невелика, а сам метод получения тепла может показаться романтичным и навевать воспоминания о печи в крестьянской избе или даже о костре. Но и тут возникает немало вопросов. Во-первых, где хранить дрова или пеллеты? Во-вторых, как сделать так, чтобы всякий раз при открытии топки в помещение не проникали пепел и грязь? В-третьих, стóит ли в зрелом возрасте осваивать работу истопника и подбрасывать в топку поленья каждые 3−5 часов (о том, чтобы всю ночь спать при работающей системе отопления, можно забыть)? К тому же системы управления дровяным отоплением совершенно не позволяют обеспечивать удаленный мониторинг и подстройку температуры.

Еще один из возможных вариантов отопления — с применением индивидуальных электрообогревателей — не подходит для дома: нагреть помещение таким способом от минусовых температур будет крайне непросто и небыстро — может понадобиться несколько часов, — придется расставить эти обогреватели по всем помещениям дома и периодически смотреть, в каком состоянии находится каждый из них. А перед отъездом еще и не забыть проверить все комнаты и выключить обогреватели в каждой. Поэтому данный вариант отопления я даже не включил в таблицу сравнения стоимости по сезонам. К тому же эта стоимость будет соизмерима с отоплением на основе электрического котла.

Остается последний вариант — электрическое отопление. К сожалению, он самый дорогой, но все преимущества газового отопления, кроме цены, в нем присутствуют: электрический котел не генерирует копоти и грязи и не просит сидеть с ним ночами, чтобы топка не потухла. Для небольшого дома (до 100 кв. м) в СНТ без газа другого варианта я не нашел. Именно поэтому рассказ об умном отоплении основан на использовании электрического котла с модификацией для наделения интеллектуальными функциями.

Из чего состоит моя система отопления

Итак, определившись с типом отопительной системы, я собрал необходимые сведения для ее создания и подобрал элементы. По состоянию на 2018 год стоимость элементов системы отопления и ее монтаж обошлись примерно в 250 тыс. рублей. Если не вдаваться в подробности, то мне понадобились следующие компоненты:

• электрический котел;

• ПВХ-трубы;

• биметаллические радиаторы отопления;

• краны;

• обвязка котла для нормализации давления;

• теплоноситель.

Все эти компоненты достаточно просто купить и заказать с доставкой. Далее потребуется потратить несколько дней на монтаж системы и апробацию. В итоге система была собрана и заработала.

Я мог бы установить фиксированную температуру теплоносителя на выходе котла, и он гнал бы его в систему непрерывно, подогревая по необходимости. Именно так и работает традиционный вариант отопления: насос + подогрев. Но надо ли постоянно подогревать теплоноситель? Ответ на этот вопрос очень сильно зависит от качества утепления дома, то есть от тепловых потерь. Если дом имеет низкие тепловые потери (утепление качественное), то система за час нагреет помещения и будет лишь поддерживать выбранный уровень температуры теплоносителя, иногда включая нагрев. К сожалению, в моем случае тепловые потери были значительными и электрический котел начал упорно соревноваться с температурой на улице, чтобы поддерживать требуемую температуру теплоносителя: в морозные (ниже 0°) дни он работал непрерывно, чтобы поддерживать температуру в доме на уровне +20°.

Учитывая, что мой котел на максимальной мощности потребляет 9 кВт, несложно посчитать (и ужаснуться), какой расход может получиться за сутки таких соревнований с погодой: около 200 кВт. Ну и экстраполировать до месячного потребления тоже несложно, учитывая количество дней, когда требуется отапливать дом. Конечно же, такой расклад мне показался крайне невыгодным.

Поэтому первым делом я утеплил дом снаружи, что несколько снизило расход электричества на отопление — по моим подсчетам, на 20−30%, — но все равно затраты на электроэнергию казались непомерными. Второе, что я предпринял, это установка контроллера для регулирования работы котла по датчикам температуры в помещениях и удаленного управления работой системы. После установки апдейта системы получилась полноценная умная система отопления загородного дома, об особенностях которой я расскажу дальше.

Добавляем отоплению ума

Добавить системе ума мне помог контроллер ZONT H-1V российского производителя для мониторинга и управления электрическим котлом. Выбор пал именно на это устройство, так как я видел его в работе у приятеля и получил хорошую рекомендацию. Устройств такого рода от этого и иных брендов на рынке немало, и заказать его достаточно просто; средняя стоимость — примерно 10−15 тыс. рублей.

Котел (слева в защитном кожухе) доработан установкой контроллера (справа) и готов к работе в «умном» режиме.

Первое, что необходимо сделать для настройки системы — обеспечить надежное подключение к интернету. Система периодически передает данные системы отопления на сервер производителя контроллера и какое-то время хранит их для просмотра статистики. Вы можете подключиться к этому серверу и связаться с контроллером через приложение для смартфона или веб-интерфейс. Для выхода в онлайн в моем случае была применена SIM-карта. После ее установки в контроллер устройство автоматически себя идентифицирует при регистрации в облачном сервисе. При выборе SIM-карты я ориентировался на тариф, разработанный для пользования интернетом.

