Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про терморегулирующее устройство. Температурную шкалу французской духовки см. В разделе « Маркировка газа» § Другие шкалы температуры приготовления .

Знаменитый термостат Honeywell «The Round» модели T87 , один из которых находится в Смитсоновском институте .
Продукты Lux нового поколения TX9600TS Универсальный 7-дневный программируемый термостат с сенсорным экраном.
Электронный термостат Honeywell в розничном магазине

Термостат является компонентом устройства регулирующего , который измеряет температуру в виде физической системы и выполняют действия таким образом , чтобы температура системы поддерживаются вблизи требуемого заданного значения .

Термостаты используются в любом устройстве или системе, которые нагревают или охлаждают до заданной температуры, примеры включают отопление зданий , центральное отопление , кондиционеры , системы HVAC , водонагреватели , а также кухонное оборудование, включая духовки и холодильники, а также медицинские и научные инкубаторы . В научной литературе эти устройства часто классифицируются как термостатически управляемые нагрузки (TCL). Нагрузки с термостатическим управлением составляют примерно 50% от общего спроса на электроэнергию в США. [1]

Термостат работает как устройство управления «замкнутым контуром», поскольку он стремится уменьшить ошибку 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 στατ statos , «стоящий, неподвижный».

Обзор [ править ]

Термостат осуществляет управление, 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 для системы отопления или охлаждения в различных приложениях, от управления атмосферным воздухом до управления охлаждающей жидкостью в автомобиле. Термостаты используются в любом устройстве или системе, которые нагревают или охлаждают до заданной температуры. Примеры включают отопление зданий , центральное отопление , кондиционеры , а также кухонное оборудование, включая духовки и холодильники, а также медицинские и научные инкубаторы .

Строительство [ править ]

Термостаты используют различные типы датчиков для измерения температуры. В одном из вариантов, механический термостат, биметаллическая полоса в виде катушки, непосредственно управляет электрическими контактами, которые управляют источником нагрева или охлаждения. Вместо этого в электронных термостатах используется термистор или другой полупроводниковый датчик, который требует усиления и обработки для управления нагревательным или охлаждающим оборудованием. Термостат - это пример « взрывного контроллера », поскольку выходная мощность нагревательного или охлаждающего оборудования не пропорциональна разнице между фактической температурой и заданным значением температуры. Вместо этого отопительное или охлаждающее оборудование работает на полную мощность.до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура, затем отключится. Таким образом, увеличение разницы между настройкой термостата и желаемой температурой не приводит к изменению времени достижения желаемой температуры. Скорость, с которой может изменяться целевая температура системы, определяется как способностью нагревательного или охлаждающего оборудования соответственно добавлять или отводить тепло от целевой системы, так и способностью целевой системы сохранять тепло.

Чтобы предотвратить чрезмерно быстрое переключение оборудования, когда температура близка к уставке, термостат может включать некоторый гистерезис . Вместо того, чтобы мгновенно переключаться с «вкл» на «выкл» и наоборот при заданной температуре, термостат с гистерезисом не будет переключаться, пока температура не изменится немного выше заданной температуры. Например, холодильник, установленный на 2 ° C, может не запустить охлаждающий компрессор до тех пор, пока температура в отделении для пищевых продуктов не достигнет 3 ° C, и будет продолжать работу до тех пор, пока температура не снизится до 1 ° C. Это снижает риск износа оборудования из-за слишком частого переключения, хотя и вносит целевые колебания температуры системы определенной величины.

Для повышения комфорта обитателей отапливаемых или кондиционируемых помещений, термостаты с биметаллическими датчиками могут включать в себя систему «упреждающего», чтобы слегка нагревать датчик температуры во время работы нагревательного оборудования или слегка нагревать датчик, когда система охлаждения не работает. операционная. При правильной настройке это уменьшает чрезмерный гистерезис в системе и уменьшает величину колебаний температуры. Электронные термостаты имеют электронный эквивалент. [2]

Типы датчиков [ править ]

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

Общие сенсорные технологии, используемые сегодня, включают:

  • Биметаллические механические или электрические датчики.
  • Пеллеты из вспученного воска
  • Электронные термисторы и полупроводниковые приборы
  • Электрические термопары

Затем они могут управлять нагревательным или охлаждающим устройством, используя:

  • Прямое механическое управление
  • Электрические сигналы
  • Пневматические сигналы

История [ править ]

Возможно, самые ранние зарегистрированные примеры управления термостатом были построены голландским новатором Корнелисом Дреббелем (1572–1633) около 1620 года в Англии. Он изобрел ртутный термостат для регулирования температуры в инкубаторе для кур . [3] Это одно из первых зарегистрированных устройств с обратной связью.

