stringtranslate.com

Термостат

Термостат PECO T8532 с программируемым на 365 дней календарем
Термостат модели T87 «The Round» компании Honeywell , один из которых находится в коллекции Смитсоновского института .
Следующее поколение Lux Products TX9600TS — универсальный 7-дневный программируемый термостат с сенсорным экраном.
Электронный термостат Honeywell в розничном магазине

Термостат — это регулирующий компонент устройства, который измеряет температуру физической системы и выполняет действия таким образом, чтобы температура системы поддерживалась вблизи желаемого заданного значения .

Термостаты используются в любом устройстве или системе, которая нагревает или охлаждает до заданной температуры. Примерами являются отопление зданий , центральное отопление , кондиционеры , системы HVAC , водонагреватели , а также кухонное оборудование, включая печи и холодильники , а также медицинские и научные инкубаторы . В научной литературе эти устройства часто в целом классифицируются как термостатически контролируемые нагрузки (TCL). Термостатически контролируемые нагрузки составляют примерно 50% от общего спроса на электроэнергию в Соединенных Штатах. [1]

Термостат работает как устройство управления «замкнутого контура» , поскольку он стремится уменьшить погрешность между желаемой и измеренной температурами. Иногда термостат сочетает в себе как элементы измерения, так и элементы управления контролируемой системы, например, в автомобильном термостате. Слово термостат происходит от греческих слов θερμός thermos , «горячий» и στατός statos , «стоячий, неподвижный».

Обзор

Термостат осуществляет управление, включая или выключая нагревательные или охлаждающие устройства, или регулируя поток теплоносителя по мере необходимости, чтобы поддерживать правильную температуру. Термостат часто может быть основным блоком управления для системы отопления или охлаждения, в приложениях от контроля окружающего воздуха до контроля автомобильной охлаждающей жидкости. Термостаты используются в любом устройстве или системе, которые нагревают или охлаждают до заданной температуры. Примерами являются отопление зданий , центральное отопление и кондиционеры , кухонное оборудование, такое как печи и холодильники , а также медицинские и научные инкубаторы .

Строительство и контроль

Термостаты используют различные типы датчиков для измерения температуры и приведения в действие операций управления. Механические термостаты обычно используют биметаллические полосы , преобразуя изменение температуры в механическое смещение, для приведения в действие управления источниками нагрева или охлаждения. Электронные термостаты, вместо этого, используют термистор или другой полупроводниковый датчик, обрабатывающий изменение температуры как электронные сигналы, для управления оборудованием нагрева или охлаждения.

Обычные термостаты являются примером « контроллеров bang-bang », поскольку контролируемая система либо работает на полную мощность после достижения заданного значения, либо остается полностью выключенной. Хотя это самая простая программа для реализации, такой метод управления требует включения некоторого гистерезиса , чтобы предотвратить чрезмерно быструю цикличность оборудования вокруг заданного значения. Как следствие, обычные термостаты не могут контролировать температуру очень точно. Вместо этого возникают колебания определенной величины, обычно 1-2 °C. [2] Такое управление в целом неточно, неэффективно и имеет высокий уровень механического износа, но для таких компонентов, как компрессоры, оно все еще имеет значительное преимущество в стоимости по сравнению с более совершенными, позволяющими непрерывно изменять производительность. [3]

Другим соображением является задержка времени контролируемой системы. Для улучшения эффективности управления системой термостаты могут включать «упреждающее устройство», которое останавливает нагрев/охлаждение немного раньше, чем достигается заданное значение, поскольку система будет продолжать вырабатывать тепло в течение короткого времени. [4] Выключение точно по заданному значению приведет к тому, что фактическая температура превысит желаемый диапазон, известный как « перерегулирование ». Биметаллические датчики могут включать физическое «упреждающее устройство», которое имеет тонкую проволоку, касающуюся термостата. Когда ток проходит по проводу, небольшое количество тепла генерируется и передается биметаллической катушке. Электронные термостаты имеют электронный эквивалент. [5]

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

Типы датчиков

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

К наиболее распространенным сенсорным технологиям, используемым сегодня, относятся:

Затем они могут управлять нагревательным или охлаждающим оборудованием с помощью:

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 инкубатора для цыплят. [6] Это одно из первых зарегистрированных устройств с обратной связью .

