Sterowanie ogrzewaniem podłogowym i grzejnikami w inteligentnych domach Z-wave

Niniejszy przewodnik pokazuje w jaki sposób korzystając z urządzeń w standardzie Z-wave zbudować kompletny system sterowania ogrzewaniem wodnym w domu. Prześledzimy przypadek, gdzie instalacja jest mieszana - na parterze naszego hipotetycznego domu jest ogrzewanie wodne podłogowe, na piętrze są grzejniki. Tym samym piec posiada dwa obiegi wody, ze względu na jej różną temperaturę dla obu systemów grzewczych. 

Na szczęście dwa obiegi w piecu oznaczają też możliwość niezależnego sterowania ich pracą, więc oba te podejścia do ogrzewania możemy realizować niezależnie. Celem sterowania ogrzewaniem będzie:

• możliwość niezależnej regulacji oczekiwanej temperatury w strefach - zarówno z fizycznych urządzeń w domu, jak i z aplikacji i będąc poza domem
• możliwość tworzenia harmonogramów ogrzewania
• automatyzacja sterowania piecem w zależności od potrzeb stref i obiegów

Na początku zajmijmy się ogrzewaniem podłogowym. Instalacja w dużym uproszczeniu składa się z:

• wspomnianego już pieca, który posiada wejście bezpotencjałowe do sterowania podgrzewaniem i podawaniem wody do obiegu ogrzewania pogłodowego
• rozdzielaczy, które przekazują wodę grzewczą do pętli wchowanych w podłodze (jedna strefa ogrzewania może mieć więcej niż jedną pętlę, co ma znaczenie przy podłączaniu siłowników i termostatów)

W skrzynce rozdzielaczy instalujemy siłowniki odpowiadające na wpuszczanie wody do pętli ogrzewania podłogowego. Siłownik termoelektryczny odpowiada za wpychanie i wypuszczanie trzpienia zarowu, a co za tym idzie regulację przepływu. Podawanie napięcia na wejścia siłownika otwiera zawór, brak napięcia go zamyka (siłownik NC - Normally Closed, czyli zamknięty bez podawanego napięcia). 

Aby sterować pracą siłownika potrzebny jest przekaźnik. Możemy skorzystać z dowolnego typu przekaźnika, pobór energii przez siłownik nie jest duży. Za to będziemy potrzebować zasilania dla niego, więc do skrzynki rozdzielacza musi być doprowadzone zasilanie. 

Jak policzyć ilość potrzebnych przekaźników? Musi być ona taka sama, jak liczba stref (nie pętli!) w rozdzielaczu. Siłowniki odpowiadające za pętle tej samej strefy podłączymy do tego samego przekaźnika. 

Jakie mamy opcje:

• FIBARO Double Switch (lub inny od Aeotec, Qubino, ...) - może sterować 2 strefami
• Heatit Z-DIN - może sterować 6 strefami (uwaga: zasilany z 24VDC)
• Heatit Z-Water - może sterować 10 strefami

Wybór powinien być podyktowany dwoma aspektami:

• ekonomicznym - na których urządzeniach wyjdzie najtaniej zbudować sterowanie?
• estetycznym - czy instalacja w moim rozdzielaczu będzie plątaniną kabli, czy też ładnie uporządkowanymi przewodami ułatwiającymi serwisowanie?

Podłączone do siłowników przekaźniki dodajemy oczywiście do naszej centrali Z-wave. 

Po dodaniu przekaźników do centrali możemy już otwierać i zamykać przepływ wody grzewczej do stref i w ten sposób ręcznie regulować ogrzewanie. Czas na termostaty. Najprościej jest sięgnąć po bezprzewodowe termostaty Heatit Z-Temp2. Mają one wbudowany czujnik temperatury i wilgotności oraz oczywiście są termostatami - czyli na nich bezpośrednio lub poprzez centralę wskazujemy oczekiwaną temperaturę, a termostat otwiera lub zamyka przepływ wody. Będziemy instalować jeden termostat na każdą ze stref.

Żeby to się stało musimy najpierw dodać termostat do centrali Z-wave, a następnie stworzyć asocjację pomiędzy termostatem a przekaźnikiem odpowiedzielanym za kontrolowanie danej strefy. Przekaźnik mamy już w centrali, więc wystarczy wybrać powiązanie pomiędzy grupą asocjacyjną 3 a wybranym przekaźnikiem. W każdej centrali troszkę inaczej tworzy się asocjacje, ale jest to z zasady łatwe. Co ważne - asocjacja jest odporna na awarię centrali, jest to komunikacja bezpośrednio pomiędzy termostatem a przekaźnikiem, więc nawet jak nasza centrala ulegnie awarii to ogrzewanie nadal będzie działać. 

Teraz wystarczy nasz termostat zainstalować na ścianie lub postawić na szafce. Sterowanie gotowe. 

