Управление отоплением. Часть 1. Комнатные термостаты, запрос тепла

Принцип действия комнатных терморегуляторов

Терморегулятор для погреба

Работает комнатный регулятор температуры следующим образом:

1. Встроенный или вынесенный из корпуса терморегулятора датчик измеряет температуру воздуха в помещении;
2. Датчик передает информацию на исполнительное устройство;
3. Исполнительное устройство в зависимости от значения температуры включает или отключает соединенные с регулятором отопительные приборы, кондиционеры;
4. При падении температуры воздуха в помещении до значения, которое при настройках прибора было принято за минимальное, устройство снова включает отопительный прибор.

Таким образом, функционирует данное регулирующее оборудование не постоянно, а циклически, включая и отключая отопление при минимальном и максимальном значении температуры воздуха в помещении. У электромеханических и механических термостатов данный диапазон очень небольшой, в то время как у электронных моделей он может быть значительно шире.

Как работает термостат в системе отопления

Если регулировать силу нагрева вручную, нет гарантии, что помещение будет прогрето равномерно на всей площади. Автоматический термостат отслеживает показатели в помещении и реагирует, когда температура отличается от запрограммированных параметров. При их превышении или понижении он выключает или включает отопительный котел.

Прибор работает от сети или на аккумуляторах. Есть гибридные модели – с двумя источниками питания. Это удобно, так как при перебоях электроснабжения аппарат продолжает работать автономно.

В термостате есть пластинки из металла с разными коэффициентами линейного расширения. Они нужны для электрического контакта. Когда они деформируются из-за разницы заданных и реальных температур, цепь размыкается, клапан закрывается.

Когда температура поднимается выше установленных показателей, контакт опускается, восстанавливается цепь, прекращается подача газа, котёл перестаёт работать, радиаторы постепенно остывают. Если же температура в батареях или помещении ниже требуемого показателя, то пластинки замыкают цепь и открывают клапан, подающий топливо к горелке, и прибор снова нагревает теплоноситель.

Разновидности термостатов

Терморегулятор своими руками

В зависимости от конструкции и принципа действия данные устройства бывают трех разновидностей: электронные, электромеханические и механические.

Электронные

Самый простой электронный терморегулятор – это устройство, состоящее из следующих частей:

• Контроллер – печатная плата с микросхемой. Это ключевая часть термостата, принимающая информацию от выносного термодатчика, обрабатывающая ее и отправляющая соответствующий сигнал на включение или отключение отопительного прибора, кондиционера;
• Монохромный жидкокристаллический дисплей и кнопки управления – используются для настройки и программирования термостата на поддержание в помещении необходимого температурного фона;
• Выносной термодатчик, соединенный с контроллером при помощи гибкого тонкого кабеля;
• Контактная группа – зажимы, в которых фиксируются жилы кабеля, соединяющего термостат с отопительным прибором или кондиционером.

Работает такое устройство достаточно просто: от датчика по кабелю в контроллер поступает аналоговый сигнал, который расшифровывается его микросхемой, соотносится с заданным настройками значением температуры, после чего контроллер принимает решение о включении или отключении отопительного оборудования.

Электронный термостат

Электромеханические

Занимающие промежуточное положение между электронными и механическими такие термостаты бывают двух типов:

• С биметаллической пластиной и контактной группой – внутри таких регуляторов расположена пластина, которая при нагреве до определённого уровня изгибается, размыкая контакты цепи, питающие отопительное оборудование. При остывании происходит обратный процесс: пластина выпрямляется, замыкает контакты, и отопитель включается. Регулировка включения данного устройства производится при помощи вращающегося лимба с толкателем, изменяющим расстояние между пластиной и неподвижными замыкаемыми ею контактами.
• С капиллярной трубкой – конструкция такого устройства такая же, как и аналогов, применяемых в водонагревателях и бойлерах.

Электромеханический регулятор температурного фона в помещении

Механические

Основными элементами данного устройства являются газонаполненная мембрана, реагирующая на изменение температуры воздуха в помещении, и управляющий механизм, состоящий из двух подвижных контактов.

Работает термостат следующим образом:

1. При повышении температуры газ, наполняющий мембрану, расширяется;
2. Расположенный на одной из наружных стенок мембраны толкатель размыкает контакты цепи управляющего механизма, отключая тем самым подключенный к устройству отопительный прибор.

Регулировка в таком термостате происходит благодаря вращающемуся лимбу (колесику), изменяющему расстояние между мембраной и управляющим механизмом.

Терморегулятор механического типа

Управление отоплением. Часть 1. Комнатные термостаты, запрос тепла

Термостат с поддержкой протокола OpenTherm.

Протокол OpenTherm используется для обмена данными между котлом и внешним логикозадающим устройством (например, комнатным термостатом). Помимо запроса тепла котлу можно задавать ряд других задач и параметров, таких как, например: температура теплоносителя, запрос тепла на контур ГВС. Котел в свою очередь по протоколу отправляет текущие параметры, среди которых наиболее полезными являются: наличие ошибки котла, статус работы, текущая температура теплоносителя, статус горелки и уровень модуляции.