Современный термостатический контроль был разработан в 1830-х годах Эндрю Юром (1778–1857), шотландским химиком. Текстильные фабрики того времени нуждались в постоянной и устойчивой температуре для оптимальной работы, поэтому Юр спроектировал биметаллический термостат, который изгибался, когда один из металлов расширялся в ответ на повышенную температуру, и отключал подачу энергии. [7]

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. [8] [9] 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 птиц. Чарльз Херсон, британский инженер, спроектировал первый современный инкубатор для яиц, который был принят для использования на птицеводческих фермах в 1879 году. [10]

Механические термостаты

Это касается только устройств, которые и считывают, и управляют с помощью чисто механических средств.

Биметаллический

Системы центрального отопления на основе воды и пара традиционно контролировались биметаллическими полосковыми термостатами, и это рассматривается далее в этой статье. Чисто механический контроль осуществлялся локализованными паровыми или водяными радиаторными биметаллическими термостатами, которые регулировали индивидуальный поток. Однако в настоящее время широко используются термостатические радиаторные клапаны (ТРВ).

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

Некоторые системы отопления пассажирских автомобилей имеют термостатически управляемый клапан для регулирования расхода воды и температуры до регулируемого уровня. В старых автомобилях термостат управляет применением вакуума двигателя к приводам, которые управляют водяными клапанами и заслонками для направления потока воздуха. В современных автомобилях вакуумные приводы могут управляться небольшими соленоидами под управлением центрального компьютера.

Восковая гранула

Автомобильный

Термостат двигателя автомобиля

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

На многих автомобильных двигателях, включая все продукты Chrysler Group и General Motors, термостат не ограничивает поток к радиатору отопителя. Бак радиатора со стороны пассажира используется в качестве обходного пути к термостату, протекая через радиатор отопителя. Это предотвращает образование паровых карманов до открытия термостата и позволяет отопителю работать до открытия термостата. Еще одним преимуществом является то, что в случае выхода термостата из строя все еще остается поток через радиатор.

Управление душем и другими системами горячего водоснабжения

Термостатический смесительный клапан использует восковую таблетку для управления смешиванием горячей и холодной воды. Распространенное применение — обеспечение работы электрического водонагревателя при температуре, достаточно высокой для уничтожения бактерий Legionella (выше 60 °C, 140 °F), в то время как на выходе клапана получается вода, достаточно холодная, чтобы не обжечься (49 °C, 120 °F).

Анализ

Клапан с восковыми гранулами можно проанализировать, построив график гистерезиса восковых гранул , который состоит из двух кривых теплового расширения: расширение (движение) против повышения температуры и сжатие (движение) против понижения температуры. Разброс между кривыми вверх и вниз наглядно иллюстрирует гистерезис клапана; в клапанах с восковыми гранулами всегда есть гистерезис из-за фазового перехода или изменения фазы между твердыми телами и жидкостями. Гистерезис можно контролировать с помощью специализированных смешанных смесей углеводородов; жесткий гистерезис — это то, что нужно большинству, однако в некоторых приложениях требуются более широкие диапазоны. Клапаны с восковыми гранулами используются в системах защиты от ожогов, защиты от замерзания, продувки при перегреве, солнечной тепловой энергии или солнечной тепловой энергии, автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также во многих других областях.

Расширение газа

Термостаты иногда используются для регулирования газовых духовок. Он состоит из наполненной газом колбы, соединенной с блоком управления тонкой медной трубкой. Колба обычно расположена в верхней части духовки. Трубка заканчивается камерой, герметизированной диафрагмой. По мере нагрева термостата газ расширяется, оказывая давление на диафрагму, что уменьшает поток газа к горелке.