Современное управление термостатом было разработано в 1830-х годах Эндрю Уре (1778–1857), шотландским химиком, который изобрел биметаллический термостат. Текстильные фабрики того времени нуждались в постоянной и стабильной температуре для оптимальной работы, поэтому для достижения этой цели Юр разработал биметаллический термостат, который изгибался, когда один из металлов расширялся в ответ на повышение температуры, и отключал подачу энергии. [4]

Уоррен С. Джонсон (1847–1911) из Висконсина запатентовал биметаллический комнатный термостат в 1883 году, а два года спустя подал патент на первую многозонную систему термостатического управления. [5] [6] 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 Хирсон , британский инженер, спроектировал первый современный инкубатор для яиц, который был использован на птицефабриках в 1879 году. Инкубаторы оснащены точным термостатом для регулирования температуры, чтобы точно имитировать естественный процесс вылупления яйца. [7]

Механические термостаты [ править ]

Это относится только к устройствам, которые распознают и управляют чисто механическими средствами.

Биметалл [ править ]

Системы центрального отопления на основе воды и пара традиционно управляются биметаллическими ленточными термостатами, и это рассматривается далее в этой статье. Чисто механическое управление осуществляется локализованными биметаллическими термостатами радиатора пара или горячей воды, которые регулируют индивидуальный расход. Однако в настоящее время широко используются термостатические радиаторные клапаны (TRV).

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

Некоторые автомобильные системы обогрева пассажиров имеют термостатический клапан для регулирования расхода и температуры воды до регулируемого уровня. В более старых автомобилях термостат управляет приложением вакуума двигателя к исполнительным механизмам, которые управляют водяными клапанами и заслонками для направления потока воздуха. В современных автомобилях вакуумные приводы могут приводиться в действие небольшими соленоидами под управлением центрального компьютера.

Восковая лепешка [ править ]

Автомобильная промышленность [ править ]

Основная статья: Восковый термостатический элемент
Термостат двигателя автомобиля

Возможно, наиболее распространенным примером чисто механической технологии термостата, используемой сегодня, является термостат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания , который используется для поддержания двигателя около его оптимальной рабочей температуры путем регулирования потока охлаждающей жидкости к радиатору с воздушным охлаждением . Этот тип термостата работает с использованием герметичной камеры, содержащей шарик воска, который плавится и расширяется при заданной температуре. Расширение камеры приводит в действие шток, который открывает клапан.при превышении рабочей температуры. Рабочая температура определяется составом воска. Как только рабочая температура достигается, термостат постепенно увеличивает или уменьшает свое открытие в ответ на изменения температуры, динамически балансируя поток рециркуляции охлаждающей жидкости и поток охлаждающей жидкости к радиатору, чтобы поддерживать температуру двигателя в оптимальном диапазоне.

На многих автомобильных двигателях, включая всю продукцию Chrysler Group и General Motors, термостат не ограничивает поток к сердечнику нагревателя. Бачок радиатора со стороны пассажира используется в качестве байпаса к термостату, протекая через сердечник отопителя. Это предотвращает образование паровых карманов до открытия термостата и позволяет нагревателю работать до того, как термостат откроется. Еще одно преимущество заключается в том, что через радиатор остается некоторый поток, если термостат выходит из строя.

Душ и другие средства контроля горячей воды [ править ]

В термостатическом смесительном клапане используется восковая гранула для управления смешиванием горячей и холодной воды. Обычное применение - позволить электрическому водонагревателю работать при температуре, достаточно высокой, чтобы убить бактерии Legionella (выше 60 ° C (140 ° F)), в то время как на выходе клапана образуется вода, достаточно холодная, чтобы сразу не обжечься ( 49 ° С (120 ° F)).

Анализ [ править ]

Клапан с приводом от восковой гранулы можно проанализировать, построив график гистерезиса восковой гранулы, который состоит из двух кривых теплового расширения; растяжение (движение) против увеличения температуры и сжатие (движение) против уменьшения температуры. Разброс между кривыми вверх и вниз наглядно иллюстрирует гистерезис клапана; Внутри клапанов с парафиновым приводом всегда присутствует гистерезис из-за фазового перехода или фазового перехода между твердыми телами и жидкостями. Гистерезис можно контролировать с помощью специальных смесей углеводородов; жесткий гистерезис - это то, чего больше всего желает, однако в некоторых случаях требуется более широкий диапазон. Клапаны с приводом от восковых гранул используются для защиты от ожогов, защиты от замерзания, продувки при перегреве, солнечной тепловой энергии или солнечной тепловой энергии., автомобильные и аэрокосмические приложения и многие другие.

Расширение газа [ править ]

Иногда для регулирования газовых духовок используются термостаты. Он состоит из газонаполненной колбы, соединенной с блоком управления тонкой медной трубкой. Лампа обычно находится в верхней части духовки. Трубка заканчивается камерой, закрытой диафрагмой. Когда термостат нагревается, газ расширяется, оказывая давление на диафрагму, что снижает поток газа к горелке.

