Советы по выбору газовой колонки. Колонка газовая с автоматической регулировкой температуры воды


Автоматический регулятор температуры газовой колонки / Хабр

Хочу рассказать о создании несложного устройства, которое сильно облегчило жизнь домашним обитателям — автоматический регулятор температуры газовой колонки. Подобные устройства уже создавались и описывались здесь на хабре, хотелось сделать чуть более продвинутый девайс и подробно описать весь процесс создания от задумки и измерения до реализации, без использования готовых модулей типа Arduino. Устройство будет собрано на макетной плате, язык программирования — C. Это моя первая разработка законченного (и работающего!) устройства.

1. Исходные данные

Мы живем на съёмной квартире, которая обладает одним очень неприятным свойством: в доме нет горячей воды, холодная вода нагревается на месте при помощи нагревателя (Водонагреватель Проточный Газовый — ВПГ), который расположен на кухне. Во время принятия душа если происходит очередной скачок давления — приходится голышом шлепать до колонки или звать кого-нибудь. Интегрировать полноценный «умный дом» возможности нет, поэтому решено было внедрить автоматическое регулирование нагревателя. К слову, довольно быстро нашел несколько похожих решений, например здесь, а значит проблема моя известна и решена в своем виде.

Модель ВПГ: Vector lux eco 20-3 (китай) Давление воды: около 1.5 кгс/см² (давление низкое, нагреватель работает чуть выше допустимого предела)

Требования к решению
  • Простота
  • ПИД-регулятор или его подобие
  • Возможность выбора поддерживаемой температуры
  • Отображение текущих параметров
  • Решение вопросов безопасности устройства
Архитектура системы
После некоторых размышлений архитектура устройства была набросана следующим образом:
  • Сервопривод (непосредственно в теле ВПГ)
  • Термодатчик штатный ВПГ
  • Блок усиления сигнала термодатчика и стабилизатор питания сервопривода (непосредственно в теле ВПГ)
  • Блок управления (внешний)
Далее опишу процесс разработки в хронологическом порядке.

2. Сервопривод

Так как профессия у меня программная и механика всегда оставалась самой сложной частью — начать решил с неё. Надо сказать что к первому этапу долго не мог собраться, ВПГ очень боязно было трогать, но очередной перепадок давления вынудил меня начать.

Разобрав колонку и осмотревшись — нашёл места для установки сервомашинки TowerPro MG995, как-то давно заказанной «на сдачу» на aliexpress.

Для устранения люфта привода тяг сделал одну тягу подпружиненной. Люфт был полностью устранен, но выяснилась другая проблема — сервомашинка с моментом > 10 кг*см оказалась слишком дерзкой для ВПГ. При включении переходные процессы в электронике машинки вызывают рывок в рандомное положение и через пару холостых включений тяга оказалась погнутой! Силумин колонки точно не выдержит такого обращения. Так же вызывала нарекания геометрия качалки, которая была не на оси регулятора — что приводило к нелинейности регулировки. Финальный вид узла привода дросселя:

Узел переделан — использованы пружины от ВАЗ (от карбюратора — куплены в магазине автозапчастей) и качалка теперь на геометрической оси вала. Такая конструкция имеет небольшой люфт, но зато линейна в регулировке и может демпфировать бешенство рулевой машинки. Углы выставлены на оптимальные значения для регулировки в наиболее востребованных положениях регулятора.

3. Блок датчиков ВПГ

Терморезистор ВПГ меняет своё сопротивление в пределах 20..50 КОм, использовать напрямую в качестве делителя проблематично — получим низкую точность измерения. Но как оказалась на практике — при повышении питающего напряжения до 12В можно без проблем получить приемлемый диапазон выходного сигнала — только использовать ОУ в режиме повторителя (при необходимости можно поменять коэффициент усиления) для изоляции делителя от нагрузки. Схема блока внутри ВПГ:

Делитель R2 и термодатчик колонки формирует сигнал с напряжением 1.4..4.96 В в полном диапазоне измерений (на практике — 20..60 градусов цельсия). Изначально разработал мостовую схему — которая может компенсировать уход источника питания, но была отброшена из-за того что источник питания влиял слабо, а первый пункт «ТЗ» был — «простота». Операционный усилитель обеспечивает развязку делителя и нагрузки. Стабилитрон D1 ограничивает выходное напряжение на уровне 5.1 В для случаев отсоединения датчика (в противном случае на выходе было бы 12В — что смертельно опасно для контроллера) — что схемой контроллера будет считаться безусловной ошибкой. Интегральный стабилизатор 7805 питает сервомашинку — решение неудачное, при стопоре машинки он ужасно нагревается и думаю может выйти из строя при клине привода (если не сработает встроенная защита). Более на этом блоке не буду заострять внимание.

