Термостат: Принцип работы и области применения.

Термостат: устройство для поддержания заданной температуры в системах отопления, охлаждения и бытовой технике. Экономия энергии до 50%!

18 мин чтения

100%

Источник: Thermostat — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Компонент, поддерживающий заданную температуру – устройство регулирования температуры.

Термостат – это компонент регулирующего устройства, который измеряет температуру физической системы и выполняет действия для поддержания температуры системы вблизи желаемой уставки. Термостаты используются в любом устройстве или системе, осуществляющем нагрев или охлаждение до заданной температуры. Примеры включают отопление зданий, центральное отопление, кондиционеры, системы ОВКВ, водонагреватели, а также кухонное оборудование, такое как духовки и холодильники, и медицинские и научные инкубаторы. В научной литературе эти устройства часто классифицируются как термостатически управляемые нагрузки (ТКН). Термостатически управляемые нагрузки составляют около 50% от общего потребления электроэнергии в Соединенных Штатах. Термостат функционирует как управляющее устройство "замкнутого цикла", стремясь уменьшить разницу между желаемой и фактической температурами. В некоторых случаях термостат объединяет в себе элементы измерения и управления системой, например, в автомобильном термостате. Слово "термостат" происходит от греческих слов θερμός (thermos) – "горячий" и στατός (statos) – "постоянный, неподвижный".

Обзор

Термостат осуществляет управление, включая или выключая нагревательные или охлаждающие устройства, либо регулируя поток теплоносителя по мере необходимости, для поддержания заданной температуры. Термостат часто является основным блоком управления системой отопления или охлаждения, находя применение в самых разных областях – от регулирования температуры воздуха в помещении до управления охлаждающей жидкостью в автомобилях. Термостаты используются в любом устройстве или системе, предназначенном для нагрева или охлаждения до определенной температуры. Примеры включают в себя отопление зданий, системы центрального отопления и кондиционирования воздуха, кухонное оборудование, такое как духовки и холодильники, а также медицинские и научные инкубаторы.

Строительство и управление

Термостаты используют различные типы датчиков для измерения температуры и осуществления управления. Механические термостаты обычно используют биметаллические полосы, преобразующие изменение температуры в механическое перемещение, для управления источниками нагрева или охлаждения. Электронные термостаты, напротив, используют термистор или другой полупроводниковый датчик, преобразующий изменение температуры в электронные сигналы для управления нагревательным или охлаждающим оборудованием. Обычные термостаты являются примером "контроллеров типа «включено-выключено»", поскольку управляемая система либо работает на полную мощность после достижения уставки, либо полностью отключается. Хотя это самая простая программа для реализации, такой метод управления требует включения некоторого гистерезиса для предотвращения чрезмерно быстрых переключений оборудования вокруг уставки. В результате обычные термостаты не могут обеспечивать очень точное регулирование температуры. Вместо этого наблюдаются колебания определенной величины, обычно 1-2 °C. Такой контроль, как правило, неточен, неэффективен и приводит к повышенному механическому износу, но для компонентов, таких как компрессоры, он все еще имеет значительное ценовое преимущество по сравнению с более продвинутыми системами, обеспечивающими непрерывно регулируемую мощность. Важным фактором также является временная задержка управляемой системы. Для повышения эффективности управления термостаты могут включать "предварительное управление", которое останавливает нагрев/охлаждение немного раньше достижения уставки, поскольку система будет продолжать выделять тепло в течение некоторого времени. Отключение точно по уставке приведет к превышению фактической температуры желаемого диапазона, что известно как "перерегулирование". Биметаллические датчики могут включать в себя физический элемент "предварительного управления", представляющий собой тонкую проволоку, контактирующую с термостатом. При прохождении тока через проволоку выделяется небольшое количество тепла, которое передается биметаллической катушке. Электронные термостаты имеют электронный эквивалент. Если требуется более высокая точность управления, предпочтительнее использовать ПИД- или MPC-контроллер. Однако в настоящее время они в основном применяются в промышленных целях, например, на заводах по производству полупроводников или в музеях.

