Средства регулировки температуры в отдельных комнатах

Благодаря радиаторному терморегулятору Данфосс используется только необходимое количество энергии, и температура в помещении постоянно поддерживается на необходимом уровне. Терморегулятор измеряет температуру помещения и автоматически регулирует теплоподачу.

Он позволяет избежать перегрева помещений в переходной и другие периоды года и обеспечить минимально необходимый уровень отопления в помещениях с периодическим проживанием людей (защита от замораживания системы).

Короткое название радиаторного термостата RTD (Радиаторный Термостат Данфосс). Что такое радиаторный терморегулятор?

1 - комбинация датчика температуры в комнате и водяного клапана,

2 - самостоятельный регулятор давления (работает без дополнительного источника энергии)

3 - прибор, который постоянно поддерживает заданную температуру.



Принцип работы радиаторного терморегулятора:

Принципом работы является равновесие между усилием среды (в данном случае: газ) и силой нажимной пружины, величина которой зависит от настройки головки (на необходимую температуру). Таким образом, величина потока через клапан зависит от настройки головки и температуры внешней среды, которая воспринимается датчиком.

Если температура повышается, то газ расширяется и таким образом немного призакрывает клапан. Если же температура понижается, то газ соответственно сжимается, что и приводит к открытию клапана и доступу теплоносителя в отопительный прибор.

Использование газа предоставляет Данфосс большое преимущество над другими производителями: малая величина константы времени, которая выражается в лучшем использовании свободного тепла через быстрый ответ на изменение температуры в помещении (время реакции).

На сегодня только радиаторные термостаты Данфосс используют принцип расширения и сжатия газа. Причина заключается в том, что использование газа требует очень современную технологию и, соответственно, высокие требования к качеству. Однако компания Данфосс готова идти на дополнительные затраты с целью добиться высококачественной и конкурентной продукции.

Выбор радиаторного термостата зависит от следующих условий:

тип датчика Ю место расположения клапана

тип клапана Ю размер радиатора (потребность в тепле), падение температуры на нагревательном элементе, тип системы отопления (1- или 2-трубная система)

Почему необходимо использовать радиаторный термостат?

1 - потому, что он дает возможность экономить тепловую энергию (15-20%), позволяет использовать свободное, “бесплатное” тепло (солнечное излучение, дополнительное тепло от людей и приборов), срок его окупаемости < 2 лет.

2 - обеспечивает высокий уровень комфорта в помещении.

3 - обеспечивает гидравлическое равновесие - очень важно создать гидравлическое равновесие в отопительной системе, что означает подачу доступной тепловой энергии каждому потребителю соответственно к его потребности.

Термостатические головки RTD (20% сбережения тепла)




Головки для радиаторных термостатов изготовляются в следующих версиях:

RTD 3100 / 3102 - стандартный датчик, встроенный или дистанционный, ряд температур 6-26° С, ограничение и фиксация настройки температуры.

RTD 3120 - датчик с защитой от постороннего вмешательства, встроенный, ряд температур 6 - 26° С, защита от замерзания.

RTD 3150 / 3152 - датчик с ограничением максимума температуры, встроенный или дистанционный, ряд температур 6 - 21° С, защита от замерзания, фиксация настройки температуры.

ряд RTD 3160 - элемент дистанционного управления, капиллярная трубка длина 2 / 5 / 8 м, максимальная температура 28° С с ограничением и фиксацией настройки температуры (для радиаторов и конвекторов, недоступных для пользователя).

Дистанционный датчик необходимо использовать в случае, если на встроенный датчик будет влиять сквозняк или же он спрятан за портьерами или декоративными решетками.

Крепление самой термостатической головки на клапане легко выполняется при помощи накидной гайки. Головка может быть защищена от несанкционированного снятия при помощи винта (заказывается отдельно, как дополнительный аксессуар).


Клапаны RTD-N и RTD-G

Когда Данфосс начал продвижение на рынки за пределами Западной Европы, то специалистами компании были проведены многочисленные анализы качества воды в разных странах. В результате этого опыта стало понятным, что в системах отопления некоторых стран часто встречается низкое качество воды. В связи с этим была разработана новая серия клапанов для рынков Восточной Европы - серия RTD.

Используемые в RTD материалы остаются особенно стойкими при низком качестве используемой воды (по сравнении с клапанами, что выпускаются для рынков Западной Европы, мы заменили все части из оловянистой бронзы на более стойкие, изготовленные из латуни). А это значит, что срок службы клапана значительно увеличивается, даже в сложных условиях Украины. По опыту мы знаем, что средний срок службы клапана достигает 20 лет.

Регулирующие клапаны типа RTD-N (диаметры 10-25 мм) предназначены для применения в двухтрубных насосных системах водяного отопления и оснащены устройством для предварительной (монтажной) настройки их пропускной способности.

В 2-х трубной системе отопления добавление воды сверх расчетного объема приводит к увеличению передачи тепла и дисбалансу в системе. Функция предварительной настройки клапана дает возможность монтажнику, выполняющему его установку, ограничить пропускную способность клапана таким образом, чтобы гидравлическое сопротивление во всех радиаторных контурах было одинаковым и таким образом регулировать величину потока.

Простая и точная настройка пропускной способности легко выполняется без дополнительного инструмента. Число, выбитое на шкале настройки, должно быть совмещено с меткой, расположенной напротив выходного патрубка клапана. Пропускная способность клапана будет изменяться в соответствии с цифрами на шкале настроек. В положении “N” клапан полностью открыт.

Защиту от несанкционированного изменения настройки обеспечивает установленный на клапане термостатический элемент.

Регулирующие клапаны с повышенной пропускной способностью типа RTD-G (диаметры 15-25 мм) предназначены для применения в насосных однотрубных системах водяного отопления. Они могут также использоваться в двухтрубных гравитационных системах. Клапаны имеют фиксированные значения пропускной способности в зависимости от диаметра клапана.

Пример расчета радиаторного термостата:

Потребность в тепле Q = 2 000 kkal/h

разница температур D T = 20 ° C

существующая потеря давления D P = 0.05 bar

Определяем величину потока (расход воды) через прибор:

Расход воды G = 2 000/20 = 100 l/h

Определяем пропускную способность клапана:


Пропускная способность клапана Kv = 0.1/Ц 0.05 = 0.45 m3/bar



Значение Kv = 0.45 m3/h говорит о том, что для клапана RTD-N 15 мм вы можете выбрать предварительную настройку “7” или “N”.