4. Контроллер

Контроллер собран на базе ИМС Atmega8 в dip-корпусе.

Тактирование — внутренний осцилятор на 8 МГц. Питание — ещё один 7805 на плате. Индикация через стандартный LCD1602 дисплей. Схема блока:

Управление питанием блока осуществляется от колонки через транзистор — используя малогабаритное реле. Сигнал термодатчика (Контакт №4 разьема) имеет подтяжку на землю и при отсоединении датчика во время работы покажет очень высокую температуру — что приведет к уменьшению регулятора и не вызовет опасных ситуаций. Собранный блок:

4. Испытания и регулировка

Для отработки ПИД-регулятора была написана модель ВПГ на Qt. На ней были отработаны основные моменты и ситуации работы нагревателя — старт холодный/горячий, перепады давления. Для снятия характеристик был добавлен UART-разьем на плату контроллера, куда раз в секунду отправлялись данные о показателях — текущая температура, положение дросселя и т.д.

При испытаниях выявилось следующее:

  • Очень большая инерция ВПГ от начала воздействия до реакции на термодатчике — порядка 30 секунд
  • Округление до градуса в микропрограмме контроллера — плохая идея, алгоритм может работать более точно

Результаты измерения и калибровки термодатчика, Зависимость можно считать условно-линейной:

Первые прогоны в программе отрисовки телеметрии от колонки:

(забыл на графики добавить легенду. Здесь и далее — красный — температура датчика, зеленый пунктирный — положение дросселя, синий — желаемая юзером температура)

Почти удачная регулировка

Удачные варианты коэффициентов

Неплохой вариант старта

Первые прогоны показали основные параметры системы, дальше уже не составило труда замерить их и настроить по ускоренной формуле, параметры подбирал долго и мучительно. Полностью от колебаний избавится не удалось, но колебания в пределах 1 градуса считаются приемлемыми. Принятый вариант:

В процессе подбора интегральый коэффициент пришлось полностью отключить, думаю что это из-за большой инерции системы. Итоговые коэффициенты:

float Pk = 0.2; float Ik = 0.0; float Dk = 0.2;

5. Корпусирование

Устройство собрано в пластмассовом корпусе распределительной коробки.

И в таком виде работает.

6. Безопасность использования

Важный вопрос, которым задавался с самого начала.Пройдемся по основным пунктам.
Гальваническая развязка цепей колонки и регулятора
Что будет если блок питания 12В закоротит и на цепи датчика окажется 220 вольт? Не вызовет это подачу газа в колонку. Как оказалось — не вызовет — в колонке имеется два уровня подачи газа — электромагнитный клапан контроллера и механический клапан воды. Открыть только соленоид мало — газ не поступит без тока воды.
Отключение или отрыв датчика внутри ВПГ
При отключении терморезистора от блока внутри ВПГ на выходе будет генерироваться сигнал 0xFF (5.1В) что проверяется программой как ошибка, контроллер останавлиает выполнение программы, сервопривод выставляется на минимум.
Отключение или отрыв датчика от контроллера
В этом случае генерируется большая температура (подтяжка линии датчика к земле) что приведет к выводу привода в минимальное значение, что так же безопасно для юзера.
Электронно-механическая защита ВПГ
Цени защиты ВПГ остаются функционировать в штатном режиме, в случае кипения/перегрева/датчика тяги колонки штатные системы должны отключить её.

7. Файлы

Полный архив проекта доступен на github. В директориях проекта доступны результаты измерений, прошивка контроллера и можели бойлера на Qt.

Спасибо за внимание!

habr.com

Газовые колонки - Торговый дом "СервисГаз"

Газовые водонагреватели проточного типа (газовые колонки)

                

 Проточный газовый водонагреватель предназначен для мгновенного нагрева воды. Водонагреватели этого типа не имеют бака, а вода нагревается по прямоточной схеме, через теплообменник, с помощью газовой горелки. В устаревших и в современных бюджетных моделях зажигание горелки осуществляется от постоянно горящего газового фитиля, зажигаемого спичкой или пьезоэлементом; нагрев регулируется в зависимости от количества протекающей через теплообменник воды. В более совершенных моделях используется автоматический электророзжиг и электронное регулирование температуры воды на выходе.

  Популярность газовых колонок связана с тем, что при компактных размерах они позволяют мгновенно нагревать достаточное количество воды.  

  Первый параметр, по которому приходится выбирать газовую колонку - мощность. Только для душа или мойки достаточно производительности 10-11 литров в минуту (17-20 кВт). Для одновременного принятия душа и мытья посуды, т.е. для нескольких точек водоразбора, лучше подобрать газовую колонку мощностью от 20 до 26 кВт или производительностью 11 - 15 литров в минуту. Нужно учесть, что у газовой колонки есть две мощности - полная (номинальная) и полезная. Полезная мощность показывает, какая энергия будет передана воде. Она равна полной мощности, умноженной на КПД.

