Проекты

Автоматическая система управления отоплением загородного дома

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2123 им. М. Эрнандеса
Предметы: Физика, Математика, Схемотехника
Классы: 11 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Сейчас всё больше современных котлов отопления могут работать в погодозависимом режиме. В случае если котёл не поддерживает эту функциональную возможность, необходимо приобрести погодозависимый контроллер управления котлом и датчик уличной температуры. Погодозависимое управление котлом позволяет повысить температурную комфортность в помещении за счёт того, что учитывается изменение уличной температуры и заранее подогревается (или нет) теплоноситель до той температуры, которая нагреет воздух в помещении до значения, выставленного на терморегуляторе.

Энергоэффективность и энергосбережение являются одними из стратегических направлений приоритетного технологического развития страны.

В России на быт тратится около 40–45% всей вырабатываемой энергии. Затраты на отопление в жилых зданиях на территории России составляют 350–380 кВт•ч/м² в год (что в 5–7 раз выше, чем в странах ЕС).

Цель

Повышение энергоэффективности загородного дома за счёт снижения потребления системой отопления энергоресурсов при обеспечении комфортного проживания.

Задачи

  1. Научиться работать с 3D-моделями.
  2. Создать 3D-модель узла электростанции.
  3. Собрать прототип установки и изучить её свойства.
  4. Осуществить замеры и расчёты для получения максимального КПД.
  5. Проанализировать область применения. Выявить преимущества и недостатки данной конструкции перед промышленными электростанциями.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Arduino UNO R3
  • Термодатчики DS18B20 (x3)
  • Электромеханическое реле(х2)
  • LCD-дисплей 16х2
  • Матричная клавиатура (3х4)
  • Блок питания (12В, 1.25А)
  • Корпус пластиковый
  • Trema-модуль

Описание

Автор проекта ознакомился с литературой и изучил актуальные темы по энергоэффективности, ознакомился с существующими решениями.

Создал макет установки, подобрав нужные компоненты.

Собрана и отлажена установка, написан основной код программы и испытана система.

Доработана программа, исправлены ошибки.

Описание разработанного решения:

Система на вход получает данные с трёх датчиков температуры (уличная температура, температура внутри помещения, температура теплоносителя), пользователь вводит желаемую температуру внутри помещения, далее программа подаёт сигналы на реле для управления работой горелки котла и циркуляционными насосами в зависимости от целевой температуры теплоносителя, которая высчитывается по формуле:

Ттн = k(20-Токр)+20,

где:

Ттн – температура теплоносителя,

Токр – температура окружающей среды,

k – параметр, подбираемый опытным путём.

Также возможно контролировать температуру в зависимости от дня недели, например, снижать температуру в будние дни (во время отсутствия жильцов) и повышать её к выходным (ко времени их приезда). На данный момент установка целевой температуры производится через дисплей и клавиатуру устройства, а периоды работы устанавливаются через приложение для компьютера.

Алгоритм управления:

  • Считывание информации (температуры) с датчиков
  • Выбор теплового режима дома в зависимости от заданного расписания (ночь/день, рабочий день/выходной и пр.)
  • Вычисление целевой температуры теплоносителя
  • Управление горелкой котла в зависимости от расписания, подаёт сигналы на выходы для управления насосами и горелкой

Результаты работы/выводы

Автором спроектировано, создано и испытано устройство, позволяющее контролировать работу системы отопления в автоматическом режиме.

Разработано и собрано устройство управления системой отопления дома.

На данный момент цель можно считать достигнутой, так как в ходе испытаний система работает исправно.

Перспективы использования результатов работы

Будущие доработки позволят управлять системой через приложение для мобильного телефона, которое передаёт информацию через локальную сеть на саму систему, а также подключать различные датчики для контроля системы во время отсутствия жильцов.

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Проект, представленный мной, иллюстрируют теоретические материалы исследования, логично отражает практическую работу по изученной проблеме»