Itt vagy:Nyitólap Lapszámok 2001 2001.10. Hőmérséklet-szabályzás Szobatermosztátok I.
Írta:  | 2001. 10. 10. |

Hőmérséklet-szabályzás Szobatermosztátok I.

Az elmúlt évtizedben robbanásszerűen bővült a hazai forgalomban kapható szobatermosztátok választéka. Ma már szinte minden ár és minőségi kategóriában kaphatóak ezek a fűtés- (hűtés-) szabályzáshoz legtöbb esetben elengedhetetlenül szükséges szerkezetek. Amint az a címből is kiderül, írásunkban nem kívánunk foglalkozni az időjáráskövető szabályozókkal, azok beltéri egységeivel, alapjel-állítóival, illetve programozóival. Cikkünkben alapvetően a szobatermosztátokról, műszaki jellemzőiről, alkalmazásukról és szolgáltatásaikról írunk.

Napjainkban szinte elképzelhetetlen a nem is olyan rég szinte egyeduralkodóan alkalmazott „fűtésszabályzási" forma, amikor kimentünk a kazánhoz, rakni a tűzre. Tapasztalatunkra hagyatkozva tudtuk, hány lapát szenet, hasáb fát kell a tűzre rakni, mennyire kell szellőztetni a tűzteret ahhoz, hogy a házban kellemes hőmérséklet alakuljon ki. A mai, korszerű központi fűtési rendszerekben ez az út már nem járható, és valljuk be, felhasználóként nem is szeretnénk azzal foglalkozni, hogy éppen megy-e a kazán vagy sem. Amit várunk egy fűtési rendszertől az, hogy biztosítsa számunkra az igényeinknek megfelelő fűtöttségi szintet gazdaságosan - erről később szólunk - és lehetőleg minél kevésbé érezhető hőmérséklet-ingadozásokkal.

 

Itt el is érkeztünk a szobatermosztátok egyik legfontosabb tulajdonságához: a szabályzási pontossághoz. Ezt a műszaki jellemzőt alapvetően befolyásolja a szobatermosztát működési elve, amely lehetőséget ad egyfajta csoportosításra is:

  • „tekerős" termosztátok bimetálos, illetve membrános hőmér séklet-érzékelővel szerelve
  • digitális (PI, PID) szabályzók.

 

 

„Tekerős“ termosztátok

A „tekerős" termosztátok működési elve leegyszerűsítve: a tekerőtárcsán beállított hőmérsékletérték elérésekor be-, illetve kikapcsolják a kazánt. Az 1. ábra szemlélteti a folyamatot.

 

Példaként beállítjuk a tekerőtárcsát 21°C-ra. A kazánunk folyamatosan üzemel, amíg a szobatermosztát érzékelője azt nem jelzi, hogy a helyiségben a hőmérséklet elérte a beállított értéket. Ekkor a készülék lekapcsolja a kazánt. Ezt követően - a rendszer hőtehetetlenségétől függően kisebb - nagyobb mértékben a hőmérséklet túllendül a 21°C-os értéken, egészen addig, amíg a radiátorok le nem hűlnek. A helyiség hőmérséklete ekkor a hőveszteség és az egyéb hőforrások hőnyereségének mértékétől függő sebességgel elkezd csökkenni. Amint ez a beállított érték alá esik, a szobatermosztát újra bekapcsolja a kazánt. Könnyű belátni, hogy ugyancsak a rendszer hőtehetetlensége miatt a hőmérséklet a kazán működése ellenére egy darabig tovább süllyed.

