Термостат

Эта статья об устройстве регулирования температуры. Шкалу температуры для французской духовки см. в разделе « Знак газа» § Другие шкалы температур приготовления .

PECO T8532 Термостат с программируемым календарем на 365 дней

Honeywell компании Термостат модели T87 «The Round» , один из которых находится в коллекции Смитсоновского института .

Следующее поколение Lux Products TX9600TS Универсальный программируемый термостат с сенсорным экраном на 7 дней.

Электронный термостат Honeywell в розничном магазине

Термостат и выполняет действия — это компонент регулирующего устройства, который измеряет температуру физической системы , обеспечивающие поддержание температуры системы вблизи желаемого заданного значения .

Термостаты используются в любом устройстве или системе, которая нагревает или охлаждает до заданной температуры. Примеры включают отопление зданий , центральное отопление , кондиционеры , HVAC системы , водонагреватели , а также кухонное оборудование, включая печи и холодильники , а также медицинские и научные инкубаторы . В научной литературе эти устройства часто широко классифицируются как термостатически управляемые нагрузки (TCL). Нагрузки с термостатическим управлением составляют примерно 50% общего спроса на электроэнергию в Соединенных Штатах.

Термостат работает как устройство управления с «замкнутым контуром» , поскольку он стремится уменьшить погрешность между желаемой и измеренной температурами. Иногда термостат сочетает в себе как чувствительные, так и управляющие элементы управляемой системы, например, в автомобильном термостате.Слово термостат происходит от греческих слов θερμός thermos — «горячий» и στατός statos — «стоящий, неподвижный».

Обзор

Термостат осуществляет контроль, включая или выключая нагревательные или охлаждающие устройства или регулируя поток теплоносителя по мере необходимости для поддержания правильной температуры. Термостат часто может быть основным блоком управления системой отопления или охлаждения в различных приложениях, от контроля окружающего воздуха до управления охлаждающей жидкостью автомобиля. Термостаты используются в любом устройстве или системе, которая нагревает или охлаждает до заданной температуры. Примеры включают отопление зданий , центральное отопление и кондиционеры , кухонное оборудование, такое как духовки и холодильники , а также медицинские и научные инкубаторы .

Строительство и контроль

В термостатах используются различные типы датчиков для измерения температуры и выполнения операций управления. В механических термостатах обычно используются биметаллические полоски , преобразующие изменение температуры в механическое смещение для управления источниками нагрева или охлаждения. Вместо этого в электронных термостатах используется термистор или другой полупроводниковый датчик, обрабатывающий изменение температуры как электронные сигналы для управления нагревательным или охлаждающим оборудованием.

Обычные термостаты являются примером « реактивных контроллеров », поскольку управляемая система либо работает на полную мощность после достижения заданного значения, либо полностью отключается. Хотя это самая простая в реализации программа, такой метод управления требует включения некоторого гистерезиса , чтобы предотвратить чрезмерно быстрое циклическое движение оборудования вокруг заданного значения. Как следствие, обычные термостаты не могут очень точно контролировать температуру. Вместо этого наблюдаются колебания определенной величины, обычно 1-2°С. Такое управление, как правило, является неточным, неэффективным и имеет высокий уровень механического износа, но для таких компонентов, как компрессоры, оно по-прежнему имеет значительное преимущество в стоимости по сравнению с более совершенными, позволяющими плавно регулировать производительность.

Еще одним фактором является задержка времени управляемой системы. Чтобы улучшить эффективность управления системой, термостаты могут включать в себя «антисипатор», который прекращает нагрев/охлаждение немного раньше, чем будет достигнуто заданное значение, поскольку система будет продолжать производить тепло в течение короткого времени. Выключение точно при достижении заданного значения приведет к тому, что фактическая температура выйдет за пределы желаемого диапазона, что называется « перерегулированием ». Биметаллические датчики могут включать в себя физический «антисипатор», тонкий провод которого касается термостата. Когда ток проходит по проводу, выделяется небольшое количество тепла, которое передается биметаллической катушке. Электронные термостаты имеют электронный эквивалент.

Когда требуется более высокая точность управления, предпочтительным является ПИД- или MPC- регулятор. Однако в настоящее время они в основном применяются в промышленных целях, например, на заводах по производству полупроводников или в музеях.