При выборе радиаторного термостата необходимо обеспечить регулировку в пределах от 0.5 ° С до 2 ° С при данных размерах, что позволит обеспечить хорошие условия регулирования. В нашем случае необходимо выбрать предварительную настройку “7” или “N”. Однако, если в системе отопления существует опасность загрязненной воды, то мы не рекомендуем использовать предварительную настройку меньше “3”.

Используя наше техническое описание “Радиаторные терморегуляторы RTD”, вы сможете выбрать размер клапана непосредственно по диаграммам через потери давления на клапане D P, или через величину потока через клапан G. Выбор размера клапанов RTD-G (для 1-трубной системы) проводится идентично.


Новое строительство

В новостроящихся зданиях мы рекомендуем использование 2-трубной системы с RTD-N клапанами с возможностью предварительной настройки для поддержки гидравлического баланса в системе, Ду 10-25 мм, прямые и угловые версии.



Реконструкция

В подавляющем большинстве старых зданий используется 1-трубная система, для которой мы рекомендуем RTD-G клапаны с повышенной пропускной способностью (фиксированные значения пропускной способности в зависимости от диаметра), Ду 15-25 мм, прямые и угловые версии.

Особенно для клапанов RTD-N с предварительной настройкой очень важно использование фильтра для предотвращения препятствий для нормального функционирования клапана.


Уравновешивающие (балансировочные) клапаны серии ASV

Поскольку радиаторные системы отопления являются динамическими системами (разные падения давления через уменьшение тепловой нагрузки), то радиаторные термостаты должны комбинироваться с регуляторами давления (автоматические балансировочные клапаны ASV-P для 2-трубной системы) и запорно-измерительным клапаном MV-FN.

Серия регуляторов ASV включает по два типа автоматических и ручных балансировочных клапанов:

автоматический клапан ASV-PV - регулятор перепаду давления с изменяемой настройкой 5 - 25 кПа

клапан ASV-P - регулятор с фиксированной настройкой на 10 кПа

ASV-М - ручной запорно-измерительный клапан

ASV-І - запорно-измерительный клапан с настройкой пропускной способности

ASV обеспечивает оптимальное распределение теплоносителя по стоякам системы отопления и нормальное функционирования последней независимо от колебаний давления в системе. Они также позволяют перекрыть и опорожнить стояк. Максимальное рабочее давление становит 10 кПа, максимальная рабочая температура 120° С.

Упаковка из стиропора, в которой транспортируется клапан, может использоваться в качестве теплоизоляционной скорлупы при температуре теплоносителя до 80° С. При максимальной рабочей температуре теплоносителя 120° С используется специальная теплоизоляционная скорлупа, которая поставляется по дополнительному заказу.



Автоматический регулятор расхода ASV-Q

Для гидравлического балансирования 1-трубных систем отопления используются автоматические клапаны-ограничители расхода ASV-Q - диаметры 15, 20, 25 и 32 мм (диапазон настроек от 0,1-0,8 м3/час до 0,5-2,5 м3/час). Они используются для автоматического ограничения максимального значения расхода воды через стояк независимо от колебаний давления и расхода теплоносителя в системе и для оптимального распределения теплоносителя по стоякам системы отопления

Эти клапаны особенно полезны для балансировки систем отопления, для которых отсутствуют данные про их гидравлические характеристики. ASV-Q всегда обеспечивает тот расход теплоносителя, на который клапан настроено. При изменении характеристик системы происходит автоматическая подстройка регулятора.

Установка клапанов ASV-Q позволяет отказаться от традиционно сложных наладочных работ в новом строительстве и при реконструкции систем отопления, включая расширение систем без проведения гидравлического расчета трубопроводов.



Применение (примеры 1 - 2 трубных систем)

При реконструкции однотрубной системы без обвода (проточная система) необходимо установить радиаторные терморегуляторы на источники излучения тепла (RTD-G та RTD-головки) и установить обводную линию (байпас), сечение которой должно быть на один размер меньше, чем основной трубы системы (байпас в 1/2” для основной в 3/4").

При помощи байпаса поток теплоносителя через источник излучения тепла уменьшается до 35 - 30 %, что также зависит от диаметра основных труб в системе. Изучая кривую теплоотдачи радиатора однотрубной системы, мы убеждаемся, что уменьшение потока теплоносителя со 100 % даже до 30 % приведет к уменьшению теплоотдачи радиатора лишь на 10 %.

Это значит, что в подавляющем большинстве случаев установка байпаса будет иметь лишь незначительное влияние на теплоотдачу. Во многих случаях размеры теплоизлучателя (радиатора, конвектора) выбраны уже с запасом, и поэтому теплоизлучатели могут продолжать давать необходимое количество тепла. Если же радиатор маломощный, то для решения проблемы необходимо:

- Повысить температуру теплоносителя

- Повысить производительность циркуляционного насоса

- Увеличить поверхности нагрева радиаторов

-Утеплить ограждающие конструкции (стены) здания

Клапаны RTD-G с высокой пропускной способностью используются в однотрубных системах отопления с циркуляционными насосами и в двухтрубных системах гравитационных (самотечных).

Для поддержания гидравлического баланса в системе отопления на каждом стояке необходимо установить автоматический регулятор расхода ASV-Q, который будет ограничивать поток по каждом стояке. Таким образом тепло будет распределяться равномерно по всем стоякам, особенно в случае изменяемой тепловой нагрузки, или если присутствует недостаточное снабжение теплом. Запорно-измерительный клапан ASV-М позволяет перекрыть каждый отдельный стояк и, при необходимости, спустить с него воду, одновременно измеряя поток через стояк.

Теплоизлучатели (радиаторы и конвекторы) могут комплектоваться радиаторными термостатами (RTD-G и RTD-головками) без всяких ограничений. Выбор клапана RTD-G проводится в соответствии с предыдущим примером (смотри также пример выбора RTD-G в техническом описании). В таком случае стояки необходимо оснастить ограничителями потока ASV-Q и ASV-М запорно-измерительным клапаном.