Ahogy az ábrán is látszik, a készülék be-, illetve kikapcsolási pontjai nem azonos hőmérsékletértéken vannak. Ez az eltérés a termosztát kapcsolási hiszterézise, mely a készülék konstrukciójától függ és fontos jellemzője a berendezéseknek. Egy gyors reagálású rendszer esetén a kapcsolási hiszterézis és a legnagyobb hőmérséklet-ingadozás mértéke közötti különbség nem jelentős, de végeredményben ez utóbbi ingadozás akár ±2-3 °C is lehet, amely értéket komolyan leronthat a termosztát helyiségen belüli, nem megfelelő elhelyezése (az elhelyezés kérdéseit később tárgyaljuk). A hiszterézis mértékét természetesen lehetne csökkenteni a konstrukció finomításával, esetleg elektronika alkalmazásával, de a kapcsolási tartomány szűkülése a kazán gyakoribb kapcsolgatásával és élettartamának csökkenésével járhat.

A hőmérséklet-ingadozás mértékének csökkentésére hivatottak a nem digitális termosztátokba épített fűtőellenállások, amelyek a kazán üzeme közben a rajtuk átfolyó áram hőhatásával fűtik a termosztát hőmérsékletérzékelőjének közvetlen környezetét. Így a fűtőellenállással „zavart" hőmérsékletérzékelő korábban kapcsolja le a kazánt, mint a fűtőellenállás nélküli készülék. Fontos tudni, hogy ezek a készülékek abban az esetben, ha a fűtőellenállást elektromosan nem kötjük be, nagyobb hőmérséklet-ingadozást fognak produkálni, mint az eleve fűtőellenállás nélkül szerelt eszközök. Ugyancsak figyelni kell már a termosztát kiválasztásakor, hogy annak fűtőellenállása milyen feszültségre lett méretezve. Belátható, hogy egy 220 V-ra méretezett fűtőellenállás 24 V-os rendszerbe kötve nem fogja ellátni a feladatát.

A „tekerős" termosztátok között a legegyszerűbb kivitelekbe csak a beállítótárcsát építik be, amely segítségével a kívánt hőmérsékletérték megadható. Továbbfejlesztett társaikat felszerelik ki-be kapcsolóval, amely segítségével a felhasználó maga is kikapcsolhatja kazánját; jelzőlámpával, mely a kazán aktuális üzemállapotáról ad információt; kijelzővel, mely az aktuális hőmérsékletértéket digitális formában jeleníti meg; továbbá éjszakai kapcsolóval, amely a beállított hőmérséklet-alapjelet 3-4 °C-kal negatív irányba eltolja. Egyes típusokon a tekerőtárcsa helyét gombok veszik át, néhány képviselőjük programozható is, ám az alapvető működési jellemzőik a „tekerős" termosztátokéval megegyeznek.

Ezek az alapkészülékek alacsony áruk és egyszerű kezelhetőségük miatt közkedveltek, ám szabályzási pontosságuk az igényesebb felhasználók elvárásainak nem biztos, hogy megfelelnek.

 

 

Digitális szobatermosztátok

A szabályzás pontosságának javítása digitális (mikroprocesszoros) szobatermosztátokkal valósítható meg. Ezek a készülékek már komoly elektronikával rendelkeznek, amelyek kihasználva a digitális technológia előnyeit, legtöbb esetben a hőmérséklet szabályzása mellett lehetővé teszik a programozott fűtés megvalósítását, egyes típusok további, nem mindennapos események (összejövetel, szabadság, ünnepnap) "felhasználóbarát" kezelését is.

Ezek a digitális szobatermosztátok szabályzási jellegük alapján legtöbb esetben PI (arányos - integráló) szabályzók, ám a piacon fellelhetők PID (arányos - integráló - differenciáló) szabályzók is. Az arányos szabályzás jellegéből adódóan a készülék a beállított és az aktuális hőmérséklet-érték különbségével arányos jelet formál (az integráló tag az arányos szabályzás maradó hibáját szünteti meg). Ez a jel a kazán számára vagy egy ciklusonként változó időtartamú, bekapcsolt állapotot, vagy arra alkalmas kazánszobatermosztát kombináció esetén lángmodulációt jelent.

