ЖКХ Ньюс публикует опыт читателя из Ижевска, описывающий способ мониторинга параметров работы оборудования в элеваторном пункте и температуры в квартирах с помощью беспроводной сенсорной сети для “умного дома”. Мониторинг необходим при ручной регулировке отопления, в частности, для борьбы с “перетопами”. Также с его помощью можно выявлять проблемные места в отопительной системе для планирования текущего ремонта или локальных мероприятий. А в случае аварии, при перерывах или нарушении качества КУ – отправлять уведомления.

Весной и ранней осенью во время отопительного периода часто от жителей многоквартирных домов можно услышать упреки в адрес теплоснабжающих компаний, что батареи в квартирах неоправданно горячие – топим улицу. В свою очередь, энергетики ссылаются на температурный график и невозможность снизить параметры теплоносителя. 

Большинство жилых многоквартирных домов старой застройки в Ижевске отапливаются от централизованной системы теплоснабжения по зависимой схеме с применением температурного графика 150/70. Использование теплоносителя для приготовления горячей воды на общедомовом оборудовании и износ городских коммунальных сетей вынуждают применять срезку. Например, наш дом – четырехподъездная пятиэтажка в центре города – питается от Ижевской ТЭЦ‑1. Точка излома температурного графика при спрямлении для ГВС 70 °C применяется при температуре наружного воздуха ‑2 °C. Точка срезки температурного графика 120 °C применяется при температуре наружного воздуха ‑25 °C (рис. 1).

По этой причине при потеплении до плюсовых температур требуется дополнительная регулировка отопления, которая должна производиться на оборудовании, расположенном внутри самого дома. Для этого в многоквартирные дома с возможными “перетопами” рекомендуют устанавливать системы автоматического погодного регулирования. Но стоимость такой системы составляет несколько сотен тысяч рублей, а на сегодняшний день может обойтись собственникам помещений в многоквартирном доме в сумму, превышающую 1 млн. руб. При этом даже такие существенные вложения могут окупаться за 2–3 года за счет экономии тепла, которое является дорогостоящим коммунальным ресурсом. Но всё же далеко не в каждом МКД установка дорогого оборудования будет оправдана и целесообразна.

В домах старой застройки небольшой площади и этажности с элеваторной схемой присоединения к тепловым сетям практикуется регулировка с помощью ручного балансировочного вентиля, который управляющие организации устанавливают по согласованию с РСО на трубе обратной воды (см. рис.2).

Установка такого вентиля – это не самое эффективное решение, но позволяет производить местное количественное регулирование. А учитывая, что его стоимость на два порядка ниже, чем автоматика погодного регулирования, такая схема находит широкое применение.

Регулировка ручным вентилем входит в обязанность персонала управляющих организаций, обслуживающих отопительную систему в многоквартирном доме – это следует из ст.12 ч.8 Федерального закона от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности». Сложность заключается в том, что при этом необходимо соблюдать тепловые и гидравлические режимы, а также требования к качеству коммунальных услуг, санитарных норм и правил.
Правила оказания коммунальных услуг № 354 предъявляют высокие требования, в частности, для Ижевска в отопительный период в жилых помещениях должна быть обеспечена нормативная температура не ниже +20°С (в угловых комнатах – +22°С), допустимое превышение нормативной температуры – не более 4°C, допустимое снижение нормативной температуры в ночное время суток (от 0.00 до 5.00 часов) – не более 3°C, снижение температуры воздуха в жилом помещении в дневное время (от 5.00 до 0.00 часов) не допускается.

Повысить эффективность ручной регулировки, получать объективные данные и контролировать качество отопления можно с помощью технологий умного дома, которые сейчас быстро развиваются, и на самом деле стали очень доступными – такая мысль возникла у меня, как председателя совета дома, при очередном холиваре в домовом чате. Почему бы не воплотить идею своими силами, в конце-концов, когда-то очень давно мы поставили домофоны с молчаливого согласия управляющей компании, и они до сих пор работают без её участия в обслуживании. Главное, всё сделать аккуратно и чтобы все остались довольны.

