Термостат


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 .

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

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, 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 объединяет в себе элементы чувствительности и управляющего воздействия управляемой системы, например, в автомобильном термостате.

Слово термостат происходит от греческих слов θερμός thermos , «горячий», и στατός statos , «стоящий, неподвижный».

Термостат осуществляет управление путем включения или выключения нагревательных или охлаждающих устройств или путем регулирования потока 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 окружающим 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 и кондиционеры , кухонное оборудование, такое как печи и холодильники , а также медицинские и научные инкубаторы .

Термостаты используют различные типы датчиков для измерения температуры. В одном из вариантов, механический термостат, биметаллическая полоса в форме 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 нагревательное или охлаждающее оборудование работает на полную мощность, пока не будет достигнута заданная температура, а затем отключается. 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 к целевой системе или от нее, так и способностью целевой системы накапливать 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, пока температура в отделении для пищевых продуктов не достигнет 3 ° C, и будет продолжать работу, 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.

Чтобы повысить комфорт жителей 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]

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:

Затем они могут управлять нагревательным или охлаждающим устройством, используя:

  • Прямое механическое управление
  • Электрические сигналы
  • Пневматические сигналы

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 термостатическую систему 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. В инкубаторах был встроен точный термостат для регулирования температуры, чтобы точно имитировать естественный процесс вылупления яйца. [7]

Это относится только к устройствам, которые распознают и управляют с помощью чисто механических средств.

Биметалл

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, снижая 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 старых автомобилях термостат управляет приложением вакуума двигателя к исполнительным механизмам, которые управляют водяными клапанами и заслонками для направления потока воздуха. В современных транспортных средствах вакуумные приводы могут управляться небольшими соленоидами под управлением центрального компьютера.

Восковая пеллета

Автомобильная промышленность

Термостат двигателя автомобиля

Возможно, наиболее распространенным примером чисто механической технологии термостата, используемой сегодня, является термостат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания , используемый 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 обогревателя. Это предотвращает образование паровых карманов до открытия термостата и позволяет нагревателю работать до того, как термостат откроется. Еще одно преимущество заключается в том, что при выходе из строя термостата через радиатор остается некоторый поток.

Душ и другой контроль горячей воды

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 ° C (120 ° F)).

Анализ

Клапан с приводом от восковой гранулы можно проанализировать, построив график гистерезиса восковой гранулы, который состоит из двух кривых теплового расширения; растяжение (движение) против повышения температуры и сжатие (движение) против снижения температуры. Разброс между кривыми вверх и вниз наглядно иллюстрирует гистерезис клапана; Внутри клапанов с парафиновым приводом всегда есть 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, среди прочего , для защиты от ожогов, защиты от замерзания, продувки при перегреве, солнечной или солнечной энергии , а также в автомобильной и авиакосмической промышленности.

Расширение газа

Термостаты иногда используются для регулирования газовых духовок. 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 уменьшает поток газа к горелке.

Пневматические термостаты

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 активировать нагрев или охлаждение, когда это необходимо. Управляющий воздух обычно поддерживается в «сети» под давлением 15-18 фунтов на  квадратный дюйм (хотя обычно работает до 20 фунтов на квадратный дюйм). Пневматические термостаты обычно обеспечивают выходное / ответвление / пост-ограничитель (для однотрубной работы) давление 3-15 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 повышения температуры и сжатие (движение) против снижения температуры. Разброс между кривыми вверх и вниз наглядно иллюстрирует гистерезис клапана ; В технологиях 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.

Биметаллические переключающие термостаты

Биметаллический термостат для зданий.

Системы центрального отопления на водяной и паровой основе традиционно контролировались настенными биметаллическими ленточными термостатами. Они измеряют температуру воздуха, используя дифференциальное расширение двух металлов, чтобы активировать переключатель включения / выключения. [11] Обычно центральная система включается, когда температура падает ниже уставки на термостате, и выключается, когда она поднимается выше, с гистерезисом в несколько градусов, чтобы предотвратить чрезмерное переключение. 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

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

  • «НЕТ» 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 становится достаточно холодным.
  • «NC» означает «нормально замкнутый». 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

Механизм милливольтного термостата

На рисунке показан вид изнутри обычного двухпроводного бытового термостата, работающего только на нагревание, который используется для регулирования газового обогревателя с помощью электрического газового клапана. Подобные механизмы также могут 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 разнообразия возможных напряжений и токов, доступных на термостате, следует соблюдать осторожность при выборе устройства для замены.

