Для управления водяным тёплым полом нужно использовать специализированный KNX-актуатор отопления и термоэлектрические приводы на клапанах коллектора. В такой системе термостат рассчитывает требуемую интенсивность нагрева помещения и передаёт её в шину KNX в виде значения 0-100 %. Актуатор отопления получает эту команду и самостоятельно управляет приводом клапана.
Один и тот же набор устройств подходит для двух задач. Первая – тёплый пол используется как полноценная система отопления и поддерживает температуру воздуха. Вторая – система лишь поддерживает комфортную температуру поверхности пола, тогда как само помещение отапливается другим источником. Отличия будут в основном в области настройки.
Из чего состоит контур управления
На коллекторе водяного пола каждому контуру соответствует свой клапан с термоэлектрическим приводом. Можно встретить приводы 24 и 230 В, нормально закрытые или нормально открытые.
Например, термоэлектрический привод Module TZ-230.NC рассчитан на 230 В и является нормально закрытым. При отсутствии питания клапан закрыт, а после подачи напряжения термочувствительный элемент нагревается и перемещает шток, закрывая клапан. Полный цикл открытия/закрытия составляет около 4 минут, поэтому такой привод нельзя рассматривать как быстродействующий исполнительный механизм.
Zennio HeatingBOX 230V 8X v2
Module TZ-230.NCДля приводов 230 В можно использовать Zennio HeatingBOX 230V 8X v2. У него восемь выходов управления клапанами, восемь встроенных термостатов и восемь аналоговых/дискретных входов. Выходы реализованы на полупроводниковых ключах, имеют защиту от короткого замыкания и перегрузки и работают бесшумно.
На один выход HeatingBOX допускается подключать несколько приводов. Для версии 230 В производитель указывает до пяти клапанов на канал при условии, что не превышены допустимые токи. Это удобно, если одно помещение имеет несколько контуров тёплого пола, которые должны регулироваться как одна зона.
Что передаёт термостат
В этой схеме KNX-термостат не должен посылать на HeatingBOX последовательность команд 0/1. Вместо этого он непрерывно рассчитывает значение управляющей переменной и передаёт его как 1 Byte, 0-100 %.
Например:
- 0 % – нагрев не требуется;
- 30 % – требуется небольшая интенсивность нагрева;
- 70 % – потребность в нагреве высокая;
- 100 % – зона требует максимального нагрева.
В термостатах KNX для этого нужно выбрать PI-регулирование с типом управления Continuous (1 byte). Сам термостат рассчитывает процент, исходя из разницы между уставкой и фактической температурой, а также накопленной ошибки регулирования.
Далее перейдём к актуатору отопления. Обычный термоэлектрический привод физически не может открыться и удерживать положение, например, ровно 37 %. Он либо нагревается и открывает клапан, либо остывает и закрывает его. Промежуточные положения возникают только в процессе движения, и поймать и зафиксировать их невозможно. Поэтому HeatingBOX преобразует полученное процентное значение в собственный временной алгоритм управления выходом.
Для изменения массового расхода теплоносителя в данном случае применяется ШИМ (англ. PWM) – широтно-импульсная модуляция. В параметрах актуатора нужно установить длину цикла, за который привод успеет полностью открыть и полностью закрыть клапан. Если актуатор получил от термостата, например, 40%, он соответствующую часть цикла держит привод под напряжением, а оставшееся время – без напряжения. При этом по шине KNX передаётся только команда со значением в процентах, а актуатор уже сам принимает решение для каждого цикла, когда подавать и когда убирать питание привода.
Вариант 1. Тёплый пол отапливает помещение
Если водяной пол является основной системой отопления, термостат должен регулировать температуру воздуха в помещении. Для этого используется комнатный датчик, установленный, например, в сенсорной панели или в выключателе. Пользователь задаёт уставку для температуры в комнате, например, 22 °C – и PI-регулятор изменяет тепловую мощность пола так, чтобы удерживать температуру около этого значения.
Для управления тёплым полом в термостатах Zennio предусмотрен профиль PI-регулятора Floor Heating. В нём используются значения коэффициента усиления K = 5 K и постоянной времени интегрирования T = 240 минут. Большое интегральное время связано с высокой инерционностью системы: изменение расхода теплоносителя отражается на температуре воздуха с заметной задержкой.
Однако только одного датчика температуры воздуха недостаточно. В стяжку необходимо заложить отдельный датчик температуры пола, даже если задача системы состоит именно в отоплении помещения. Он нужен не для основного регулирования, а для ограничения температуры поверхности.
Получается два независимых условия. По температуре воздуха термостат определяет, сколько тепла требуется комнате. По датчику в стяжке система следит, чтобы поверхность пола не нагревалась выше установленного значения. Если предел достигнут, нагрев необходимо ограничить независимо от того, достигнута ли желаемая температура воздуха или ещё нет.