Alternatywą do powyższego rozwiązania jest skorzystanie ze sciennych przewodowych termostatów. Jeżeli w naszym domu położona jest już instalacja elektryczna pomiędzy skrzynkami rozdzielaczy a pomieszczeniami (i ma ona co najmniej 3 przewody) to możemy skorzystać ze ściennych termostatów Heatit Z-TRM3. Całość sterowania skrajnie się upraszcza. Termostat podłączamy do przewodów i instalujemy w puszce na ścianie. Każdy z przewodów ma swoją funkcję:

• przewód neutralny (N) - zasila termostat
• przewód fazowy (L) - zasila termostat
• przewód sygnałowy od termostatu - jego podłączamy do wejścia fazowego siłowników, które chcemy, aby termostat kontrolował (oczywiście drugi przewód siłownika łączymy z przewodami neutralnymi)

I to koniec instalacji. Termostat bezpośrednio otwiera i zamyka siłowniki. 

Uwaga: jeżeli nie mamy połączenia przewodowego ze skrzynką rozdzielacza ogrzewania, ale mamy zasilanie w puszkach ściennych, to nadal możemy skorzystać z termostatów Z-TRM3. Analogicznie jak w przypadku bezprzewodowych Z-Temp2 możemy stworzyć asocjację pomiędzy termostatem, a przekaźnikami sterującymi siłownikami. 

Został nam jeszcze do opanowania piec - powinien włączać się w momencie otwarcia dowolnego siłownika oraz wyłączać, jeżeli wszystkie siłowniki są zamknięte. To realizujemy podłączając do odpowiedniego wejścia pieca (wejście regulatora pokojowego dla obiegu ogrzewania podłogowego) przekaźnik bezpotencjałowy (np. FIBARO Smart Module), a następnie tworzymy w centrali 2 sceny:

• odpowiadającą za włączanie pieca: jeżeli dowolny z przekaźników (tych instalowanych w skrzynce rozdzielaczy) jest włączony to włącz moduł podłączony do pieca
• odpowiadającą za wyłączanie pieca: jeżeli każdy z przekaźników jest wyłączony to wyłącz moduł podłączony do pieca

Teraz czas na automatyzację drugiego obiegu - odpowiedzialnego za grzejniki. Tu wybierzemy najprostrze rozwiązanie, ale też bazujące na konkretnej centrali. FIBARO Home Center posiada cechę, o której poniżej. 

Rozpoczynamy od instalacji głowic termostatycznych dla grzejnikach - jedna głowica na grzejnik. Wybieramy FIBARO Heat Controller, głowica z wbudowanym akumulatorem i możliwości skorzystania z zewnętrznego termometru do oceny temperatury w pomieszczeniu. Ma to znaczenie, jeżeli nasz grzejnik schowany jest za kanapą, wystawiony na promienie słoneczne lub inne czynniki zakłucające odczyt temperatur w głowicy. 

Uwagi do termometru:

• jeden termometr może "rozmawiać" z maksymalnie 3 głowicami równocześnie, więc jeżeli w pomieszczeniu mamy więcej niż jeden grzejnik, to nie ma potrzeby kupowania każdej głowicy z termometrem w zestawie
• głowica nie umie odbierać informacji o temperaturze od innych czujników Z-wave - tylko i wyłącznie od tego małego dodatkowego termometru

Po instalacji głowic potrzebujemy skupić się na odpowiednim sterowaniu piecem. I tu pojawia się ważna cecha FIBARO Home Center - potrafi informację z głowic przekazać do przekaźnika sterującego pracą obiegu na piecu. Czyli analogicznie jak w sterowaniu pracą pieca przy ogrzewaniu pogłodowym - podłączamy do jego odpowiedniego wejścia przekaźnik bezpotencjałowy.

W centrali instalujemy dodatkową aplikację/quick app o nazwie "FIBARO Heat Activator" i w jego konfiguracji (zakładka "Zaawansowane") dodajemy głowice, które mają aktywować pracę pieca, oraz wskazujemy przekaźnik, który do niego podłączyliśmy. Teraz w momencie, kiedy głowice nie będą w stanie osiągnąć oczekiwanej w pomieszczeniach temperatury do pieca zostanie przekazane polecenie włączenia i podawania wody do obiegu grzejnikowego. 

W ten sposób cały nasz dom - i ogrzewanie wodne podłodowe, i grzejniki - jest sterowany z centrali Z-wave. Pracą pieca nie sterujemy już ręcznie. Kontrolę nad nim przejęła centrala i termostaty. Możemy korzystać z harmonogramów ogrzewania dla stref, możemy zdalnie zmieniać temperaturę przez aplikację i centralę, możemy ręcznie zmieniać nastawy na panelach termostatów lub regulując głowice na grzejnikach. Ogrzewanie w domu stało się inteligentne.