Типы датчиков

См. также: Термическое отключение

Ранние технологии включали ртутные термометры с электродами, вставленными непосредственно через стекло, так что при достижении определенной (фиксированной) температуры контакты закрывались ртутью. Они были точны с точностью до градуса температуры.

Общие сенсорные технологии, используемые сегодня, включают:

• Биметаллические механические или электрические датчики.
• Расширяющиеся восковые гранулы
• Электронные термисторы и полупроводниковые приборы
• Электрические термопары

Затем они могут управлять нагревательным или охлаждающим устройством, используя:

• Прямое механическое управление
• Электрические сигналы
• Пневматические сигналы

История

Возможно, самые ранние зарегистрированные примеры термостатического контроля были построены голландским новатором Корнелисом Дреббелем (1572–1633) около 1620 года в Англии. Он изобрел ртутный термостат для регулирования температуры в курином инкубаторе . Это одно из первых зарегистрированных устройств с управлением по обратной связи .

Современный термостатический контроль был разработан в 1830-х годах Эндрю Юром (1778–1857), шотландским химиком. Текстильным фабрикам того времени для оптимальной работы требовалась постоянная и стабильная температура, поэтому Юре разработал биметаллический термостат, который изгибался, когда один из металлов расширялся в ответ на повышение температуры, и отключал подачу энергии.

Уоррен С. Джонсон (1847–1911) из Висконсина запатентовал биметаллический комнатный термостат в 1883 году, а два года спустя подал заявку на патент на первую многозонную систему термостатического управления. Альберт Бутц (1849–1905) изобрел электрический термостат и запатентовал его в 1886 году.

Одним из первых промышленных применений термостата было регулирование температуры в инкубаторах для птицы. Чарльз Херсон , британский инженер, спроектировал первый современный инкубатор для яиц, который был принят для использования на птицефабриках в 1879 году.

Механические термостаты

Сюда входят только устройства, которые и воспринимают, и управляют чисто механическими средствами.

Биметалл

Бытовые системы центрального отопления на основе воды и пара традиционно управляются биметаллическими ленточными термостатами, и об этом речь пойдет далее в этой статье. Чисто механическое управление осуществлялось с помощью локальных парового или водогрейного радиатора биметаллических термостатов , которые регулировали индивидуальный расход. Однако термостатические радиаторные клапаны сейчас широкое распространение получили (ТРВ).

Чисто механические термостаты используются для регулирования заслонок в некоторых вентиляционных отверстиях турбин на крыше, уменьшая потери тепла в здании в прохладные или холодные периоды.

Некоторые системы отопления пассажиров автомобилей имеют термостатический клапан для регулирования расхода и температуры воды до регулируемого уровня. В старых автомобилях термостат контролирует подачу вакуума в двигателе на приводы, которые управляют водяными клапанами и заслонками, направляя поток воздуха. В современных автомобилях вакуумные приводы могут управляться небольшими соленоидами под управлением центрального компьютера.

Восковая таблетка

Автомобильная промышленность

Основная статья: Восковой термостатический элемент

Термостат двигателя автомобиля

Пожалуй, наиболее распространенным примером технологии чисто механического термостата, используемой сегодня, является термостат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания , используемый для поддержания двигателя вблизи оптимальной рабочей температуры путем регулирования потока охлаждающей жидкости с воздушным охлаждением к радиатору . Этот тип термостата работает с использованием герметичной камеры, содержащей восковую таблетку, которая плавится и расширяется при заданной температуре. Расширение камеры приводит в действие стержень, который открывает клапан при превышении рабочей температуры. Рабочая температура определяется составом воска. После достижения рабочей температуры термостат постепенно увеличивает или уменьшает степень открытия в ответ на изменения температуры, динамически балансируя поток рециркуляции охлаждающей жидкости и поток охлаждающей жидкости в радиатор для поддержания температуры двигателя в оптимальном диапазоне.

На многих автомобильных двигателях, включая всю продукцию Chrysler Group и General Motors, термостат не ограничивает поток к сердцевине обогревателя. Бачок радиатора со стороны пассажира используется в качестве байпаса термостата, проходящего через сердечник обогревателя. Это предотвращает образование паровых карманов до открытия термостата и позволяет нагревателю работать до открытия термостата. Еще одним преимуществом является то, что в случае выхода из строя термостата через радиатор все равно будет течь.

