Τεχνολογία

Το EcoHeating δεν είναι μια λύση που υπόσχεται ότι κάνει οικονομία με “μαγικό” τρόπο. Ακριβώς το αντίθετο! Είναι ένα σύστημα που κάνει έξυπνο τον θερμοστάτη που έχετε μέσα στο σπίτι σας. Και είναι ο “έξυπνος” θερμοστάτης που σας κάνει οικονομία. Θέλουμε λοιπόν να σας παρουσιάσουμε τη τεχνολογία που αξιοποιεί το EcoHeating και πώς αυτή λειτουργεί για να καταλάβετε πώς τελικά κάνει οικονομία. Ταυτόχρονα δίνουμε την ευκαιρία σε όσους θέλουν να πειραματιστούν να το κατασκευάσουν από μόνοι τους.

ΠΡΟΣΟΧΗ: Απαγορεύεται η χρήση των πληροφοριών για την εμπορική εκμετάλλευση του συστήματος. Οι πληροφορίες παρέχονται μόνο για προσωπική χρήση και την κατασκευή ενός μόνο συστήματος για την εγκατάσταση στο χώρο αυτών που ενδιαφέρονται να πειραματιστούν.

Το EcoHeating έγινε πραγματικότητα χάρη στις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις σε διάφορους τομείς. Για παράδειγμα:

  • στον τομέα της ασύρματης επικοινωνίας (Xbee),
  • στους μικροελεγκτές (Arduino),
  • στα υλικά θερμομόνωσης (Thermo-reflector),
  • στη μικρο-ηλεκτρονική και ειδικά στα ρελέ στερεάς κατάστασης (Solid State Relay),
  • και φυσικά τη συνολική ανάπτυξη που έκανε αυτή τη λύση οικονομικά προσιτή.

Η καρδιά του συστήματος είναι ένας μικροελεγκτής που τρέχει το λογισμικό (πρόγραμμα - αλγόριθμο) του EcoHeating. Το λογισμικό λαμβάνει ασύρματα τις ενδείξεις θερμοκρασίας από τον αισθητήρα πάνω στο καλοριφέρ και αποφασίζει αν θα επιτρέψει ή θα διακόψει τη λειτουργία των καλοριφέρ μέσα στο σπίτι σας. Διακόπτοντας λοιπόν τη λειτουργία των καλοριφέρ όταν αυτά έχουν τη μέγιστη θερμοκρασία σταματάει τη χρέωση στο διαμέρισμά σας. Μόλις η θερμοκρασία του καλοριφέρ πέσει λίγο (μερικούς βαθμούς) ξανα-ενεργοποιεί τη χρέωση και τη ροή ζεστού νερού. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται μέχρις ότου το διαμέρισμά σας πιάσει τη κατάλληλη θερμοκρασία, δηλαδή ο χώρος έχει ζεσταθεί στη ρύθμιση του θερμοστάτη. Τότε ο μικροελεγκτής σταματάει τη λειτουργία του μέχρι η θερμοκρασία του χώρου να πέσει κάτω από τη ρύθμιση αυτή. Με αυτόν τον τρόπο έχουμε διάχυση θερμότητας μέσα στο σπίτι όσο τα καλοριφέρ είναι ζεστά χωρίς να υπάρχει χρέωση στο ρολόι μας, αλλά κάνοντάς μας οικονομία.

Το EcoHeating χωρίζεται σε δύο τμήματα: τη μονάδα ελέγχου και τον μετρητή θερμοκρασίας. Τα δύο αυτά τμήματα επικοινωνούν μεταξύ τους ασύρματα για τη μετάδοση της θερμοκρασίας του σώματος (από τον μετρητή θερμοκρασίας) στον εγκέφαλο (τη μονάδα ελέγχου) για την επεξεργασία και τη λήψη αποφάσεων. Στη συνέχεια της περιγραφής μας θα αναλύσουμε ανεξάρτητα τις δύο μονάδες και το κείμενο θα γίνει περισσότερο τεχνικό.

