스마트 중앙 난방 보일러 제어 박스 - 효율적인 에너지 관리

부품 및 소모품

아두이노 UNO	1개
릴레이 모듈 (일반, 8채널)	1개
LCD 디스플레이 20x4	1개

프로젝트 소개

개요

가정용 중앙 난방 시스템에 가스 보일러와 거실 온도조절기가 있는 경우, 거실이 충분히 따뜻해지면 온도조절기가 보일러를 끕니다. 그러면 집 전체의 보일러가 꺼지게 되어 다른 방을 난방할 수 없습니다. 거실에 벽난로나 장작 난로를 사용할 때 나머지 방이 추워지는 문제가 발생합니다. 보일러 공급업체는 일반적으로 기후 보상 제어 시스템을 설치하여 이 문제를 해결하지만, 이러한 시스템은 가스 요금이 높고 바닥 난방과 호환성이 좋지 않은 단점이 있습니다. 보일러 제어 박스(BCB)는 더 저렴하고 나은 솔루션입니다.

주요 기능

• 거실 온도조절기가 보일러를 끄라고 해도 다른 방을 난방할 수 있는 오버라이드 기능
• 전면 패널에 일시적/영구 오버라이드 스위치 탑재
• 전면 패널에서 최대 보일러 수온 조절 가능
• 전면 패널 LCD(4x20)에 측정 온도, 설정 최대 온도, 오버라이드 상태(남은 시간 또는 '영구 오버라이드'), 밸브 보호 프로그램 상태(남은 시간), 밸브 보호 프로그램 실행 횟수, 재부팅 발생 시 'REBOOT' 표시
• '페일 세이프' 설계: BCB 전원 차단 시 실내 온도조절기가 정상적으로 보일러 제어
• 소프트웨어 충돌 시 BCB를 재부팅하는 워치독 기능
• 바닥 난방 온수 공급관에 전동 밸브(모터 구동 밸브) 필요. 기후 보상 제어 시스템이 이미 설치된 경우 이 밸브가 갖춰져 있음
• 내장된 밸브 보호 프로그램이 약 24시간마다 밸브를 열고 닫아 밸브 고착 방지
• 외부 온도와 무관하게 바닥 난방관의 최적 수온 유지 (기존 기후 보상 시스템과 차별화)
• 보일러 펜들링(불필요한 반복 작동) 방지

장점

• 거실 온도와 무관하게 집 전체 방 개별 난방 가능
• 바닥 난방관의 최적 수온으로 쾌적한 거실 온도 유지. 바닥 난방 수온 완전 제어 가능 (기존 기후 보상 시스템에서는 불가능)
• 기존 기후 보상 시스템 대비 낮은 가스 요금
• 보일러 수명 연장 및 펌프, 팬 등 부품 수리 횟수 감소

작동 원리

BCB는 보일러(온도조절기 접점), 거실 온도조절기, 바닥 난방 온수 공급관의 전동 밸브와 연결됩니다. 또한 보일러 온수 출력 파이프에 부착된 NTC 온도 센서와 연결되어 출력 온수를 측정합니다.

전면 패널 디스플레이에는 출력 온수 온도(Tmeasured), 오버라이드 활성화 시 설정 최대 온도(Tset), 오버라이드 온/오프/영구 오버라이드 상태, 밸브 보호 프로그램 실행 횟수가 표시됩니다.

BCB가 '오버라이드' 모드가 아니거나 전원이 차단된 경우, 거실 온도조절기가 보일러에 직접 연결되고 바닥 난방 밸브가 열립니다. 거실 온도조절기가 보일러를 직접 제어하며 BCB가 없는 것처럼 작동합니다. 전면 패널 LED는 꺼지고 디스플레이는 "Override: OFF"를 표시합니다. 거실 온도조절기가 보일러를 끄라고 하면 집 다른 방의 온도와 관계없이 보일러가 꺼집니다.

집의 다른 방을 난방하려면 BCB 전면의 두 버튼 중 하나를 사용하여 거실 온도조절기를 '오버라이드'할 수 있습니다. 토글 스위치는 영구 오버라이드용이고, 푸시 버튼은 일시적 오버라이드용입니다. 푸시 버튼을 누르면 디스플레이에 1~8시간의 일시적 오버라이드 시간이 표시됩니다(0-1-2-3-4-5-6-7-8-0... 시간 순환). 오버라이드 모드에서는 디스플레이에 표시되고 전면 패널 LED가 켜집니다.

오버라이드 모드에서 BCB는 보일러 제어를 인계받습니다. 측정된 보일러 출력 수온이 설정 최대 온도 Tset(예: 59°C)을 초과하면 보일러를 끄고, (Tset - h) 이하로 떨어지면 보일러를 켭니다. 여기서 h는 20°C의 히스테리시스 값입니다. 즉, 출력 수온이 39°C 이하로 떨어지면 보일러를 켭니다. 히스테리시스 값은 스케치에서 변경 가능합니다. BCB는 이제 CH 수온을 39°C~59°C 사이로 유지합니다. 각 방은 거실 온도조절기와 무관하게 개별 난방이 가능하며, 라디에이터의 온도조절 밸브로 실내 온도 제어가 가능합니다.