В случае 2-трубной системы теплоизлучатели могут комплектоваться радиаторными термостатами (RTD-N и RTD-датчики) без каких-либо ограничений. Выбор клапана RTD-N проводится в соответствии с приведенными выше примерами для RTD-N. В этом случае каждый стояк должен комплектоваться регулятором давления ASV-P (и запорно-измерительным клапаном ASV-М), который будет обеспечивать постоянный D Р на каждом стояке, чем будут скомпенсированы изменения в тепловой нагрузке и изменении D Р. Более того, уменьшая риск шума в радиаторных терморегуляторах, регулятор перепаду давления тем самым будет обеспечивать их долговечность


Таким образом решается вопрос регулировки температуры в отдельных комнатах.

По принципу регулирования все системы автоматического регулирования подразделяются на четыре класса.

1. Система автоматической стабилизации - система, в которой регулятор поддерживает постоянным заданное значение регулируемого параметра.

2. Система программного регулирования - система, обеспечивающая изменение регулируемого параметра по заранее заданному закону (во времени).

3. Следящая система - система, обеспечивающая изменение регулируемого параметра в зависимости от какой-либо другой величины.

4. Система экстремального регулирования - система, в которой регулятор поддерживает оптимальное для изменяющихся условий значение регулируемой величины.

Для регулирования температурного режима электронагревательных установок применяются в основном системы двух первых классов.

Системы автоматического регулирования температуры по роду действия можно разделить на две группы: прерывистого и непрерывного регулирования.

Автоматические регуляторы по функциональным особенностям разделены на пять типов: позиционные (релейные), пропорциональные (статические), интегральные (астатические), изодромные (пропорционально-интегральные), изодромные с предварением и с первой производной.

Позиционные регуляторы относятся к прерывистым САР, а остальные типы регуляторов - к САР непрерывного действия. Ниже рассмотрены основные особенности позиционных, пропорциональных, интегральных и изодромных регуляторов, имеющих наибольшее применение в системах автоматического регулирования температуры.

(рис. 1) состоит из объекта регулирования 1, датчика температуры 2, программного устройства или задатчика уровня температуры 4, регулятора 5 и исполнительного устройства 8. Во многих случаях между датчиком и программным устройством ставится первичный усилитель 3, а между регулятором и исполнительным устройством - вторичный усилитель 6. Дополнительный датчик 7 применяется в изодромных системах регулирования.

Рис. 1. Функциональная схема автоматического регулирования температуры

Позиционные (релейные) регуляторы температуры

Позиционными называют такие регуляторы, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. В электронагревательных установках применяются двух- и трехпозиционные регуляторы. Они просты и надежны в эксплуатации.

На рис. 2 показана принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха.

Рис. 2. Принципиальная схема двухпозиционного регулирования температуры воздуха: 1 - объект регулирования, 2 - измерительный мост, 3 - поляризованное реле, 4 - обмотки возбуждения электродвигателя, 5 - якорь электродвигателя, 6 - редуктор, 7 - калориф.

Для контроля температуры в объекте регулирования служит термосопротивление ТС, включенное в одно из плеч измерительного моста 2. Величины сопротивлений моста подбираются таким образом, чтобы при заданной температуре мост был уравновешен, то есть напряжение в диагонали моста равнялось нулю. При повышении температуры поляризованное реле 3, включенное в диагональ измерительного моста, включает одну из обмоток 4 электродвигателя постоянного тока, который с помощью редуктора 6 закрывает воздушный клапан перед калорифером 7. При понижении температуры воздушный клапан полностью открывается.

При двухпозиционном регулировании температуры количество подаваемого тепла может устанавливаться только на двух уровнях - максимальном и минимальном. Максимальное количество тепла должно быть больше необходимого для поддержания заданной регулируемой температуры, а минимальное - меньше. В этом случае температура воздуха колеблется около заданного значения, то есть устанавливается так называемый автоколебательный режим (рис. 3, а).

Линии, соответствующие температурам τ н и τ в, определяют нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности. Когда температура регулируемого объекта, уменьшаясь, достигает значения τ н количество подаваемого тепла мгновенно увеличивается и температура объекта начинает возрастать. Достигнув значения τ в, регулятор уменьшает подачу тепла, и температура понижается.

Рис. 3. Временная характеристика двухпозиционного регулирования (а) и статическая характеристика двухпозиционного регулятора (б).

Скорость повышения и понижения температуры зависит от свойств объекта регулирования и от его временной характеристики (кривой разгона). Колебания температуры не выходят за границы зоны нечувствительности, если изменения подачи тепла сразу вызывают изменения температуры, то есть если отсутствует запаздывание регулируемого объекта .

С уменьшением зоны нечувствительности амплитуда колебаний температуры уменьшается вплоть до нуля при τ н = τ в. Однако для этого требуется, чтобы подача тепла изменялась с бесконечно большой частотой, что практически осуществить чрезвычайно трудно. Во всех реальных объектах регулирования имеется запаздывание. Процесс регулирования в них протекает примерно так.

При понижении температуры объекта регулирования до значения τ н мгновенно изменяется подача тепла, однако из-за запаздывания температура некоторое время продолжает снижаться. Затем она повышается до значения τ в, при котором мгновенно уменьшается подача тепла. Температура продолжает еще некоторое время повышаться, затем из-за уменьшенной подачи тепла температура понижается, и процесс повторяется вновь.

На рис. 3, б приведена статическая характеристика двухпозиционного регулятора . Из нее следует, что регулирующее воздействие на объект может принимать только два значения: максимальное и минимальное. В рассмотренном примере максимум соответствует положению, при котором воздушный клапан (см. рис. 2) полностью открыт, минимум - при закрытом клапане.

Знак регулирующего воздействия определяется знаком отклонения регулируемой величины (температуры) от ее заданного значения. Величина регулирующего воздействия постоянна. Все двухпозиционные регуляторы обладают гистерезисной зоной α , которая возникает из-за разности токов срабатывания и отпускания электромагнитного реле.

Пример использования двухпозиционного регулирования температуры:

Пропорциональные (статические) регуляторы температуры

В тех случаях, когда необходима высокая точность регулирования или когда недопустим автоколебательный процесс, применяют регуляторы с непрерывным процессом регулирования . К ним относятся пропорциональные регуляторы (П-регуляторы) , пригодные для регулирования самых разнообразных технологических процессов.