Пневматические термостаты [ править ]

Пневматический термостат термостат , который управляет нагревание или система охлаждения через серию трубок контроля заполненных воздухом. Эта система «управляющего воздуха» реагирует на изменения давления (из-за температуры) в управляющей трубке, чтобы при необходимости активировать нагрев или охлаждение. Управляющий воздух обычно поддерживается в «сети» под давлением 15-18 фунтов на  квадратный дюйм (хотя обычно он может работать до 20 фунтов на квадратный дюйм). Пневматические термостаты обычно обеспечивают давление на выходе / ответвлении / пост-ограничителе (для однотрубной работы) от 3 до 15 фунтов на квадратный дюйм, которое подводится к конечному устройству (клапан / привод заслонки / пневмоэлектрический переключатель и т. Д.). [8]

Пневматический термостат был изобретен Уорреном Джонсоном в 1895 году [9] вскоре после того, как он изобрел электрический термостат. В 2009 году Гарри Сим был награжден патентом на пневматический-цифровой интерфейс [10], который позволяет интегрировать здания с пневматическим управлением с системами автоматизации зданий, чтобы обеспечить те же преимущества, что и прямое цифровое управление (DDC).

Клапан с приводом от восковой гранулы можно проанализировать, построив график гистерезиса восковой гранулы, который состоит из двух кривых теплового расширения; растяжение (движение) против увеличения температуры и сжатие (движение) против уменьшения температуры. Разброс между кривыми вверх и вниз наглядно иллюстрирует гистерезис клапана ; В технологии с парафиновым приводом всегда присутствует гистерезис из-за фазового перехода между твердыми частицами и жидкостями. Гистерезис можно контролировать с помощью специальных смесей углеводородов; жесткий гистерезис - это то, чего больше всего желает, однако для специализированных инженерных приложений требуется более широкий диапазон. Клапаны с приводом от восковых гранул используются, среди прочего, для защиты от ожогов, защиты от замерзания, продувки при перегреве, солнечной энергии, автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Электрические и аналоговые электронные термостаты [ править ]

Биметаллические переключающие термостаты [ править ]

Биметаллический термостат для зданий.

Системы центрального отопления на водной и паровой основе традиционно управляются настенными биметаллическими ленточными термостатами. Они измеряют температуру воздуха, используя дифференциальное расширение двух металлов, чтобы активировать переключатель включения / выключения. Обычно центральная система включается, когда температура опускается ниже уставки на термостате, и выключается, когда она поднимается выше, с гистерезисом в несколько градусов для предотвращения чрезмерного переключения. Биметаллические датчики теперь заменяются электронными датчиками . Основное применение биметаллического термостата сегодня - это индивидуальные электрические конвекционные нагреватели, где управление включается / выключается в зависимости от местной температуры воздуха и заданного значения, желаемого пользователем. Они также используются в кондиционерах, где требуется местное управление.

Номенклатура конфигурации контактов [ править ]

Это соответствует той же номенклатуре, которая описана в Реле (реле с принудительными контактами) и Переключатель (терминология контактов) .

  • «NO» означает «нормально открытый». Это то же самое, что и "COR" ("Close on Rise"). Может использоваться для запуска вентилятора, когда он становится горячим, т. Е. Остановки вентилятора, когда он достаточно остыл.
  • «NC» означает «нормально закрытый». Это то же самое, что и «OOR» («Открывать на подъеме»). Может использоваться для запуска нагревателя, когда становится холодно, т. Е. Выключения нагревателя, когда он достаточно нагревается.
  • «CO» означает «Change Over». Это служит одновременно как «NO», так и «NC». Может использоваться для запуска вентилятора, когда он становится горячим, а также (на противоположной клемме) для запуска нагревателя, когда становится холодно.

Любое начальное число обозначает количество наборов контактов, например «1НО», «1НЗ» для одного набора контактов с двумя выводами. «1CO» также будет иметь один набор контактов, даже если это переключение с тремя клеммами.

Простые двухпроводные термостаты [ править ]

Механизм милливольтного термостата

На рисунке показан вид изнутри обычного двухпроводного бытового термостата, работающего только на обогреватель , который используется для регулирования газового обогревателя с помощью электрического газового клапана. Подобные механизмы могут также использоваться для управления масляными печами, котлами, клапанами зоны котла , электрическими вентиляторами чердаков, электрическими печами, электрическими обогревателями плинтусов и бытовой техникой, такой как холодильники, кофейники и фены. Питание через термостат обеспечивается нагревательным устройством и может варьироваться от милливольт до 240 вольт в стандартной североамериканской конструкции и используется для управления системой отопления либо напрямую (электрические нагреватели плинтуса и некоторые электрические печи), либо косвенно (все газовые, системы масляного и принудительного горячего водоснабжения).Из-за множества возможных напряжений и токов, доступных на термостате, следует соблюдать осторожность при выборе устройства для замены.

