Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Fűtéstechnika

Termosztátok energiahatékonysági tesztje

2008/7-8. lapszám | VGF&HKL online |  13 618 |

Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Napjainkra bizonyossá vált, hogy az energiaárak folyamatosan emelkedni fognak, a fűtési költségek szinten tartására, illetve a költségnövekedés mérséklésére csak az energiatudatos felhasználónak van esélye. Az energiafogyasztás csökkentése leggyakrabban a fogyasztási szokások megváltoztatását követeli meg, de adott esetben kisebb-nagyobb beruházásokat is igényelhet.

Dicséretesen növekszik az olyan kezdeményezések száma, ahol az épület energiaellátásához éves viszonylatban nincs fizetési kötelezettsége az üzemeltetőnek a szolgáltatók felé, de olyanok is akadnak, ahol megpróbálkoznak tisztán megújuló energiaforrások felhasználásának kombinálásával függetlenedni a klasszikus energiaszolgáltatóktól. Egyelőre azonban az ilyen jellegű rendszerek kiépítése tetemes beruházási költséggel jár, így nagyon kevesek engedhetik meg maguknak. Manapság a fűtési rendszerek zöme gázkazánnal állítja elő a szükséges hőmennyiséget, mely gázkazánt sok esetben szobatermosztáttal vezérelnek.

Ilyen rendszereknél a fűtési költségekre jelentős hatással vannak a:

  • fogyasztási szokások: hőmérséklet alapjel, időprogram alkalmazása, szellőztetés gyakorisága, emberi tevékenység és egyéb hőforrások hőjének hasznosulása stb.,
  • épület hővesztesége: határoló felületek hőszigetelő képessége (falak, nyílászárók tető, aljzat), nyílászárók résvesztesége
  • kazán hatásfok: kondenzációs technika alkalmazása, berendezések rendszeres karbantartása,
  • fűtési hőleadók sajátosságai: tagos radiátorok, lemezes radiátorok, felületfűtési megoldások stb.,
  • helyiség hőmérséklet szabályzás jellege és pontossága: szobatermosztát, programozható termosztát, külső hőmérsékletfüggő fűtésszabályozás stb.

Mindezen elemek egyenként és együttesen is jelentős hatással vannak az energiafelhasználás mértékére, de valójában nagyon nehéz megmondani, hogy melyik tényező mekkorra hatással lehet egy esetleges fűtéscsökkentésre. Egy műszaki embernek sajnos nem mindig egyértelmű, hogy a fűtésszabályozás célja a felhasználó komfortérzetének biztosítása, és hogy ebből következően a felhasználó úgy üzemelteti a rendszerét, hogy az az elvárt hőérzetét biztosítsa. Az emberi hőérzet egyénenként változó mértékben, de valamennyire mindenkinél toleráns, ami azt jelenti, hogy 1-2 °C hőmérséklet különbség (pl. túlfűtés) még nem indítja a felhasználót beavatkozásra. Van aki megszokja a jelentősebb hőmérséklet ingadozást, van aki észre sem veszi. Ezek az apró hőmérséklet eltérések és kisebb-nagyobb ingadozások azonban az energiafogyasztásra jelentős hatással vannak. Cikkünkben bemutatjuk, hogy három különböző működési elvű szobatermosztát energiafelhasználás szempontjából milyen eredménnyel küzd meg ugyanazzal a feladattal.

A vizsgálatot laboratóriumi körülmények között végeztük el, ahol a fűtött helyiségben négy hőmérséklet érzékelő átlagával regisztráltuk az aktuális szobahőmérsékletet és állandósult 16,5 °C helyiség hőmérséklet mellett indítottuk a mérést, ahol a termosztát alapjelét 20 °C-ra állítottuk. A mérés folyamán a helyiséget körülölelő klímakamrát folyamatosan 10 °C-on tartottuk, így szimulálva egy állandó külső hőmérsékletet. A helyiségben elhelyezett lapradiátor hőellátását egy a helyiségen kívül felszerelt kapcsoló üzemben és modulációs üzemben egyaránt működni képes kondenzációs kazán biztosította. A kísérlet mindhárom termosztát esetében 19 órán át tartott, ezzel nem csak a felfűtés gyorsaságát és a parancsolt hőmérséklet tartásának pontosságát, de az energia felhasználást is pontosan mérni tudtuk.

