O komforcie i sterowaniu pogodowym

Zastanawialiście się czasem czemu nie zawsze tak samo odczuwamy ciepło? A przede wszystkim od czego zależy komfort cieplny w pomieszczeniu, które ogrzewamy? Ja pewne przemyślenia mam. Skłoniły mnie do tego obserwacje temperatur w domu i poza domem. Podstawowym pytaniem z całą pewnością jest, co zrobić, żeby ogrzewanie było komfortowe i ekonomiczne? Dzisiaj zastanowimy się nad odczuwaniem ciepła, różnymi formami sterowania ogrzewaniem (głównie grzejnikowym, choć nie tylko) i działaniem kotłów gazowych.

Na początku trzeba zdać sobie sprawę w jaki sposób grzejnik (mniej lub bardziej tradycyjny) ogrzewa pomieszczenie. Na myśl przychodzi od razu konwekcja i całkiem słusznie. Zimne powietrze z okolic podłogi ogrzewa się przy kontakcie z ciepłymi płytami grzejnika i unosi do góry. Dzięki temu temperatura powietrza w pomieszczeniu wzrasta. Jak już wzrośnie wystarczająco, można wyłączyć ogrzewanie na jakiś czas, czekając aż temperatura spadnie i powtórzyć proces. Czy jednak na pewno to jest dobre podejście? Pamiętam takie ogrzewanie, oparte na czujniku temperatury wewnętrznej i pewnej histerezie określającej, przy jakiej temperaturze ogrzewanie ma się załączyć a przy jakiej wyłączyć. W domu może było ciepło, ale przez część czasu, przy zimnych grzejnikach, wydawało się, że jest wyraźnie zimniej niż gdy grzejniki grzały.

I w ten sposób dochodzimy do drugiego składnika ogrzewania – radiacji. Poza tym, że grzejnik jest w stanie ogrzewać powietrze dzięki konwekcji, to część ciepła oddaje w postaci promieniowania. I to właśnie ta część sprawia, że odczuwamy, że w pomieszczeniu jest cieplej, gdy grzejniki są ciepłe, mimo, że temperatura powietrza nie zdążyła jeszcze wzrosnąć. To dzięki promieniowaniu podczerwonemu jest nam też ciepło tuż przy kominku i gdy tylko wyjdzie słońce, nawet w mroźny, zimowy dzień.

Radiacja odpowiedzialna jest także za przygruntowe przymrozki. Gdy temperatura powietrza jest nieco powyżej zera, ziemia potrafi oddać ciepło w postaci promieniowania, obniżając powodując zamarzanie. Z tego powodu czasem widzimy, że temperatura nie spadła poniżej zera, a na ziemi lub samochodach pojawia się szron. I z tego też samego powodu szyby w samochodzie stojącym przy słabo ocieplonym domu nie zamarzają mimo mrozu.

Wracając jednak do tematu – co zrobić, żeby zapewnić komfort cieplny? Grzać w sposób możliwie najbardziej ciągły, aby grzejniki cały czas były ciepłe. Szczególnie gdy w pomieszczeniu są ludzie. Można więc rozważać lekkie wychładzanie pomieszczenia, gdy nikt w nim nie przebywa i nieco mocniejsze grzanie, gdy ktoś wejdzie. Dzięki temu jesteśmy w stanie utrzymywać w domu nieco niższą temperaturę, zachowując cały czas komfort cieplny. Jak jednak tego dokonać?

Pierwszym wynalazkiem, który się upowszechnił i bardzo pomagał w możliwie stałym grzaniu były głowice termostatyczne. Poza niewątpliwą zaletą możliwości ustawienia zadanej temperatury w pomieszczeniu (choć często mało precyzyjnie), pozwalały na dość płynną regulację grzania. Przy dobrej głowicy ogrzewanie nie działa w trybie włącz-wyłącz, tylko zależnie od temperatury zmniejsza lub zwiększa przepływ ciepłej wody w grzejniku. Przy mniejszym przepływie grzejnik jest nieco chłodniejszy, przy większym – cieplejszy.

Głowica termostatyczna mierzy jednak zwykle temperaturę przy grzejniku, co nie jest najlepszym rozwiązaniem. Oczywiście nie musi tak być, bo przy nowszych, elektronicznych głowicach temostatycznych, czujnik temperatury może być oddzielony od głowicy (jak choćby w systemie Bero). Natomiast z moich obserwacji wynika, że gdy czynnik grzewczy ma zbyt wysoką temperaturę w stosunku do zapotrzebowania na ciepło, wszystkie głowice mają pewną tendencję albo do przegrzewania pomieszczenia, albo do okresowego wyłączania ogrzewania lub chociaż mało równomiernego grzania.