  1. Рычаг управления уставкой . Это смещено 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. Гибкая проволока. Левая сторона подключена одним проводом из пары к регулирующему клапану отопителя.
  4. Подвижный контакт прикреплен к биметаллической катушке. Оттуда к контроллеру отопителя.
  5. Винт с фиксированным контактом. Это регулируется производителем . Он электрически соединен вторым проводом пары с термопарой и газовым клапаном нагревателя с электрическим управлением.
  6. Магнит . Это обеспечивает хороший контакт при замыкании контакта. Он также обеспечивает гистерезис для предотвращения коротких циклов нагрева, поскольку 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 высокой и неизменно токсичной природы 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

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 расточить 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 делает ненужным подключение специальной электрической цепи к водонагревателю или печи; эти системы часто полностью автономны и могут работать без внешнего источника электроэнергии. 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 «милливольтные» или «двухпроводные» режимы - будут управлять этими системами.

Термостаты 24 вольт

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. [12] В термостат встроено средство для улучшенного контроля температуры с опережением. Предохранитель 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. В большинстве электронных термостатов для функции упреждения используются либо термисторные устройства, либо встроенные логические элементы. В некоторых электронных термостатах устройство предупреждения о термисторе может быть расположено на открытом воздухе, обеспечивая переменное ожидание в зависимости от температуры наружного воздуха. Усовершенствования термостата включают отображение наружной температуры, возможность программирования и индикацию неисправности 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. В других обстоятельствах, таких как пилотируемая стена и «гравитационный» (безвентиляторный) пол и центральные обогреватели, низковольтная система, описанная ранее, может оставаться работоспособной при отсутствии электроэнергии.

Стандартов на цветовую кодировку проводки не существует, но в соответствии с соглашением используются следующие коды и цвета клемм. [13] [14] Во всех случаях инструкции производителя должны считаться окончательными.

Старые, в основном обесцененные обозначения

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 с линейным напряжением, питание системы (в США 120 или 240 вольт) переключается напрямую с помощью термостата. 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 сетевого 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 централизованными бойлерами и охладителями. , 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, чтобы обеспечить чрезвычайно постоянную температуру 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.

Цифровой термостат для дома
Термостат с сенсорным экраном Lux Products , модель TX9000TS.
Lux Products WIN100 Программируемый выходной термостат для обогрева 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. У каждого есть ЖК- экран, показывающий текущую температуру и текущую настройку. В большинстве из них также есть часы и настройки времени и даже дня недели для температуры, которые используются 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 реле или полупроводниковое устройство, такое как симистор, в качестве переключателя для управления блоком HVAC . Устройства с реле работают с милливольтными системами, 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 поведения инерционной системы. Например, настройка их таким образом, чтобы утром в 7 часов утра была 21 ° C (69,8 ° F), гарантирует, что в это время температура будет 21 ° C (69,8 ° F), в то время 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. [15] Другой термостат, используемый для технологического / промышленного управления, где двухпозиционное управление не подходит. ПИД-регулирование также может обеспечить очень стабильную температуру (например, за счет уменьшения выбросов путем точной настройки констант ПИД-регулятора для заданного значения (SV). [16] или поддержание температуры в диапазоне за счет использования гистерезисного управления. [17] )

Большинство цифровых термостатов, широко 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. [18] В статье о программируемом термостате представлена ​​основная информация по эксплуатации, выбору и установке такого термостата.

Последовательности зажигания в современных обычных системах

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
Подобно газу, за исключением того, что вместо открытия клапана, печь запускает масляный насос для впрыска масла в горелку.
Электрический
Нагнетательный вентилятор или насос циркуляционного будет запущен, и большое электромеханическое реле или симистор будет включить нагревательные элементы
Уголь, зерно или окатыши
Как правило, сегодня они встречаются редко (хотя такие зерна, как кукуруза, пшеница и ячмень, или гранулы из дерева, коры или картона, становятся все более популярными); 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 вырабатывает тепло.