Пневматические термостаты

Пневматический термостат — это термостат, который управляет системой отопления или охлаждения через ряд заполненных воздухом контрольных трубок. Эта система «контрольного воздуха» реагирует на изменения давления (из-за температуры) в контрольной трубке, чтобы активировать нагрев или охлаждение, когда это необходимо. Контрольный воздух обычно поддерживается в «магистрали» на уровне 15-18  фунтов на квадратный дюйм (хотя обычно работает до 20 фунтов на квадратный дюйм). Пневматические термостаты обычно обеспечивают выходное/ответвление/послеограничительное (для однотрубной работы) давление 3-15 фунтов на квадратный дюйм, которое подается на конечное устройство (клапан/привод заслонки/пневмоэлектрический переключатель и т. д.). [11]

Пневматический термостат был изобретен Уорреном Джонсоном в 1895 году [12] вскоре после изобретения им электрического термостата. В 2009 году Гарри Сим получил патент на пневматическо-цифровой интерфейс [13] , который позволяет интегрировать пневматически управляемые здания с системами автоматизации зданий, обеспечивая те же преимущества, что и прямое цифровое управление (DDC).

Электрические и аналоговые электронные термостаты

Биметаллические переключающие термостаты

Биметаллический термостат для зданий.

Системы центрального отопления на основе воды и пара традиционно имели общее управление с помощью настенных биметаллических полосовых термостатов. Они измеряют температуру воздуха, используя дифференциальное расширение двух металлов для приведения в действие переключателя вкл/выкл. [14] Обычно центральная система включается, когда температура падает ниже заданного значения на термостате, и выключается, когда она поднимается выше, с несколькими градусами гистерезиса для предотвращения чрезмерного переключения. Биметаллическое измерение теперь заменяется электронными датчиками . Основное применение биметаллического термостата сегодня - в индивидуальных электрических конвекционных обогревателях, где управление включается/выключается на основе локальной температуры воздуха и заданного значения, желаемого пользователем. Они также используются в кондиционерах, где требуется локальное управление.

Номенклатура конфигурации контактов

Это соответствует той же номенклатуре, что описана в Реле § Терминология и Переключатель § Терминология контактов . Термостат считается активированным тепловой энергией, поэтому «нормальное» состояние относится к состоянию, в котором температура ниже заданного значения.

Любая начальная цифра обозначает количество контактных групп, например, «1NO», «1NC» для одной контактной группы с двумя клеммами. «1CO» также будет иметь одну контактную группу, даже если это переключатель с тремя клеммами.

Простые двухпроводные термостаты

Механизм термостата милливольт

На иллюстрации показана внутренняя часть обычного двухпроводного бытового термостата, работающего только на нагрев, который используется для регулирования газового обогревателя с помощью электрического газового клапана. Аналогичные механизмы могут также использоваться для управления масляными печами, котлами, зонными клапанами бойлера , электрическими чердачными вентиляторами, электрическими печами, электрическими плинтусными обогревателями и бытовыми приборами, такими как холодильники, кофейники и фены. Питание через термостат обеспечивается нагревательным устройством и может варьироваться от милливольт до 240 вольт в обычной североамериканской конструкции и используется для управления системой отопления либо напрямую (электрические плинтусные обогреватели и некоторые электрические печи), либо косвенно (все газовые, масляные и принудительно нагреваемые системы). Из-за разнообразия возможных напряжений и токов , доступных на термостате, необходимо проявлять осторожность при выборе устройства для замены.

