Retenční závlahová nádrž a jak ji kontrolovat přes Homematic.

Po nějaké době opět vítejte na mém blogu o Smart Home vychytávkách. Tentokráte bych rád napsal něco z trochu jiného soudku, i když to vlastně bude také o domácích chytrých technologiích, jako je Homematic chytrá zásuvka a nějaké další HmIP senzory. Takové prázdninové letní téma ke kávě s dezertem 🙂 Bude o tom, jak kontrolu napouštění retenční nádrže předat systému domácí automatizace Homematic.

Problém s vodou

V našem víkendovém útočišti máme již nějakou dobu problém s vodou. Tu získáváme z vlastní studny – vrtu, cca 53 metrů hlubokého, odkud se čerpá systémem domácí vodárny. Tuto vodu v podstatě používáme jen pro sanitární účely (zejména pro splachování WC), mytí a také i pro nezbytnou občasnou závlahu zahrady. K trvalé spotřebě voda není úplně vhodná pro obsah těžkých kovů, prostě správná horská „minerálka“. V posledních letech ale vydatnost našeho vrtu dost poklesla, což přineslo problémy. Zvláště při extrémním suchu, které zde v poslední době panuje. Nedostává se vody i pro základní údržbu zahrady, což je občasné svlažení trávníků, a záhonů s bylinkami a zeleninou. Loni jsme tak na konci léta místo trávy měli většinou udusanou zem jak někde v maštali.

V současnosti domácí vodárna dodá jednorázově 80-100 litrů, poté je nutné čekat až 2 hodiny, než se vrt opět částečně naplní. Následně vodárna z vrtu načerpá asi 70 l vody jednorázově. S takovou vydatností je to využitelné opravdu pouze na pokrytí základních hygienických požadavků. A nedávno jsme na přání mé ženy instalovali solární zahradní sprchu, která má disponuje vlastním vnitřním 35 l zásobníkem vody. A ta samozřejmě funguje jen pod tlakem. Zvažovali jsme i výstavbu dalšího vrtu na jiném místě pozemku, investice by v současnosti ale byly obrovské, nehledě na škody při hloubení nového vrtu.

Externí retenční nádrž na vodu z vrtu

Takže jsem oprášil svůj starší nápad přídavné retenční nádrže na vodu. Ale ne na dešťovou jako obvykle v takových případech, a ne pod zem. Jak jsem zmínil, jsme v horách a střecha našeho domu s velmi ostrým úhlem nedovoluje instalaci dešťových okapů, ty by vzaly za své hned po prvním sněhu. Toho zde bývá každoročně nemálo. A klasická dešťová nádrž by se také nedala používat i jako zdroj čisté vody pro zahradní solární sprchu.

Vodu do retenční nádrže budeme přepouštět (vlastním tlakem) z domácí vodárny v době, kdy tam nejsme. Mou představou byla venkovní nadzemní nádrž s dostatečnou kapacitou (min. 1.000 litrů), kterou bychom mohli umístit přímo u vnější zdi domu. Tam je i výstup napouštěcí vodoinstalace přímo z domácí vodárny. Z ní se bude nádrž automaticky pravidelně napouštět přes týden v naší nepřítomnosti, nebo v přítomnosti v noci, kdy se vodárna nepoužívá ke spotřebě v domě. Vždy, jakmile se vrt znovu naplní vodou. I přes uvedená omezení kapacity našeho vodního zdroje by to mělo nádrž bezpečně naplnit. Součástí nádrže bude i ponorné čerpadlo s automatikou pro využití vody z nádrže pro závlahu zahrady či solární sprchu.

Dodavatel řešení

Celý systém byl hlavně z hlediska čerpadel a celé vodoinstalační technologie nad moje síly, zkušenosti i znalosti, takže jsem pro realizaci nápadu oslovil odbornou firmu, která nám již servisuje vrt s domácí vodárnou. Můj návrh a představu odsouhlasili jako realizovatelný, a po nabídce a nějakém čekání na možný termín se to v polovině července konečně zrealizovalo.