В тех случаях, когда необходима высокая точность регулирования или когда недопустим автоколебательный процесс, применяют регуляторы с непрерывным процессом регулирования. К ним относятся пропорциональные регуляторы (П-регуляторы), пригодные для регулирования самых разнообразных технологических процессов.

В системах автоматического регулирования с П-регуляторами положение регулирующего органа (у) прямо пропорционально значению регулируемого параметра (х):

y=k1х,

где k1 - коэффициент пропорциональности (коэффициент усиления регулятора).

Эта пропорциональность имеет место, пока регулирующий орган не достигнет своих крайних положений (конечных выключателей).

Скорость перемещения регулирующего органа прямо пропорциональна скорости изменения регулируемого параметра.

На рис. 4 показана принципиальная схема системы автоматического регулирования температуры воздуха в помещении при помощи пропорционального регулятора. Температура в помещении измеряется термометром сопротивления ТС, включенным в схему измерительного моста 1.

Рис. 4. Схема пропорционального регулирования температуры воздуха: 1 - измерительный мост, 2 - объект регулирования, 3 - теплообменник, 4 - конденсаторный двигатель, 5 - фазочувствительный усилитель.

При заданной температуре мост уравновешен. При отклонении регулируемой температуры от заданного значения в диагонали моста возникает напряжение разбаланса, величина и знак которого зависят от величины и знака отклонения температуры. Это напряжение усиливается фазочувствительным усилителем 5, на выходе которого включена обмотка двухфазного конденсаторного двигателя 4 исполнительного механизма.

Исполнительный механизм перемещает регулирующий орган, изменяя поступление теплоносителя в теплообменник 3. Одновременно с перемещением регулирующего органа происходит изменение сопротивления одного из плеч измерительного моста, в результате этого изменяется температура, при которой уравновешивается мост.

Таким образом, каждому положению регулирующего органа из-за жесткой обратной связи соответствует свое равновесное значение регулируемой температуры.

Для пропорционального (статического) регулятора характерна остаточная неравномерность регулирования .

В случае скачкообразного отклонения нагрузки от заданного значения (в момент t1) регулируемый параметр придет по истечении некоторого отрезка времени (момент t2) к новому установившемуся значению (рис. 4). Однако это возможно только при новом положении регулирующего органа, то есть при новом значении регулируемого параметра, отличающегося от заданного на величину δ .

Рис. 5. Временные характеристики пропорционального регулирования

Недостаток пропорциональных регуляторов состоит в том, что каждому значению параметра соответствует только одно определенное положение регулирующего органа. Для поддержания заданного значения параметра (температуры) при изменении нагрузки (расхода тепла) необходимо, чтобы регулирующий орган занял другое положение, соответствующее новому значению нагрузки. В пропорциональном регуляторе этого не происходит, вследствие чего возникает остаточное отклонение регулируемого параметра.

Интегральные (астатические регуляторы)

Интегральными (астатическими) называются такие регуляторы, в которых при отклонении параметра от заданного значения регулирующий орган перемещается более или менее медленно и все время в одном направлении (в пределах рабочего хода) до тех пор, пока параметр снова не примет заданного значения. Направление хода регулирующего органа изменяется лишь тогда, когда параметр переходит через заданное значение.

В интегральных регуляторах электрического действия обычно искусственно создается зона нечувствительности, в пределах которой изменение параметра не вызывает перемещений регулирующего органа.

Скорость перемещения регулирующего органа в интегральном регуляторе может быть постоянной и переменной. Особенностью интегрального регулятора является отсутствие пропорциональной связи между установившимися значениями регулируемого параметра и положением регулирующего органа.

На рис. 6 приведена принципиальная схема системы автоматического регулирования температуры при помощи интегрального регулятора. В ней в отличие от схемы пропорционального регулирования температуры (см. рис. 4) нет жесткой обратной связи.

Рис. 6. Схема интегрального регулирования температуры воздуха

В интегральном регуляторе скорость регулирующего органа прямо пропорциональна величине отклонения регулируемого параметра.

Процесс интегрального регулирования температуры при скачкообразном изменении нагрузки (расхода тепла) отображен на рис. 7 с помощью временных характеристик. Как видно из графика, регулируемый параметр при интегральном регулировании медленно возвращается к заданному значению.

Рис. 7. Временные характеристики интегрального регулирования

Изодромные (пропорционально-интегральные) регуляторы

Изодромное регулирование обладает свойствами как пропорционального, так и интегрального регулирования. Скорость перемещения регулирующего органа зависит от величины и скорости отклонения регулируемого параметра.

При отклонении регулируемого параметра от заданного значения регулирование осуществляется следующим образом. Вначале регулирующий орган перемещается в зависимости от величины отклонения регулируемого параметра, то есть имеет место пропорциональное регулирование. Затем регулирующий орган совершает дополнительное перемещение, которое необходимо для устранения остаточной неравномерности (интегральное регулирование).

Изодромную систему регулирования температуры воздуха (рис. 8) можно получить заменой жесткой обратной связи в схеме пропорционального регулирования (см. рис. 5) упругой обратной связью (от регулирующего органа к движку сопротивления обратной связи). Электрическая обратная связь в изодромной системе осуществляется потенциометром и вводится в систему регулирования через контур, содержащий сопротивление R и емкость С.

В течение переходных процессов сигнал обратной связи вместе с сигналом отклонения параметра воздействует на последующие элементы системы (усилитель, электродвигатель). При неподвижном регулирующем органе, в каком бы положении он ни находился, по мере заряда конденсатора С сигнал обратной связи затухает (в установившемся режиме он равен нулю).

Рис. 8. Схема изодромного регулирования температуры воздуха

Для изодромного регулирования характерно, что неравномерность регулирования (относительная ошибка) с увеличением времени уменьшается, приближаясь к нулю. При этом обратная связь не будет вызывать остаточных отклонений регулируемой величины.

Таким образом, изодромное регулирование приводит к значительно лучшим результатам, чем пропорциональное или интегральное (не говоря уже о позиционном регулировании). Пропорциональное регулирование в связи с наличием жесткой обратной связи происходит практически мгновенно, изодромное - замедленно.

Программные системы автоматического регулирования температуры

Для осуществления программного регулирования необходимо непрерывно воздействовать на настройку (уставку) регулятора так, чтобы регулируемая величина изменялась по заранее заданному закону. С этой целью узел настройки регулятора снабжается программным элементом. Это устройство служащее для установления закона изменения задаваемой величины.