I w ten sposób dochodzimy do pogodówki, czyli sterowania pogodowego ogrzewaniem. Ten rodzaj sterowania ogrzewaniem uzależnia temperaturę wody w instalacji od aktualnych warunków atmosferycznych, czyli głównie temperatury na zewnątrz. Jasne jest, że gdy na dworze jest jeszcze w miarę ciepło, to temperatura wody w grzejnikach nie musi wynosić 70 stopni Celsjusza (i nie powinna). Natomiast przy mrozie -35 stopni i słabo ocieplonym domu, to może dopiero wtedy temperatura w pomieszczeniach nie będzie spadać.

To jaka powinna być temperatura czynnika grzewczego zależy więc na pewno od tego jaka temperatura jest na zewnątrz (w pewnym uproszczeniu, bo jest więcej czynników, tylko trudniej je mierzyć), ale także od budynku i samej instalacji grzewczej. Im lepiej zaizolowany dom, tym niższa temperatura wystarcza, ale też im mniejsza powierzchnia grzejników, tym bardziej musimy podnieść temperaturę.

Teoretycznie, w idealnym przypadku nie potrzebujemy niczego poza sterowaniem pogodowym. Wyobraźmy sobie, że instalację grzewczą mamy idealnie dobraną w każdym pomieszczeniu, dom równomiernie zaizolowany. Wtedy jesteśmy w stanie znaleźć taką krzywą grzewczą – funkcję przekładającą temperaturę zewnętrzną, na temperaturę czynnika grzewczego – żeby pomieszczenia utrzymywały stałą temperaturę, niezależnie od warunków zewnętrznych. To jednak tylko teoria, bo przez opisywaną już radiację, w słoneczne dni, południowe pomieszczenia otrzymują całkiem dużo energii cieplnej, szczególnie gdy okna są duże i nie zostały zasłonięte. Z kolei w wietrzną noc tracimy więcej ciepła niż gdy jest spokojnie. Pewnie też nie we wszystkich pomieszczeniach i nie zawsze chcemy mieć takie same warunki.

Trochę pomaga tutaj termostat pokojowy, ale nie taki działający w trybie włącz/wyłącz, tylko dostosowujący krzywą grzewczą do tego jak bardzo oczekiwana temperatura różni się od rzeczywistej. To jednak wymaga wyznaczenia pomieszczenia wzorcowego, co nie zawsze jest możliwe i akceptowalne.

Warto zwrócić uwagę na jeszcze jeden pozytywny aspekt sterowania pogodowego. Wiem, że wielu właścicieli nowoczesnych kotłów kondensacyjnych nadal unika wszelkiej automatyki i używa termostatów pokojowych z histerezą – czyli włącz/wyłącz z wysoką temperaturą czujnika grzewczego. Tymczasem dal kotłów kondensacyjnych, by uzyskiwały wysoką sprawność, istotne jest, żeby woda w obiegu była możliwie chłodna. Tutaj sterowanie pogodowe, z właściwie ustawioną krzywą grzewczą jest niezastąpione.

W mojej ocenie najlepsze zarówno dla kieszeni, jak i dla komfortu jest połączenie sterowania pogodowego z inteligentnie sterowanymi termostatami grzejnikowymi. Pozwala to elastycznie dobierać ogrzewanie poszczególnych pomieszczeń, w zależności od potrzeb, a jednocześnie ograniczać temperaturę wody w grzejnikach. Zapewnia to równomierne, ciągłe ogrzewania w czasie gdy w pomieszczeniu przebywają ludzie. Termostaty niwelują też niedoskonałości ustawienia krzywej grzewczej, która nigdy nie jest idealna.

Czy jednak da się utrzymać stałą temperaturę wody w instalacji grzewczej? Nie zawsze jest to proste. Chociaż przy mojej poprzedniej instalacji z kotłem na ekogroszek dawało się to zrobić bez problemu i działało świetnie. Automatyka pogodowa sterowała siłownikiem zaworu czwórdrożnego, kierując do grzejników wodę o temperaturze ustalonej na podstawie krzywej grzewczej. Zapewniało to duży komfort, którego utraty obawiałem się najbardziej przy zmianie kotła na gazowy. Czy kocioł gazowy jest w stanie tak utrzymywać temperaturę w instalacji? Prawie. Właściwie to nie do końca. To zależy…