Thermostats use different types of sensors to measure temperatures and actuate control operations. Mechanical thermostats commonly use bimetallic strips, converting a temperature change into mechanical displacement, to actuate control of the heating or cooling sources. Electronic thermostats, instead, use a thermistor or other semiconductor sensor, processing temperature change as electronic signals, to control the heating or cooling equipment. Conventional thermostats are example of "bang bang controllers" as the controlled system either operates at full capacity once the setpoint is reached, or keeps completely off. Although it is the simplest program to implement, such control method requires to include some hysteresis in order to prevent excessively rapid cycling of the equipment around the setpoint. As a consequence, conventional thermostats cannot control temperatures very precisely. Instead, there are oscillations of a certain magnitude, usually 1 2 °C. Such control is in general inaccurate, inefficient and high level mechanical wear, but for components like compressors, it still has a significant cost advantage compared with more advanced ones allowing continuously variable capacity. Another consideration is the time delay of the controlled system. To improve the control performance of the system, thermostats can include an "anticipator", which stops heating/cooling slightly earlier than reaching the setpoint, as the system will continue to produce heat for a short while. Turning off exactly at the setpoint will cause actual temperature to exceed the desired range, known as "overshoot". Bimetallic sensors can include a physical "anticipator", which has a thin wire touched on the thermostat. When current passes the wire, a small amount of heat is generated and transferred to the bimetallic coil. Electronic thermostats have an electronic equivalent. When higher control precision is required, a PID or MPC controller is preferred. However, they are nowadays mainly adopted for industrial purposes, for example, for semiconductor manufacturing factories or museums.

История

Возможно, самые ранние задокументированные примеры термостатического управления были созданы голландским изобретателем Корнелисом Дреббелем (1572–1633) около 1620 года в Англии. Он изобрел ртутный термостат для регулирования температуры инкубатора для цыплят. Это одно из первых известных устройств с обратной связью. Современное термостатическое управление было разработано в 1830-х годах Эндрю Уре (1778–1857), шотландским химиком. Текстильным фабрикам того времени требовалась постоянная и стабильная температура для оптимальной работы, поэтому Уре сконструировал биметаллический термостат, который изгибался при расширении одного из металлов в ответ на повышение температуры и отключал подачу энергии. Уоррен С. Джонсон (1847–1911) из Висконсина запатентовал биметаллический комнатный термостат в 1883 году, а два года спустя подал заявку на патент на первую многозонную систему термостатического управления. Альберт Бутц (1849–1905) изобрел электрический термостат и запатентовал его в 1886 году. Одним из первых промышленных применений термостата было регулирование температуры в инкубаторах для домашней птицы. Чарльз Хирсон, британский инженер, разработал первый современный инкубатор для яиц, который начали использовать на птицефабриках в 1879 году.

Механические термостаты

Это относится только к устройствам, которые воспринимают и управляют исключительно механическими способами.

Биметаллические

Бытовые системы центрального отопления на водной и паровой основе традиционно управлялись биметаллическими термостатами, что будет рассмотрено далее в этой статье. Чисто механическое управление осуществлялось локальными биметаллическими термостатами на паровых или водяных радиаторах, регулировавшими индивидуальный поток. Однако, в настоящее время широко используются термостатические радиаторные клапаны (ТРВ). Чисто механические термостаты также применяются для регулирования заслонок в некоторых надкрышных турбинных вентиляторах, снижая теплопотери здания в прохладную или холодную погоду. Некоторые системы отопления автомобилей оснащены термостатическим клапаном, регулирующим поток и температуру воды до заданного уровня. В более старых автомобилях термостат управляет подачей вакуума двигателя к исполнительным механизмам, которые регулируют водяные клапаны и воздушные заслонки для направления потока воздуха. В современных автомобилях вакуумные исполнительные механизмы могут управляться небольшими соленоидами под контролем центрального компьютера.