При электронагреве исполнительный механизм САР может воздействовать на включение или отключение секций электронагревательных элементов, изменяя тем самым температуру нагреваемой установки в соответствии с заданной программой. Программное регулирование температуры и влажности воздуха широко применяется в установках искусственного климата.

Каждый огородник или садовод мечтает иметь на своем участке теплицу. Теплица — своеобразная курортная зона, где растения чувствую себя хорошо не зависимо от погодных условий. А как приятно и полезно получить урожай салата, редиса ранней весной, когда на только появившихся проталинках появляется печеночница обыкновенная!

Естественно, для получения подобных результатов необходимо не только построить хорошую теплицу, но и поддерживать там оптимальную температуру. Важна температура воздуха и почвы.

Эти факторы влияют на впитываемость полезных элементов, влаги; качественные и количественные показатели урожая; возникновение разнообразных заболеваний.

Любой огородник должен понимать, что существует прямая связь между температурой воздуха, грунта внутри теплицы, возможным урожаем. Однако многие соседствующие культуры любят разные режимы влажности и температуры. Оптимизировав размещение культур в теплице, можно пользоваться весомой температурной разницей в различных её частях.

В теплице, как и в не защищенном грунте, имеются температурные суточные колебания. Слишком резкие, превышающие 4 – 8 °С, перепады негативно отражаются на росте, развитии растений, урожайности. Приводят к частым болезням и гибели культур. В зависимости от вида растения температура почвы и воздуха в теплице должна находиться на отметке 14 – 25 °С.

Температура является показателем термодинамического состояния объекта и используется как выходная координата при автоматизации тепловых процессов. Характеристики объектов в системах регулирования температуры зависят от физических параметров процесса и конструкции аппарата. Поэтому общие рекомендации по выбору АСР температуры сформулировать невозможно и требуется тщательный анализ характеристик каждого конкретного процесса.

Регулирование температуры в инженерных системах производится значительно чаще, чем регулирование каких-либо других параметров. Диапазон регулируемых температур невелик. Нижний предел этого диапазона ограничен минимальным значением температуры наружного воздуха (-40 °С), верхний - максимальной температурой теплоносителя (+150 °С).

К общим особенностям АСР температуры можно отнести значительную инерционность тепловых процессов и измерителей (датчиков) температуры. Поэтому одной из основных задач при создании АСР температуры является уменьшение инерционности датчиков.

Рассмотрим в качестве примера, характеристики наиболее распространенного в инженерных системах манометрического термометра в защитном чехле (рис. 5.1). Структурную схему такого термометра можно представить в виде последовательного соединения четырех тепловых емкостей (рис. 5.2): защитного чехла /, воздушной прослойки 2 , стенки термометра 3 и рабочей жидкости 4. Если пренебречь тепловым сопротивлением каждого слоя, то уравнение теплового баланса для каждого элемента этого прибора можно записать в виде

G,Cpit, = а п? Sj і (tj _і - tj) - a i2 S i2 (tj - Сн), (5.1)

где Gj- масса соответственно чехла, воздушной прослойки, стенки и жидкости; C pj - удельная теплоемкость; tj - температура; a,i, а /2 - коэффициенты теплоотдачи; S n , S i2 - поверхности теплоотдачи.

Рис. 5.1. Принципиальная схема манометрического термометра:

• 1 - защитный чехол; 2 - воздушная прослойка; 3 - стенка термометра;
• 4 - рабочая жидкость

Рис. 5.2.

Как видно из уравнения (5.1), основными направлениями уменьшения инерционности датчиков температуры являются;

• повышение коэффициентов теплоотдачи от среды к чехлу в результате правильного выбора места установки датчика; при этом скорость движения среды должна быть максимальной; при прочих равных условиях более предпочтительна установка термометров в жидкой фазе (по сравнению с газообразной), в конденсирующемся паре (по сравнению с конденсатом) и т. п.;
• уменьшение теплового сопротивления и тепловой емкости защитного чехла в результате выбора его материала и толщины;
• уменьшение постоянной времени воздушной прослойки за счет применения наполнителей (жидкости, металлической стружки); у термопар рабочий спай припаивается к корпусу защитного чехла;
• выбор типа первичного преобразователя: например, при выборе необходимо учитывать, что наименьшей инерционностью обладает термопара в малоинерционном исполнении, наибольшей - манометрический термометр.

Каждая АСР температуры в инженерных системах создается для вполне конкретной цели (регулирования температуры воздуха в помещениях, тепло- или холодоносителя) и, следовательно, предназначена для работы в очень небольшом диапазоне. В связи с этим условия применения той или иной АСР определяют устройство и конструкцию как датчика, так и регулятора температуры. Например, при автоматизации инженерных систем широко применяются регуляторы температуры прямого действия с манометрическими измерительными устройствами. Так, для регулирования температуры воздуха в помещениях административных и общественных зданий при использовании эжекционных и вентиляторных доводчиков трехтрубной схемы тепло- и холодоснаб-жения применяют регулятор прямого действия прямого типа РТК (рис. 5.3), который состоит из термосистемы и регулирующего клапана. Термосистема, пропорционально перемещающая шток регулирующего клапана при изменении температуры рециркуляционного воздуха на входе в доводчик, включает чувствительный элемент, задатчик и исполнительный механизм. Эти три узла соединены капиллярной трубкой и представляют единый герметичный объем, заполненный термочувствительной (рабочей) жидкостью. Трехходовой регулирующий клапан управляет подачей горячей или холодной воды к теплообменнику эжекционного

Рис. 5.3.

а - регулятор; б - регулирующий клапан; в - термосистема;

• 1 - сильфон; 2 - задатчик; 3 - ручка настройки; 4 - корпус;
• 5, 6 - регулирующие органы соответственно горячей и холодной воды; 7 - шток; 8 - исполнительный механизм; 9 - чувствительный элемент

доводчика и состоит из корпуса и регулирующих органов. С повышением температуры воздуха рабочая жидкость термосистемы увеличивает свой объем и сильфон клапана перемещает шток и регулирующий орган, закрывая прохождение горячей воды через клапан. При увеличении температуры на 0, 5-1 °С регулирующие органы остаются неподвижными (проходы горячей и холодной воды закрыты), а при более высокой температуре открывается лишь проход холодной воды (проход горячей воды остается закрытым). Заданная температура обеспечивается вращением ручки настройки, связанной с сильфоном, который изменяет внутренний объем термосистемы. Регулятор может быть настроен на температуру в диапазоне от 15 до 30 °С.

