Инновации в дизайне и технологиях: как умный дом меняет представление о комфорте и безопасности

January 16, 2024

Всем привет!

Для лиги лени: автор купил дом, в котором сделал ремонт в стиле минимализм, применив при этом всю новомодную дичь, популярную на всяких ютубах. Затем подключил все это к умному дому собственной разработки, где автоматизировано все, от банального управления светом и шторами, до индивидуального микроклимата для каждой комнаты. Сделано пока не все, но автор старается изо всех сил.

Я уже имею значительный опыт в создании умных домов, начиная с экспериментов в моей квартире, где и родился наш проект (по ссылке можно ознакомиться с самой системой автоматизации), и заканчивая сложными автоматизациями для других объектов. Живя в квартире, я всегда мечтал о своем собственном доме, и в процессе реализации проектов для заказчиков я всегда “примерял” применяемые решения на свой воображаемый дом. В конечном итоге, после покупки дома (на самом деле таунхауса, но смысла нижеизложенного это не меняет), не все из моих фантазий удалось воплотить в жизнь, но обо всем по порядку.

Однако, помимо технической составляющей, я также хотел создать эстетически привлекательный дом, используя все современные тренды, которые не устареют через 10 лет. Это привело к дополнительным затратам на ремонт и необходимости постоянного контроля с моей стороны, так как я не хотел доверять посторонним людям ведение процесса ремонта.

Поэтому в этой статье хотелось бы затронуть не только автоматизацию, но и весь ремонт в целом.

Первое, что я сделал после покупки, это провел интернет и установил камеры по всему дому как снаружи, так и внутри. Это важная мера безопасности, которая помогла мне быть в курсе всего, что происходит вокруг моего дома. В случае спорных ситуаций с доставкой или привлеченными работниками, у меня будет доказательство, которое поможет разрешить любые споры и установить истину. Кроме того, установка камер также может служить профилактической мерой, предотвращая возможные преступления и улучшая общую безопасность моего дома и окружающей территории.

Далее был установлен кодовый замок на двери, чтобы не передавать и не получать ключи от нанятых работников. У меня уже давно был приобретен Nest Yale Lock, который идеально подходит для этой ситуации. С помощью этого замка я мог назначать и отменять коды удаленно, и всегда получал уведомления о приходе и уходе работников, что обеспечивало мне большую безопасность и контроль.

В качестве сервера был выбран Wiren Board 7 (далее WB7). Этот выбор был обусловлен несколькими факторами. Во-первых, WB7 предлагал некоторые новые возможности, которых не было в предыдущей версии. Особенно это было важно для работы с Bary, так как предыдущая версия контроллера не имела достаточно мощности для полноценной работы с ним. Во-вторых, WB7 был доступен по предзаказам для партнеров, что позволило нам получить его достаточно быстро и без проблем. Основная цель этого кейса была проверить, насколько WB7 отличается от предыдущей версии и насколько хорошо он совместим с Bary. В итоге, после двухлетнего тестирования, WB7 оставался в использовании вплоть до заселения и даже немного дольше, так как он продемонстрировал отличную производительность и надежность.

Также стоит отметить, что в Bary имеется собственная поддержка Modbus и WBIO, поэтому весь родной софт был отключен, так как двум системам, работающим одновременно, уже тесновато.

Управление отоплением

Дом продавался с условно черновым ремонтом: стяжки и штукатурки не было, зато была смонтирована электропроводка и двухтрубная система отопления. Это не подходило для моих задач, поэтому все это пришлось демонтировать. Кроме того, к дому прилагался котел Protherm на 30 кВт, что для его площади 300 кв.м., а также мансардный этаж на 80 кв.м., оказалось недостаточно. Я планировал использовать этот котел для 200 кв.м. теплого пола, 8 радиаторов, гаража, системы вентиляции и бойлера. На самом деле, было бы лучше заменить этот котел сразу, но меня интересовало, сможет ли Bary справиться с задачей климат-контроля и отключения зон, в которых достигнута заданная температура. И, как оказалось, после продолжительных 20-25 градусных морозов, он справился. Во всех комнатах температура держалась на уровне 23-25 градусов.

Для управления котлом был заказан модуль WBE2-I-EBUS. Он устанавливается внутрь контроллера WB7, но так как контроллер планировалось заменить в будущем, модуль был переделан для работы через USB.

В результате перестройки отопления оказалось, что это было самым дорогим и трудоемким процессом. Кроме того, из-за недостаточной квалификации и безответственности нанятого сантехника, впоследствии пришлось внести множество изменений и переделок. Описание всех подробностей запросто потянуло бы на целую статью, поэтому остановимся на том что получилось в итоге.