Pro někoho může být kontroverzní použití venkovní nádrže, i její provedení. Běžně se takto ale používají např. i IBC kontejnery. Ten ale nebyl v našem případě použitelný nejen kvůli jeho tvaru, vzhledu, a ale i materiálu. U plánované nádrže bylo vedle objemu důležité i to, aby byla v takzvaném provedení „UV STOP“, a neprůsvitná i pro silné sluneční světlo. To znamená, aby se v ní ani v horkých letních měsících voda nekazila (např. řasy), a dala se bezpečně používat i pro venkovní sprchování, bez nebezpečí vzniku nákazy legionellou. Voda je výhradně z vrtu, čistá, filtrovaná a nijak kontaminovaná.

Technický popis

Volba padla na samonosnou polyetylenovou nádrž Aquapura italské firmy ELBI s kapacitou 1.000 litrů.
Ta je doporučená i pro pitnou vodu. Do nádrže je voda skrz zeď domu přivedená z domácího vodovodního řadu. Přívod ovládá uvnitř umístěný elektromagnetický ventil FSA-UM025 (provedení 0-10bar G1 230V, NC „normálně zavřeno“, tzn. bez napětí se uzavře).

Voda poté vtéká přes v nádrži umístěný bezpečnostní ventil s plovákem. Ten slouží pro automatické uzavření přívodu vody při dosažení maximální hladiny. Vedle napouštěcího portu je instalovaný i nouzový přepad, pokud by mechanismus bezpečnostního ventilu selhal, a přebytečná voda měla kam odtékat.

Retenční nádrž je pro svou druhou úlohu vybavená ponorným čerpadlem Werter SPIN 370, dovybaveným automatikou „PressControl„. Ta slouží jednak pro ochranu čerpadla proti chodu na sucho, a rovněž jako automatika pro spouštění čerpadla, když dojde k odběru vody. Udržuje stálý tlak 4 bary, což obsluhu dělá velmi komfortní. Jakmile se například otevře baterie na připojené solární sprše, retenční nádrž okamžitě začne dodávat vodu. Po ukončení odběru vody ponorné čerpadlo opět vypne.

Ve stropě nádrže je instalovaný jednoduchý mechanický měřič hladiny hladiny vody, viditelný i z dálky. Je určený čistě pro pro vizuální kontrolu stavu nádrže. Nádrž má také ve svém stropě velký inspekční otvor se šroubovacím víkem a odvzdušněním. Přes ten se provedla montáž a zapojení ponorného čerpadla, a také mechanické měření hladiny.

Celá realizace byla bez chyby, odborníci z dodavatelské firmy jsou na slovo vzatí. Až na jeden malý vodotrysk v naší koupelně při testu napouštění od nedotažené instalační spojky, ale od toho testy jsou…

Nádrž je navíc díky svému italskému rodokmenu i designově velmi povedená, a v krásné modré barvě. Návštěvníkům se líbí, a krásně pasuje k naší venkovní vaně pro záchyt dešťové vody v designu mé ženy 🙂

A kde jsou ty chytré technologie?

A kde že jsou ty „chytré technologie“, když je to na tomto blogu ?
K ovládání – automatice napouštění nádrže mě firma původně dodala mechanické analogové hodiny v provedení DIN, umístěné s jističem v pomocném rozvaděči pro ovládání elektromagnetického ventilu napouštění. Hodiny zvládaly minimální interval sepnutí (jeden cyklus) pouze 15 minut, a nastavení jednotlivých cyklů bylo mechanické, nepohodlné.