Душ и другие элементы управления горячей водой

Термостатический смесительный клапан использует восковую таблетку для контроля смешивания горячей и холодной воды. Обычное применение — обеспечить работу электрического водонагревателя при температуре, достаточно высокой, чтобы убить бактерии легионеллы (выше 60 °C, 140 °F), в то время как на выходе клапана получается вода, достаточно холодная, чтобы не допустить немедленного ожога (49 °С, 120 °F).

Анализ

восковых гранул Клапан с приводом от восковых гранул можно проанализировать, построив график гистерезиса , который состоит из двух кривых теплового расширения; растяжение (движение) в зависимости от повышения температуры и сжатие (движение) в зависимости от понижения температуры. Разброс между кривыми вверх и вниз визуально иллюстрирует гистерезис клапана; В клапанах с парафиновым приводом всегда существует гистерезис из-за фазового перехода или фазового перехода между твердыми телами и жидкостями. Гистерезисом можно управлять с помощью специальных смесей углеводородов; малый гистерезис — это то, чего больше всего хотят, однако в некоторых приложениях требуются более широкие диапазоны. Клапаны с приводом от восковых гранул используются в системах защиты от ожогов, защиты от замерзания, продувки от перегрева, солнечной тепловой энергии или солнечной тепловой энергии , в автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также во многих других.

Расширение газа

Термостаты иногда используются для регулирования газовых духовок. Он состоит из газонаполненной колбы, соединенной с блоком управления тонкой медной трубкой. Обычно лампочка расположена в верхней части духовки. Трубка заканчивается камерой, закрытой диафрагмой. Когда термостат нагревается, газ расширяется, оказывая давление на диафрагму, что уменьшает поток газа к горелке.

Пневматические термостаты

термостат Пневматический — это термостат, который управляет системой отопления или охлаждения через ряд заполненных воздухом контрольных трубок. Эта система «управляющего воздуха» реагирует на изменения давления (из-за температуры) в трубке управления, чтобы при необходимости активировать нагрев или охлаждение. Управляющий воздух обычно поддерживается в сети при давлении 15–18 фунтов на квадратный дюйм (хотя обычно работоспособно до 20 фунтов на квадратный дюйм). Пневматические термостаты обычно обеспечивают давление на выходе/ ответвлении/после ограничителя (для однотрубной работы) 3–15 фунтов на квадратный дюйм, которое подается по трубопроводу к конечному устройству (клапану/приводу заслонки/пневматическому электрическому переключателю и т. д.).

Пневматический термостат был изобретен Уорреном Джонсоном в 1895 году. вскоре после того, как он изобрел электрический термостат. В 2009 году Гарри Сим получил патент на пневматическо-цифровой интерфейс. Это позволяет интегрировать здания с пневматическим управлением в системы автоматизации зданий, обеспечивая те же преимущества, что и прямое цифровое управление (DDC).

электронные

Биметаллические переключающие термостаты

Биметаллический термостат для зданий.

Системы центрального отопления на основе воды и пара традиционно имели общий контроль с помощью настенных биметаллических ленточных термостатов. Они определяют температуру воздуха, используя дифференциальное расширение двух металлов для приведения в действие переключателя включения/выключения. Обычно центральная система включается, когда температура падает ниже заданного значения на термостате, и выключается, когда она поднимается выше, с гистерезисом в несколько градусов, чтобы предотвратить чрезмерное переключение. Биметаллические датчики в настоящее время заменяются электронными датчиками . В настоящее время биметаллический термостат в основном используется в индивидуальных электрических конвекционных обогревателях, где управление включается/выключается в зависимости от местной температуры воздуха и заданного значения, заданного пользователем. Они также используются в кондиционерах, где требуется местное управление.

Номенклатура конфигурации контактов

Это соответствует той же номенклатуре, которая описана в разделах «Реле § Терминология» и «Коммутатор § Терминология контактов» . Считается, что термостат активируется тепловой энергией, поэтому «нормальное» относится к состоянию, в котором температура ниже заданного значения.

• «НЕТ» означает «нормально открытый». Это то же самое, что «COR» («закрытие при повышении»). Может использоваться для запуска вентилятора, когда он становится горячим, и для остановки вентилятора, когда он становится достаточно холодным.
• «NC» означает «нормально закрытый». Это то же самое, что «ООР» («открыть на подъеме»). Может использоваться для запуска обогревателя, когда он становится холодным, и для остановки обогревателя, когда он становится достаточно теплым.
• «CO» означает «переключение». Это служит как «НЕТ», так и «НЗ». Может использоваться для запуска вентилятора, когда становится жарко, а также (на противоположной клемме) для запуска обогревателя, когда становится холодно.