Όπως είπαμε το ένα τμήμα θα πρέπει να εγκατασταθεί πάνω στο σώμα του καλοριφέρ, ώστε να έχουμε μέτρηση της θερμοκρασίας για τον καλύτερο έλεγχο του θερμοστάτη. Το τμήμα αυτό ονομάζεται μετρητής θερμοκρασίας και είναι μια απλή αλλά πολύ καλά σχεδιασμένη διάταξη ώστε:

  • να κάνει μέτρηση της θερμοκρασίας του καλοριφέρ,
  • να είναι αυτόνομο και να λειτουργεί με μπαταρίες,
  • να επικοινωνεί ασύρματα με τη μονάδα ελέγχου,
  • να προστατεύει τη λειτουργία του από τις υψηλές θερμοκρασίες του καλοριφέρ,
  • να κάνει οικονομία στην ενέργεια ώστε να μην είναι συχνές οι αλλαγές στις μπαταρίες,
  • όλα τα τμήματα να μπορούν να αντικατασταθούν εύκολα σε περίπτωση βλάβης.

Στην εικόνα που παραθέτουμε μπορούμε να δούμε αναλυτικά τα μέρη από τα οποία αποτελείται ο μετρητής θερμοκρασίας:

  1. Το κουτί που εσωκλείονται όλα τα τμήματα
  2. Διακόπτης (On/Off)
  3. Θήκη για μπαταρίες τύπου C
  4. Τμήμα ασύρματης επικοινωνίας (Xbee radio module)
  5. Αισθητήρας θερμοκρασίας

Η βάση του κουτιού έχει μαγνήτες για την εύκολη στήριξή του στο καλοριφέρ και επίσης διαθέτει μια ειδική επίστρωση για την ανάκλαση της θερμότητας (thermo-reflector). Η επιστρωση αυτή προστατεύει τα μέρη της διάταξης από την υψηλή θερμοκρασία που μπορεί να φτάσει ένα καλοριφέρ κατά τη λειτουργία του. Στη δεύτερη εικόνα είναι διαθέσιμο και το σχεδιάγραμμα συνδεσμολογίας των επιμέρους τμημάτων. Η τρίτη εικόνα παρουσιάζει τη διάταξη των PINs του Xbee για να σας βοηθήσει να καταλάβετε καλύτερα τη συνδεσμολογία.

Το δεύτερο τμήμα είναι η μονάδα ελέγχου που πρέπει να εγκατασταθεί δίπλα στον θερμοστάτη που υπάρχει στο διαμέρισμά σας, ώστε να ελέγχει “εξυπνότερα” τη λειτουργία των καλοριφέρ. Η κατασκευή του είναι περισσότερο πολύπλοκη και χωρίζεται σε δύο τμήματα: το κύκλωμα υψηλής τάσης και το κύκλωμα χαμηλής τάσης. Στο κύκλωμα χαμηλής τάσης λειτουργεί ο μικροελεγκτής και μέσω του ρελέ αναλαμβάνει τη διακοπή ή τη λειτουργία του κυκλώματος υψηλής τάσης. Το κύκλωμα υψηλής τάσης ουσιαστικά είναι η εγκατάσταση που έχουμε σπίτι μας για τον έλεγχο της λειτουργίας των καλοριφέρ. Πριν περάσουμε όμως στις τεχνικές λεπτομέρειες να επισημάνουμε τους στόχους που θέλαμε να πετύχουμε κατά το σχεδιασμό της μονάδας:

  • η εγκατάσταση να είναι εύκολη (απαιτεί όπως κάθε ηλεκτρική εγκατάσταση ηλεκτρολόγο),
  • να έχει διατάξεις προστασίας μιας και υπάρχουν ρεύματα υψηλής τάσης,
  • να επικοινωνεί ασύρματα με τη μέτρηση θερμοκρασίας,
  • να είναι δυνατή η απενεργοποίηση του EcoHeating με έναν απλό διακόπτη (bypass),
  • να είναι αθόρυβο (όχι μηχανικά ρελέ, αλλά στερεάς κατάστασης),
  • να απενεργοποιείται αυτόματα όταν δεν χρησιμοποιείται (μηδενική κατανάλωση),
  • όλα τα τμήματα να μπορούν να αντικατασταθούν εύκολα σε περίπτωση βλάβης.