Автомобильная промышленность

Возможно, наиболее распространенным примером чисто механической термостатической технологии, используемой сегодня, является термостат системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, предназначенный для поддержания двигателя вблизи его оптимальной рабочей температуры путем регулирования потока охлаждающей жидкости к радиатору с воздушным охлаждением. Этот тип термостата работает за счет герметичной камеры, содержащей восковую таблетку, которая плавится и расширяется при определенной 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 степень открытия в зависимости от изменений температуры, динамически балансируя поток рециркуляции охлаждающей жидкости и поток охлаждающей жидкости к радиатору для поддержания температуры двигателя в оптимальном диапазоне. На многих автомобильных двигателях, включая все продукты Chrysler Group и General Motors, термостат не ограничивает поток к отопителю салона. Бачок радиатора со стороны пассажира используется в качестве байпаса термостата, обеспечивая проток через ядро отопителя. Это предотвращает образование паровых пробок до открытия термостата и позволяет отопителю функционировать до открытия термостата. Дополнительным преимуществом является то, что даже при выходе термостата из строя, некоторый поток охлаждающей жидкости все же поступает в радиатор.

Душевые и другие системы управления горячей водой

Термостатический смесительный клапан использует восковый элемент для регулирования смешивания горячей и холодной воды. Типичное применение – обеспечение работы электрического водонагревателя при температуре, достаточной для уничтожения бактерий Legionella (выше 60°C), при этом на выходе клапан подает воду, достаточно прохладную, чтобы избежать ожогов.

Анализ

Вентиль с восковым пеллетом можно проанализировать, построив график гистерезиса воскового пеллета, который состоит из двух кривых теплового расширения: расширение (перемещение) в зависимости от повышения температуры и сжатие (перемещение) в зависимости от понижения температуры. Разница между восходящей и нисходящей кривыми наглядно демонстрирует гистерезис вентиля; гистерезис всегда присутствует в вентилях с восковым приводом из-за фазового перехода между твердым и жидким состояниями. Гистерезис можно регулировать, используя специальные смеси углеводородов; как правило, стремятся к узкому гистерезису, однако для некоторых применений требуются более широкие диапазоны. Вентили с восковым пеллетом применяются в системах защиты от ошпаривания, защиты от замерзания, сброса перегрева, солнечной тепловой энергии, автомобильной и аэрокосмической отраслях, а также во многих других областях.

Расширение газа

Термостаты иногда используются для регулирования газовых духовок. Он состоит из баллона, заполненного газом, соединенного с блоком управления тонкой медной трубкой. Баллон обычно располагается в верхней части духовки. Трубка заканчивается в камере, герметично закрытой диафрагмой. По мере нагревания термостата газ расширяется, оказывая давление на диафрагму, что уменьшает подачу газа к горелке.

Пневматические термостаты

Пневматический термостат – это термостат, который управляет системой отопления или охлаждения посредством сети трубок, заполненных воздухом. Эта система "управляющего воздуха" реагирует на изменения давления (вызванные температурой) в контрольной трубке для включения обогрева или охлаждения по мере необходимости. Управляющий воздух обычно поддерживается на "магистрали" при давлении 15–18 psi (хотя обычно работоспособен до 20 psi). Пневматические термостаты обычно обеспечивают выходное давление/давление ответвления/давление после рестриктора (для однотрубной системы) в диапазоне 3–15 psi, которое подается на конечное устройство (клапан, привод заслонки, пневматический электрический переключатель и т.п.). Пневматический термостат был изобретен Уорреном Джонсоном в 1895 году вскоре после изобретения им электрического термостата. В 2009 году Гарри Симу был выдан патент на пневматико-цифровой интерфейс, позволяющий интегрировать здания с пневматическим управлением со зданиями автоматизации для обеспечения преимуществ, аналогичных прямому цифровому управлению (DDC).

Термостаты с двуметаллическими переключателями

Центральные системы отопления на водной и паровой основе традиционно управлялись настенными биметаллическими термостатами. Они измеряют температуру воздуха, используя разницу в расширении двух металлов для замыкания и размыкания контакта. Обычно центральная система включается, когда температура опускается ниже заданного значения на термостате, и выключается, когда она поднимается выше, с небольшим гистерезисом для предотвращения частого переключения. Биметаллические термостаты сейчас постепенно заменяются электронными датчиками. В настоящее время основное применение биметаллических термостатов – индивидуальные электрические конвекторы, где управление осуществляется по принципу включения/выключения в зависимости от локальной температуры воздуха и желаемой пользователем установки. Они также используются в кондиционерах, где требуется локальное управление.