Любая начальная цифра обозначает количество наборов контактов, например «1НО», «1НЗ» для одного набора контактов с двумя клеммами. «1СО» также будет иметь один комплект контактов, даже если это переключатель с тремя клеммами.

Простые двухпроводные термостаты

Механизм милливольтового термостата

На иллюстрации изображена внутренняя часть обычного двухпроводного бытового термостата, предназначенного только для обогрева, который используется для регулирования газового обогревателя с помощью электрического газового клапана. Подобные механизмы также могут использоваться для управления масляными печами, котлами, зональными клапанами котлов , электрическими чердачными вентиляторами, электрическими печами, электрическими обогревателями для плинтусов и бытовыми приборами, такими как холодильники, кофейники и фены. Мощность через термостат обеспечивается нагревательным устройством и может варьироваться от милливольт до 240 вольт в обычных североамериканских конструкциях и используется для управления системой отопления либо напрямую (электрические обогреватели плинтуса и некоторые электрические печи), либо косвенно (все газовые, масляные системы и системы принудительного горячего водоснабжения). Из-за разнообразия возможных напряжений и токов, доступных на термостате, необходимо соблюдать осторожность при выборе устройства на замену.

1. управления заданным значением Рычаг . Это перемещается вправо для более высокой температуры. Круглый индикаторный штифт в центре второго паза виден сквозь пронумерованный паз во внешнем корпусе.
2. Биметаллическая полоса , намотанная в бухту. Центр катушки прикреплен к вращающейся стойке, прикрепленной к рычагу (1). По мере того, как катушка остывает, подвижный конец (4) перемещается по часовой стрелке .
3. Гибкая проволока. Левая сторона через один провод из пары подключается к клапану управления отопителем.
4. Подвижный контакт прикреплен к биметаллической катушке. Отсюда к контроллеру отопителя.
5. Фиксированный контактный винт. Это регулируется производителем . Он электрически соединен вторым проводом пары с термопарой и газовым клапаном с электроприводом нагревателя.
6. Магнит . Это обеспечивает хороший контакт при замыкании контакта. Он также обеспечивает гистерезис для предотвращения коротких циклов нагрева, поскольку температура должна быть повышена на несколько градусов, прежде чем контакты разомкнутся. В качестве альтернативы в некоторых термостатах вместо этого используется ртутный переключатель на конце биметаллической катушки. Вес ртути на конце катушки удерживает ее там, что также предотвращает короткие циклы нагрева. Однако этот тип термостата запрещен во многих странах из-за его высокой и необратимой токсичности в случае поломки. При замене этих термостатов их следует рассматривать как химические отходы .

На рисунке не показан отдельный биметаллический термометр на внешнем корпусе, показывающий фактическую температуру на термостате.

Милливольтовые термостаты

Как показано выше при использовании термостата, вся мощность для системы управления обеспечивается термобатареей , которая представляет собой комбинацию множества сложенных друг на друга термопар, нагреваемых контрольной лампой. Термобатарея производит достаточную электрическую мощность для приведения в действие маломощного газового клапана, который под управлением одного или нескольких термостатических переключателей, в свою очередь, контролирует подачу топлива в горелку.

Устройства этого типа обычно считаются устаревшими, поскольку контрольные лампы могут расходовать удивительное количество газа (точно так же, как капающий кран может расходовать большое количество воды в течение длительного периода времени), а также больше не используются на плитах, но его до сих пор можно найти во многих газовых водонагревателях и газовых каминах. Их низкая эффективность приемлема в водонагревателях, поскольку большая часть энергии, «тратимая» на пилот, по-прежнему представляет собой прямой прирост тепла для резервуара с водой. Система «Милливольт» также исключает необходимость прокладки специальной электрической цепи к водонагревателю или печи; эти системы часто полностью автономны и могут работать без внешнего источника электропитания. Для безрезервуарных водонагревателей «по требованию» предпочтительнее пилотное зажигание, поскольку оно происходит быстрее, чем зажигание от горячей поверхности, и более надежно, чем искровое зажигание.

Некоторые программируемые термостаты , которые предлагают простые «милливольтовые» или «двухпроводные» режимы, будут управлять этими системами.