При регулировании температуры в водо-и пароводных подогревателях и охладителях используются регуляторы типа РТ, которые незначительно отличаются от регуляторов типа РТК. Их основная особенность - совмещенное исполнение термобаллона с задатчиком, а также использование двухседельного клапана в качестве регулирующего органа. Такие манометрические регуляторы выпускаются на несколько 40-градусных диапазонов в пределах от 20 до 180 °С с диаметром условного прохода от 15 до 80 мм. В связи с наличием в этих регуляторах большой статической ошибки (10 °С) их не рекомендуется применять для высокоточного регулирования температуры.

Манометрические термосистемы используются также в пневматических П-регуляторах, широко применяемых для регулирования температуры в инженерных системах кондиционирования воздуха и вентиляции (рис. 5.4). Здесь при изменении температуры изменяется давление в термосистеме, которое через сильфон действует на рычаги, передающие усилие на шток пневмореле и мембрану. При равенстве текущей температуры с заданной вся система находится в равновесии, оба клапана пневмореле, питающий и стравливающий, закрыты. При увеличении давления на шток начинает открываться питающий клапан. К нему подведено давление от сети питания сжатым воздухом, в результате чего в пневмореле образуется давление управления, возрастающее от 0, 2 до 1 кгс/см 2 пропорционально увеличению температуры контролируемой среды. Этим давлением приводится в действие исполнительный механизм.

Для автоматического регулирования температуры воздуха в помещениях начали широко использоваться термостатические клапаны американской фирмы Honeywell и радиаторные терморегуляторы (термостаты) RTD, выпускаемые московским филиалом

Рис. 5.4.

с манометрической термосистемой:

• 1 - шток пневмореле; 2 - узел неравномерности; 3, 9 - рычаги;
• 4, 7 - винты; 5 - шкала; 6 - гайка; 8 - пружина; 10 - сильфон;
• 11 - мембрана; 12 - пневмореле; 13 - термобаллон; 14 - питающий

клапан; 15 - стравливающий клапан

датской фирмы Danfoss, необходимая температура задается поворотом настроенной рукоятки (головки) с указателем от 6 до 26 °С. Понижение температуры на 1 °С (например, с 23 до 22 °С) позволяет экономить 5-7% тепла, потребляемого на отопление. Термостаты RTD позволяют избежать перегрева помещений в переходный и другие периоды года и обеспечить минимально необходимый уровень отопления в помещениях с периодическим проживанием людей. Кроме этого, радиаторные терморегуляторы RTD обеспечивают гидравлическую устойчивость для двухтрубной системы отопления и возможность ее регулировки и увязки в случае ошибок при монтаже и проектировании без использования дроссельных шайб и других конструктивных решений.

Терморегулятор состоит из регулирующего клапана (корпуса) и термостатического элемента с сильфоном (головки). Соединение корпуса и головки производится с помощью накидной гайки с резьбой. Для удобства монтажа на трубопровод и присоединения терморегулятора к отопительному прибору он комплектуется накидной гайкой с резьбовым ниппелем. Температура в помещении поддерживается путем изменения расхода воды через отопительный прибор (радиатор или конвектор). Изменение расхода воды происходит за счет перемещения штока клапана сильфоном, заполненным специальной смесью газов, изменяющих свой объем даже при незначительном изменении температуры окружающего сильфон воздуха. Удлинению сильфона при повышении температуры противодействует настроечная пружина, усилие которой регулируется поворотом рукоятки с указателем желаемого значения температуры.

Для лучшего соответствия любым системам отопления выпускаются два типа корпусов регулятора: RTD-G с малым сопротивлением для однотрубных систем и RTD-N с повышенным сопротивлением для двухтрубных систем. Корпуса изготавливаются для прямого и углового клапанов.

Термостатические элементы регуляторов изготавливаются в пяти вариантах: со встроенным датчиком; с дистанционным датчиком (длина капиллярной трубки 2 м); с защитой от неумелого использования и воровства; с ограничением диапазона настройки до 21 °С. В любом исполнении термостатический элемент обеспечивает ограничение настроенного диапазона температур или фиксации на требуемой температуре воздуха в помещении.

Срок эксплуатации регуляторов RTD 20-25 лет, хотя в гостинице «Россия» (Москва) зарегистрирован срок службы 2000 регуляторов более 30 лет.

Регулирующий прибор (погодный компенсатор) ECL (рис. 5.5) обеспечивает поддержание температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления в зависимости от температуры наружного воздуха по соответствующему конкретному ремонту и конкретному объекту отопительному графику. Прибор воздействует на регулирующий клапан с электроприводом (при необходимости - и на циркуляционный насос) и позволяет осуществлять следующие операции:

• поддержание расчетного отопительного графика;
• ночное снижение температурного графика по недельным (интервал 2 ч) или 24-часовым (интервал 15 мин) программируемым часам (в случае электронных часов интервал 1 мин);
• натоп помещения в течение 1 ч после ночного снижения температуры;
• подключение через релейные выходы регулирующего клапана и насоса (или 2 регулирующих клапанов и 2 насосов);

Рис. 5.5. Погодный компенсатор ЕС/. с настройкой,

доступной потребителю:

1 - программируемые часы с возможностью задания периодов работы комфортной или пониженной температуры по суточному или недельному циклу: 2 - параллельное перемещение графика температуры в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха (отопительного графика): 3 - переключатель режимов работы; 4 - место для инструкции по эксплуатации: 5 - сигнализация включения, текущего режима работы,

аварийных режимов;

О - отопление отключено, поддерживается температура, предотвращающая замерзание теплоносителя в системе отопления;) - работа с пониженной температурой в системе отопления; © - автоматическое переключение с режима комфортной температуры на режим с пониженной температурой и обратно в соответствии с заданием на программируемых часах;

О - работа без понижения температуры по суточному или недельному циклу; - ручное управление: регулятор выключен, циркуляционный насос включен постоянно, управление клапаном производится вручную