  1. Рычаг управления уставкой . Это перемещено вправо для более высокой температуры. Круглый индикаторный штифт в центре второй прорези виден через пронумерованную прорезь во внешнем корпусе.
  2. Биметаллическая полоса, намотанная в катушку. Центр катушки прикреплен к вращающейся стойке, прикрепленной к рычагу (1). По мере того, как катушка остывает, подвижный конец - несущий (4) - перемещается по часовой стрелке .
  3. Гибкий провод. Левая сторона подключается одним проводом из пары к клапану управления отопителем.
  4. Подвижный контакт прикреплен к биметаллической катушке. Оттуда к контроллеру отопителя.
  5. Винт с фиксированным контактом. Это регулируется производителем . Он электрически подключен вторым проводом пары к термопаре и электрически управляемому газовому клапану нагревателя.
  6. Магнит . Это обеспечивает хороший контакт при замыкании контакта. Он также обеспечивает гистерезис для предотвращения коротких циклов нагрева, так как перед размыканием контактов необходимо повысить температуру на несколько градусов . В качестве альтернативы в некоторых термостатах вместо этого используется ртутный переключатель на конце биметаллической катушки. Вес ртути на конце змеевика имеет тенденцию удерживать ее там, также предотвращая короткие циклы нагрева. Тем не менее, этот тип термостата запрещен во многих странах из-за его очень и постоянно токсичного характера в случае выхода из строя. 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.

Милливольтные термостаты [ править ]

Как показано на примере использования термостата выше, вся мощность для системы управления обеспечивается термобатареей, которая представляет собой комбинацию множества установленных друг на друга термопар, нагреваемых контрольной лампой. Термобатарея вырабатывает достаточную электрическую мощность для привода маломощного газового клапана, который под управлением одного или нескольких переключателей термостата, в свою очередь, регулирует подачу топлива в горелку.

Этот тип устройства обычно считается устаревшим, поскольку контрольные лампы могут тратить 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 являются до сих пор можно найти во многих газовых водонагревателях и газовых каминах. Их низкий КПД приемлем для водонагревателей, поскольку большая часть энергии, «потраченной впустую» на пилот, по-прежнему представляет собой прямой приток тепла для водяного бака. Система «Милливольт» также избавляет от необходимости прокладки специальной электрической цепи к водонагревателю или печи; эти системы часто полностью автономны и могут работать без внешнего источника питания. Для безрезервуарных водонагревателей "по запросу",пилотное зажигание предпочтительнее, потому что оно быстрее, чем зажигание от горячей поверхности, и более надежно, чем искровое зажигание.

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

Термостаты на 24 вольта [ править ]

Большинство современных термостатов отопления / охлаждения / теплового насоса работают от цепей управления низкого напряжения (обычно 24 В переменного тока ). Источником питания 24 В переменного тока является управляющий трансформатор, установленный в составе оборудования для нагрева / охлаждения. Преимущество низковольтной системы управления заключается в возможности управления несколькими электромеханическими переключающими устройствами, такими как реле , контакторы и секвенсоры, с использованием изначально безопасных уровней напряжения и тока. [11]В термостат встроено средство для улучшенного контроля температуры с упреждением. Предотвращение тепла выделяет небольшое количество дополнительного тепла на чувствительный элемент во время работы нагревательного прибора. Это размыкает нагревательные контакты немного раньше, чтобы температура в помещении не превышала уставку термостата. Механический датчик нагрева обычно регулируется и должен быть настроен на ток, протекающий в цепи управления нагревом, когда система работает. Предохранитель охлаждения выделяет небольшое количество дополнительного тепла на чувствительный элемент, когда охлаждающее устройство не работает. Это приводит к тому, что контакты включают питание охлаждающего оборудования немного раньше, предотвращая чрезмерное повышение температуры помещения. Предохранители охлаждения обычно не регулируются.

В электромеханических термостатах в качестве упреждающих элементов используются элементы сопротивления. Большинство электронных термостатов используют либо термисторные устройства, либо встроенные логические элементы для функции упреждения. В некоторых электронных термостатах датчик термистора может быть расположен на открытом воздухе, обеспечивая переменное ожидание в зависимости от температуры наружного воздуха. Усовершенствования термостата включают отображение наружной температуры, возможность программирования и индикацию неисправностей системы. Хотя такие 24-вольтовые термостаты не могут управлять печью при отключении сетевого питания, большинству таких печей требуется сетевое питание для вентиляторов с подогревом воздуха (а часто также для зажигания с горячей поверхностью или электронного искрового зажигания), что затрудняет работу термостата. При других обстоятельствах, таких как пилотируемая стена и «гравитация»(безвентиляторные) напольные и центральные обогреватели системы низкого напряжения, описанные ранее, могут оставаться работоспособными при отключении электроэнергии.