  1. Рычаг управления уставкой . Он перемещается вправо для более высокой температуры. Круглый штифт индикатора в центре второго слота виден через пронумерованный слот во внешнем корпусе.
  2. Биметаллическая полоса , свернутая в катушку. Центр катушки прикреплен к вращающемуся штырю, прикрепленному к рычагу (1). По мере охлаждения катушки подвижный конец — несущий (4) — движется по часовой стрелке .
  3. Гибкий провод. Левая сторона подключена через один провод из пары к клапану управления отопителем.
  4. Подвижный контакт, прикрепленный к биметаллической катушке. Оттуда к контроллеру нагревателя.
  5. Винт фиксированного контакта. Регулируется производителем . Электрически подключается вторым проводом пары к термопаре и газовому клапану нагревателя с электрическим приводом.
  6. Магнит . Это обеспечивает хороший контакт при замыкании контакта. Он также обеспечивает гистерезис для предотвращения коротких циклов нагрева, так как температура должна быть повышена на несколько градусов, прежде чем контакты разомкнутся. В качестве альтернативы некоторые термостаты вместо этого используют ртутный переключатель на конце биметаллической катушки. Вес ртути на конце катушки имеет тенденцию удерживать ее там, также предотвращая короткие циклы нагрева. Однако этот тип термостатов запрещен во многих странах из-за его высокой и постоянной 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.

Милливольтные термостаты

Как показано выше при использовании термостата, вся мощность для системы управления обеспечивается термобатареей , которая представляет собой комбинацию множества сложенных термопар, нагреваемых запальной лампой. Термобатарея вырабатывает достаточно электроэнергии для управления маломощным газовым клапаном, который под управлением одного или нескольких переключателей термостата, в свою очередь, контролирует подачу топлива в горелку.

Этот тип устройств обычно считается устаревшим, поскольку запальники могут тратить удивительно много газа (точно так же, как капающий кран может тратить большое количество воды в течение длительного периода), и также больше не используются на плитах, но все еще встречаются во многих газовых водонагревателях и газовых каминах. Их низкая эффективность приемлема в водонагревателях, поскольку большая часть энергии, «тратящейся» на запальник, по-прежнему представляет собой прямой прирост тепла для водяного бака. Система Millivolt также делает ненужным проведение специальной электрической цепи к водонагревателю или печи; эти системы часто полностью автономны и могут работать без внешнего источника электропитания. Для водонагревателей «по требованию» без бака запальник предпочтительнее, поскольку он быстрее, чем зажигание горячей поверхностью, и надежнее, чем искровое зажигание.

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

24-вольтовые термостаты

Большинство современных термостатов для отопления/охлаждения/тепловых насосов работают на низковольтных (обычно 24 В переменного тока ) цепях управления. Источником питания переменного тока 24 В является управляющий трансформатор, установленный как часть оборудования для отопления/охлаждения. Преимущество системы управления низким напряжением заключается в возможности управлять несколькими электромеханическими коммутационными устройствами, такими как реле , контакторы и секвенсоры, используя изначально безопасные уровни напряжения и тока. [15] В термостат встроено положение для улучшенного контроля температуры с использованием упреждения. Тепловой упреждающий датчик генерирует небольшое количество дополнительного тепла для чувствительного элемента во время работы отопительного прибора. Это размыкает нагревательные контакты немного раньше, чтобы предотвратить значительное превышение температурой пространства настройки термостата. Механический тепловой упреждающий датчик, как правило, регулируется и должен быть настроен на ток, протекающий в цепи управления отоплением, когда система работает. Охлаждающий упреждающий датчик генерирует небольшое количество дополнительного тепла для чувствительного элемента, когда охлаждающий прибор не работает. Это приводит к тому, что контакты включают охлаждающее оборудование немного раньше, предотвращая чрезмерное повышение температуры в помещении. Охлаждающие устройства обычно нерегулируемые.

Электромеханические термостаты используют резистивные элементы в качестве упреждающих устройств. Большинство электронных термостатов используют либо термисторные устройства, либо интегрированные логические элементы для функции упреждения. В некоторых электронных термостатах термисторный упреждающий элемент может располагаться снаружи, обеспечивая переменное упреждение в зависимости от наружной температуры. Улучшения термостата включают отображение наружной температуры, программируемость и индикацию неисправностей системы. Хотя такие 24-вольтовые термостаты не способны управлять печью при отключении сетевого питания, большинству таких печей требуется сетевое питание для вентиляторов с подогревом воздуха (а часто также зажигание с горячей поверхностью или электроискровое зажигание), что делает функциональность термостата спорной. В других обстоятельствах, таких как управляемые настенные и «гравитационные» (безвентиляторные) напольные и центральные обогреватели, низковольтная система, описанная ранее, может оставаться функциональной при отсутствии электропитания.