Помимо самого контроллера, потребуется купить датчики температуры для помещений в доме и для улицы, выпускаемые производителем контроллера. Датчики бывают проводные (до 1 000 рублей) и беспроводные (около 3 000 рублей). Естественно, удобнее пользоваться беспроводными, но придется примерно раз в 2−3 года менять батарейки. Для работы беспроводных датчиков потребуется радиомодуль ценой примерно 4 000 рублей, подключаемый к контроллеру. Я приобрел шесть беспроводных датчиков для помещений и один датчик для улицы.

Подключив датчики через приложение для контроллера, я получил полную картину температур в доме и за его стенами.

Основные элементы моей системы умного отопления.

Как пользоваться системой

Если особенно не вдаваться в детали, то в приложении ZONT (разработанном производителем контроллера) нужно было выбрать базовый датчик температуры, чтобы контроллер на основе его показаний включал и выключал нагрев теплоносителя в системе. Собственно, так я и сделал на первое время.

После добавления контроллера в облачный сервис и подключения всех датчиков в приложении показана актуальная информация о температуре и сопутствующая информация о датчиках.

Особенных проблем с первичной настройкой работы приложения у меня не возникло. Я достаточно быстро подключил контроллер и увидел данные температурных датчиков.

Самое нужное, чему следует научиться после, — это переводить систему в режим сниженного энергопотребления. Это делается установкой порогового значения температуры, достаточного, чтобы не замерзли водопровод и канализация. В моем случае я еще беспокоился о фортепьяно, которое чувствительно к изменениям влажности. Поэтому, когда я уезжал, то ставил температуру в основном помещении +10°, и котел поддерживал ее достаточно исправно. При этом процент времени, когда котел работал, в самые суровые морозы января-февраля не поднимался выше 60% (при измерении относительно суток). Когда температура на улице была в районе −5°, то нагрев осуществлялся лишь 20−30% времени в течение суток.

На правом скриншоте видно, что температура опускалась до −25°, но система устойчиво поддерживала установленную температуру +11° (см. график температуры «1-й этаж» на левом скриншоте). В этих условиях система работала на 39% от максимального потребления.

Второе, что следует освоить, — это предварительный нагрев дома по пути в него, ведь хочется приехать в уже прогретый дом и не тратить время драгоценного отдыха на ожидание, пока станет тепло. Поэтому за 2−3 часа до прибытия следует увеличить температуру в системе до комфортного уровня. В моем случае я менял температуру с +10° до +18°. Так как датчик, который я использовал как опорный, был в самом большом помещении, то остальные комнаты нагревались чуть больше и быстрее.

И последнее, на что следует обратить внимание, — это список параметров, которые ваше приложение в состоянии показывать. В моем случае я мог наблюдать за всеми датчиками температуры помещений, входным напряжением контроллера, уровнем сигнала сотовой сети, температурой на улице, целевой температурой нагрева и максимальной температурой теплоносителя, а также за событиями, связанными с работой системы.

Много интересной информации можно обнаружить, если исследовать вкладки приложения. На первом скриншоте историческая сводка того, как менялась температура в помещениях моего дома в течение нескольких дней. На среднем скриншоте два графика, соответствующие параметрам входного напряжения контроллера и качеству сигнала сотовой сети. А на последнем скриншоте показано, чем живет система: когда пропадало и восстанавливалось напряжение, кто звонил на SIM-карту контроллера или пытался отправить СМС-спам моему котлу.

Отслеживание показателей создает полную картину того, насколько хорошо и устойчиво работает система. Например, если напряжение на входе контроллера начинает часто меняться, то это говорит о нестабильной работе блока питания. А если уровень сигнала сотовой сети очень низкий и неустойчивый, то следует задуматься о смене оператора. Ну и конечно же, графики изменения температуры в помещениях должны быть ровными, без скачков и стремиться к тем пороговым значениям, которые установлены. Если такого не происходит, значит, система неверно настроена или же тепловые потери слишком высоки и при выбранных настройках обеспечить нужные температурные условия невозможно.

Опыт эксплуатации

Результат получился достаточно интересный, особенно в морозы. Из-за инерционности системы, как только достигалась заданная температура в помещении, контроллер выключал нагрев теплоносителя, но какое-то время нагрев продолжался за счет процесса остывания. Потом температура начинала снижаться и нагрев включался снова, как только температура опускалась ниже установленного порога. Но так как нагрев не происходит моментально, то по инерции температура в комнате опускалась до тех пор, пока нагрев от батарей не станет мощнее тепловых потерь. В итоге температура изменялась пилообразно: чем ниже температура на улице и выше тепловые потери дома, тем больше будет размах этой пилы. Этот режим самый простой, но не очень подходит из-за постоянных колебаний температуры в помещении и дополнительного расхода электричества.