Номенклатура конфигурации контактов

Это соответствует той же номенклатуре, что и описано в. "NO" обозначает "нормально открытый". Это эквивалентно "COR" ("замыкается при повышении"). Может использоваться для запуска вентилятора при нагреве; то есть, для остановки вентилятора при достаточном охлаждении. "NC" обозначает "нормально закрытый". Это эквивалентно "OOR" ("размыкается при повышении"). Может использоваться для запуска обогревателя при охлаждении; то есть, для остановки обогревателя при достаточном нагреве. "CO" обозначает "переключающий контакт". Он выполняет функции как "NO", так и "NC". Может использоваться для запуска вентилятора при нагреве, а также (на другом контакте) для запуска обогревателя при охлаждении. Любое число в начале указывает на количество контактных групп, например, "1NO", "1NC" для одной контактной группы с двумя выводами. "1CO" также будет иметь одну контактную группу, даже если это переключатель с тремя выводами.

Простые двухпроволочные термостаты

Иллюстрация представляет собой внутреннее устройство обычного двухпроводного бытового термостата, используемого для регулирования газового нагревателя через электрический газовый клапан. Подобные механизмы могут также применяться для управления масляными печами, котлами, зоновыми клапанами котлов, электрическими вентиляторами для чердаков, электрическими печами, электрическими обогревателями и бытовыми приборами, такими как холодильники, кофеварки и фены. Электропитание термостата осуществляется от нагревательного прибора и может варьироваться от милливольт до 240 вольт в типичной североамериканской электропроводке. Оно используется для управления системой отопления либо напрямую (электрические обогреватели и некоторые электрические печи), либо косвенно (все газовые, масляные и системы горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией). Ввиду разнообразия возможных напряжений и токов, доступных в термостате, необходимо соблюдать осторожность при выборе заменяющего устройства. Регулировочный рычаг. Перемещается вправо для повышения температуры. Круглый индикатор в центре второго отверстия виден через пронумерованное отверстие во внешнем корпусе. Биметаллическая полоса, свернутая в спираль. Центр спирали прикреплен к вращающемуся стержню, соединенному с рычагом (1). При охлаждении спирали подвижный конец – несущий (4) – перемещается по часовой стрелке. Гибкий провод. Левая сторона соединена через один провод из пары с клапаном управления нагревателем. Подвижный контакт, прикрепленный к биметаллической спирали. Далее – к контроллеру нагревателя. Фиксированный контактный винт. Регулируется производителем. Электрически соединен вторым проводом пары с термопарой и электромагнитным газовым клапаном нагревателя. Магнит. Обеспечивает надежный контакт при замыкании контактов. Также создает гистерезис для предотвращения коротких циклов нагрева, так как температура должна повыситься на несколько градусов, прежде чем контакты разомкнутся. В качестве альтернативы, некоторые термостаты используют ртутный выключатель на конце биметаллической спирали. Вес ртути на конце спирали стремится удерживать ее в этом положении, также предотвращая короткие циклы нагрева. Однако этот тип термостата запрещен во многих странах из-за его высокой и постоянной токсичности при повреждении. При замене этих термостатов их следует утилизировать как химические отходы. На иллюстрации не показан отдельный биметаллический термометр на внешнем корпусе, предназначенный для отображения фактической температуры в месте установки термостата.