Имеющийся котел является двухконтурным, но контур ГВС не используется, хотя он подключен к коллектору водоснабжения и может быть активирован при необходимости.

Рис. Основная обвязка котла. На эстетику в подвале денег, увы, не хватило

Основной контур подключен к балансировочному коллектору с гидрострелкой, имеющей 5 выходов. У каждого выхода установлен отдельный циркуляционный насос, который отключается при достижении заданной температуры во всех зонах, подключенных к этому выходу. Управление температурой в бойлере также осуществляется через Bary. На выходах с теплым полом (2 выхода) и вентиляции установлены трехходовые клапаны и сервоприводы, которые управляются с помощью ПИД-регулятора, реагируя на установленные датчики температуры. Все коэффициенты задаются в настройках и могут быть легко адаптированы путем анализа лог-файлов.

Рис. Коллектор теплого пола в подвале

Рис. Коллектор теплого пола и радиаторов первого этажа

Рис. Коллектор радиаторов второго этажа

Выходы отопления и теплых полов подключены к коллекторам, на которых также установлены сервоприводы. Далее идет классическая лучевая система. В каждом контуре теплого пола имеется датчик температуры, а в каждой комнате присутствует комбо датчик MSW v.4.

В условно стандартной системе управления умным домом пришлось бы создавать правила для каждой операции. Обычно это выглядит так: если сервопривод включен и температура в комнате превышает определенное значение, то сервопривод отключается. Если при этом используются профили, такие как эконом, комфорт, и т.д., то количество этих правил может легко перевалить за сотню при наличии такого количества контуров отопления. В Bary эта проблема уже давно решена путем создания и привязки модуля климат-контроля в каждой зоне, где требуется этот вид контроля, а также создания модуля управления отоплением, в котором достаточно выбрать все используемые сервоприводы. Нет необходимости создавать правила автоматизации, достаточно просто указать желаемую температуру, и модуль самостоятельно разберется со всеми настройками.

Рис. Модуль визуализации работы сервоприводов (на первой картинке остался один из косяков, кто догадается какой?). Спальня пока не используется.

Рис. Модуль климат контроля.

В модуле климат-контроля есть возможность использования профилей, которые легко изменяются, и вся система отопления автоматически подстраивается под выбранный профиль. Дополнительно в его настройках может быть выбрано управление кондиционером, увлажнителем, осушителем и т.д.

Рис. Настройки модуля.

После указания всех сервоприводов и 3-ходовых клапанов можно отдельно указать датчики температуры (по умолчанию модуль сам ищет датчики в управляемой зоне) а также коэффициенты ПИД-регулятора. Для обычных сервоприводов используется П-регулятор, для управляемых по 0-10В стандартный ПИД-регулятор.

Рис. Расходы за газ. Да, много. Дом еще недостаточно энергоэффективный и я работаю над этим. К тому же, это как раз те самые морозы ниже 20.

Не сильно уходя от темы отопления, на газовый счетчик был установлен импульсный выход, сделана интеграция с поставщиком газа и все показания передаются туда автоматически ежедневно. Это позволяет удобно контролировать и оплачивать расходы на газ, а также следить за эффективностью использования отопительной системы. Для этого в Bary можно использовать любой счетчик, я использовал WB-MWAC, просто потому что он уже был установлен и готов к использованию.

Водоснабжение

В коттеджном поселке, где находится дом, отсутствует центральное водоснабжение. Поэтому основным источником воды является скважина глубиной около 50 метров.

Рис. Бойлер и обвязка водоснабжения.

Для управления скважинным насосом используются два способа: реле давления и частотный преобразователь. Оба этих устройства подключены к Bary. Реле давления используется при аварийном питании, а частотный преобразователь - в обычное время. Источником горячего водоснабжения является бойлер косвенного нагрева. Для водоснабжения используется три коллектора с повышенным расходом воды. Один коллектор предназначен для подачи холодной воды, второй - для горячей воды, а третий - для циркуляции горячей воды. Каждый коллектор оборудован сервоприводами, которые управляют подачей воды. Все эти сервоприводы подключены к модулю протечек, который контролирует подачу воды по зонам. Дополнительно планируется установить обычные шаровые электроприводы на подачу воды, чтобы в случае протечек моментально перекрыть всю подачу, а затем закрыть нужную зону и продолжить пользоваться водой. Возможно, это решение спорное, но другого варианта не придумал.

Рис. Водоподготовка.

Вода на выходе была слишком грязной, поэтому была установлена система водоочистки. Система включает в себя предварительную фильтрацию, смягчение, а также удаление нитратов и обратный осмос, который предназначен исключительно для кухни. Перед каждым фильтром установлен счетчик и сделаны напоминания, когда следует досыпать соль или поменять картриджи.