При использовании в небольших системах отопления практической пользы от использования таких термостатов мало: разве что задание температурного графика (зависимость температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха), если данная функция не предусмотрена автоматикой котла, ну и расширенный мониторинг параметров котла.

В больших системах, где систему разделяют на нескольких потребителей, функция Opentherm оказывается крайне полезной: логика работы оборудования котельной выстраивается таким образом, чтобы каждый отдельный потребитель тепла отправлял запрос тепла на котел вместе с требуемой температурой теплоносителя. Котел включается по задаче, выходит на заданную температуру и поддерживает её до момента, когда задача будет снята. Такой подход обеспечивает наиболее слаженную работу котла и продлевает его срок службы, т.к. благодаря корректной работе алгоритма модуляции горелки количество циклов включения-выключения сведено к минимуму. Подробнее об алгоритме управления газовым котлом можно прочитать тут.

Термостаты с сухим контактом и выходом 230В

Также все термостаты различаются по способу подключения. Их можно разделить на 2 группы – термостаты, к которым подключается нагрузка с напряжением питания 230В и термостаты с сухим контактом, которые могут использоваться как для размыкания слаботочных сетей с постоянным или переменным током, так и для маломощных нагрузок 230В.

Можно сказать что термостаты с сухим контактом универсальны, потому что могут коммутировать что угодно, и именно они подходят для подключения к платам газовых и прочих котлов, где в качестве управляющего сигнала обычно 5, 12 или 24V DC. Если видите на клеммной колодке термостата два контакта с обозначением размыкателя эл. сети — это сухой контакт.

Все механические термостаты, а также термостаты, работающие от батареек гарантированно с сухим контактом.

Управление работой котла

Терморегулятор для инкубатора

Газовый котел или электрокотел может управляться устанавливаемым в жилой комнате термостатом, а также более сложным регулятором температурного фона – программатором. В зависимости от конструкции котла существует три варианта подключения таких регулирующих устройств:

• К специальным разъемам на плате управления котла (для настенных энергозависимых моделей);
• Последовательно к котловому терморегулятору с обязательным подключением к газовому клапану (для энергонезависимых напольных моделей);
• Вместо котлового терморегулятора (для напольных котлов).

Современный проводной программатор для газового котла

Важно! Для монтажа таких регуляторов выбирают самые отдаленные от котла наиболее посещаемые жильцами комнаты: спальню, зал.

Термостатические регулирующие клапаны

Термостатический клапан простое решение задачи получения теплоносителя заданной температуры за счёт осуществления подмеса более холодной воды к более тёплой. Вид трехходового клапана представлен ниже:

Трехходовой клапан

Схема включения трехходового клапана в систему отопления:

Схема включения трехходового клапана в систему отопления

Схема обвязки твердотопливного котла с применением термостатического трехходового клапана:

Схема обвязки твердотопливного котла с применением термостатического трехходового клапана

Схема обвязки газового котла с применением термостатического трехходового клапана:

Схема обвязки газового котла с применением термостатического трехходового клапана

Термостатический клапан радиатора позволяет контролировать температуру в комнате путём изменения потока горячей воды через радиатор. Они регулируют поток горячей воды через радиатор, но не управляют котлом. Такие устройства должны быть установлены, чтобы настраивать температуру, которая нужна в каждой отдельной комнате.

Эта идея должна рассматриваться как дополнение к установке терморегулирования. Также подобные устройства нуждаются в периодической переналадке и регулярной проверке работоспособности (каждые полгода во время смены режимов работы).

Монтаж и подключение

Монтаж комнатного регулятора температуры производится в несколько этапов:

1. Крепление регулятора на стене на высоте 150-160 см вдали от радиаторов отопления, различных обогревателей, мест, на которые попадают прямые солнечные лучи;
2. Подключение к контактной группе регулятора кабеля – оголенные и желательно опаянные концы кабеля вставляются в специальные разъемы и фиксируются винтами;
3. Прокладка кабеля от терморегулятора до отопительного оборудования в пластиковых кабельных каналах;
4. Подключение кабеля к соответствующим клеммам на плате управления котла, сервопривода трехходового клапана на радиаторе.

Рекомендации по выбору и установке

Выбирая модель комнатного термостата для газового котла, следует ориентироваться на имеющиеся у прибора границы по температуре, размеры помещения и характеристики отопительного водонагревателя.

Если ремонт в комнатах уже сделан, то стоит подобрать беспроводное устройство. Для него не придется прокладывать провода. Если во главе угла желание максимально оптимизировать функционирование всей системы обогрева, то лучше программируемого терморегулятора варианта не найти. Он позволяет более тщательно контролировать температурные параметры воздуха и рабочие режимы котла.

При установке рассматриваемого регулятора надо следить, чтобы термодатчики:

• Были расположены на высоте около 1,5 метров и на внутренних стенах;
• Не оказались закрытыми шторами, портьерами и мебелью;
• Находились на удалении минимум в метр от окон, дверей и радиаторов отопления.