The illustration is the interior of a common two wire heat only household thermostat, used to regulate a gas fired heater via an electric gas valve. Similar mechanisms may also be used to control oil furnaces, boilers, boiler zone valves, electric attic fans, electric furnaces, electric baseboard heaters, and household appliances such as refrigerators, coffee pots and hair dryers. The power through the thermostat is provided by the heating device and may range from millivolts to 240 volts in common North American construction, and is used to control the heating system either directly (electric baseboard heaters and some electric furnaces) or indirectly (all gas, oil and forced hot water systems). Due to the variety of possible voltages and currents available at the thermostat, caution must be taken when selecting a replacement device. Setpoint control lever. This is moved to the right for a higher temperature. The round indicator pin in the center of the second slot shows through a numbered slot in the outer case. Bimetallic strip wound into a coil. The center of the coil is attached to a rotating post attached to lever (1). As the coil gets colder the moving end — carrying (4) — moves clockwise. Flexible wire. The left side is connected via one wire of a pair to the heater control valve. Moving contact attached to the bimetal coil. Thence, to the heater's controller. Fixed contact screw. This is adjusted by the manufacturer. It is connected electrically by a second wire of the pair to the thermocouple and the heater's electrically operated gas valve. Magnet. This ensures a good contact when the contact closes. It also provides hysteresis to prevent short heating cycles, as the temperature must be raised several degrees before the contacts will open. As an alternative, some thermostats instead use a mercury switch on the end of the bimetal coil. The weight of the mercury on the end of the coil tends to keep it there, also preventing short heating cycles. However, this type of thermostat is banned in many countries due to its highly and permanently toxic nature if broken. When replacing these thermostats they must be regarded as chemical waste. Not shown in the illustration is a separate bimetal thermometer on the outer case to show the actual temperature at the thermostat.

Термостаты милливольт

Как показано на примере использования термостата выше, вся энергия для системы управления обеспечивается термопарой, представляющей собой комбинацию множества последовательно соединенных термоэлементов, нагреваемых запальной горелкой. Термопара вырабатывает достаточное количество электроэнергии для работы газового клапана с низким энергопотреблением, который, под управлением одного или нескольких переключателей термостата, в свою очередь, регулирует подачу топлива к горелке. Этот тип устройств обычно считается устаревшим, поскольку запальные горелки могут потреблять значительное количество газа (подобно тому, как капающий кран может потратить большое количество воды за длительный период времени), и больше не используются в плитах, но все еще встречаются во многих газовых водонагревателях и газовых каминах. Их невысокая эффективность допустима в водонагревателях, так как большая часть энергии, "теряемой" на запальной горелке, все равно представляет собой прямой нагрев воды в баке. Система с милливольтами также избавляет от необходимости прокладки специальной электрической цепи к водонагревателю или печи; эти системы часто полностью автономны и могут работать без внешнего электропитания. Для проточных водонагревателей с мгновенным нагревом предпочтительнее запальное зажигание, поскольку оно быстрее, чем зажигание горячей поверхностью, и надежнее, чем искровое зажигание. Некоторые программируемые термостаты, предлагающие простые режимы "милливольт" или "два провода", могут управлять этими системами.

Термостаты напряжения на линии

Термостаты линейного напряжения наиболее часто используются для электрических обогревателей помещений, таких как плинтусные обогреватели или напрямую подключенные электрические печи. Если используется термостат линейного напряжения, то мощность системы (в США 120 или 240 вольт) переключается термостатом напрямую. Поскольку коммутируемый ток часто превышает 40 ампер, использование низковольтного термостата в цепи линейного напряжения приведет как минимум к выходу термостата из строя, а возможно, и к пожару. Термостаты линейного напряжения иногда применяются и в других областях, например, для управления фанкойлами (вентилятором, питаемым от линейного напряжения, продувающим воздух через змеевик, который нагревается или охлаждается более крупной системой) в крупных системах с централизованными котлами и чиллерами, или для управления циркуляционными насосами в системах водяного отопления. Существуют также программируемые термостаты для управления системами линейного напряжения. Особенно полезны программируемые термостаты для плинтусных обогревателей, обеспечивающие непрерывное управление (как, например, в некоторых моделях Honeywell), эффективно регулирующие нагреватель подобно диммеру для лампы, плавно увеличивая и уменьшая нагрев для поддержания максимально стабильной температуры в помещении (непрерывное управление, а не полагающееся на усредняющий эффект гистерезиса). Системы, включающие вентилятор (электрические печи, настенные обогреватели и т.п.), как правило, требуют простых переключателей включения/выключения.