Стандартов на цветовую кодировку проводки нет, но в соответствии с соглашением используются следующие коды и цвета клемм. [12] [13] Во всех случаях инструкции производителя должны считаться окончательными.

Код терминалаЦветОписание
ркрасный24 вольт (возвратная линия к прибору; часто привязана к Rh и Rc)
RhкрасныйНагреватель 24 В (Нагрев обратного трубопровода)
RcкрасныйОхлаждающая нагрузка 24 В (охлаждение возвратной линии)
CЧерный / синий / коричневый / голубой24 вольт Общее подключение к реле
W / W1белыйВысокая температура
W2Варьируется / Белый / Черный2-я ступень / резервное тепло
Г / Г1ЖелтыйКруто
Y2Синий / оранжевый / фиолетовый / желтый / белый2-й этап охлаждения
граммЗеленыйПоклонник
ОВарьируется / Оранжевый / ЧерныйРеверсивный клапан срабатывает для охлаждения (тепловой насос)
BВарьируется / Синий / Черный / Коричневый / ОранжевыйРеверсивный клапан запитан для нагрева (тепловой насос) или общего
EВарьируется / Синий / Розовый / Серый / КоричневыйАварийный обогрев (тепловой насос)
S1 / S2Коричневый / черный / синийДатчик температуры (обычно на открытом воздухе в системе с тепловым насосом)
ТВарьируется / Коричневый / СерыйСброс внешнего антиципатора, термистор
ИксВарьируется / ЧерныйАварийный обогрев (тепловой насос) или общий
X2Варьируется2-я ступень / аварийный обогрев или световые индикаторы
LВарьируетсяСервисный свет
UВарьируетсяПрограммируется пользователем (обычно для увлажнителя)
KЖелто-зеленыйКомбинированный Y и G

Старые, в основном обесцененные обозначения

Код терминалаОписание
V24 вольт
4 / мТЕПЛОВАЯ нагрузка 24 В
FПоклонник
ЧАСВысокая температура
MКомпрессор теплового насоса
пРазмораживание с тепловым насосом
рРеверсивный клапан теплового насоса
VRДополнительный нагрев 24 В
YВспомогательное тепло
CХолодная или тактовая мощность
ТТрансформатор общий
пустой / 6Не нагревать, чтобы закрыть клапан

Термостаты сетевого напряжения [ править ]

Термостаты сетевого напряжения чаще всего используются для электрических обогревателей, таких как обогреватель плинтуса или электрическая печь с прямым подключением. Если используется термостат с линейным напряжением, питание системы (в США 120 или 240 В) переключается напрямую термостатом. При токе переключения, часто превышающем 40 ампер , использование термостата низкого напряжения в цепи сетевого напряжения приведет, по крайней мере, к выходу из строя термостата и, возможно, к возгоранию. Термостаты линейного напряжения иногда используются в других приложениях, например, для управления фанкойлами (вентилятор питается от сетевого напряжения, проходящего через змеевик, который либо нагревается, либо охлаждается более крупной системой) агрегатов в больших системах с использованием централизованных котлов.и чиллеры , или для управления циркуляционными насосами в системах водяного отопления.

Некоторые программируемые термостаты доступны для управления системами сетевого напряжения. Нагреватели плинтуса особенно выиграют от программируемого термостата, который способен непрерывно регулировать (как, по крайней мере, некоторые модели Honeywell ), эффективно управлять обогревателем, как диммер лампы, и постепенно увеличивать и уменьшать обогрев для обеспечения чрезвычайно постоянной температуры в помещении (непрерывное управление вместо того, чтобы полагаться на усредняющие эффекты гистерезиса). Системы, которые включают вентилятор (электрические печи, настенные обогреватели и т. Д.), Обычно должны использовать простые элементы управления включением / выключением.

Цифровые электронные термостаты [ править ]

См. Также: Программируемый термостат
Цифровой термостат для дома
Термостат с сенсорным экраном модели TX9000TS компании Lux Products .
Lux Products WIN100 Программируемый выходной термостат для нагрева и охлаждения показан с закрытой и открытой дверцей управления.