Właśnie, zależy. Od czego? Od tego jakie jest zapotrzebowanie budynku na ciepło i od mocy minimalnej kotła. Minimalnej? Wiem, że wiele osób na moc minimalną wogóle nie patrzy, skupiając się na mocy maksymalnej kotła, która przecież musi zapewnić ogrzewanie domu w mrozy. Ludzie mają dużą tendencję do zakupu kotłów przewymiarowanych (czasem mocno). Tłumaczy się czasem, że dzięki mocniejszemu kotłowi szybciej nagrzeje się wodę użytkową. Ja mam zbiornik na ciepłą wodę używkową 120 litrów i nie widziałem, żeby po napuszczeniu wody do wanny zbiornik był nagrzewany dłużej niż 15 minut (zwykle koło 12). Zanim jedna osoba zdąży się wykąpać woda jest już znowu gorąca. Oczywiście można brać pod uwagę, że zwykle wtedy nie działa ogrzewanie domu, bo zawór kieruje obieg przez wężownicę zbiornika c.w.u. a nie na grzejniki, ale większa moc wiele nie skróci czasu podgrzewania, bo ograniczeniem jest moc wężownicy w zbiorniku.

Poza tym, że przy wyborze za dużego kotła cena zakupu wzrasta, to komfort spada. Dlaczego? Bo moc minimalna kotła, określająca ile minimalnie ciepła może dostarczyć kocioł pracując bez przerwy, zależy zwykle procentowo od mocy maksymalnej (dla danej rodziny modeli kotłów). Przy Vaillancie ecoTEC plus VC 146 o mocy maksymalnej 15kW, mimimalna moc to nieco ponad 3kW, podczas gdy dla modelu VC 256 jest to już prawie 6kW. Różnica duża. W czym rzecz? Popatrzmy na wykresy, które przygotowaliśmy ostatnio. Przeanalizujmy je możliwie szczegółowo.

Na powyższych wykresach można zaobserwować, jakie są algorytmy pracy kotła. Pomarańczowa linia z dolnego wykresu pokazuje temperaturę, z jaką kocioł powinien grzać przez cały czas. Jest ona wyznaczana na podstawie temperatury zewnętrznej, z pomocą wybranej krzywej grzewczej – im chłodniej na zewnątrz, tym cieplejsza powinna być woda w grzejnikach. Problem natomiast polega na tym, że na zewnątrz jest jeszcze dość ciepło i kocioł w żaden sposób nie jest w stanie utrzymać tak niskiej temperatury w obiegu stabilnie przez cały czas. Minimalna moc pracy kotła, która wynosi koło 20% mocy maksymalnej (dla tego kotła), jest zbyt duża do tego. Kocioł musi więc co jakiś czasu uruchomić się z minimalną możliwą mocą, nagrzać wodę w obiegu, po czym się wyłączyć, żeby nie przegrzewać domu. Aktualną moc kotła obserwujemy dzięki czerwonej linii na górnym wykresie, natomiast czerwona i zielona linia na dolnym obrazku przedstawiają temperatury zasilania i powrotu (idealnie byłoby gdyby czerwona linia pokrywała się z pomarańczową).

Aby zapobiec zbyt częstemu włączaniu i wyłączaniu kotła, co jest mało ekonomiczne, wprowadzony został okres blokady. Po wygaszeniu płomienia palnik blokowany jest na pewien czas. Na wyświetlaczu kotła pojawia się wtedy ikona klepsydry, a obserwowany przez nas rejestr RemainingBoilerblocktime (przedstawiony jako pomarańczowa linia na górnym wykresie) zawiera czas pozostały do końca blokady. Po chwili od wygaszenia płomienia, wyłączana jest także pompa, żeby niepotrzebnie nie tracić energii. Oczywiście, żeby sprawdzić, jaka jest temperatura wody w obiegu (w grzejnikach), pompa musi być włączona ponownie. Dlatego sterownik włącza ją zaraz po zakończeniu czasu blokady. Po chwili sprawdzana jest temperatura i sterownik decyduje, czy temperatura spadła już wystarczająco, żeby uruchomić ponownie palnik (jak miało to miejsce koło godziny 13), czy należy odczekać jeszcze jakiś czas z uruchomieniem grzania. O tym jaki to jest czas, decyduje wewnętrzny algorytm sterownika, jednak po wykresach widać, że może być on różny.

