Хотел сделать контроллер теплового насоса, а получился симулятор ESP32, Arduino и цепей 12/230 В

[aabzel]

У меня есть текст про теорию тепловых насосов.

Вот.
https://habr.com/ru/articles/887088/
тепловой насос

[b_vova]

Спасибо за ссылку, отличный материал по теории. Моя статья про практическую сторону: управление, защиты, перегрев по таблицам давления и температуры.

[Dr_Faksov]

Как мне нравятся такие статьи! Мы сначала спроектируем электронику (потому что в другом не в зуб ногой) а потом как-то прицепим к ней куски от разной механики\теплотехники - и всё заработает. Потому что электроника первична. А всякие трубки - что там сложного?

Вот только так - не работает. Первична как раз холодильная установка. С чего вы взяли что оно вообще будет работать на тех деталях, что вы хотите использовать?

Вы не одиноки. Тут недавно создавали ботинки на гусеничном ходу (без шуток) точно по такому же принципу. Всё разработали, написали и отладили. Упёрлись в сущий пустяк - гусеницы с требуемыми характеристиками невозможны.

[b_vova]

Согласен, холодильный контур первичен, и электроника его не заменит. Поэтому я и написал в начале, что это пока только виртуальная сборка: на железе ничего не запускал и не утверждаю, что оно заработает.

Так что вопрос «с чего вы взяли, что это заработает» честно звучит так: ни с чего, пока не проверю на железе. Комплектующие собираю постепенно, к сборке обязательно и это будет новая статья. Если вы работали с холодильными установками, мне очень пригодится ваш опыт: какие узлы контура самые рискованные при переделке наружного блока кондиционера под тепловой насос?

[Monarch88]

Пользуюсь ТН воздух-вода на самодельном контроллере esp32 уже 3й сезон. Использую esphome для удобной интеграции в homeassistant. Как вам сказал прошлый комментатор - нужно действительно начинать с первичного с железа. А софт вы в любом случае будете дорабатывать и допиливать еще долгое время в процессе реальной эксплуатации, т.к. в любом случае будут всплывать нюансы, особенные для вашей конкретной установки и вашего дома и климата.

В целом по логике работы норм. Зачем таблицу нескольких фреонов, если для себя будете делать на одном конкретном? Зачем и вода-вода и вода-воздух, если опять таки у вас будет один конкретный со своей спецификой?

Нюансы:

1. ЭРВ - стартовая позиция. Если делать с одной позиции старт при любых условиях ПИДу будет очень тяжко. У меня выбор позиции идет по формуле интерполяции на основе уличной температуры и температуры обратки - это все для режима обогрева. В режиме кондиционирования - фиксированный старт во всем температурном диапазоне (там помогает регулировка оборотов наружника)

2. ПИД - даже с динамической стартовой позицией ЭРВ с холодами ему становится тяжелее. Решение - динамический ПИД. Это я еще не реализовал, в планах на ближайший месяц. Суть: с холодами позиция ЭРВ становится более закрытой и те KP и KI, которые хорошо работали при +7+10 при околонуле будут вызывать сильные колебания перегрева и нестабильность, поэтому KP и KI нужно корректировать в процентном соотношении. Т.е. например открытие ЭРВ на 40 шагов при 250шагах даст гораздо меньший эффект чем такое же открытие при 150шагах, хотя ПИД при одинаковом перегреве даст именно такую команду.

3. "Оттайка". Оптимальным для себя нашел триггер начала оттайки как дельта температур испарителя и улицы. Но тут тоже есть нюанс на сильных морозах - хоть теплообменник и меньше обмерзает чем при околонуле, но дельта улицы и испарителя при этом меньше, поэтому тоже нужна поправка.

4. ПЗА - отличная штука. Но во первых она не линейная (отопительная кривая), а во вторых отлично работает с зональной регулировкой контуров по термостатам в комнатах.