Вариант 2. Тёплый пол нужен только для комфорта
В санузле, прихожей или другой зоне помещение может отапливаться радиатором, фанкойлом или другим устройством. Водяной пол при этом нужен только для того, чтобы поверхность оставалась тёплой. Регулировать его по комнатной температуре в таком случае неправильно: воздух уже может быть прогрет основным отоплением, а плитка при этом останется холодной.
Датчики температуры пола
Сенсорная панель с термостатом Zennio Z35 В качестве регулируемой величины здесь используется температура самого пола. Датчик NTC устанавливается в стяжке и передаёт измеренное значение в KNX. Термостат сравнивает это значение с заданной комфортной температурой поверхности и рассчитывает управляющее значение для актуатора отопления.
Комнатная температура в этой задаче вообще не учитывается при регулировании пола. При этом остальные системы отопления помещения продолжают работать со своим собственным отдельным термостатом.
Подключение датчика температуры
Температуру можно получать от любого KNX-устройства, способного работать с подходящим датчиком. Например, Zennio Z35 v3 имеет четыре аналоговых/дискретных входа, к которым можно подключить внешний NTC-датчик. У панели также есть встроенный комнатный датчик температуры и два независимых термостата.
Это позволяет собрать оба варианта регулирования на одной панели. Для отопления помещения встроенный датчик Z35 используется как источник температуры воздуха, а выносной NTC в стяжке – как ограничитель. Для создания комфортного подогрева основной измеряемой величиной становится уже только внешний датчик пола.
В HeatingBOX 230V 8X v2 также предусмотрено восемь аналоговых/дискретных входов, включая возможность подключения температурных датчиков. Поэтому конкретная конфигурация системы зависит от расположения оборудования и прокладки кабелей: датчик можно привести к комнатной панели либо непосредственно к актуатору в щите.
Zennio QUAD v3
Zennio BIN-T 4XТакже большую популярность имеют компактные модули для подрозетников: Zennio QUAD – специализированный модуль входов для датчиков температуры, дополнительно имеющий встроенные термостаты, а также Zennio BIN-T – модули дискретных входов с дополнительным входом под датчик температуры.
Настройка в ETS
Для системы отопления нужно сделать следующие настройки:
1. Настроить датчик температуры воздуха.
2. Выбирать на термостате режим Heating и PI-регулирование.
3. Для выхода термостата устанавить вариант Continuous (1 byte).
4. Для PI-регулятора можно выбрать готовый профиль Floor Heating.
5. Объект управляющей переменной связывается с каналом HeatingBOX.
6. В канале актуатора выбирается тип подключённого привода и его нормальное состояние.
7. Отдельно подключается датчик температуры пола и настраивается ограничение перегрева.
Для комфортного подогрева последовательность почти та же, но источником регулируемой температуры становится датчик в стяжке, температуру воздуха мы не используем. Уставка задаётся уже как требуемая температура пола. При этом нет необходимости заставлять этот контур поддерживать определённую температуру воздуха в помещении.
На этапе пусконаладки полезно сначала проверить непосредственно функцию термостата: происходит нагрев, температура поддерживается, срабатывает ограничение. После этого можно добавлять расписания, режимы присутствия, централизованное отключение и т.п. Такой подход упрощает поиск ошибок: сначала проверяется физическое открытие конкретного клапана, затем алгоритм регулирования, и только после этого – дополнительные функции.
Сценарии и расписания
Для комфортного подогрева пола постоянная работа часто не требуется. Например, в ванной можно поднять температуру поверхности к утру, а затем перевести систему на пониженную уставку. Аналогично подогрев можно активировать по присутствию (не самое лучшее решение, поскольку нагрев происходит медленно, просто как пример) или включить в общий сценарий помещения.
Эту логику можно реализовать на Zennio Z35. Панель может использоваться для изменения уставки, переключения режимов и сценариев. При этом сценарий не должен напрямую управлять клапаном: корректнее изменить режим термостата или его уставку, оставив регулирование тепловой мощности PI-алгоритму.
Для инерционного водяного пола расписание нужно задавать с учётом времени прогрева. Команда «включить в 7:00» не означает, что поверхность станет комфортной в 7:00. Время предварительного запуска определяется опытным путём и зависит от конструкции пола, температуры теплоносителя и тепловой нагрузки помещения.
Главное при проектировании
Связка KNX-термостата, HeatingBOX и термоэлектрического привода позволяет регулировать каждый контур водяного пола как отдельную климатическую зону.
Для отопления помещения основной обратной связью служит температура воздуха, но датчик в стяжке всё равно обязателен для ограничения нагрева поверхности. Для комфортного подогрева главным параметром становится непосредственно температура пола. Аппаратная часть при этом может остаться той же – меняется прежде всего логика термостата и назначение температурных датчиков.
От схемы регулирования — к работающей системе
Разобрали, как KNX-термостат передаёт управляющее значение, а HeatingBOX управляет приводами клапанов. Теперь можно подобрать компоненты для проекта или освоить настройку отопления в ETS.