• автоматический переход из летнего режима в зимний и обратно по заданной температуре наружного воздуха;
• прекращение ночного снижения температуры при понижении наружных температур ниже заданного значения;
• защиту системы от замораживания;
• коррекцию отопительного графика по температуре воздуха в помещении;
• переход на ручное управление приводом клапана;
• максимальные и минимальные ограничения температуры воды на подаче и возможность фиксированного или пропорцио-

нального ограничения температуры обратной воды в зависимости от температуры наружного воздуха;

• самотестирование и цифровую индикацию значений температур всех датчиков и состояний клапанов и насосов;
• установку зоны нечувствительности, зоны пропорциональности и времени накопления;
• возможность работы по накопленным за заданный период или текущим значениям температур;
• задание коэффициента тепловой устойчивости здания и задание влияния отклонения температуры обратной воды на температуру воды на подаче;
• защиту от образования накипи при работе с газовым котлом. В схемах автоматизации инженерных систем используются

также биметаллические и дилатометрические терморегуляторы, в частности электрический двухпозиционный и пневматический пропорциональный.

Электрический биметаллический датчик предназначен в основном для двухпозиционного регулирования температуры в помещениях. Чувствительным элементом этого прибора является биметаллическая спираль, один конец которой закреплен неподвижно, а другой свободен и удовлетворяет подвижным контактам, замыкающимся или размыкающимся с неподвижным контактом в зависимости от текущего и заданного значений температуры. Заданную температуру устанавливают поворотом шкалы настройки. В зависимости от диапазона настройки терморегуляторы выпускаются в 16 модификациях с общим диапазоном настройки от -30 до + 35 °С, причем каждый регулятор имеет диапазон 10, 20 и 30 °С. Погрешность срабатывания ±1 °С на средней отметке и до ±2, 5 °С на крайних отметках шкалы.

Пневматический биметаллический регулятор в качестве преобразователя-усилителя имеет сопло-заслонку, на которую действует усилие биметаллического измерительного элемента. Эти регуляторы выпускаются 8 модификаций, прямого и обратного действия с общим диапазоном настройки от +5 до +30 °С. Диапазон настройки каждой модификации 10 °С.

Дилатометрические регуляторы устроены на использовании разности коэффициентов линейного расширения инварного (железоникелевый сплав) стержня и латунной или стальной трубки. Эти терморегуляторы по принципу действия регулирующих устройств не отличаются от подобных регуляторов, использующих манометрическую измерительную систему.

В статье мы выясним, какими могут быть терморегуляторы для домашнего отопления. Мы разберем базовые принципы работы разных устройств этого типа и расскажем, как их правильно устанавливать. Начнем, однако, с нескольких общих понятий.

Зачем это нужно

А в самом деле, зачем нужен терморегулятор для отопления? Наши бабушки и дедушки прекрасно обходились без него и вовсе не страдали…

Экономия

Помните, какой была квартплата во времена бабушек и дедушек? В конце семидесятых, в двухкомнатной квартире на Дальнем Востоке, где рос автор, она составляла примерно 15 рублей. Зимой, вместе с отоплением и электричеством.

Для сравнения: зарплата младшего научного сотрудника в местном институте тогда составляла примерно 120 рублей. Средняя зарплата по городу, благодаря северному и районному коэффициенту — больше двухсот. Переживать из-за двух-трех рублей, которые переплачивались за избыток тепла, никому не приходило в голову: проще было открыть форточку.

Однако: еще на уровне проекта все радиаторы снабжались прадедушкой нынешних терморегуляторов — трехходовым краном. Он позволял уменьшить расход теплоносителя через радиатор, полностью или частично направив поток воды в перемычку.

Сейчас большая часть инициатив государства сводится к двум основным тезисам:

1. Гражданам это не нужно.
2. А за это они должны платить сами.

Дотаций на содержание жилья больше нет, ЖКХ в упадке, квартплата растет, ну а мы… приспосабливается так, как можем.

Терморегуляторы для радиаторов отопления в совокупности с теплосчетчиками — один из способов сократить расходы на обогрев жилья. Тепла потребляется ровно столько, сколько необходимо для поддержания комфортной температуры дома. Не больше.

Удобство

Да, термостаты — не единственный инструмент, с помощью которого можно добиться экономии тепла. Регулировка радиаторов отопления может выполняться и вручную — дросселем или обычным вентилем.

Но, как обычно, есть нюансы:

• Дроссель регулирует проходимость подводки. При колебаниях температуры теплоносителя теплоотдача отопительного прибора будет тоже меняться.
• Потребность в тепле меняется в зависимости от температуры на улице. Подстраивать проходимость дросселя или вентиля вручную несколько раз в сутки несколько утомительно.

Альтернатива дросселю — термостат — представляет собой полностью автоматический и погодозависимый регулятор отопления. Если в комнате из-за поднявшейся температуры воды в батарее становится жарко — он уменьшит расход воды через нее.

Если похолодало — он приоткроется. И все это произойдет без вашего участия.

Принцип работы

Конкретных реализаций регуляторы отопления насчитывают бесконечно много. В основе же лежит всего два базовых принципа регулировки.

Механический регулятор

Давайте посмотрим, как устроена термостатическая головка Данфосс RAW-K 5030.

• В основе механизма — емкость с жидкостью или газом, обладающим высоким коэффициентом теплового расширения. Емкость стремится прижать клапан, перекрыв поступление воды; ей противостоит обычная пружина.
• Грубая настройка осуществляется простейшим винтовым механизмом. Чем ближе исходное положение термочувствительного элемента к клапану — тем меньший ход ему нужен, чтобы перекрыть поступление воды.
• Кроме того, многие терморегуляторы на радиаторы отопления включают дополнительный подстроечный механизм — простейший дроссель. Он помогает откалибровать термостат так, чтобы шкала условных значений на нем соответствовала реальным температурам в диапазоне от 7 до 28 градусов.

Однако: точную регулировку можно выполнить и обыкновенным дросселем, смонтированным на второй, свободной от термостата подводке к отопительному прибору.

Тот же принцип использует, к слову, автоматический регулятор тяги для твердотопливных котлов. Проблема несоответствия хода заслонки и изменения размеров термочувствительной емкости решается предельно просто — использованием рычага с плечами разной длины.