Организация беспроводной сети

Сегодня на рынке присутствует множество недорогих устройств, работающих по воздуху в стандарте Zigbee и обладающих высокими эксплуатационными свойствами. Отличительными особенностями технологии Zigbee является ячеистая (mesh-) топология, позволяющая сети самовосстанавливаться. Это делает ее подходящей основой для беспроводной инфраструктуры внутри многоквартирного дома. Сетевые устройства монтируются без нарушения целостности строительных конструкций здания и отделки помещений, а также без переустройства инженерных сетей. Поскольку связь происходит по радиоканалу, то прокладки дополнительных кабелей не требуется. При этом такая инфраструктура хорошо масштабируется. Что касается непосредственно самих датчиков, спецификация Zigbee обеспечивает возможность их длительной работы от автономных источников питания (например, литиевых батарей) – от нескольких месяцев до 2‑х лет.

Для управления подходит программное обеспечение с открытым исходным кодом для домашней автоматизации Home Assistant, оно нетребовательно к ресурсам, поэтому в качестве сервера был использован самый недорогой промышленный безвентиляторный мини-ПК на базе процессора Intel Celeron J1900, ОЗУ 8 ГБ, диск 128 ГБ. 

В основе сетевой инфраструктуры использовались устройства на базе современного контроллера EFR32MG2 с усилителем сигнала +20 dBm, каждое из которых способно обеспечивать связь не менее десятка подключенных датчиков в радиусе до 50–100 м при прямой видимости (до 10–20 м при наличии преград в виде стен и межэтажных перекрытий). Чтобы покрыть сетью всё здание (и даже двор), нам было достаточно установки по 2 роутера в каждом подъезде. В частности, были использованы USB-стики Sonoff ZBDongle‑E и Easyiot ZB-GW04. Каждый роутер, во-первых, расширяет радиус сети и делает ее более надежной, а во-вторых, увеличивает способность подключать большее количество датчиков.

Контроль параметров температуры в жилых помещениях

Жильцам мы раздали датчики с дисплеем, отображающим информацию с сенсоров, – по одному на каждую квартиру. Таких датчиков сегодня на рынке представлено достаточное количество моделей от разных производителей. В частности были использованы следующие модели датчиков:

Датчиками удалось покрыть около 80% квартир в доме, расположенных по всему зданию (см. рис. 6). При этом некоторые датчики периодически выпадают из сети (которая, напомню, является самовосстанавливающейся). Но большинство датчиков всегда в работе, поэтому для целей мониторинга этого достаточно. 

Для обработки данных применяется следующий алгоритм:
1. Все датчики были поделены на две группы, в зависимости от их расположения – датчики, расположенные в угловых квартирах выделены во вторую группу.
2. Для каждой группы рассчитывается медианная температура и этот параметр выводится на информационную панель Home Assistant (см. рис. 7). Медиана позволяет получить более адекватную модель, исключая влияние резких факторов, например, если какой-то из датчиков окажется под прямым солнечным лучом или кто-то из жильцов захочет манипулировать данными своего датчика, например, разместив его на подоконнике. Если исследовать средние значения, то такие факторы окажут влияние, искажая общую картину. Но на медиану они практически не влияют.

Зеленая зона на индикаторах показывает область допустимых значений, синяя зона показывает область низкой температуры в помещениях, красная – сигнализирует о “перетопе” в доме.

Контроль параметров теплоносителя

Для контроля параметров теплоносителя необходимо установить датчики непосредственно на элеваторном узле. 

Всего на элеваторном узле было установлено 3 таких датчика:
1. На подающем трубопроводе;
2. Непосредственно после элеватора;
3. На обратном трубопроводе.

Показания датчиков выведены на информационную панель (см. рис. 9).

Для установки датчиков давления в системе имеются специальные отводы с трехходовым краном, позволяющие отключение прибора для обслуживания. Для контроля гидравлического режима, в частности, располагаемого напора в системе отопления (что критически важно для правильной работы водоструйного элеватора) необходима установка двух датчиков – на подающем трубопроводе и на обратном. Для этого могут быть использованы, например, датчики EFEKTA PST или EFEKTA PST Duo с установленными c внешними сенсорами KY-I2C-3V3, рабочий температурный диапазон которых составляет  ‑20°C~110°C, а измеряемое давление до 10 Bar. Для надежности датчики необходимо подключать через петлевую трубку (трубка Перкинса).