5. из п4. вытекает еще один нюанс - для старт-стопа желательно иметь буферную емкость (ТН по первичному контуру работает на буфер, а вторичный контур нещависимо от ТН управляется термостатами\сервпориводами)

6. по защитам. реле давлений (HP и LP) не включаются с контактором последовательно, т.к. в разных режимах при запуске могут быть кратковременные провалы. Даже в родных мозгах полупром сплитов их обрабатывает контроллер. У себя их пока не использую, но для безопасности подключил последовательно с контактором компрессора 2 аппаратных термостата: на нагнетании по высокой температуре и на газовой линии возле ПТО по низкой (защита от замерзания при работе в кондиционировании), плюс реле протока (это помимо датчика протока).

7. электрика. измеритель тока, реле напряжения - обработка аномалий (чрезвычайно низкий ток или наоборот аномально высокий). У меня трехфазный компрессор, поэтому я использую софтстартер (чтобы не выбивало защиту на счетчике от пусковых токов) и в нем есть все необходимые защиты - контроллер общается с ним по modbus.Если компрессор однофазный, хорошо показывает себя pzem.

Вроде все.

ПС.: esphome чем удобен помимо интеграции в HA - удобно после внесения правок в код обновить его через OTA не отключая контроллер.

[b_vova]

Спасибо, это очень ценный разбор, особенно от человека с трёхлетним опытом эксплуатации реальной установки. Отвечу по порядку.

Про таблицу фреонов и два варианта. Для реальной установки, конечно, останется один фреон и один тип. Здесь они в виде примеров, для тех кто будет собирать свою установку. Хотелось показать на одном скетче и воздух-вода, и вода-вода, и разные хладагенты. На своём доме я оставлю то, что нужно.

1. Стартовая позиция ЭРВ. Справедливо: у меня одна фиксированная стартовая позиция (220 шагов, открыт примерно на половину), и на разных режимах ПИ будет работать по-разному. Интерполяция по уличной температуре и обратке выглядит разумно, возьму на заметку. Логику такого выбора позиции в симуляторе можно проверить, задавая температуры руками.

2. Динамический ПИД. Мысль про пересчёт Kp и Ki в зависимости от текущего положения вентиля очень хорошая, и пример с 40 шагами при 250 и при 150 показателен. Сейчас у меня коэффициенты постоянные, это явное ограничение.

3. Оттайка. У меня триггер тоже по дельте (плюс порог по абсолютной температуре и выдержка). Про поправку на сильные морозы, где дельта меньше при том же обмерзании, я не подумал, спасибо.

4. и 5. ПЗА и буфер. Согласен, у меня цель по подаче с линейной поправкой (wcSlope), а отопительная кривая нелинейна. По буферу: я планирую использовать как накопитель сам тёплый пол, там большая масса стяжки на 115 м². Это должно сгладить цикличность старт-стопа.

6. Реле давления. Тут отвечу не так категорично. Согласен, что LP-реле без обхода при пуске будет ложно срабатывать, провал давления на всасывании при запуске реальный. Но реле высокого давления в цепи контактора я бы оставил: оно срабатывает независимо от контроллера и от температурных датчиков, а при потере протока по конденсатору давление растёт быстрее, чем реагирует термостат на нагнетании. Для LP думаю про обход на время пуска или ограничение числа срабатываний. Ваши аппаратные термостаты на нагнетании и газовой линии и реле протока отличная идея, возьму как дополнительный уровень, а не вместо.

7. Электрика. Контроль тока и напряжения в моём варианте отсутствует, это пробел.

Про интеграцию. В симуляторе PinPort есть эмуляция MQTT, так что публикацию данных в брокер можно проверить без железа. А дальше у меня свой «умный дом»: я пишу собственный аналог Home Assistant для локальной сети. Там уже есть дашборд, устройства, комнаты, автоматизации и скрипты. Идея в том, чтобы потом подружить с ним и контроллер теплового насоса. ESPHome и HA для этого, конечно, вариант проверенный, и OTA без отключения контроллера очень удобная вещь. Как ваш ТН отдаёт в HA оттайку и состояния автомата: отдельными сущностями или текстовым статусом?

Мой аналог HA, всего один небольшой бинарник для Linux. Принимает MQTT. Сейчас работает с электрокотлом.