Покомнатная установка

Воздух вокруг термотдатчиков должен циркулировать свободно. Помещать их в шкаф или за декор недопустимо. Также нельзя монтировать эти сенсоры на выходящих на улицу стенах и около дверей. Это приведет к неправильным показаниям из-за сквозняков и большего охлаждения внешних ограждающих конструкций по сравнению с внутренними перегородками.

В идеале приобретать комнатные термостаты следует от того же производителя, который изготовил имеющийся котел. Так их проще подключать и настраивать, а работать они вместе будут с меньшим количеством сбоев и прослужат дольше.

Чтобы установить подобный регулятор, особыми навыками в электротехнике и теплоэнергетике обладать не требуется. Выносные сенсоры монтируются на стенах. А подсоединение проводов осуществляется посредством клемм на корпусе. Надо лишь не перепутать жилы. В инструкциях к котлам и этим приборам схемы подключения описаны максимально подробно. Стоит такой прибор в программируемом исполнении недешево, но окупается буквально за пару отопительных сезонов.

Плюсы применения терморегулятора

Основными преимущества регуляторов температуры являются:

• Возможность поддержания в жилом помещении комфортного температурного фона;
• Экономия используемых для различных видов отопительного оборудования энергоносителей: газа или электроэнергии;
• Увеличение срока эксплуатации отопительного оборудования – применение терморегулятора значительно уменьшает время включения и работы котла, что продлевает ему срок службы;
• Небольшая стоимость и высокая окупаемость;
• Простота в монтаже и использовании.

Таким образом, комнатные регуляторы температуры – это очень простые, удобные и надежные устройства. Поддерживающие в жилых помещениях комфортный температурный фон они позволяют не только существенно экономить газ, электричество, но и увеличивают срок службы дорогостоящих котлов и другого отопительного оборудования.

Типы терморегуляторов для газовых котлов

Термостаты можно разделить на таких три основных типа: механические, электронные и электронные беспроводные.

Проводные модели стоят меньше, но требуют прокладки кабеля — установку терморегулятора на газовый котел лучше проводить до или вовремя ремонтных работ в доме. Беспроводные модели дороже, функциональнее, удобнее.

Выбор термостата для подключения к газовой системе отопления осуществляется с учетом таких основных критериев:

• функциональность;
• точность регулировки;
• стоимость терморегулятора;
• простота использования и монтажа.

По функциональности различают:

• простые термостаты — помогают поддерживать заданную температуру в доме;
• беспроводные терморегуляторы — имеют блок передатчика, который размещают в другом помещении для более точной регулировки температуры;
• программируемые – позволяют настраивать стабильный температурный режим отдельно для дня и ночи, программировать работу системы отопления по дням недели, что значительно снижает расход топлива;
• с функцией гидростата — помогают контролировать уровень влажности в помещении, снижая или увеличивая его согласно настройкам.
• С дополнительным датчиком пола – модель используется, в том числе, для регулировки температуры теплоносителя в системе «теплый пол».
• С дополнительным датчиком нагрева воды – устройство применяется и для регулировки температурного режима горячего водоснабжения, и для управления системой отопления.

Отдельно нужно сказать о программаторах — более сложных с точки зрения функциональности термостатах, которые устанавливаются, в том числе, для управления климатическими системами в так называемых умных домах.

Существуют модели Wi-Fi термостатов с голосовым управлением. Такие комнатные регуляторы поддерживают несколько иностранных языков, могут управляться с помощью смартфона. Во время отключения электричества срабатывает функция включения памяти, которая сохраняет настройки программатора

Программаторы управляют работой не только отопительного и водонагревательного оборудования, но и кондиционеров, насосов, других устройств. Некоторые из них помогают программировать индивидуальный температурный режим для каждого дня недели с возможностью задать от 1 до 6 фиксированных режимных точек.

Устройство и принцип действия

Независимо от варианта конструктивного исполнения, устройство терморегулятора выполняется по одной общей схеме и состоит из 3-х главных модулей или блоков:

• Первичный датчик температуры, оборудованный термочувствительным элементом;
• настроечный модуль;
• модуль управления.

Первичный датчик определяет температуру нагрева контролируемой среды: воздуха или воды. При изменении температуры внутри измерительного датчика происходит изменение физических параметров первичного элемента, которые передаются на управляющий блок.

Важно! Выходной сигнал, в который преобразуется входная величина, может быть неэлектрическим и электрическим. Большинство первичных датчиков электрические, функционирующие по напряжению или ЭДС.

После получения сигнала, блок управления обрабатывает и передает его на исполнительный механизм, который соответственно отрегулирует объем энергоносителя для нагрева среды.

В качестве исполнительных механизмов в отопительных системах применяются:

• электромагнитные реле;
• клапан механического или электрического принципа срабатывания;
• цифровой/аналоговый прибор, для последующей обработки сигнала.

ТР способен соблюдать определенное значение температуры либо установленный диапазон. На этот показатель влияет гистерезис первичного датчика.

В торговой сети сегодня существует довольно много моделей терморегуляторов, которые могут быть оснащены дополнительными функциями, например, запуск отопления по таймеру и программирование устройства по заданному графику. Но в основе работы всех этих приборов находится вышеназванный принцип действия.