Αναλυτικά τα μέρη από τα οποία αποτελείται η μονάδα ελέγχου είναι:

  1. Το κουτί που εσωκλείονται όλα τα τμήματα
  2. Διακόπτης για την ενεργοποίηση ή την απενεργοποίηση του EcoHeating (normal ή bypass)
  3. Υποδοχή καλωδίων εισόδου (IEC 60320 C13 male)
  4. Ασφάλεια κυκλώματος (Fuse)
  5. Ρελέ (Sharp Solid State Relay)
  6. Κύκλωμα ελέγχου ρελέ
  7. Μετασχηματιστής για τη τροφοδοσία του κυκλώματος χαμηλής τάσης
  8. Μικροελεγκτής (Arduino)
  9. Τμήμα ασύρματης επικοινωνίας (Xbee radio module)
  10. Κλέμα για τη συνδεσμολογία των καλωδίων
  11. Διάταξη προστασίας (snubber circuit)

Η συσκευή εξωτερικά έχει τον διακόπτη λειτουργίας και την υποδοχή καλωδίων για τη διασύνδεση του EcoHeating με τον θερμοστάτη του διαμερίσματός σας. Ο διακόπτης δεν λειτουργεί ως ανοιχτό/κλειστό (On/Off) αλλά επιλέγει τη χρήση του EcoHeating (κανονική λειτουργία) ή τη παραδοσιακή λειτουργία του θερμοστάτη σας (παράκαμψη - bypass). Έτσι μπορείτε δυναμικά με το πάτημα ενός κουμπιού να αλλάξετε τη λειτουργία του θερμοστάτη σας από “έξυπνη” σε κλασική και αντίστροφα, χωρίς καμία αλλαγή στην εγκατάσταση. Στις επόμενες δύο εικόνες έχουμε φωτογραφία της υποδοχής των καλωδίων και το σχηματικό διάγραμμα με την επεξήγηση κάθε ακροδέκτη. Στο HOT πρέπει να συνδεθεί η έξοδος από τον θερμοστάτη, στο Neutral ο ουδέτερος και στο HOT RETURN είναι η έξοδος του EcoHeating που πρέπει να συνδεθεί στην επιστροφή από τον θερμοστάτη στον καυστήρα.

Εσωτερικά υπάρχει το κύκλωμα χαμηλής τάσης που περιλαμβάνει τον μικροελεγκτή, τη μονάδα ασύρματης επικοινωνίας και ένα ειδικό κύκλωμα για τον έλεγχο του ρελέ. Ταυτόχρονα υπάρχει και το κύκλωμα υψηλής τάσης που τροφοδοτεί μέσω μετασχηματιστή το κύκλωμα χαμηλής τάσης, η ασφάλεια προστασίας και η διάταξη προστασίας από διακυμάνσεις του εναλλασσόμενου ρεύματος. Τέλος το ρελέ συνδέεται και στα δύο κυκλώματα για είναι δυνατός ο έλεγχος του κυκλώματος υψηλής τάσης από το χαμηλό. Ο μικροελεγκτής εκτελεί το λογισμικό που έχει προεγκατεστημένο από εμάς για τη συλλογή και επεξεργασία της θερμοκρασίας και με τη βοήθεια του ειδικού κυκλώματος ορίζει τη λειτουργία του ρελέ. Στις επόμενες εικόνες παραθέτουμε φωτογραφία της μονάδας ελέγχου, το σχεδιάγραμμα συνδεσμολογίας των τμημάτων και το σχεδιάγραμμα του κυκλώματος ελέγχου ρελέ.