Также в доме проживает кот, который отказывается пить из своей миски, которая, к слову, с фонтанчиком. Обычно он приходит в ванну и начинает орать, вне зависимости от времени суток. Ходить и включать ему воду в квартире не составляло особого труда, а в доме было решено сделать ему отдельный кран, вода в который поступает из обратного осмоса. Теперь после его криков достаточно сказать Алисе, чтобы она включила ему воду. Думаю как еще больше автоматизировать этот процесс, но идей пока нет.

Рис. Кран для кота.

Резервное питание

При выборе резервного питания я сразу отказался от генератора, так как он требует регулярного обслуживания, заправки, содержания в тепле зимой, а также создает шум и выхлопные газы. Вместо этого я выбрал солнечный инвертор с подключенными к нему аккумуляторами еще до покупки дома. Этот вариант не только экологичен, но и удобен в использовании, т.к. практически отсутствует задержка при включении. Кроме того, резервные линии можно сразу вывести с инвертора для питания котла и умного дома. Мой инвертор имеет мощность 3 кВт, а емкость аккумуляторов составляет 9,6 кВт*ч. При постоянной нагрузке в 1 кВт это обеспечивает примерно 7-8 часов работы, чего более чем достаточно для большинства задач. Также можно подключить солнечные панели, но их эффективность в нашем регионе пока не до конца известна - установили 10 панелей у одного из клиентов и они работают зимой не то чтобы в ноль, даже в минус. Ближе к лету посмотрим еще раз на их эффективность.

Рис. Стойка ИБП.

Как было описано выше, выход с инвертора подключен к резервным линиям, а все остальное через систему автоматического ввода резерва. Это обеспечивает непрерывную работу котла в случае отключения основного источника электроэнергии. Все “тяжелые” потребители, такие как кондиционеры, электроплита и пр., автоматически отключаются с помощью контакторов в момент прекращения подачи электроэнергии. После этого их можно включить вручную, но с особым контролем, так как суммарная мощность не должна превышать 3 кВт, чтобы избежать перегрузки системы. В противном случае, инвертор будет срабатывать по защите и автоматически перезагрузится, что может привести к временному прекращению электроснабжения.

Вентиляция и кондиционирование

В чистовом виде, стоимость реализации этого этапа может оказаться довольно высокой, даже превышающей затраты на отопление, но стоит отметить, что этот процесс еще не завершен.

Рис. Вентиляция.

Система предполагает забор воздуха из улицы, который осуществляется в подвале через дроссель-клапан с автовозвратным механизмом, обеспечивающим ее закрытие в случае отключения электричества. Затем воздух направляется через теплообменник, где он нагревается за счет незамерзающей жидкости. Этот контур подключен к гидрострелке через другой теплообменник. Процесс контроля температуры осуществляется с помощью датчиков, установленных до и после теплообменника. Температура теплообменника регулируется с помощью трехходового клапана с сервоприводом, управляемого ПИД-регулятором, что обеспечивает высокую точность и гибкость в управлении температурой. Воздух затем направляется к вентилятору, который управляется через частотный преобразователь и нагнетает подогретый воздух по вентканалам в каждую комнату. Перед каждой комнатой установлены заслонки с сервоприводом, управляемые в зависимости от уровня СО2, что позволяет управлять качеством воздуха в зависимости от конкретных условий, также через ПИД-регулятор. Вытяжка воздуха реализована аналогичным образом, что обеспечивает равномерное и эффективное удаление отработанного воздуха. Заслонки регулируются синхронно. Вытяжной воздух выбрасывается также в подвале. Скорость обоих вентиляторов регулируется автоматически в зависимости от текущего положения заслонок, а так же от их количества в системе. Стоит отметить, что в данной системе отсутствует рекуператор.

Рис. Вентиляционная решетка.

Итак, здесь мы сталкиваемся с причиной, по которой этот этап проекта оказался таким дорогим. На фото самая маленькая решетка шириной всего 50 см, расположенная в коридоре, и через которую подается приточный воздух. Однако в других помещениях размеры этих решеток значительно больше - от метра до двух. Их функционал также шире, поскольку к ним помимо системы вентиляции подключается и канальный кондиционер, который спрятан за потолком. Стоимость только решеток, без учета работ, составила более половины стоимости всей вентиляции с монтажом. Это было осознанное решение, поскольку хотелось спрятать кондиционер.

На этом моменте, думаю, можно пока остановиться. Хотя я рассказал лишь небольшую часть, продолжение следует в следующей части, если кому-то оно будет интересно.