Новые цифровые термостаты не имеют движущихся частей для измерения температуры и вместо этого полагаются на термисторы или другие полупроводниковые устройства, такие как термометр сопротивления (датчик температуры сопротивления). Обычно для его работы должны быть установлены одна или несколько обычных батарей , хотя некоторые так называемые цифровые термостаты с «похищением энергии» используют обычные цепи переменного тока 24 В в качестве источника питания, но не будут работать с цепями «милливольт» с питанием от термобатарей, используемыми в некоторых печи. Каждый из них имеет ЖК- экран, на котором отображается текущая температура и текущая настройка. У большинства также есть часы, а также настройки времени суток и даже дня недели для температуры, используемые для обеспечения комфорта и экономии энергии . Некоторые продвинутые модели имеют сенсорные экраны или возможность работы с домашней автоматикой или системами автоматизации зданий .

Цифровые термостаты используют либо реле, либо полупроводниковое устройство, такое как симистор, чтобы действовать как переключатель для управления блоком HVAC . Устройства с реле работают в милливольтных системах, но часто издают слышимый щелчок при включении или выключении.

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с возможностью регулирования их мощности можно комбинировать с термостатами, имеющими встроенный ПИД-регулятор, для обеспечения более плавной работы. Существуют также современные термостаты с адаптивными алгоритмами для дальнейшего улучшения работы инерционной системы. Например, установка их таким образом, чтобы температура утром в 7 часов утра должна была составлять 21 ° C (69,8 ° F), гарантирует, что в это время температура будет 21 ° C (69,8 ° F), тогда как обычный термостат просто начал бы работать в то время. Алгоритмы решают, в какое время система должна быть активирована, чтобы достичь желаемой температуры в желаемое время. [14]Другой термостат, используемый для технологического / промышленного управления, где управление ВКЛ / ВЫКЛ не подходит, ПИД-регулирование также может гарантировать, что температура очень стабильна (например, за счет уменьшения выбросов путем точной настройки констант ПИД для заданного значения (SV) [15] или поддержание температуры в диапазоне за счет использования гистерезисного контроля. [16] )

Большинство цифровых термостатов, обычно используемых в жилых домах в Северной Америке и Европе, представляют собой программируемые термостаты , которые, как правило, обеспечивают экономию энергии на 30%, если оставить их программы по умолчанию; изменение этих значений по умолчанию может увеличить или уменьшить экономию энергии. [ необходимая цитата ] В статье о программируемом термостате представлена ​​основная информация о работе, выборе и установке такого термостата.

Термостаты и работа HVAC [ править ]

Последовательности зажигания в современных обычных системах [ править ]

  • Газ
  1. Запустите вытяжной вентилятор / нагнетатель (если печь сравнительно недавно), чтобы создать столб воздуха, поднимающийся вверх по дымоходу.
  2. Тепловой воспламенитель или пусковая система искрового зажигания
  3. Откройте газовый клапан, чтобы зажечь основные горелки.
  4. Подождите (если печь относительно новая), пока теплообменник не достигнет надлежащей рабочей температуры, прежде чем запускать главный вентилятор или циркуляционный насос.
  • Масло
  1. Подобно газу, за исключением того, что вместо открытия клапана, печь запускает масляный насос для впрыска масла в горелку.
  • Электрический
  1. Нагнетательный вентилятор или насос циркуляционного будет запущен, и большое электромеханическое реле или симистор будет включить нагревательные элементы
  • Уголь (включая зерна, такие как кукуруза, пшеница и ячмень, или гранулы из дерева, коры или картона)
  1. Обычно сегодня редко (хотя популярность зерна и пеллет растет); аналогично газу, за исключением того, что вместо открытия клапана печь запускает шнек, чтобы вбивать уголь / зерно / пеллеты в топку

В незонированных (типовых жилых домах, один термостат на весь дом) системах, когда клеммы R (или Rh) и W термостата подключены, печь выполняет процедуру запуска и производит тепло.

В зонированных системах (некоторые жилые, многие коммерческие системы - несколько термостатов, управляющих разными «зонами» в здании), термостат заставляет 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 нагрева / охлаждения [ править ]

В зависимости от того, что контролируется, термостат принудительного кондиционирования воздуха обычно имеет внешний переключатель для нагрева / выключения / охлаждения и другой переключатель включения / авто для постоянного включения нагнетательного вентилятора или только во время нагрева и охлаждения. Четыре провода идут к расположенному в центре термостату от основного блока отопления / охлаждения (обычно расположенного в туалете , подвале или иногда на чердаке ): один провод, обычно красный, подает питание 24 В переменного тока на термостат, а другой три управляющих сигнала питания от термостата, обычно белый для нагрева, желтый для охлаждения и зеленый для включения вентилятора. Питание осуществляется оттрансформатор , и когда термостат устанавливает контакт между источником питания 24 В и одним или двумя другими проводами, реле на блоке нагрева / охлаждения активирует соответствующую функцию нагрева / вентилятора / охлаждения блока (ов).