В зонированных системах (некоторые жилые, многие коммерческие системы - несколько термостатов, управляющих разными «зонами» 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 нагрева / охлаждения

В зависимости от того, что регулируется, 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 нагрева / 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 от термостата, обычно белый для нагрева, желтый для охлаждения и зеленый для включения вентилятора. Питание подается от трансформатора , 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 ( с).

Когда термостат установлен на «охлаждение», он 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 контролируемой зоны опускается ниже желаемого градуса, то желательно установить термостат в положение «нагрев».

Регулировка теплового насоса

"> Воспроизвести медиа
Дизайн термостата

Тепловой насос представляет собой устройство на базе холодильного , которое переворачивает поток хладагента между внутренними и наружными катушками. Это осуществляется путем включения реверсивного клапана (также известного 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 удаляется из 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 температуры наружного воздуха, и на змеевике может образоваться конденсат. Этот конденсат может затем 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 включения 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 активирован 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 холодильной системы. Эта функция обычно активируется клеммой «E» на термостате. При аварийном обогреве термостат не пытается управлять компрессором или наружным вентилятором.

Расположение термостата

Термостат не следует размещать 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. [19] Открытый коридор может быть наиболее подходящим для системы с одной зоной, где гостиные и спальни работают как одна зона. Если коридор может быть закрыт дверями из регулируемых помещений, то их следует оставить открытыми во время использования системы. Если термостат находится слишком близко к источнику, управляемому источником, 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 отопления и охлаждения.

Фиктивные термостаты

Сообщается, что многие термостаты в офисных зданиях являются нефункциональными фиктивными устройствами, устанавливаемыми для того, чтобы дать сотрудникам арендаторов иллюзию контроля . [20] [21] 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». [22]

  • Автоматическое управление
  • Двухпозиционное управление
  • OpenTherm

  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 Paris, 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 внедряет 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 изд.). 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, изд Машиностроение: Век прогресса, NorCENergy Consultants, LLC, 10 октября 1980 г. - технологии и инженерии, с. 22
  10. ^ http://www.freepatentsonline.com/20090192653.pdf
  11. ^ Салазар, Диета (21 октября 2019 г.). «Термостаты: все, что вам нужно знать» . Инженер-склад . Проверено 12 марта 2021 года .
  12. ^ Электрические потенциалы на уровне 24 В и ниже классифицируются как «безопасное сверхнизкое напряжение» в соответствии с большинством электрических кодов при подаче через изолирующий трансформатор.
  13. ^ Сойер, док. «Цветовая кодировка проводов термостата» . dr-fix-it.com . Проверено 7 марта 2015 года .[1]
  14. ^ Transtronics, Inc. "Сигналы термостата и проводка" . wiki.xtronics.com . Проверено 7 марта 2015 года .
  15. ^ «Технология интеллектуального реагирования Honeywell» . manualslib.com . Проверено 10 октября 2018 года .
  16. ^ «Умный ПИД-регулятор температуры» . smartpid.com . Проверено 10 октября 2018 года .
  17. ^ «Регуляторы температуры, использующие гистерезис» . panasonic.com . Проверено 10 октября 2018 года .
  18. ^ «Краткое изложение результатов исследований рынка программируемых термостатов» (PDF) . Energy Star . Проверено 12 марта 2021 года .
  19. ^ KMC Controls. «Комнатный датчик и термостат: руководство по установке и обслуживанию» (PDF) . Проверено 12 апреля 2021 года .
  20. ^ Сандберг, Джаред (15 января 2003 г.). «Сотрудники только думают, что контролируют термостат» . The Wall Street Journal . Проверено 2 сентября 2009 года .
  21. ^ Катрина С. Арабе (11 апреля 2003 г.). " " Пустышки "Термостаты Cool Down Tempers, Не температуры" . Проверено 13 февраля 2010 года .
  22. ^ Пример таблицы современных термостатов, демонстрирующих функцию блокировки: http://cgproducts.johnsoncontrols.com/MET_PDF/12011079.pdf

  • Профессиональное справочное руководство
  • Статья 1951 года "Как термостат заботится о вашей печи" об основах работы с автоматическими термостатами для печей - в этом справочнике 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, то есть« восковых гранул »»
  • «Анимация биметаллического переключателя»