Цифровые электронные термостаты

Новые цифровые термостаты не имеют движущихся частей для измерения температуры и вместо этого используют термисторы или другие полупроводниковые устройства, такие как термометр сопротивления (датчик температуры сопротивления). Обычно для работы требуется установка одной или нескольких обычных батарей, хотя некоторые так называемые цифровые термостаты с функцией “захвата энергии” (использующие сбор энергии) применяют стандартные 24-вольтные сети переменного тока в качестве источника питания, но не будут работать от “милливольтных” цепей с термопарой, используемых в некоторых печах. Каждый термостат оснащен ЖК-экраном, отображающим текущую температуру и установку. Большинство также имеют часы, настройки времени суток и даже дня недели для регулирования температуры, что обеспечивает комфорт и экономию энергии. Некоторые продвинутые модели оснащены сенсорными экранами или возможностью интеграции с системами домашней или промышленной автоматизации. Цифровые термостаты используют реле или полупроводниковое устройство, например триак, в качестве переключателя для управления системой отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК). Устройства с реле могут работать в милливольтных системах, но часто издают слышимый щелчок при включении или выключении. Системы ОВК с возможностью модуляции мощности могут быть объединены с термостатами, имеющими встроенный ПИД-регулятор для более плавной работы. Существуют также современные термостаты с адаптивными алгоритмами для дальнейшего улучшения динамических характеристик системы. Например, установка температуры в 7:00 на уровне 21 °C (69,8 °F) гарантирует, что именно в это время температура будет достигнута, в то время как обычный термостат только начнет процесс нагрева или охлаждения. Алгоритмы определяют, в какое время необходимо активировать систему, чтобы достичь желаемой температуры к заданному времени. Другие термостаты, используемые для управления технологическими/промышленными процессами, где управление включением/выключением не подходит, также могут обеспечивать высокую стабильность температуры (например, путем уменьшения перерегулирования за счет точной настройки ПИД-констант для заданного значения (SV) или поддержания температуры в заданном диапазоне с помощью гистерезисного управления). Большинство цифровых термостатов, используемых в жилых помещениях в Северной Америке и Европе, являются программируемыми, которые при использовании настроек по умолчанию обычно обеспечивают экономию энергии до 30%; изменение этих настроек может увеличить или уменьшить экономию. Статья о программируемых термостатах содержит основную информацию об их работе, выборе и установке.

Newer digital thermostats have no moving parts to measure temperature and instead rely on thermistors or other semiconductor devices such as a resistance thermometer (resistance temperature detector). Typically one or more regular batteries must be installed to operate it, although some so called "power stealing" digital thermostats (operated for energy harvesting) use the common 24 volt AC circuits as a power source, but will not operate on thermopile powered "millivolt" circuits used in some furnaces. Each has an LCD screen showing the current temperature, and the current setting. Most also have a clock, and time of day and even day of week settings for the temperature, used for comfort and energy conservation. Some advanced models have touch screens, or the ability to work with home automation or building automation systems. Digital thermostats use either a relay or a semiconductor device such as triac to act as a switch to control the HVAC unit. Units with relays will operate millivolt systems, but often make an audible "click" noise when switching on or off. HVAC systems with the ability to modulate their output can be combined with thermostats that have a built in PID controller to achieve smoother operation. There are also modern thermostats featuring adaptive algorithms to further improve the inertia prone system behaviour. For instance, setting those up so that the temperature in the morning at 7 a. m. should be 21 °C (69.8 °F), makes sure that at that time the temperature will be 21 °C (69.8 °F), where a conventional thermostat would just start working at that time. The algorithms decide at what time the system should be activated in order to reach the desired temperature at the desired time. Other thermostat used for process/industrial control where on/off control is not suitable the PID control can also makes sure that the temperature is very stable (for instance, by reducing overshoots by fine tuning PID constants for set value (SV) or maintaining temperature in a band by deploying hysteresis control.) Most digital thermostats in common residential use in North America and Europe are programmable thermostats, which will typically provide a 30% energy savings if left with their default programs; adjustments to these defaults may increase or reduce energy savings. The programmable thermostat article provides basic information on the operation, selection and installation of such a thermostat.