A lángmoduláció a gyakorlatban úgy valósul meg, hogy a felfűtés időszakában a kazán a lángmagasság mérséklésével egyre alacsonyabb teljesítménnyel üzemel, így csökkentve a helyiség hőmérsékletének beállított értéken való túllendülésének mértékét. Ezek a készülékek a beállított és az aktuális hőmérsékletérték különbségével arányos feszültségjelet adnak a kazán felé, így valósítva meg a lángmodulációt és a kazán ki-be kapcsolását. Fontos megjegyezni, hogy a lángmoduláció előnyeinek kihasználásához a fűtési rendszert pontosan kell méretezni, kerülni kell a nagy mértékű túlméretezést.

A PI szabályzási jelleget a relés digitális szobatermosztátok más-más módon valósítják meg. Példaként cikkünkben egy fix időciklusokkal dolgozó készülék működését mutatjuk be. A 2. ábrán a szemléletesség kedvéért egy kissé elnyújtottuk a felfűtési görbét (természetesen a felfűtés fő meredeksége rendszerfüggő, így a termosztát cseréjével nem változik). Ezek a készülékek egységnyi időszakot (pl. 1 óra) egyenlő hosszúságú ciklusokra osztanak fel, pl. ciklusszám=6 ciklushossz=10 perc (egyes típusoknál a ciklusszámot a rendszer jellemzőinek megfelelően változtatni lehet, pl. olajtüzelésű kazán esetén 3, gázkazán esetén 6, termoelektromos működtető vezérlésénél 12-es ciklusszámot kell/lehet választani).

Az így adódott ciklushosszon belül a szabályzó határozza meg, hogy hány percig üzemelteti a kazánt. Ez a felfűtés időszakában a teljes ciklus kitöltését, azaz folyamatos kazánműködést jelent. Eddig a digitális szobatermosztát semmivel nem tett többet, mint „tekerős" társa. Amint azonban a helyiség hőmérséklete bizonyos mértékben (pl. 1,5 °C) megközelíti a beállított hőmérséklet értéket a szabályzó már nem üzemelteti a kazánt a ciklus teljes hossza alatt. Ahogy az ábrán is megfigyelhető, a szabályzási jelleget úgy állítják be, hogy a helyiség hőmérséklete minél kisebb ingadozásokkal tartsa a beállított értéket. Az ábrán azt is láthatjuk, hogy a szabályzó minden ciklusban rövid időre bekapcsolja a kazánt. Erre azért van szükség, hogy a hőveszteség egy részének pótlásával a hőmérsékletesés meredekségét csökkentve, elkerülhető legyen a nagy hőmérséklet-ingadozás.

A 3. ábrán két létező típus azonos körülmények között végzett tesztelésének eredménye látható. A kék jelleggörbe egy fűtőellenállással szerelt "tekerős" termosztát eredménye, míg a piros egy digitális PI szabályzó szabályzási jellegét mutatja. Az ábrán jól látható, milyen jelentős lehet a különbség két - a maga nemében - kiváló minőségű, de különböző működési elvű készülék között. Míg a fűtőellenállással szerelt termosztát által tartott hőmérséklet 19,5°C és 21°C között ingadozott, addig a PI szabályzó hőmérséklet-ingadozása 0,5°C-on belül maradt.

Az ábrán nyomon követhető a PI szabályzók egy másik jellemzője, a felfűtési túllendülés. Ez egy kompromisszum eredménye, melynek célja a kedvező szabályzási jelleg és a gyors felfűtés egyidejű megvalósítása. Ez a túllendülés akkor jelentős, ha a beállított hőmérsékletet nagymértékben módosítjuk (pl. 17°C-ról 21°C-ra).

Bognár Gábor

okl. gépészmérnök

Cikkünk következő része ide kattintva olvasható.

komment

Ossza meg véleményét a többi olvasóval is

Hozzászólása a moderáció után megjelenik.