Samozřejmě žádný vzdálený přístup, a kontrola provozu nemožná. To bylo nevyhovující, navíc to neřešilo zadání, aby se při napouštění zapnula automaticky i domácí vodárna. Tam jsme si při původním zadání s dodavatelem asi nerozuměli, v mém projektu to ale je nezbytné. Expanzní nádrž domácí vodárny má objem 35 litrů, vodárna musí během napouštění vody do retenční nádrže vícekrát z vrtu čerpat, a tlakovat zmíněnou expanzní nádrž. Takže při napouštění musí být tedy vždy zapnutá. Při naší nepřítomnosti ale vždy z bezpečnostních důvodů vodárnu vypínáme, takže to byl problém. Trvale zapnutou vodárnu v nepřítomnosti jsem ale nechtěl.

V hlavní roli domácí automatizace Homematic IP

Pokud vás to stále zajímá, a neztratili se ve vodoinstalační tématice, je zde nápad to celé jednoduše řídit chytrou zásuvkou z mého systému domácí automatizace Homematic IP. Ten je v domě rovněž přítomen. Jen mě zarazilo, že mě to nenapadlo dříve, i když jsme o tom s dodavatelem (jak mě připomněl) již mluvili na počátku při plánování.

Jednotka řízení napouštěcího ventilu je totiž připojená k 230V přes pohyblivý kabel s běžnou zástrčkou, obdobně zapojenou máme i domácí vodárnu. Takže obě zařízení se současně ovládají jedinou systémovou zásuvkou. Při požadavku na napouštění vody do retenční nádrže se současně zapne a potom vypne i domácí vodárna. Takže tady již OK.

A protože je použitá zásuvka HmIP-PSM-PE opravdu „chytrá“, je možné ji použít zcela autonomně bez nutnosti externího řídícího programu v řídící jednotce domácí automatizace. Zásuvka HmIP má totiž vlastní integrovaný a pokročilý plánovač.

Tam lze konfigurovat všechny možné algoritmy spínání (např. i podle astro funkcí) přesně jak jsem potřeboval. Zcela nezávisle na řídící jednotce. Ta slouží pouze ke konfiguraci zásuvky, a potom např. k odesílání informací o jejím provozu na mobil, do e-mailu apod. Cyklus jsem v HmIP zásuvce nastavil každé 2 hodiny vždy na 90 sekundové napouštění vody. To dle mého odhadu mělo za několik dní bezpečně nádrž naplnit na celou její kapacitu 1.000 litrů.

Zásuvka disponuje i měřením celé řady elektrických veličin, takže mohu vědět i to, zda-li se při jejím pracovním cyklu zapnul nejen elektromagnetický ventil pro napouštění, nebo současně i čerpadlo domácí vodárny. Lze to využít například pro detekci plné retenční nádrže. Jakmile se při maximální hladině uzavře pojistný ventil nádrže, voda již nenatéká, a vodárna ani neaktivuje čerpadlo ve vrtu. A to lze rozeznat z hodnoty proudu či příkonu. Pokud se čerpadlo vodárny již nerozbíhá, program může napouštěcí cyklus zcela deaktivovat. Po odchycení správných údajů z provozu chytré zásuvky a všech ovládaných technologií půjde takovou fičúru doprogramovat. Ale půjde to ještě jinak, a asi bez programu – viz dále.

Další možnosti „chytré“ technologie

Pro detekci plné nádrži bude vhodnější použití nerezového plovákového senzoru. Takovou věc používám již roky doma k upozornění na minimální hladinu vody v gravitační nádrži domácího automatického zavlažování Tropf Blumat. Je to přitom velmi spolehlivé řešení, viz zmíněný článek zde na blogu. Plovák senzoru lze samozřejmě použít i v obrácené logice jako senzor maximální hladiny, což potřebuji nyní u retenční nádrže.

Změna polohy plováku ovládá vestavěné miniaturní jazýčkové relé, jeho stav lze snímat miniaturním HmIP kontaktním senzorem HmIP-FCI1 (stejným, jako ve výše zmíněném článku). Senzor pracuje na miniaturní baterii až s 2-letou výdrží. Při sepnutí jazýčkového relé v plováku dojde k uzavření obvodu, a HmIP kontaktní senzor o tom odešle informaci do své řídící jednotky CCU. Ještě lepší je tzv. přímá vazba, což je vychytávka systému Homematic. Pomocí přímé vazby lze provázat kontaktní senzor přímo s chytrou zásuvkou ovládající napouštění nádrže.

