Itt vagy:Nyitólap Lapszámok 2001 2001.10. Hőmérséklet-szabályzás Szobatermosztátok I.
Írta:  Bognár Gábor okl. gépészmérnök | 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).

Cikkünk következő része ide kattintva olvasható.

Ha Önnek is informatív volt bejegyzésünk,
kövessen minket Facebookon!

 

Fizessen elő lapszámunkra, hogy korlátlan hozzáférést kapjon
az összes lapszámunkhoz!

 

Előfizetés most!

 

 

novemberi lapszám

 

decemberi lapszám

 

január-februári lapszám

 

 

komment

Ossza meg véleményét a többi olvasóval is

Hozzászólása a moderáció után megjelenik.