Данные о погоде

Также для полноты картины необходимо получать данные о температуре наружного воздуха. Для этого были изготовлены две погодные станции.

В основе каждой станции лежит датчик Sonoff SNZB-02P, использующий чип EFR32MG22 и оснащенный сенсором SHT40, обеспечивающим измерения в рабочем диапазоне ‑40℃~125℃ с точностью ±0.2℃. Датчик питается от литиевой батареи CR2477 и защищен экраном Стивенсона, распечатанным на 3D-принтере из белого PET‑G пластика. Станция крепится на кронштейне с помощью неодимовых магнитов. В нашем случае станции были закреплены на водосточных трубах, идущих по северному фасаду здания, на высоте около 3 м от земли (см. фото рис. 10). 

Дополнительно для более точного и надежного получения температуры наружного воздуха в Home Assistant были интегрированы облачные сервисы прогноза и мониторинга погоды от следующих провайдеров:
1. GISMeteo – предоставляет текущую погоду и прогноз на ближайшие несколько дней в точке заданных географических координат. Интеграция доступна по адресу https://github.com/Limych/ha-gismeteo
2. Яндекс.Погода – предоставляет текущую погоду и прогноз на ближайшие несколько дней в точке заданных географических координат. Интеграция доступна по адресу https://github.com/IATkachenko/HA-YandexWeather 
3. Народный мониторинг  https://narodmon.ru/ – предоставляет данные ближайших к заданной географической точке датчиков. Интеграция доступна по адресу https://github.com/Limych/ha-narodmon 

Итоговая информационная панель в интерфейсе Home Assistant сейчас выглядит так, как показано на рис.12. На ней дополнительно выведен прогноз погоды на ближайшие 5 дней и график среднесуточной температуры наружного воздуха. Температура и влажность в помещении теплового пункта позволяют нам контролировать работу приточно-вытяжной вентиляции.

Как видно на рисунке, в текущий момент контролируемые параметры находятся в допустимых пределах, система отрегулирована правильно и не требует корректировки.

На следующих графиках (см. рис 13–15) показана статистика температуры в жилых помещениях. 

Как видно из первого графика (октябрь), ручная регулировка не позволяет устранить влияние резких перепадов температуры наружного воздуха в течение суток – так называемый суточный график, в дневное время температура поднимается практически до 26 ℃. Но в целом позволяет устранять длительные “перетопы” в сезон “бабьего лета”. При этом из-за влияния балансировочного вентиля на циркуляцию теплоносителя в системе, температура в угловых квартирах становится ниже.

На втором графике (ноябрь) сильных перепадов уже не наблюдается и нет “перетопов”. Температура в помещениях находится в пределах 21 – 24 ℃., при этом температура в угловых квартирах оказывается выше, как и должно быть при нормальной циркуляции. Такая картина наблюдается всю зиму вплоть до середины марта.

Затем, примерно с 15-го марта, мы снова наблюдаем сильные скачки в дневное время, при этом сильных длительных “перетопов” удается избежать регулировкой с помощью балансировочного вентиля. И опять мы наблюдаем, как из-за разбалансировки снижается температура в угловых квартирах, наиболее удаленных от элеватора.

Заключение

Действующие системы отопления в многоквартирных домах старой застройки были спроектированы и построены несколько десятилетий назад и сегодня конечно сильно устарели. Реконструкция инженерных сетей и замена оборудования на энергоэффективное возможны при проведении в доме капитального ремонта. Но что делать, если такой ремонт пока не планируется, или установка дорогостоящей автоматики погодного регулирования в доме является нецелесообразной? 

Рассмотренный в статье опыт показывает, что регулировать отопление для ликвидации “перетопов” (и тем самым экономить на коммунальных платежах) возможно с помощью ручной регулировочной арматуры на домовых сетях, хоть и не так эффективно, как при наличии автоматики. При этом необходимо контролировать как минимум параметры отопительной системы, чтобы не нарушать гидравлический баланс. Чем лучше производится контроль, тем точнее и эффективнее будет регулировка. 

Сообщение Как организовать мониторинг температуры в помещениях МКД при ручном регулировании отопления появились сначала на ЖКХ Ньюс.