24-вольтовые термостаты

Большинство современных термостатов отопления/охлаждения/теплового насоса работают от цепей управления низкого напряжения (обычно 24 В переменного тока ). Источником переменного тока напряжением 24 В является управляющий трансформатор, установленный в составе оборудования отопления/охлаждения. Преимуществом низковольтной системы управления является возможность управлять несколькими электромеханическими переключающими устройствами, такими как реле , контакторы и устройства последовательности, используя изначально безопасные уровни напряжения и тока. В термостат встроено устройство для улучшенного контроля температуры с помощью упреждения. Датчик тепла генерирует небольшое количество дополнительного тепла на чувствительный элемент во время работы отопительного прибора. При этом нагревательные контакты размыкаются немного раньше, чтобы температура в помещении не превышала настройку термостата. Механический предохранитель тепла обычно регулируется и должен быть настроен на ток, протекающий в цепи управления нагревом во время работы системы. Антиципатор охлаждения генерирует небольшое количество дополнительного тепла на чувствительном элементе, когда охлаждающее устройство не работает. Это заставляет контакты подавать питание на охлаждающее оборудование немного раньше, предотвращая чрезмерное повышение температуры в помещении. Антиципаторы охлаждения, как правило, не регулируются.

Электромеханические термостаты используют резистивные элементы в качестве упреждающих элементов. В большинстве электронных термостатов для функции упреждения используются либо термисторные устройства, либо встроенные логические элементы. В некоторых электронных термостатах термисторный упреждающий элемент может быть расположен снаружи, обеспечивая переменное упреждение в зависимости от температуры наружного воздуха. Усовершенствования термостата включают отображение температуры наружного воздуха, возможность программирования и индикацию неисправностей системы. Хотя такие термостаты на 24 В не способны управлять печью при отключении сетевого питания, большинству таких печей требуется питание от сети для вентиляторов нагретого воздуха (а часто также с горячей поверхностью или электронного искрового зажигания), что делает функциональность термостата спорной. В других обстоятельствах, таких как управляемые настенные и «гравитационные» (безвентиляторные) напольные и центральные обогреватели, описанная ранее система низкого напряжения может оставаться работоспособной при отсутствии электроэнергии.

Стандартов для цветовых кодов проводки не существует, но принято соглашение о следующих кодах и цветах клемм. Во всех случаях инструкции производителя следует считать окончательными.

Код терминала	Цвет	Описание
Р	Красный	24 В (обратная линия к прибору; часто привязана к Rh и Rc)
резус	Красный	ТЕПЛОВАЯ нагрузка 24 В (обогрев возвратной линии)
Rc	Красный	Нагрузка ОХЛАЖДЕНИЯ 24 В (обратная линия охлаждения)
С	Черный/синий/коричневый/голубой	24 В Общее подключение к реле
Ж/П1	Белый	Нагревать
П2	Варьируется/Белый/Черный	2-я ступень/резервный нагрев
Д/Д1	Желтый	Прохладный
Y2	Синий/оранжевый/фиолетовый/желтый/белый	2-й этап Круто
Г	Зеленый	Вентилятор
ТО	Варьируется/Оранжевый/Черный	Реверсивный клапан: подача питания на охлаждение (тепловой насос)
Б	Варьируется/синий/черный/коричневый/оранжевый	Реверсивный клапан: подача питания на тепло (тепловой насос) или на общее питание
И	Варьируется/синий/розовый/серый/коричневый	Аварийное отопление (тепловой насос)
С1/С2	Коричневый/Черный/Синий	Датчик температуры (обычно снаружи в системе теплового насоса)
Т	Варьируется/коричневый/серый	Сброс наружного упреждающего устройства, термистор
Х	Варьируется/черный	Аварийное отопление (тепловой насос) или общее
Х2	Варьируется	2-я ступень/аварийный обогрев или контрольные лампы
л	Варьируется	Сервисный свет
В	Варьируется	Программируется пользователем (обычно для увлажнителя)
К	Желтый/Зеленый	Комбинированные Y и G
ПС	Варьируется	Трубный датчик для двухтрубных систем отопления/охлаждения

Старые, в основном устаревшие обозначения:

Код терминала	Описание
5 / V	Питание 24 В переменного тока
4/М	24 В ТЕПЛОВАЯ нагрузка
6 / пусто	Не нагревается, чтобы закрыть клапан
Ф	Реле вентилятора охлаждения или индикатор неисправности
Г	Реле теплового вентилятора
ЧАС	Тепловой клапан
М	Компрессор теплового насоса
П	Разморозка тепловым насосом
Р	Реверсивный клапан теплового насоса
VR	Дополнительный нагрев 24 В
И	Вспомогательное тепло
С	Питание часов (обычно две клеммы) или реле охлаждения
Т	Трансформатор общий

Термостаты сетевого напряжения

Термостаты сетевого напряжения чаще всего используются для электрических обогревателей, таких как обогреватель плинтуса или электрическая печь с прямым подключением. Если используется термостат сетевого напряжения, питание системы (в США 120 или 240 вольт) напрямую переключается термостатом. При коммутационном токе , часто превышающем 40 ампер , использование низковольтного термостата в цепи сетевого напряжения приведет как минимум к выходу термостата из строя и, возможно, к возгоранию. Термостаты сетевого напряжения иногда используются в других приложениях, таких как управление фанкойлами (вентилятор, питаемый от сетевого напряжения, продуваемого через змеевик труб, который либо нагревается, либо охлаждается более крупной системой) агрегатами в крупных системах, использующих централизованные котлы и охладители. или для управления циркуляционными насосами в системах водяного отопления.

Доступны некоторые программируемые термостаты для управления системами сетевого напряжения. Обогреватели для плинтуса особенно выиграют от программируемого термостата, который способен осуществлять непрерывный контроль (как, по крайней мере, некоторые модели Honeywell ), эффективно управлять обогревателем, как диммером лампы, и постепенно увеличивать и уменьшать нагрев, чтобы обеспечить чрезвычайно постоянную температуру в помещении (непрерывный контроль). вместо того, чтобы полагаться на усредняющий эффект гистерезиса). Системы, включающие вентилятор (электрические печи, настенные обогреватели и т. д.), обычно должны использовать простые элементы управления включением/выключением.

электронные

См. Также: Программируемый термостат.

Бытовой цифровой термостат

Модель Lux Products 'Термостат с сенсорным экраном, модель TX9000TS.

Программируемый выходной термостат для обогрева и охлаждения Lux Products WIN100 показан с закрытой и открытой дверцей управления.

Новые цифровые термостаты не имеют движущихся частей для измерения температуры и вместо этого используют термисторы или другие полупроводниковые устройства, такие как термометр сопротивления (термометр сопротивления). Обычно для его работы необходимо установить одну или несколько обычных батарей , хотя некоторые так называемые цифровые термостаты с «кражей энергии» (работающие для сбора энергии ) используют обычные 24-вольтовые цепи переменного тока в качестве источника питания, но не будут работать от . термобатарей В некоторых печах используются «милливольтовые» цепи. Каждый из них имеет ЖК- экран, показывающий текущую температуру и текущие настройки. Большинство из них также имеют часы и настройки времени суток и даже дня недели для температуры, используемые для комфорта и энергосбережения . Некоторые продвинутые модели имеют сенсорные экраны или возможность работы с домашней автоматизации или автоматизации зданий системами .

В цифровых термостатах используется либо реле, либо полупроводниковое устройство, такое как симистор , которое действует как переключатель для управления блоком HVAC . Устройства с реле будут работать с милливольтовыми системами, но часто издают слышимый щелчок при включении или выключении.

Системы HVAC с возможностью модулировать свою мощность можно комбинировать с термостатами со встроенным ПИД-регулятором для достижения более плавной работы. Существуют также современные термостаты с адаптивными алгоритмами для дальнейшего улучшения поведения системы, склонной к инерции. Например, настройка их так, чтобы температура утром в 7 часов утра составляла 21 °C (69,8 °F), гарантирует, что в это время температура будет 21 °C (69,8 °F), тогда как обычный термостат в то время как раз начал бы работать. Алгоритмы решают, в какое время следует активировать систему, чтобы в нужное время достичь желаемой температуры. Другой термостат, используемый для технологического/промышленного управления, где двухпозиционное управление не подходит, ПИД-регулирование также может обеспечить очень стабильную температуру (например, путем уменьшения выбросов за счет точной настройки констант ПИД-регулятора для заданного значения (SV). или поддержание температуры в диапазоне за счет управления гистерезисом. )

Большинство цифровых термостатов, обычно используемых в жилых домах в Северной Америке и Европе, представляют собой программируемые термостаты , которые обычно обеспечивают экономию энергии на 30%, если оставить их с программами по умолчанию; корректировки этих значений по умолчанию могут увеличить или уменьшить экономию энергии. В статье о программируемом термостате представлена ​​основная информация по эксплуатации, выбору и установке такого термостата.