Электрический регулятор

Все электрические терморегуляторы отопления используют способность некоторых материалов менять свои характеристики при изменении температуры.

Разумеется, в данном случае речь идет об электрических характеристиках:

• Терморезистор меняет свое сопротивление при изменении температуры. Соответственно при постоянном напряжении через него будет течь больший или меньший ток. Так, к примеру, часто работает регулятор скорости вращения вентилятора отопителя. При небольшой потребляемой мощности весь ток может течь непосредственно через терморезистор.

Более сложная схема, однако, позволит управлять и большими токами. Таким образом, работает комнатный регулятор отопления VRT 40 от Vaillant: при токе через терморезистор в доли ампера он может управлять электрическим котлом мощностью в десятки киловатт.

• Термопара — еще более любопытное устройство. Если спаять вместе две пластинки из разных металлов — например, из нихрома и алюминий-никелевого сплава — в месте соединения возникнет разница потенциалов. Причем она будет динамически меняться при колебаниях температуры точки спайки.

Возникающий ток будет исчисляться милливольтами, и сам по себе недостаточен, чтобы привести в движение какой-либо клапан; однако на то есть транзисторы. Управляющий сигнал может быть сколь угодно малым и при этом управлять большими токами.

Каскад транзисторов теоретически позволит обычной термопаре управлять подачей тепла не то что на радиатор — хоть на целый многоквартирный дом.

При общем принципе работы электрические терморегуляторы могут быть аналоговыми или цифровыми. Первые позволяют лишь простейшую настройку температуры и чаще всего снабжаются простейшим индикатором, совмещенным с управлением — колесиком со шкалой. Вторые могут не только задавать текущую температуру, но и программироваться на сутки или неделю.

Кроме того, цифровые индикаторы делятся еще на две категории:

• Устройства с закрытой логикой позволяют лишь настройку базовых параметров в рамках заводской прошивки. Они относительно просты в настройке, но обладают ограниченными производителем возможностями. Типичный образец — автоматический регулятор отопления Calormatic 430 от Vaillant.

• Устройство с открытой логикой могут перепрограммироваться полностью. Вместо так называемых однократок — нестираемых микросхем с прошивкой — они снабжаются обычной флеш-памятью с открытым интерфейсом.

Эти устройства редко применяются в системах отопления частных домов: сложность настройки и высокая цена отпугивают покупателей. Зато возможности, которыми обладает терморегулятор отопления с открытой логикой, впечатляют.

Приведем список функций украинского регулятора отопления Взлет РО-2:

• Регулировка температуры с учетом тепловой инерции здания.
• Расчет температурного графика, компенсирующего резкие колебания температуры на улице.
• Защита тепловой сети от перегрузок путем нормирования расхода горячей воды.
• Построение графика температур для административных зданий с учетом режима их работы.
• Расчет расхода теплоносителя согласно действующему договору с поставщиком тепла.

Легче сказать, чего этот терморегулятор не может. Кроме того, если потребуются дополнительные функции — его можно перепрошить.

Правила монтажа

Термостатические головки

Если радиаторы отопления с терморегулятором поставляются уже готовыми к подключению, то купленный отдельно термостат нужно еще смонтировать.

Как сделать это своими руками правильно?

• Сам способ установки ничем не отличается от сборки прочих резьбовых соединений. Не забудьте про хрупкость латунного корпуса: при сборке резьбовых соединений избегайте больших усилий. Лучшая подмотка для резьбы, которую несложно найти в любом магазине — сантехнический лен; чтобы сделать его более долговечным — пропитайте прядь льна любой краской.
• Терморегулятор для радиаторов отопления всегда располагается на подающей нитке подводки. На обратной нитке будет отличной идеей врезать вентиль, позволяющий полностью отсечь отопительный прибор. Если в термостатическую головку не встроен дроссель для ручной калибровки — вентиль можно заменить отдельным дросселем.

Внимание: наличие перемычки при установке ЛЮБОГО дросселя или терморегулятора обязательно. Без нее вы будете регулировать проходимость стояка или всего контура отопления частного дома.

• В случае двухтрубной системы отопления использование дросселей обязательно. Они нужны для балансировки контура: ближние к котлу или элеватору батареи придется прижать, уменьшив расход теплоносителя через них. Иначе дальние радиаторы просто не станут греть — вплоть до разморозки в сильные холода.

Балансировка выполняется при полностью открытых термостатических головках (максимальное значение температуры на циферблате). Лишь после того, как все отопительные приборы начнут нагреваться до примерно одинаковой температуры, можно настраивать и калибровать термостаты.

• Если вами монтируется система отопления в одноэтажном частном доме, лучшим выбором станет ленинградка — однотрубный контур по периметру дома, параллельно которому, не размыкая его, врезаются отопительные приборы.

Схема подключения — нижняя или диагональная. На одну из подводок ставится дроссель (балансировка здесь не необходима, но желательна). На вторую — термостат.

• Головка обычно ставится горизонтально. С чем связана инструкция? Дело в том, что при вертикальной установке теплочувствительный элемент часто попадет в поток восходящего от радиатора горячего воздуха. Понятно, что его температура будет иметь мало общего со СРЕДНЕЙ температурой в комнате.

Электронные регуляторы

Правила монтажа зависят от того, где находится термодатчик регулятора.

Если он встроен в управляющую панель, ее нужно монтировать сообразно вполне понятным ограничениям:

• Высота над уровнем пола — не меньше 80 сантиметров. Близко к полу температура заметно ниже. Особенно при открытой форточке или двери в прихожую.
• Вне восходящих потоков воздуха от любых отопительных приборов и вообще греющихся конструкций. Тепло от задней панели холодильника будет влиять на калибровку датчика не хуже радиатора.
• Прямые солнечные лучи тоже повлияют на работу прибора. Разместите панель с датчиком в тени.
• Наконец, неразумным будет располагать панель электронного регулятора там, где стену часто задевают проходящие рядом обитатели дома.

Если терморегулятор использует выносной датчик — все пункты, кроме последнего, будут относиться именно к расположению датчика. Панель монтируется там, где вам удобно.

Заключение

В видео в конце статьи вы сможете ближе познакомиться с некоторыми видами терморегуляторов и правилами их монтажа. У разных производителей требования к установке могут довольно заметно отличаться, так что не забывайте ознакомиться с инструкцией.