Tapasztalatból tudjuk, hogy vannak felhasználók, akik két termosztátot cserélgetnek a lakásukban és a gázóra állásából vonnak le következtetéseket a termosztát működésére, figyelmen kívül hagyva a fent felsorolt minden egyéb befolyásoló tényező változásainak hatását. Ezért tartjuk fontosnak kihangsúlyozni, hogy az alább részletezett mérési eredmények labor körülmények között keletkeztek, ahol a mérési eredmények egyetlen befolyásoló tényezője a szabályzó készülék működési jellegzetessége volt.

Nézzük akkor a „versenyzőket”

1, mechanikus „tekerős”, kapcsoló üzemű termosztát, amelyben a helyiség hőmérsékletét egy speciális gázzal töltött táguló membrán érzékeli, és tágulásával az alapjelnek megfelelően egy mikrokapcsolót kapcsol. A mikrokapcsolón keresztül indítjuk a kazánt, melynek üzemét csak a saját vízhőmérséklet termosztátja tudja befolyásolni, így ezt a mérésnél maximális szintre tekertük. A készülék alapvető jellemzője a folyamatos mintavételezés és a fizikai felépítésből adódó kapcsolási hiszterézis.

2, Arányos-integráló szabályzó, mely az arányos integráló jelleget a kazán kapcsolgatásával végzi el. A készülék mikroprocesszor által vezérelt, hőmérséklet érzékelője NTC ellenállás hőmérő. A készülék szabályozási pontosságát alapvetően a szoftver határozza meg.

3, Arányos-integráló szabályzó OpenTherm kommunikációval, mely az arányos integráló jelleget a kazán lángmodulációs szabályzásával valósítja meg. A készülék mikroprocesszor által vezérelt, hőmérséklet érzékelője NTC ellenállás hőmérő. A készülék szabályozási pontosságát alapvetően a szoftver határozza meg.

1. A tekerős termosztátok

legnagyobb hátránya (az időprogram hiánya mellett), hogy kapcsolási hiszterézisük igen nagy, és nem csak a készülék felépítésétől, de a fűtési rendszer tehetetlenségétől függ. Ezek a készülékek más-más lakásban eltérően működnek és esetenként jelentős hőmérséklet ingadozással tartják a beállított alapjelet. Az esetek többségében a hőmérséklet érzékelés pontossága is hagy kívánnivalót maga után, melyet az 1. ábrán látható grafikon is jól szemléltet.

Tekerős termosztát mérési eredményei

A grafikonról az alábbi működési jellegzetességek olvashatók le:

  • a termosztát ritkán, de hosszabb szakaszokra kapcsolja be a kazánt.
  • Ennek megfelelően a kazán átlagos előremenő hőmérséklete magas,
  • a radiátor előremenő- és visszatérő hőmérséklete jelentősen ingadozik.
  • A megvalósult helyiség hőmérséklet jelentősen ingadozik és érezhető mértékben a parancsolt érték fölött van.

2. Az arányos-integráló termosztát

szemmel láthatóan sokkal többször kapcsolja ki-be a kazánt, melynek célja, hogy a kapcsolási hiszterézisből adódó hőmérséklet lengést elkerüljük. Ezek a termosztátok megpróbálják „közelítgetni” a parancsolt alapjelet ezzel alkalmazkodva a fűtési rendszer jellegzetességeihez. A 2. ábrán látható azonban, hogy a gyakori kapcsolgatás eredményeként jelentősen alacsonyabb a kazán előremenő átlag hőmérséklete, mely később látni fogjuk, jelentősen hozzájárul a gazdaságosabb üzemhez.

A grafikonról az alábbi működési jellegzetességek olvashatók le:

  • a termosztát gyakran kapcsolgatja a kazánt,
  • ennek megfelelően a kazán átlagos előremenő hőmérséklete alacsonyabb.
  • A radiátor előremenő hőmérséklete kis mértékben, míg a visszatérő hőmérséklete nem jelentősen ingadozik,
  • a megvalósult helyiség hőmérséklet idővel beáll és az ingadozás megszűnik.