Термостаты и работа систем отопления, вентиляции и кондиционирования

зажигания в современных

Газ

1. Запустите вентилятор/нагнетатель тяги (если печь сравнительно новая), чтобы создать столб воздуха, поднимающийся вверх по дымоходу.
2. Нагрейте воспламенитель или запустите систему искрового зажигания.
3. Откройте газовый клапан, чтобы зажечь основные горелки.
4. Подождите (если печь сравнительно новая), пока теплообменник не достигнет надлежащей рабочей температуры, прежде чем запускать главный вентилятор или циркуляционный насос.

Масло

Подобно газу, за исключением того, что вместо открытия клапана печь запускает масляный насос для впрыска масла в горелку.

Электрический

Нагнетательный вентилятор или циркуляционный насос запустятся, а большое электромеханическое реле или симистор включит нагревательные элементы.

Уголь, зерно или пеллеты

Сегодня обычно редки (хотя такие зерна, как кукуруза, пшеница и ячмень, или пеллеты из дерева, коры или картона становятся все более популярными); аналогично газу, за исключением того, что вместо открытия клапана печь запускает шнек , чтобы загнать уголь/зерно/пеллеты в топку.

В незонированных системах (типичные жилые дома, один термостат на весь дом) при подключении клемм R (или Rh) и W термостата печь выполняет процедуру запуска и производит тепло.

В зональных системах (некоторые жилые, многие коммерческие системы — несколько термостатов, контролирующих разные «зоны» в здании), термостат заставит небольшие электродвигатели открывать клапаны или заслонки и запускать печь или котел, если он еще не работает.

Большинство программируемых термостатов будут управлять этими системами.

Комбинированное регулирование отопления/охлаждения

В зависимости от того, что контролируется, термостат принудительного кондиционирования воздуха обычно имеет внешний переключатель для обогрева/выключения/охлаждения и еще один переключатель для включения/автоматического включения вентилятора постоянно или только во время работы обогрева и охлаждения. четыре провода К центральному термостату подходят от основного блока отопления/охлаждения (обычно расположенного в чулане , подвале или иногда на чердаке ): один провод, обычно красный, подает на термостат питание переменного тока 24 В, а другой три сигнала управления подачей от термостата, обычно белый для обогрева, желтый для охлаждения и зеленый для включения вентилятора. Питание подается через трансформатор , и когда термостат замыкает контакт между источником питания 24 В и одним или двумя другими проводами, реле на блоке нагрева/охлаждения активирует соответствующую функцию обогрева/вентиляции/охлаждения блока( с).

Термостат, установленный на «охлаждение», включится только тогда, когда температура окружающей среды в помещении превысит заданную температуру. Таким образом, если в контролируемом помещении температура обычно превышает желаемую настройку, когда система отопления/охлаждения выключена, было бы разумно оставить термостат установленным на «охлаждение», несмотря на то, какая температура снаружи. С другой стороны, если температура контролируемой зоны падает ниже желаемого градуса, то термостат целесообразно перевести в режим «нагрев».