КПД типичной современной колонки - 85-90 %.

  Второй важнейший параметр - возможность регулировки мощности пламени (расхода газа).

Возможные варианты такие:

- ступенчатая регулировка;

- плавная регулировка;

- автоматическая регулировка (модуляция пламени).

  Первые два типа позволяют вручную выставить необходимую мощность пламени, чтобы добиться нужной температуры воды. Однако, вовсе не факт, что она будет постоянной в процессе дальнейшего нагрева. Например, если вы стоите под душем, а кто-то спустит воду в унитазе, вы рискуете получить ожог - поток поступающей к колонке воды уменьшится, и вода будет нагреваться до большей температуры. На температуру получаемой воды также могут влиять изменения температуры входной воды (настраивали колонку, пока шла относительно тёплая вода из стояка, а затем подошла холодная вода с улицы), давления газа, изменения давления воздуха (в ветреную погоду).

  После того, как нужная мощность установлена, температуру воды можно регулировать с помощью прикручивания/откручивания крана. Не стоит прикручивать кран слишком сильно, пытаясь получить кипяток - колонка может отключиться, и получите совершенно противоположный ожидаемому эффект. В колонках с ручной регулировкой мощности не рекомендуется получать нужную температуру, подмешивая к горячей воде из колонки холодную воду из крана.

  Всех этих недостатков лишены газовые колонки с модуляцией пламени - после установки нужной температуры, она будет поддерживаться автоматически, независимо от внешних факторов (разумеется, в некоторых разумных пределах их изменения). У колонок с модуляцией не получится изменить температуру воды, закрывая/открывая кран. Чтобы разбавить горячую воду, пользуйтесь краном холодной воды. Впрочем, лучше всё-таки уменьшить мощность колонки - при меньшей мощности образуется меньше накипи.

   Кроме регулировки мощности многие газовые колонки имеют регулировку потока воды. Она регулирует воду и температуру комплексно - от (минимальный поток + максимальная температура) до (максимальный поток + минимальная температура). Это может оказаться полезным, если у вас слабый напор воды - выставив минимальный поток, можно будет включить колонку. При большем установленном расходе воды колонка может потухнуть или вообще не включиться из-за недостаточного напора. Впрочем, если у вас постоянно низкое давление воды, не пожадничайте и приобретите специальный насос для повышения давления воды (их выпускают многие фирмы).

  В некоторых колонках есть также газовые редукторы для поддержания постоянного давления газа. Учтите, что в нашей стране давление газа меньше, чем в странах Западной Европы (13 мБар, а не 20), поэтому аппарат должен быть специально адаптированным под наше давление, иначе он не будет набирать необходимую мощность. Уточняйте в магазине, на какое давление газа рассчитан водонагреватель.

   Поскольку газовый водонагреватель считается устройством повышенной опасности, в нём имеется масса всяческих датчиков и защитных устройств:

- датчик ионизации - обеспечивает мгновенное перекрытие подачи газа при затухании пламени;

- датчик горения (термопара) - перекроет подачу газа в случае затухания пламени даже при отказе датчика ионизации;

- датчик перегрева - защищает теплообменник от перегрева и образования накипи, а человека - от ошпаривания;

- датчик потока - колонка включится, только если открыт кран, при закрытии его - автоматически выключится;

- датчик тяги - не позволит включить или потушит колонку при отсутствии тяги;

- датчики температуры холодной и горячей воды - для корректировки мощности пламени

предохранительный сбросной клапан - предотвращает разрыв теплообменника при повышенном давлении воды;

- защита от пониженного давления воды - не даст включиться колонке, если напор недостаточен для безопасной эксплуатации.

td73sgaz.ru

Как выбрать газовую колонку?

Газовый проточный водонагреватель – мощный бытовой прибор, обладающий высокой производительностью и способные обеспечить горячей водой сразу несколько водоразборных точек одновременно. Газовая колонка работает по довольно простому принципу: холодная вода из водопровода проходит сквозь мощный теплообменник проточного типа и нагревается с помощью газовой горелки (она разжигается в автоматическом режиме) и тут же моментально поступает к водоразборной точке – крану.

Те, кто когда-либо пользовался водонагревателем подобного типа, могут с уверенностью сказать – это поистине эффективный и довольно экономичный агрегат, быстро и качественно решающий проблему горячего водоснабжения в городской квартире, загородном доме или даче – был бы газ. В основном, практически все модели газовых колонок проточного типа работают на магистральном (природном) газе, и лишь некоторые – на сжиженном. Последние пользуются популярностью у дачников, не имеющих возможности провести в дом магистральный газ. Мы расскажем, как выбрать газовую колонку, опираясь на основные параметры, и остаться довольным.