거실 온도는 이제 거실 온도조절기가 바닥 난방의 전동 밸브를 여닫으며 제어합니다.

제작 방법

회로도에 따라 부품을 연결하면 됩니다. 아두이노 UNO의 5V 출력을 모든 +5V 연결(화살표)에 연결하고 모든 그라운드 핀을 상호 연결하세요.

BCB는 아두이노에 연결된 12V DC 외부 전원으로 구동됩니다. 아두이노의 5V 출력은 LCD와 릴레이 모듈을 동시에 구동하기에 충분하지 않으므로, 릴레이 모듈의 릴레이 회로는 별도의 5V 스위칭 전원 공급 장치(LM2596)로 구동합니다. LM2596은 외부 12V 전원에서 직접 전원을 공급받습니다. 릴레이 모듈의 Vcc와 JD-Vcc를 연결하는 점퍼는 제거해야 합니다. 회로도를 주의 깊게 따르세요.

스케치를 다운로드하여 아두이노에 업로드하면 완료입니다.

필요한 부품:

• 아두이노 우노
• 8-채널 릴레이 모듈
• LCD 디스플레이 2004A
• LM2596 5V 스위칭 전원 공급 모듈
• 12V DC 외부 전원 공급 장치
• B+B Thermo Technik TS-NTC-103 (10kΩ)
• 금속 피막 저항 10kΩ, 0.1% 허용오차
• 포텐셔미터 10kΩ 리니어 (새시 장착형)
• 트림 포텐셔미터 10kΩ
• 저항 820Ω (허용오차 무관, 10%, 5% 이상)
• 저항 1500Ω (허용오차 무관, 10%, 5% 이상)
• 저항 10kΩ, 허용오차 무관 (2개)
• 커패시터 0.1µF (=100nF) 16V (2개)
• 전해 커패시터 470µF 16V
• 푸시버튼 (상시 개방형)
• 토글 스위치
• 커넥터 2.5mm (새시 장착형, 4개)
• 전원 커넥터 (새시 장착형, 1개)
• 단일 커넥터 2.5mm (4개)
• LED, 저전류 타입 (예: Kingsbright L53 LYD 노란색)
• 인클로저

설치

전동 밸브, 거실 온도조절기, CH 보일러의 커넥터를 BCB의 해당 커넥터에 연결하세요. NTC 리드가 적절히 절연되었는지 확인하세요(예: 수축 튜브 사용). NTC를 보일러 온수 출력 밸브에 케이블 타이로 고정하세요. NTC 커넥터를 BCB의 해당 커넥터에 연결하세요. 12V 전원 공급 장치를 BCB의 전원 커넥터에 연결하고 벽면 콘센트에 꽂으세요.

BCB 시작하기

전원 공급 장치를 벽면 콘센트에 연결하면 BCB가 부팅 메시지와 스케치 버전을 화면에 표시합니다.

영구 오버라이드 토글 스위치가 OFF 위치에 있으면 부팅 후 다음 화면이 나타납니다. 화면에는 보일러 출력 수온(Tmeasured), 설정 최대 출력 수온(Tset), 오버라이드 상태(OFF), BCB 부팅 완료 표시가 나타납니다.

"BOOTED" 메시지를 지우려면 토글 스위치를 영구 오버라이드 위치로 놓고 일시적 오버라이드 버튼을 누르세요. LED가 켜지고 보일러가 BCB에 의해 켜질 수 있습니다.

이제 디스플레이에서 "BOOTED" 메시지가 "#VP=0"으로 대체되어 밸브 보호 프로그램(#VP)이 부팅 이후 0회 실행되었음을 나타냅니다(밸브 보호 프로그램 참조).

영구 오버라이드 토글 스위치를 다시 OFF 위치로 돌리면 LED가 꺼집니다.

밸브 보호 프로그램

밸브 보호 프로그램은 약 24시간마다 실행됩니다. 전동 밸브를 닫았다가 다시 열어 밸브가 고착되는 것을 방지합니다. VPP가 실행될 때마다 카운터 #VP가 증가하며, #VP=99 이후에는 0으로 돌아갑니다. 실행 중에는 BCB 디스플레이에 남은 시간이 표시됩니다. 총 소요 시간은 15분입니다. 이는 많은 전동 밸브가 반응하는 데 몇 분이 걸리기 때문입니다. 오버라이드 기능이 사용된 경우, 첫 VPP 실행은 오버라이드 기능이 꺼진 후 약 24시간 뒤에 이루어집니다.

워치독

소프트웨어 충돌이라는 드문 상황에서 내장 워치독이 BCB를 재부팅합니다. 재부팅 중에는 LCD에 "REBOOT IN PROGRESS" 메시지가 표시됩니다. 재부팅 후 BCB는 정상적으로 작동합니다. "#VP=.." 메시지가 "REBOOT"로 대체되어 사용자에게 재부팅 발생을 알립니다. 이 메시지는 "BCB 시작하기" 섹션의 설명대로 지울 수 있습니다.

코드

보일러 제어 박스 스케치 v1.3

코드는 별도 제공됩니다.

회로도

회로도 이미지는 별도 제공됩니다.