Стандартов на цветовую кодировку проводов не существует, но общепринятыми являются следующие коды и цвета клемм. [16] [17] Во всех случаях инструкции производителя следует считать окончательными.

Старые, в основном устаревшие обозначения:

Термостаты с линейным напряжением

Термостаты линейного напряжения чаще всего используются для электрических обогревателей, таких как плинтусный обогреватель или электрическая печь с прямым подключением. Если используется термостат линейного напряжения, системное питание (в Соединенных Штатах 120 или 240 вольт) напрямую переключается термостатом. При токе переключения, часто превышающем 40 ампер , использование термостата низкого напряжения в цепи линейного напряжения приведет как минимум к выходу термостата из строя и, возможно, к пожару. Термостаты линейного напряжения иногда используются в других приложениях, таких как управление фанкойлами (вентилятор, работающий от линейного напряжения, продувающий змеевик трубы, который либо нагревается, либо охлаждается более крупной системой) в больших системах, использующих централизованные котлы и охладители , или для управления циркуляционными насосами в системах жидкостного отопления.

Некоторые программируемые термостаты доступны для управления системами линейного напряжения. Плинтусные обогреватели особенно выиграют от программируемого термостата, который способен к непрерывному управлению (как, по крайней мере, некоторые модели Honeywell ), эффективно управляя обогревателем как диммером лампы, и постепенно увеличивая и уменьшая нагрев для обеспечения чрезвычайно постоянной температуры в помещении (непрерывное управление, а не полагаясь на усредняющие эффекты гистерезиса). Системы, включающие вентилятор (электрические печи, настенные обогреватели и т. д.), обычно должны использовать простые элементы управления включением/выключением.

Цифровые электронные термостаты

Цифровой термостат для жилых помещений
Термостат с сенсорным экраном модели TX9000TS от Lux Products .
Программируемый термостат на выходе для отопления и охлаждения Lux Products WIN100 показан с закрытой и открытой дверцей управления.

Более новые цифровые термостаты не имеют подвижных частей для измерения температуры и вместо этого полагаются на термисторы или другие полупроводниковые приборы, такие как термометр сопротивления (резистивный датчик температуры). Обычно для его работы необходимо установить одну или несколько обычных батареек , хотя некоторые так называемые цифровые термостаты «Power krading» (работающие для сбора энергии ) используют обычные 24-вольтовые цепи переменного тока в качестве источника питания, но не будут работать от «милливольтовых» цепей с термобатареями, используемых в некоторых печах. Каждый из них имеет ЖК- экран, показывающий текущую температуру и текущую настройку. Большинство также имеют часы , а также настройки времени суток и даже дня недели для температуры, используемые для комфорта и экономии энергии . Некоторые продвинутые модели имеют сенсорные экраны или возможность работать с системами домашней автоматизации или автоматизации зданий .

Цифровые термостаты используют либо реле, либо полупроводниковое устройство , например, симистор , чтобы действовать как переключатель для управления блоком HVAC . Блоки с реле будут управлять милливольтными системами, но часто издают слышимый «щелчок» при включении или выключении.

Системы HVAC с возможностью модуляции их выходного сигнала могут быть объединены с термостатами, имеющими встроенный ПИД-регулятор, для достижения более плавной работы. Существуют также современные термостаты с адаптивными алгоритмами для дальнейшего улучшения поведения системы, склонной к инерции. Например, настройка их таким образом, чтобы температура утром в 7 утра была 21 °C (69,8 °F), гарантирует, что в это время температура будет 21 °C (69,8 °F), тогда как обычный термостат просто начнет работать в это время. Алгоритмы решают, в какое время система должна быть активирована, чтобы достичь желаемой температуры в желаемое время. [18] Другие термостаты, используемые для управления процессами/промышленными процессами, где управление включением/выключением не подходит, ПИД-управление также может гарантировать, что температура будет очень стабильной (например, путем уменьшения перерегулирования путем точной настройки констант ПИД для заданного значения (SV) [19] или поддержания температуры в диапазоне путем развертывания гистерезисного управления. [20] )

Большинство цифровых термостатов, используемых в жилых помещениях Северной Америки и Европы, являются программируемыми термостатами , которые, как правило, обеспечивают экономию энергии на 30 %, если оставить их с программами по умолчанию; корректировка этих настроек по умолчанию может увеличить или уменьшить экономию энергии. [21] Статья о программируемом термостате содержит основную информацию о работе, выборе и установке такого термостата.