Газовый водонагреватель проточного типа - довольно мощный агрегат, и при выборе в первую очередь необходимо учитывать данный момент. Чем мощнее прибор, тем он производительнее. Если вы планируете использовать его только для нагрева воды на кухне или только для принятия душа, будет достаточно купить газовую колонку мощностью от 17 до 20 кВт. Такой прибор будет производить около 11 литров горячей воды в минуту, чего вполне достаточно для вышеперечисленных целей. Если же планируется использовать горячее водоснабжение сразу в нескольких водоразборных кранах одновременно (например, на кухне и в ванной), потребуется более производительный водонагреватель с мощностью 20-27 кВт, способный нагреть до 15 литров воды в минуту.

Еще один немаловажный параметр, который поможет вам выбрать газовую колонку - возможность регулировки расхода газа или, другими словами, мощности пламени. Регулировка бывает ручной (ступенчатая и плавная) и автоматической (модуляция пламени). Ступенчатая и плавная регулировки мощности пламени выставляются пользователем вручную. Желаемая температура нагреваемой воды в процессе эксплуатации газовой колонки с ручной регулировкой расхода газа может отличаться от той, что задал пользователь. Кстати, специалисты не рекомендуют корректировать температуру воды на выходе из крана путем подмешивания к нагретой воде холодной воды из крана. Газовые колонки с автоматической модуляцией пламени избавят вас от неприятных перепадов температуры воды, зависящих от различных внешних факторов. Разбавить слишком горячую воду, выходящую из крана, можно просто слегка открыв кран с холодной водой.

Некоторые модели газовых водонагревателей проточного типа позволяют регулировать не только мощность пламени, но и поток воды. Особенно актуальны такие приборы в жилищах со слабым напором воды в водопроводе.

Весьма актуальный параметр – тип розжига газа. Времена, когда газ в газовой колонке разжигался с помощью спичек, прошли. Современные приборы могут оборудоваться пьезорозжигом (ручной способ розжига пламени с помощью кнопки), автоматическим розжигом искрой от обычных батареек или же искрой от небольшой гидротурбины. Какую выбирать газовую колонку – решать вам, однако мы надеемся, наш небольшой экскурс в мир газового водонагревательного оборудования вам в этом поможет!

www.rusklimat.ru

Советы по выбору газовой колонки

Газовая колонка – удобный современный прибор, на который есть спрос. Летом для профилактики, коммунальные службы отключают подачу горячей воды на неопределенное время. Для того, чтобы покупаться, приходится греть воду в больших емких кастрюлях, ведрах. А людям с маленькими детьми отсутствие горячей воды становится настоящим бедствием. Поэтому, чтобы период профилактических работ, не создавал неудобств, многие устанавливают газовые колонки. Но перед покупкой прибора нужно учесть множество нюансов.

На первое, что стоит обратить внимание, так это на мощность устройства. Если колонка газовая рассчитана на работу одного предмета, например, душа, то вполне хватит мощности в 17 кВт. Если же прибор рассчитан на несколько систем: душ, мытье посуды, то выбирайте технику мощностью более 20 кВт.

Перед покупкой обратите внимание, можно ли на приборе регулировать расход газа, то есть регулировать температуру нагрева воды. Если прибор оснащен ступенчатой или плавной регулировкой, то мощность пламени выставляется вручную. Но такая регулировка не постоянна, то есть температура воды в различных системах будет меняться. Например, если одни человек купается в душе, а другой на кухне моет посуду, то вода в душе может стать прохладнее.

Автоматическая регулировка более эффективна. Колонки с автоматической регулировкой для регулирования температуры воды позволяют разбавлять горячую воду с холодной.

Также определяющим фактором в выборе газового водонагревателя может стать наличие регулировки потока воды. Наличие этого элемента позволяет регулировать поток воды и температуру ее подачи. Это особенно актуально, если слабый напор воды. Тут же рекомендуется поставить счетчик воды.

Обратите внимание, какая система розжига установлена на газовой колонке: автоматическая или пьезовая.

При автоматическом розжиге колонка включается автоматически после открытия крана.

Пьезлрозжиг – производится вручную, необходимо нажать специальную кнопку. Это неэкономичный способ розжига, так как увеличивается расход газа и в конце месяца, счетчик газа покажет на несколько кубометров больше.

Газовый нагреватель это прибор повышенной опасности, поэтому он должен быть снабжен защитными устройствами.

Важным критерием выбора той или иной техники является внешний вид и дизайн. Колонки компактных размеров стоят намного дороже.

Поинтересуйтесь у продавца, предоставляют ли они сервисное обслуживание. Ведь если выйдет из строя какая-либо деталь, ее могут заменить, а если прибор выйдет из строя, вам предложат произвести ремонт. К тому же, специалисты сервисного центра, быстро и качественно установят колонку.

federalinform.ru