Widać więc wyraźnie, że przy tej temperaturze minimalna moc kotła jest jeszcze za duża dla komfortowego, ciągłego grzania. Natomiast liczę, że gdy temperatura trochę jeszcze spadnie, kocioł będzie mógł grzać przez cały czas lub z nielicznymi przerwami. Gdybym kupił kocioł przewymiarowany, o mocy minimalnej 6kW, to byłaby ona zbyt duża do ciągłego ogrzewania przez większą część sezonu grzewczego.

Poprzedni kocioł na ekogroszek miał moc 15kW. Pracował pełną mocą tylko raz, przez 2-3 dni, w najmroźniejszym tygodniu, w którym temperatury spadały do -30 stopni Celsjusza. Jeden tydzień w ciągu siedmiu lat była potrzebna jego moc maksymalna. Zawsze w razie czego można się dogrzać grzejnikiem elektrycznym albo kominkiem. Oczywiście z prądem też w mrozy mogą być problemy, ale wtedy kocioł też działać nie będzie i pozostanie tylko kominek…

Nie warto kupować kotłów o zbyt dużej mocy w stosunku do potrzeb. Koniec.

Ten wpis został opublikowany w kategorii Non classé i oznaczony tagami , , , . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

9 odpowiedzi na O komforcie i sterowaniu pogodowym

  1. Rysiek pisze:

    Ciekawie napisane.
    Dodam tylko, że dogrzewanie kominkiem zadziała tylko w nowoczesnym i zaawansowanym systemie jak Twój tj. ze stałym pomiarem temperatury wody w instalacji + inne bajery.
    Ja mam zwykły termostat na ścianie w głównym pomieszczeniu i dogrzewanie kominkiem wygląda tak, że w salonie można chodzić w gaciach, a w pozostałych pomieszczeniach trzeba zakładać polar :). Bo piec przestaje działać jak poczuje że w salonie ciepło.

    Za nic nie zrezygnowałbym jednak z kominka. Pomijając jego walory estetyczno-komfortowo-relaksacyjne jest niezbędny przy wyłączeniach prądu. Ja mam do stolicy „nowoczesnego europejskiego państwa” ze 40 km i zimą praktycznie nie ma tygodnia aby nie było przerw w zasilaniu.

    • mateuszkowgmailcom pisze:

      Wtedy przydałby się kominek z płaszczem wodnym 😉

    • fssd pisze:

      Po prostu w zlym pomieszczeniu masz termostat / regulator. Powinienes go zamontowac NIE tam gdzie jest kominek… U mnie regulator jest w lazience gdzie drzwi sa zamkniete i cieplo z kominka nie doplywa. Regulator dba o komfort w lazience, reszta pomieszczen jest ustawiona recznie (przeplywy). Gdy rozpale w kominku w lazience jest nadal cieplo 🙂

  2. SpeX pisze:

    Wychodzi na to iż najlepiej w domu mieć dwa kotły. Jeden „zimowy” taki 3-15kW, który tak naprawdę będzie odpowiadał za OC i wodę użytkową oraz taki 0-2kW, który by odpowiadał za podtrzymanie OC na minimalnych parametrach.

  3. SpeX pisze:

    Oprócz radiacji i konwencji w grę wchodzą jeszcze efekty konstrukcyjne jak wysokość pomieszczeń czy izolacja dolna (szczególnie parteru). Jeśli pomieszczenie będzie za wysokie, zwiększy się ilość m3 powietrza do ogrzania i niedoczekamy się „ciepła” na poziomie kanapy.

    Do tego, jeśli będziemy mieli zepsutą izolację od podłoża, to o ile w pomieszczeniu będzie ciepło, to stopy ciągle będą nam marzły.

  4. kane pisze:

    Bardzo ciekawy blog. Czy będzie wpis o sterowaniu ogrzewaniem podłogowym?

    • techniczny pisze:

      Dzięki. Problem z podłogówką polega na tym, że nie mam podłogówki 🙂 Mam pewne przemyślenia ogólne dotyczące bezwładności i pomysły na sterowanie, ale nic sprawdzonego.

  5. Bogdan pisze:

    Witam,

    1. Interesuje mnie czy udalo sie Panu ustalic jaki algorytm uzywa VRC w trybie korekta do sterowania temperatura zailania – gdzie czytalem , ze jest to regulator proporjonalny ale w tym opisie nie uwzgledniano pogodowki

    2. Czy moze Pan udostepnic zlapane logi z komunikacji miedzy sterownikiem a kotle w trybie KOREKTA?

    Pozdrawiam,
    Bogdan

  6. a pisze:

    Piec nie grzeje wody przepływowo gdy ma pusty/wychłodzony zbiornik wody?

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.