Термостаты и работа систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Последовательности зажигания в современных традиционных системах

Газ
  1. Включите вентилятор/воздуходувку (если печь относительно новая), чтобы создать столб воздуха, поднимающийся по дымоходу.
  2. Тепловой воспламенитель или система зажигания с искрой запуска
  3. Откройте газовый кран, 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, который впрыскивает масло в горелку.
Электрический
Включится вентилятор или циркуляционный насос, а большое электромеханическое реле или симистор включит нагревательные элементы.
Уголь, зерно или пеллеты
Сегодня встречается редко (хотя зерновые, такие как кукуруза, пшеница и ячмень, или гранулы из древесины, коры или картона становятся все более популярными); похоже на газ, за ​​исключением того, что вместо открытия клапана печь запускает винт, который подает уголь/зерно/пеллеты в топку.

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

В зонированных системах (некоторые жилые, многие коммерческие системы — несколько термостатов, контролирующих разные «зоны» в здании) термостат заставляет небольшие электродвигатели открывать клапаны или заслонки и включать 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 нагрева/выключения/охлаждения и еще один переключатель включения/авто для постоянного включения вентилятора или только при работе нагрева и охлаждения. Четыре провода подходят к центральному термостату от основного блока нагрева/охлаждения (обычно расположенного в шкафу , подвале или иногда на чердаке ): один провод, обычно красный, подает питание переменного тока 24 В на термостат, в то время как другие три подают управляющие сигналы от термостата, обычно белый для нагрева, желтый для охлаждения и зеленый для включения вентилятора. Питание подается трансформатором , и когда термостат замыкает контакт между питанием 24 В и одним или двумя другими проводами, реле на блоке нагрева/охлаждения активирует соответствующую функцию нагрева/вентиляции/охлаждения блока(ов).

Термостат, установленный на «холод», включится только тогда, когда температура окружающей среды в помещении превысит заданную температуру. Таким образом, если в контролируемом помещении температура обычно выше желаемой настройки при выключенной системе отопления/охлаждения, было бы разумно оставить термостат установленным на «холод», независимо от того, какая температура снаружи. С другой стороны, если температура в контролируемой зоне падает ниже желаемого градуса, то целесообразно перевести термостат в режим «тепло».

Регулировка теплового насоса

Конструкция термостата

Тепловой насос — это холодильное устройство, которое меняет направление потока хладагента между внутренним и наружным змеевиками. Это делается путем включения реверсивного клапана (также известного как «4-ходовой» или «переключающий» клапан). Во время охлаждения внутренний змеевик является испарителем, отводящим тепло из внутреннего воздуха и передающим его наружному змеевику, где оно отводится наружному воздуху. Во время нагрева наружный змеевик становится испарителем, и тепло отводится из наружного воздуха и передается внутреннему воздуху через внутренний змеевик. Реверсивный клапан, управляемый термостатом, вызывает переключение с нагрева на охлаждение. Бытовые термостаты тепловых насосов обычно имеют клемму «O» для включения реверсивного клапана при охлаждении. Некоторые бытовые и многие коммерческие термостаты тепловых насосов используют клемму «B» для включения реверсивного клапана при отоплении. Теплопроизводительность теплового насоса уменьшается по мере снижения наружной температуры. При некоторой температуре наружного воздуха (называемой точкой баланса) способность системы охлаждения передавать тепло в здание падает ниже потребностей в отоплении здания. 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 нагрева наружный змеевик работает при температуре ниже температуры наружного воздуха, и на змеевике может образовываться конденсат. Этот конденсат затем может замерзнуть на змеевике, снижая его теплопередающую способность. Поэтому тепловые насосы имеют возможность периодического размораживания наружного змеевика. Это делается путем изменения цикла на режим охлаждения, отключения наружного вентилятора и включения электрических нагревательных элементов. Электрический нагрев в режиме размораживания необходим для того, чтобы система не дула холодным воздухом внутрь здания. Затем элементы используются в функции «повторного нагрева». Хотя термостат может показывать, что система находится в режиме размораживания, и электрический нагрев активирован, функция размораживания не контролируется термостатом. Поскольку тепловой насос имеет электрические нагревательные элементы для дополнительного и повторного нагрева, термостат теплового насоса обеспечивает использование электрических нагревательных элементов в случае отказа системы охлаждения. Эта функция обычно активируется клеммой "E" на термостате. При аварийном нагреве термостат не пытается запустить компрессор или наружный вентилятор.