Регулирование теплового насоса

Конструкция термостата

Тепловой насос представляет собой холодильное устройство, которое меняет направление потока хладагента между внутренним и наружным змеевиками. Это делается путем подачи питания на реверсивный клапан (также известный как «4-ходовой» или «перекидной» клапан). Во время охлаждения внутренний змеевик представляет собой испаритель, отбирающий тепло из воздуха в помещении и передающий его наружному змеевику, где оно отводится в наружный воздух. Во время нагрева наружный змеевик становится испарителем, а тепло удаляется из наружного воздуха и передается воздуху в помещении через внутренний змеевик. Реверсивный клапан, управляемый термостатом, обеспечивает переключение с нагрева на охлаждение. Термостаты для бытовых тепловых насосов обычно имеют клемму «O» для подачи питания на реверсивный клапан при охлаждении. В некоторых бытовых и многих коммерческих термостатах тепловых насосов используется клемма «B» для подачи питания на реверсивный клапан при обогреве. Теплопроизводительность теплового насоса снижается по мере падения температуры наружного воздуха. При некоторой температуре наружного воздуха (называемой точкой баланса) способность холодильной системы передавать тепло в здание падает ниже потребности здания в отоплении. Типичный тепловой насос оснащен электрическими нагревательными элементами для дополнения тепла охлаждения, когда температура наружного воздуха ниже этой точки баланса. Работа дополнительного тепла контролируется контактом нагрева второй ступени в термостате теплового насоса. Во время обогрева наружный змеевик работает при температуре ниже температуры наружного воздуха, и на змеевике может образовываться конденсат. Этот конденсат может затем замерзнуть на змеевике, снижая его способность теплопередачи. Поэтому тепловые насосы имеют возможность периодического размораживания наружного змеевика. Это делается путем переключения цикла в режим охлаждения, отключения наружного вентилятора и подачи питания на электрические нагревательные элементы. Электрический нагрев в режиме размораживания необходим для предотвращения задувания системы холодным воздухом внутрь здания. Затем элементы используются в функции «разогрева». Хотя термостат может указывать, что система находится в режиме оттаивания и активирован электрический нагрев, функция оттаивания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного и повторного нагрева, термостат теплового насоса позволяет использовать электрические нагревательные элементы в случае выхода из строя холодильной системы. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. В режиме аварийного обогрева термостат не пытается включить компрессор или вентилятор наружного блока.

Расположение термостата

Термостат не следует располагать на внешней стене или в местах, где он может подвергаться воздействию прямых солнечных лучей в любое время дня. Он должен быть расположен вдали от охлаждающих или обогревающих вентиляционных отверстий или устройств, но при этом подвергаться общему потоку воздуха из помещения(й), которое(ые) регулируется. Открытая прихожая может быть наиболее подходящей для однозонной системы, где гостиные и спальни функционируют как единая зона. Если коридор может быть закрыт дверями из регулируемых помещений, то их следует оставлять открытыми, когда система используется. Если термостат расположен слишком близко к управляемому источнику, система будет иметь тенденцию «коротить цикл», а многочисленные запуски и остановки могут раздражать и в некоторых случаях сокращать срок службы оборудования. Многозональная система может сэкономить значительную энергию за счет регулирования отдельных помещений, позволяя изменять температуру в неиспользуемых помещениях путем отключения отопления и охлаждения.

Пониженная температура

Системам HVAC требуется много времени, обычно от одного до нескольких часов, чтобы охладить или прогреть помещение в условиях, близких к открытому воздуху, летом или зимой. Таким образом, общепринятой практикой является установка пониженной температуры, когда помещение не занято (ночью и/или праздниками). С одной стороны, по сравнению с поддержанием исходного заданного значения, можно сэкономить значительное потребление энергии. С другой стороны, по сравнению с полным отключением системы, это позволяет избежать слишком сильного отклонения комнатной температуры от зоны комфорта, тем самым сокращая время возможного дискомфорта, когда пространство снова будет занято. Новые термостаты в основном являются программируемыми и включают в себя внутренние часы, которые позволяют легко включить эту функцию понижения температуры.

Фиктивные термостаты

Сообщается, что многие термостаты в офисных зданиях представляют собой нефункциональные устройства-пустышки, установленные для того, чтобы дать сотрудникам арендаторов иллюзию контроля . Эти фиктивные термостаты по сути являются своего рода кнопкой плацебо . Однако эти термостаты часто используются для определения температуры в зоне, даже если их элементы управления отключены. Эту функцию часто называют «блокировкой».

См. также

• Умный термостат (и термостат Wi-Fi)
• Автоматическое управление
• Вкл-выкл контроль
• OpenTherm

Внешние ссылки

• Профессиональное справочное руководство
• Статья 1951 года «Как термостат ухаживает за вашей печью» об основах автоматических термостатов печи — в этом справочнике есть хорошие рисунки и иллюстрации.
• Как солнце влияет на термостат (Energy2D: онлайн-симуляция на Java)
• Иллюстрация «Как функционируют термостатические клапаны с восковыми гранулами». Архивировано 7 августа 2017 г. в Wayback Machine.
• «Схемы восковых двигателей, т.е. «восковые гранулы»». Архивировано 15 июля 2017 г., в Wayback Machine.
• «Анимация биметаллического переключателя». Архивировано 26 августа 2017 г. в Wayback Machine.