Термостат, установленный на «охлаждение», включается только тогда, когда температура окружающей среды в окружающей комнате выше установленной температуры. Таким образом, если контролируемое пространство имеет температуру обычно выше желаемой уставки, когда система нагрева / охлаждения выключена, было бы разумно оставить термостат установленным на «охлаждение», несмотря на то, какая температура находится на улице. С другой стороны, если температура в контролируемой зоне опускается ниже желаемой степени, то желательно установить термостат в положение «нагрев».

Регулировка теплового насоса [ править ]

Воспроизвести медиа
Дизайн термостата

Тепловой насос представляет собой устройство на базе холодильного , которое переворачивает поток хладагента между внутренними и наружными катушками. Это делается путем подачи питания на реверсивный клапан.(также известный как «4-ходовой» или «переключающий» клапан). Во время охлаждения внутренний змеевик представляет собой испаритель, отводящий тепло от внутреннего воздуха и передающий его наружному змеевику, где оно отводится наружному воздуху. Во время нагрева наружный змеевик становится испарителем, а тепло отводится от наружного воздуха и передается воздуху в помещении через внутренний змеевик. Реверсивный клапан, управляемый термостатом, вызывает переключение с нагрева на охлаждение. Термостаты для бытовых тепловых насосов обычно имеют клемму «O» для подачи питания на реверсивный клапан при охлаждении. Некоторые бытовые и многие коммерческие термостаты тепловых насосов используют клемму «B» для подачи питания на реверсивный клапан при обогреве. Тепловая мощность теплового насоса уменьшается с понижением температуры наружного воздуха.При некоторой температуре наружного воздуха (называемой точкой баланса) способность холодильной системы передавать тепло в здание падает ниже потребностей здания в отоплении. Типичный тепловой насос оснащен электрическими нагревательными элементами для дополнения тепла охлаждения, когда температура наружного воздуха ниже этой точки баланса. Работа дополнительного источника тепла регулируется нагревательным контактом второй ступени в термостате теплового насоса. Во время нагрева наружный змеевик работает при температуре ниже наружной температуры, и на змеевике может образоваться конденсат. Затем этот конденсат может замерзнуть на змеевике, уменьшив его теплопередающую способность. Таким образом, тепловые насосы предусматривают периодическое размораживание наружного змеевика. Это достигается путем переключения цикла в режим охлаждения, выключения наружного вентилятора,и питание электрических нагревательных элементов. Электроотопление в режиме размораживания необходимо, чтобы система не выдувала холодный воздух внутрь здания. Затем элементы используются в функции «повторного нагрева». Хотя термостат может указывать на то, что система находится в режиме размораживания и включен электрический нагрев, функция размораживания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного нагрева и повторного нагрева, термостат теплового насоса предусматривает использование электрических нагревательных элементов в случае выхода из строя системы охлаждения. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.Электроотопление в режиме размораживания необходимо, чтобы система не выдувала холодный воздух внутрь здания. Затем элементы используются в функции «повторного нагрева». Хотя термостат может указывать на то, что система находится в режиме размораживания и включен электрический нагрев, функция размораживания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного нагрева и повторного нагрева, термостат теплового насоса предусматривает использование электрических нагревательных элементов в случае выхода из строя системы охлаждения. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.Электроотопление в режиме размораживания необходимо, чтобы система не выдувала холодный воздух внутрь здания. Затем элементы используются в функции «повторного нагрева». Хотя термостат может указывать на то, что система находится в режиме размораживания и включен электрический нагрев, функция размораживания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного нагрева и повторного нагрева, термостат теплового насоса предусматривает использование электрических нагревательных элементов в случае выхода из строя системы охлаждения. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.Хотя термостат может указывать на то, что система находится в режиме размораживания и включен электрический нагрев, функция размораживания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного нагрева и повторного нагрева, термостат теплового насоса предусматривает использование электрических нагревательных элементов в случае выхода из строя системы охлаждения. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.Хотя термостат может указывать на то, что система находится в режиме размораживания и включен электрический нагрев, функция размораживания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного нагрева и повторного нагрева, термостат теплового насоса предусматривает использование электрических нагревательных элементов в случае выхода из строя системы охлаждения. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.клемма на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.клемма на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.

Расположение термостата [ править ]

Термостат не должен располагаться на внешней стене или там, где он может подвергаться воздействию прямых солнечных лучей в любое время в течение дня. Он должен быть расположен вдали от вентиляционных или отопительных отверстий или устройств в помещении, но при этом должен быть открыт для общего потока воздуха из комнаты (комнат), которую необходимо регулировать. [17] Открытая прихожая может быть наиболее подходящей для однозонной системы, где гостиные и спальни работают как единая зона. Если коридор может быть закрыт дверями из регулируемых пространств, то их следует оставить открытыми, когда система используется. Если термостат расположен слишком близко к контролируемому источнику, система будет иметь тенденцию «сокращать цикл», и многочисленные пуски и остановки могут раздражать и в некоторых случаях сокращать срок службы оборудования. Многозонная система может сэкономить значительную энергию за счет регулирования отдельных пространств, позволяя неиспользуемым комнатам изменять температуру за счет отключения обогрева и охлаждения.