Расположение термостата

Термостат не должен располагаться на внешней стене или там, где он может подвергаться воздействию прямых солнечных лучей в любое время дня. Он должен располагаться вдали от вентиляционных отверстий или устройств охлаждения или отопления помещения, но при этом подвергаться воздействию общего воздушного потока из помещения(й), которое должно регулироваться. [22] Открытый коридор может быть наиболее подходящим для однозонной системы, где гостиные и спальни работают как одна зона. Если коридор может быть закрыт дверями из регулируемых помещений, то их следует оставлять открытыми, когда система используется. Если термостат находится слишком близко к источнику управления, то система будет иметь тенденцию «замыкать цикл», а многочисленные запуски и остановки могут раздражать и в некоторых случаях сокращать срок службы оборудования. Многозонная система может значительно экономить энергию, регулируя отдельные помещения, позволяя неиспользуемым комнатам изменять температуру, отключая отопление и охлаждение.

Пониженная температура

Системы HVAC требуют много времени, обычно от одного до нескольких часов, чтобы охладить или нагреть пространство от близких к наружным условий летом или зимой. Таким образом, обычной практикой является установка пониженных температур, когда пространство не занято (ночью и/или в праздничные дни). С одной стороны, по сравнению с поддержанием на исходном заданном значении можно сэкономить значительное потребление энергии. [23] С другой стороны, по сравнению с полным отключением системы, это позволяет избежать слишком большого отклонения температуры в помещении от зоны комфорта, тем самым сокращая время возможного дискомфорта, когда пространство снова будет занято. Новые термостаты в основном программируются и включают в себя внутренние часы, которые позволяют легко включить эту функцию понижения.

Фиктивные термостаты

Сообщалось, что многие термостаты в офисных зданиях являются нефункциональными фиктивными устройствами, установленными для того, чтобы дать сотрудникам арендаторов иллюзию контроля . [24] [25] 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». [26]