Регулирование комбинированного отопления/охлаждения

В зависимости от того, что контролируется, термостат принудительной вентиляции обычно имеет внешний переключатель для режимов обогрева/выключения/охлаждения, а также переключатель включения/автоматического включения вентилятора – для постоянной работы или только при включении обогрева или охлаждения. К центрально расположенному термостату от основного блока отопления/охлаждения (обычно расположенного в шкафу, подвале или иногда на чердаке) подходят четыре провода: один провод, как правило, красный, подает термостату питание 24 вольта переменного тока, а остальные три передают управляющие сигналы от термостата – обычно белый для обогрева, желтый для охлаждения и зеленый для включения вентилятора. Питание обеспечивается трансформатором, и когда термостат замыкает цепь между питанием 24 вольта и одним или двумя другими проводами, реле в блоке отопления/охлаждения активирует соответствующую функцию обогрева/вентиляции/охлаждения. Термостат, установленный в режим "охлаждение", включается только тогда, когда температура в помещении превышает заданную. Таким образом, если температура в контролируемом помещении обычно выше желаемой, когда система отопления и охлаждения выключена, разумно держать термостат в режиме "охлаждение", независимо от температуры на улице. С другой стороны, если температура в контролируемой зоне опускается ниже желаемой, то следует переключить термостат в режим "обогрев".

Регулирование теплового насоса

Тепловой насос – это устройство, работающее по принципу холодильного цикла, которое меняет направление потока хладагента между внутренним и наружным теплообменниками. Это достигается путем подачи напряжения на реверсивный клапан (также известный как клапан "четырехходовой" или "переключающий"). В режиме охлаждения внутренний теплообменник выступает в роли испарителя, отбирая тепло из воздуха в помещении и передавая его наружному теплообменнику, где оно рассеивается в наружный воздух. В режиме обогрева наружный теплообменник становится испарителем, и тепло отбирается из наружного воздуха и передается в воздух внутри помещения через внутренний теплообменник. Реверсивный клапан, управляемый термостатом, обеспечивает переключение между режимами обогрева и охлаждения. Термостаты тепловых насосов обычно имеют клемму "O" для подачи напряжения на реверсивный клапан в режиме охлаждения. Некоторые бытовые и многие коммерческие термостаты тепловых насосов используют клемму "B" для подачи напряжения на реверсивный клапан в режиме обогрева. Тепловая мощность теплового насоса снижается с понижением температуры наружного воздуха. При определенной температуре наружного воздуха (называемой точкой баланса) способность холодильной системы передавать тепло в помещение становится ниже потребности здания в отоплении. Типичный тепловой насос оснащен электрическими нагревательными элементами для дополнительного обогрева, когда температура наружного воздуха опускается ниже этой точки баланса. Управление дополнительным обогревом осуществляется второй ступенью обогрева в термостате теплового насоса. В режиме обогрева наружный теплообменник работает при температуре ниже температуры наружного воздуха, и на нем может образовываться конденсат. Этот конденсат может замерзнуть на теплообменнике, снижая его теплопередающую способность. Поэтому тепловые насосы предусматривают периодическую оттайку наружного теплообменника. Это выполняется путем переключения цикла в режим охлаждения, отключения наружного вентилятора и включения электрических нагревательных элементов. Электрический обогрев в режиме оттайки необходим для предотвращения подачи холодного воздуха в помещение. Эти элементы также используются в функции "повторного нагрева". Хотя термостат может отображать, что система находится в режиме оттайки и включен электрический обогрев, функция оттайки не управляется термостатом. Поскольку тепловой насос оснащен электрическими нагревательными элементами для дополнительного обогрева и повторного нагрева, термостат теплового насоса обеспечивает возможность использования этих элементов в случае выхода из строя холодильной системы. Эта функция обычно активируется клеммой "E" на термостате. В режиме аварийного обогрева термостат не пытается запустить компрессор или наружный вентилятор.