Záměr je, aby plovákový senzor při dosažení maximální hladiny zablokoval činnost zásuvky, a tím i její plán napouštění. Při poklesu hladiny zásuvka opět začne pracovat dle svého interního kalendáře a řídit napouštění. Pokud by taková přímá vazba nebyla možná, lze to provést drobným programem. Takto jednoduše zamezím zbytečnému otevírání napouštěcího elektromagnetického ventilu a spouštění vodárny. Napouštění vody je přitom již blokované pojistným plovákovým ventilem.

První zkušenost z provozu

Po zkušebním spuštění systému jsem přijel až za 4 dny, a byl velmi zvědavý na první výsledek. Velké zklamání, nádrž byla prázdná… Ale byla to má chyba – před odjezdem jsem nezapnul jistič ovládací jednotky napouštěcího ventilu. Ale následující noční provoz o víkendu už ukázal velmi dobrou funkčnost. Při dalším testu v nepřítomnosti se nádrž zcela naplnila již za 3 dny provozu (při původním 60 sekundovém nastavení). Skvělý výsledek, mohu tak později snížit četnost napouštění.

Zjistil jsem ale problém, že se nádrž neplní na svůj úplný objem, ale odhadem na 700-800 litrů. Problém je bezpečnostní ventil, ovládaný velkým hladinovým plovákem. Díky konstrukci uzavíracího mechanismu to nelze snadno upravit. Rameno plováku je pochopitelně provedené tak, aby se snadno neohýbalo. Dodavatel na řešení již pracuje, současný stav prozatím vystačuje. Zvláště v těchto „uplakaných“ dnech, kdy zavlažování skoro není potřeba.

Zima ?

Celý systém je navržen s ohledem na rekreační status nemovitosti, v zimě není třeba tolik vody pro zavlažování a venkovní sprchování. Ponorné čerpadlo se svým příslušenstvím je z nádrže kompletně demontovatelné, vodoinstalace pro nádrž by měla jít na zimu vypustit. Nádrž je vybavená i továrním vypouštěcím otvorem pro případ nutnosti nouzového vypuštění i bez elektřiny. Vedle vypouštěcího otvoru je další spoj k řetězení více nádrží. To se dá využít pro zvýšení celkové kapacity s použitím jednoho výtlačného čerpadla. Tady se nabízí i možnost čerpání vody zpět do koupelny pouze pro domácí sprchování s nějakým průtokovým ohřevem, protože se současným zdrojem vody z vodárny to příliš možné není.

V praktickém provozu jsme zatím spokojeni, nádrž je obvykle připojená (přes průtokoměr Gardena ) přímo na zahradní solární sprchu. Sprcha disponuje dalším průchozím ventilem, který ale neodebírá vodu z ohřívaného zásobníku sprchy. Voda pro závlahu se tak odebírá přímo z retenční nádrže, a ohřátá voda ve vlastním zásobníku venkovní sprchy je vyhrazená pouze pro sprchování..

Tomu, kdo očekával článek o sofistikovaných Smart Home technologiích, a je teď zklamaný, se omlouvám. Pro mě je toto téma a řešení naopak tak chytré, abych se o něm zde zmínil. A vlastně za ním stojí technologie chytrého domu. Použitá systémová zásuvka z rodiny Homematic je přeneseně opravdu „chytrá“, umí pracovat autonomně i bez řídící jednotky, a také měřit také současně elektrické veličiny. A to si doufám zaslouží jí nazývat chytrou, a nejen jen dálkově ovládanou zásuvkou, jak tomu je obvyklé u jiných značek.

Pokud jste článek dočetli až sem, a zaujal vás, budu moc rád za hodnocení na konci. Komentáře či otázky vítáme. Vše rád zodpovím. Pro pokročilé dotazy či spolupráci použijte náš kontaktní formulář.