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Управление энергетической информации, Обследование потребления энергии в жилых домах, Министерство энергетики США, Вашингтон, округ Колумбия, Технический отчет, 2001.
  2. ^ thermostathub (26 июня 2023 г.). "Простое отопление дома: начните работу с беспроводным термостатом Danfoss". Thermostat Hub . Получено 23 октября 2023 г.
  3. ^ Homod, Raad Z.; Gaeid, Khalaf S.; Dawood, Suroor M.; Hatami, Alireza; Sahari, Khairul S. (август 2020 г.). «Оценка потенциала энергосбережения для оптимального времени реагирования системы управления HVAC в интеллектуальных зданиях». Applied Energy . 271 : 115255. Bibcode : 2020ApEn..27115255H. doi : 10.1016/j.apenergy.2020.115255. S2CID  219769422.
  4. ^ Рутс, В. К. (1962). «Введение в оценку производительности термостата линейного напряжения для электронагревательных установок». Труды Американского института инженеров-электриков, часть II: приложения и промышленность . 81 (3): 176–183. doi :10.1109/TAI.1962.6371813. ISSN  0097-2185. S2CID  51647958.
  5. ^ Джеймс Э. Брамбо, AudelHVAC Fundamentals: Том 2: Компоненты системы отопления, газовые и масляные горелки и автоматическое управление , John Wiley & Sons, 2004 ISBN 0764542079 стр. 109-119 
  6. ^ "Тири, Геррит. Корнелис Дреббель. Амстердам: HJ Paris, 1932" (PDF) . Получено 3 мая 2013 г.
  7. ^ "Ранняя история комфортного отопления". Журнал NEWS . Трой, Мичиган: BNP Media. 6 ноября 2001 г. Получено 2 ноября 2014 г.
  8. ^ "Thermostat Maker Deploys Climate Control Against Climate Change". America.gov. Архивировано из оригинала 18 апреля 2009 г. Получено 3 октября 2009 г.
  9. ^ "Johnson Controls Inc. | История". Johnsoncontrols.com. 7 ноября 2007 г. Получено 3 октября 2009 г.
  10. ^ Фальк, Синтия Г. (2012). Barns of New York: Rural Architecture of the Empire State (мягкая обложка) (первое издание). Итака, Нью-Йорк: Cornell University Press (опубликовано 1 мая 2012 г.). ISBN  978-0-8014-7780-5. Получено 2 ноября 2014 г. .
  11. ^ "Dr-Fix-It объясняет общую пневматическую схему управления комфортом". dr-fix-it.com . RTWEB. 2005. Архивировано из оригинала 6 декабря 2017 г. Получено 2 ноября 2014 г.
  12. ^ Феринг, TH, ред., Машиностроение: век прогресса, NorCENergy Consultants, LLC, 10 октября 1980 г. - Технологии и инжиниринг, стр. 22
  13. ^ "Пневматико-цифровые устройства, системы и методы" (PDF) .
  14. ^ Салазар, Диета (21 октября 2019 г.). «Термостаты: все, что вам нужно знать». Engineer Warehouse . Получено 12 марта 2021 г.
  15. ^ Электрические потенциалы 24 вольт и ниже классифицируются как «безопасное сверхнизкое напряжение» в соответствии с большинством электротехнических норм при питании через изолирующий трансформатор.
  16. ^ Sawyer, Doc. "Thermostat Wire Color Codes". dr-fix-it.com . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Получено 7 марта 2015 г.[1]
  17. ^ Transtronics, Inc. "Сигналы и проводка термостата". wiki.xtronics.com . Получено 7 марта 2015 г. .
  18. ^ Технология интеллектуального реагирования Honeywell
  19. ^ "Smart PID temperatur control". smartpid.com . 19 сентября 2016 г. . Получено 10 октября 2018 г. .
  20. ^ "Регуляторы температуры с использованием гистерезиса". panasonic.com . 18 октября 2011 г. Получено 10 октября 2018 г.
  21. ^ «Резюме результатов исследований рынка программируемых термостатов» (PDF) . Energy Star . Получено 12 марта 2021 г. .
  22. ^ KMC Controls. "Комнатный датчик и термостат: Руководство по монтажу и обслуживанию" (PDF) . Получено 12 апреля 2021 г.
  23. ^ Moon, Jin Woo; Han, Seung-Hoon (1 февраля 2011 г.). «Влияние стратегий термостата на потребление энергии в жилых зданиях». Energy and Buildings . 43 (2): 338–346. Bibcode : 2011EneBu..43..338M. doi : 10.1016/j.enbuild.2010.09.024. ISSN  0378-7788.
  24. ^ Сандберг, Джаред (15 января 2003 г.). «Сотрудники только думают, что контролируют термостат». The Wall Street Journal . Получено 2 сентября 2009 г.
  25. Катрина С. Арабе (11 апреля 2003 г.). ««Пустые» термостаты охлаждают темперамент, а не температуру» . Получено 13 февраля 2010 г.
  26. ^ Пример паспорта современного термостата, демонстрирующего функцию блокировки: http://cgproducts.johnsoncontrols.com/MET_PDF/12011079.pdf

Внешние ссылки