Arányos-integráló, digitális termosztát mérési eredményei

3. A modulációs OpenTherm termosztát

is sokszor kapcsolgatja a kazánt, eközben azonban a teljesítményt is szabályozza a lángmodulációval. Ennek eredményeképpen az előremenő hőmérséklet csupán 40 °C-nál állandósult kisebb lengések mellett. A helyiség hőmérséklete pontosan az előírt értékre állt be ingadozások nélkül, így már itt elmondhatjuk, hogy a legpontosabb szabályzást helyiséghőmérsékletről lángmodulációt megvalósítani képes típusoktól remélhetjük.

A grafikonról az alábbi működési jellegzetességek olvashatók le:

  • a termosztát gyakran kapcsolgatja a kazánt, miközben a teljesítményt is változtatja.
  • Ennek megfelelően a kazán átlagos előremenő hőmérséklete a lehető legalacsonyabb,
  • a radiátor előremenő- és visszatérő hőmérséklete nem ingadozik jelentősen.
  • A megvalósult helyiség hőmérséklet a felfűtés után nyomban beáll és ingadozásmentes marad.

Opentherm digitális termosztát mérési eredményei

A mérés során vizsgáltuk a kazán gázfogyasztását is és az általa kitáplált hőenergiát, így a mérési ciklusra vonatkoztatva – a gáz fűtőértékét felhasználva – meghatározható a kazán hatásfoka. Természetesen az eltérő kazán üzemidőből adódóan a kazán elektromos energiaigénye (zömmel a szivattyúzásból adódik) is szerepet játszik az összes primer energia igényben. A mérési eredmények összegzését az 1. táblázat mutatja.

Szabályzó Kazán napi hatásfok % Hőfogyasztás kWh 19 h alatt Üzemidő Helyiség átlag­hőmérséklet Legnagyobb hőmérséklet­ingadozás Összehasonlító primerenergia-felhasználás
tekerős termosztát 83,6% 7,5 kWh ~30% 21,55 °C 1,7 K Referencia=100%
Arányos-integráló termosztát 82,3% 5,5 kWh ~30% 20,67 °C 0,62 K 26%-kal kevesebb
OpenTherm termosztát 87,4% 4,0 kWh ~35% 19,73 °C 0,63 K 48%-kal kevesebb

Ha feltételezzük, hogy a felhasználó észreveszi, hogy a tekerős termosztát a beállított 20 °C helyett átlagosan 21,55 °C-ot tart és emiatt a parancsolt jelet csökkenti, illetve ezt a feltevésünket elméletben kiterjesztjük a másik két készülékre is, akkor lehetőségünk adódik a mérési eredmények jobb összevetésére. Korrigáljuk tehát a fogyasztási adatokat arra az esetre, ha mind a három készülék működésének eredményeként az átlagos helyiség hőmérséklet pontosan az alapjelen van. A korrekció során a közismert ökölszabályt alkalmaztuk, mely szerint 1 °C-os hőmérséklet csökkenés kb. 6% energiamegtakarítással jár. Ekkor a tekerős termosztátot, mint leggazdaságtalanabb üzemű megoldást továbbra is referenciaként megtartva azt kapjuk, hogy az arányos-integráló szabályzóval 22%-os, míg a modulációs termosztát alkalmazásával 40%-os energia megtakarítás érhető el.

Látható tehát, hogy az egyszerű tekerős termosztáttal, illetve a hasonló működésű olcsó digitális termosztátokkal szemben az arányos-integráló szabályozási jellegű készülékek alkalmazása jelentős energiamegtakarítással jár. A hozzávetőlegesen 8-10-szeres ár egy fűtési szezon alatt megtérül. Igazoltuk tehát azt a feltételezést, hogy a szabályozás pontossága komoly hatással van a fűtési energiafelhasználásra és a jelenlegi árak mellett egyáltalán nem éri meg a szobatermosztáton spórolni.

Ne felejtsük el, hogy a mérés során nem használtunk ki a rendszerben rejlő minden energiatakarékosságot célzó műszaki lehetőséget, így például a kazán víztermosztátjának alapjel csökkentését, a kazán visszatérő vízhőmérsékletre történő modulációs képességét, valamint a tesztlabor mérete alapján a kazán is jelentős mértékben túlméretezett volt. Mindezeket figyelembe véve nem szabad a szobahőmérsékletről történő lángmodulációtól minden esetben 40%-os fogyasztás csökkenést várnunk, mindamellett extrém rossz rendszerek korszerűsítésével ez a megtakarítás is elérhető.

Bognár Gábor, Hoffman Géza

Termosztát