Пустые термостаты [ править ]

Сообщается, что многие термостаты в офисных зданиях являются нефункциональными фиктивными устройствами, устанавливаемыми для того, чтобы у арендаторов была иллюзия контроля . [18] [19] Эти фиктивные термостаты фактически представляют собой своего рода кнопку плацебо . Однако эти термостаты часто используются для определения температуры в зоне, даже если их элементы управления отключены. Эту функцию часто называют «блокировкой». [20]

См. Также [ править ]

  • Автоматический контроль
  • Двухпозиционное управление
  • OpenTherm

Примечания и ссылки [ править ]

  1. ^ Управление энергетической информации, «Обследование потребления энергии в жилищах», Министерство энергетики США, Вашингтон, округ Колумбия, Tech. Респ., 2001.
  2. ^ Джеймс Э. Брамбо, Основы AudelHVAC: Том 2: Компоненты системы отопления, газовые и масляные горелки и автоматическое управление , John Wiley & Sons, 2004 ISBN  0764542079, стр. 109-119
  3. ^ "Тиери, Геррит. Корнелис Дреббель. Амстердам: HJ Париж, 1932" (PDF) . Проверено 3 мая 2013 года .
  4. ^ «Ранняя история комфортного отопления» . Журнал НОВОСТИ . Трой, Мичиган: BNP Media. 6 ноября 2001 . Проверено 2 ноября 2014 года .
  5. ^ «Производитель термостатов развертывает климат-контроль против изменения климата» . America.gov . Проверено 3 октября 2009 года .
  6. ^ "Johnson Controls Inc. | История" . Johnsoncontrols.com. 7 ноября 2007 . Проверено 3 октября 2009 года .
  7. ^ Фальк, Синтия Г. (2012). Амбары Нью-Йорка: Сельская архитектура Эмпайр-Стейт (мягкая обложка) (Первое издание). Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета (опубликовано 1 мая 2012 г.). ISBN  978-0-8014-7780-5. Проверено 2 ноября 2014 года .
  8. ^ «Dr-Fix-It объясняет общую схему пневматического управления комфортом» . dr-fix-it.com . RTWEB. 2005 . Проверено 2 ноября 2014 года .Архив
  9. ^ Fehring, TH, ed., Машиностроение: век прогресса, NorCENergy Consultants, LLC, 10 октября 1980 г. - Технология и инженерия, стр. 22
  10. ^ http://www.freepatentsonline.com/20090192653.pdf
  11. ^ Электрические потенциалы на уровне 24 В и ниже классифицируются как «безопасное сверхнизкое напряжение» в соответствии с большинством электрических кодов при подаче через изолирующий трансформатор.
  12. ^ Сойер, док. «Цветовая кодировка проводов термостата» . dr-fix-it.com . Проверено 7 марта 2015 года .[1]
  13. ^ Transtronics, Inc. "Сигналы термостата и проводка" . wiki.xtronics.com . Проверено 7 марта 2015 года .
  14. ^ "Технология интеллектуального ответа Honeywell" . manualslib.com . Проверено 10 октября 2018 года .
  15. ^ «Умный ПИД-регулятор температуры» . smartpid.com . Проверено 10 октября 2018 года .
  16. ^ «Регуляторы температуры, использующие гистерезис» . panasonic.com . Проверено 10 октября 2018 года .
  17. ^ KMC Controls. «Размышляя о термостатах» (PDF) . Проверено 22 апреля 2013 года .
  18. ↑ Сандберг, Джаред (15 января 2003 г.). «Сотрудники только думают, что контролируют термостат» . The Wall Street Journal . Проверено 2 сентября 2009 года .
  19. ↑ Катрина С. Арабе (11 апреля 2003 г.). " " Пустышки "Термостаты Cool Down Tempers, Не температуры" . Проверено 13 февраля 2010 года .
  20. ^ Пример таблицы современных термостатов, демонстрирующих функцию блокировки: http://cgproducts.johnsoncontrols.com/MET_PDF/12011079.pdf

Внешние ссылки [ править ]

  • Профессиональное справочное руководство
  • Статья 1951 года "Как термостат заботится о вашей печи", посвященная основам работы с автоматическими термостатами для печей - в этой ссылке есть хорошие чертежи и иллюстрации.
  • Как солнце влияет на термостат (Energy2D: онлайн-моделирование Java)
  • Иллюстрация "Как работают термостатические клапаны на восковых гранулах"
  • "Диаграммы восковых двигателей, т.е." восковые гранулы ""
  • «Анимация биметаллического переключателя»