Немного изучив интерфейс приложения, я обнаружил режим работы, названный «Погодозависимая автоматика». Заключается он в том, что при работе системы нагрева теплоносителя для определения максимальной температуры теплоносителя в системе используется информация о температуре на улице. За счет этого обеспечивается дополнительная экономия электроэнергии.

В приложении можно выбрать график, согласно которому будет выполняться нагрев теплоносителя в зависимости от температуры на улице: чем ниже температура, тем больше надо греть. Но эта характеристика, конечно же, зависит от тепловых потерь дома, поэтому в приложении есть 25 разных графиков работы, которые надо подбирать под конкретные условия тепловых потерь.

Графики настройки «Погодозависимой автоматики». Чем выше номер температурного графика, тем больший расход электричества будет в системе.

Производитель специально задал много вариантов таких графиков, так как у домов могут быть очень разнящиеся характеристики тепловых потерь. Самые «дырявые» для тепла дома потребуют использования крайних графиков, близких к номеру 25.

Я обычно балансировал между графиками 12 и 15 в зависимости от морозов за окном. Алгоритм действий простой: выбрав погодную кривую на графике, например 12, я наблюдал, насколько поддерживается выбранная температура. Если температура снижалась, то я выбирал уже кривую 13 (при этом чуть больше греется теплоноситель). Увидев, что температура поддерживалась постоянно, я убеждался, что подобран оптимальный режим в данных условиях. В моем случае использование погодозависимой автоматики снизило эффект инерционности при работе системы отопления и пилообразного изменения температуры более не наблюдалось.

Поддержание температуры ведется по датчику «1-й этаж». На левом скриншоте та самая пила, возникавшая, когда график работал в обычном режиме. На правом показана работа при включенном режиме «Погодозависимая автоматика».

Впечатления и рекомендации

Система отопления работает без нареканий уже 5 лет. Да, затраты на электричество немалые, но и не такие катастрофические, как могли бы быть без использования элементов умного дома. Сейчас они вдвое меньше, чем до установки системы (см. таблицу вверху).

Всякий раз, когда я приезжаю поздней осенью или зимой в дом, который уже не холодный (или даже промерзший), я понимаю, что не зря потрачены средства и время на доработку системы отопления.

Главное, что обязательно нужно учесть при установке подобной системы: постарайтесь утеплить дом по максимуму, иначе никакое умное отопление не даст желаемого результата, а деньги будут потрачены немалые.

Главная неприятность на этапе использования на сегодняшний день — потеря связи с системой. Если такое случилось, то следует срочно проверить, работает ли отопление. Основной риск — отключение электричества в мороз и возможность снижения температуры в доме до уровня, когда будет замерзать вода в системе водоснабжения и канализации. А это означает повреждение системы! Для утепленного дома это произойдет примерно через 10 часов.

Если я все еще отдыхаю в доме и могу посмотреть на фасад котла, чтобы удостовериться, что он работает, — это одно дело. Но если я уже покинул загородную резиденцию, то проверить, что с системой, не получится. К сожалению, все, что остается, — это подождать, пока котел снова выйдет на связь и обновит статус по температуре от датчиков. В большинстве случаев потеря связи была вызвана проблемами у сотового оператора, и связь восстанавливалась за 10−15 минут.

Несколько раз действительно было отключение электричества в СНТ, и тогда система мониторинга переходила в режим работы от встроенного в контроллер аккумулятора, которого хватит не более чем на час. При этом основные датчики переставали отображаться и доступен был только датчик котла. Но этого достаточно, чтобы спланировать свои действия в случае серьезной проблемы с подачей электроэнергии.

За уже почти 5 лет эксплуатации системы случилась поломка блока питания контроллера. При этом отопление продолжало работать без регулирования по датчикам температуры. Проблема решилась покупкой блока питания примерно за 1 000 рублей, и система вернулась в штатный режим работы с восстановлением всего функционала.

Вот что еще нужно сделать, чтобы система работала беспроблемно:

• Контролировать баланс на сим-карте, чтобы оператор сотовой связи не отключил вашу систему отопления от интернета. Лучше всего настроить автоматическое пополнениеИспользовать ограничение максимальной мощности котла, чтобы избежать отключения электричества вследствие превышения порогового потребления. Часто электрические котлы потребляют 10 кВт·ч и даже более — такие запросы можно удовлетворить далеко не в каждом частном доме. Поэтому я установил порог максимальной мощности котла 6 кВт, чтобы вместе с работающим на максимум отоплением можно было использовать и другие электроприборы.

• Отслеживать степень износа батареек, если используются беспроводные датчики температуры. В приложении есть вкладка, где показаны индикаторы заряда батарей датчиков.

• Настроить оповещения при наступлении тревожных событий в системе. Как правило, приложение позволяет указать номер телефона для звонка или отправки СМС или email’a.

• Обеспечить доступ к мониторингу умной системы отопления другим пользователям, которые смогут при необходимости подстраховать вас.