The heat pump is a refrigeration based appliance which reverses refrigerant flow between the indoor and outdoor coils. This is done by energizing a reversing valve (also known as a "4 way" or "change over" valve). During cooling, the indoor coil is an evaporator removing heat from the indoor air and transferring it to the outdoor coil where it is rejected to the outdoor air. During heating, the outdoor coil becomes the evaporator and heat is removed from the outdoor air and transferred to the indoor air through the indoor coil. The reversing valve, controlled by the thermostat, causes the change over from heat to cool. Residential heat pump thermostats generally have an "O" terminal to energize the reversing valve in cooling. Some residential and many commercial heat pump thermostats use a "B" terminal to energize the reversing valve in heating. The heating capacity of a heat pump decreases as outdoor temperatures fall. At some outdoor temperature (called the balance point) the ability of the refrigeration system to transfer heat into the building falls below the heating needs of the building. A typical heat pump is fitted with electric heating elements to supplement the refrigeration heat when the outdoor temperature is below this balance point. Operation of the supplemental heat is controlled by a second stage heating contact in the heat pump thermostat. During heating, the outdoor coil is operating at a temperature below the outdoor temperature and condensation on the coil may take place. This condensation may then freeze onto the coil, reducing its heat transfer capacity. Heat pumps therefore have a provision for occasional defrost of the outdoor coil. This is done by reversing the cycle to the cooling mode, shutting off the outdoor fan, and energizing the electric heating elements. The electric heat in defrost mode is needed to keep the system from blowing cold air inside the building. The elements are then used in the "reheat" function. Although the thermostat may indicate the system is in defrost and electric heat is activated, the defrost function is not controlled by the thermostat. Since the heat pump has electric heat elements for supplemental and reheats, the heat pump thermostat provides for use of the electric heat elements should the refrigeration system fail. This function is normally activated by an "E" terminal on the thermostat. When in emergency heat, the thermostat makes no attempt to operate the compressor or outdoor fan.

Расположение термостата

Термостат не должен быть установлен на внешней стене или в месте, где он может подвергаться воздействию прямых солнечных лучей в любое время дня. Он должен располагаться вдали от вентиляционных отверстий или приборов для охлаждения или обогрева помещения, но при этом быть подвержен общему потоку воздуха из помещений, подлежащих регулированию. Открытый коридор может быть наиболее подходящим местом для системы с одной зоной, где гостиная и спальни функционируют как единая зона. Если коридор может быть закрыт дверями от регулируемых помещений, то эти двери следует оставлять открытыми во время работы системы. Если термостат расположен слишком близко к контролируемому источнику, система будет склонна к "коротким циклам", а частые пуски и остановки могут быть раздражающими и в некоторых случаях сокращают срок службы оборудования. Многозонная система может значительно экономить энергию, регулируя отдельные помещения, позволяя неиспользуемым комнатам изменять температуру за счет отключения отопления и охлаждения.

Температура отступа

Системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) требуется значительное время, обычно от одного до нескольких часов, чтобы охладить или нагреть помещение от температуры, близкой к наружной, летом или зимой. Поэтому, когда помещение не используется, широко распространена практика установки пониженной температуры (ночью и/или в праздничные дни). С одной стороны, это позволяет существенно сэкономить энергию по сравнению с поддержанием исходной уставки. С другой стороны, в отличие от полного выключения системы, это предотвращает слишком сильное отклонение температуры в помещении от комфортной зоны, тем самым сокращая время возможного дискомфорта при повторном использовании помещения. Современные термостаты, как правило, программируемые и оснащены внутренними часами, что позволяет легко реализовать эту функцию.

Термостаты-макеты

Сообщается, что многие термостаты в офисных зданиях – это нефункциональные муляжи, установленные для создания у сотрудников арендаторов иллюзии контроля. Эти муляжи термостатов по сути являются разновидностью "плацебо-кнопки". Однако эти термостаты часто используются для измерения температуры в помещении, даже если их органы управления заблокированы. Эта функция часто называется "блокировкой".