Jak fungují #home_termostaty: od rtuťových baněk po chytré aplikace
Váš termostat je mozkem komfortního systému vašeho domova. Určuje, zda běží pec nebo klimatizace. Tyto dva systémy spotřebují nejvíce elektřiny ve vaší domácnosti. To také určuje každodenní pohodlí. Asi o tom moc nepřemýšlíš. Rostoucí náklady na energii však znamenají, že je čas se na to podívat blíže.
Technologie uvnitř je překvapivě jednoduchá. Pojďme se podívat na domácí termostat. Pojďme sledovat jeho vývoj od objemných mechanických spínačů až po složité digitální panely. Zjistěte, jak ve skutečnosti fungují pokročilé funkce, jako je dálkové ovládání a zónování systému.
Éra Mercury Switch
Začněme starým modelem. Stále je můžete vidět v motelech a starých domech. Klíčovou součástí je rtuťový spínač. Toto je skleněná baňka. Obsahuje malé množství kapalné rtuti.
Rtuť je tekutý kov. Vede elektřinu. Uteče jako voda. Uvnitř žárovky jsou tři dráty.
Dnem prochází nit. Merkur je s ním neustále v kontaktu. Nalevo je další drát. Pokud baňku nakloníte doleva, mezeru v tomto závitu vyplní rtuť. Třetí drát je vpravo. Pokud jej nakloníte doprava, okruh se tam uzavře. Jednoduchá fyzika. Není potřeba žádné programování.
Bimetalický pás a regulace teploty
Jak termostat ví, kdy má naklonit žárovku? Podívejte se na teploměr. Jeden ukazuje teplotu na víku. Druhý je v nejvyšším patře. Spravujte svůj systém HVAC (topení, ventilace a klimatizace).
Nejedná se o digitální snímače. Kroucený bimetalový pásek.
Bimetal jsou dva různé kovy spojené dohromady. Každý kov se při zahřívání rozpíná jinou rychlostí. Pečlivě vybírejte kov. Vyhřívané pásy. Vnitřní kov se roztahuje více než vnější vrstva. Páska se narovná. Po vychladnutí se stočí.
Střední část spirály je připojena k regulační tyči teploty. Na špičce cívky je připevněn rtuťový spínač. Jak se cívka navíjí a odvíjí, rtuťový spínač se naklání. Doleva nebo doprava? Zapnout nebo vypnout.
Ovládání okruhu a ventilátoru
Nedigitální termostaty mají dva mechanické spínače. Nepoužívají dotykové obrazovky. Používají mechanické pohyby.
Tyto spínače pohybují malými kovovými kuličkami. Kulička se kutálí po kontaktních drahách desky s plošnými spoji. Jedním spínačem se nastavuje režim: topení nebo chlazení. Druhý ovládá cirkulační ventilátor.
Je to řetězová reakce. Změny teploty. Páska se narovná. Baňka se nakloní. Míč se kutálí. Okruh je uzavřen. Proud teče.
Mimo auta
Vysvětlili jsme si základy mechanických termostatů. Ale svět jde dopředu. Digitální modely jsou nyní běžné. Ke zlepšení přesnosti používají termistor. Nabízí programovatelné plány. Lze ovládat z mobilního telefonu.
Několik inovací může pomoci zlepšit dostupnost. Mluvící termostat oznamuje nastavení pro zrakově postižené. Před připojením Wi-Fi jste mohli termostat ovládat na dálku pomocí telefonu. Chytré termostaty se dnes mohou naučit vaše návyky.
Porozumění starším zařízením může pomoci při odstraňování problémů. Také to ukazuje, jak daleko jsme se dostali. K tomu, abyste porozuměli ovládání domácího klimatu, nepotřebujete diplom z fyziky. Tohle mě trochu zajímá. A možná ty.
Mějte na paměti rtuť pokaždé, když otočíte knoflíkem nebo se dotknete obrazovky. Nezapomeňte na kovový pohyb. Všechno funguje dohromady. Aby bylo teplo. Nebo se zchladit. Záleží na tom, co potřebujete.
Vnitřní ohřívací a chladicí mechanismus
Otočte páku nahoru. Uvnitř tento pohyb otáčí bimetalovou spirálou. Rtuťový spínač se naklání doleva. Tekutým kovem rychle prochází elektrický proud. Relé cvakne. Ohřívač se zapne. Ventilátor se začne otáčet. Cítím teplo.
Ale nebude to trvat věčně. Jak se místnost zahřívá, radiátor slábne. Přepínač se vrátí doprava. Řetěz se přetrhne. Ohřívač se zastaví.
Chlazení funguje stejně, ale obráceně. Otočte vypínač dolů. Relé dodává energii do klimatizace. Místnost se ochladí. Spirála se stáčí. Rtuťový kontakt opět vyčnívá. Tento cyklus se opakuje.
Je tu však problém. Mechanické termostaty mají slepá místa. Vzduch “uvnitř” krytu termostatu může dosáhnout 72 stupňů před zbytkem obývacího pokoje. Pokud bude topení pokračovat, dokud není místní vzduch ideální, chodby se potí.
Do hry vstupuje vaše kalibrace.
Zařízení předčasně vypne ohřívač. Očekává se, že zbytkové teplo z kamen bude dále sálat do místnosti i po dohoření hořáku. Jedná se o jednoduchou odporovou cívku.
Když je ohřívač v provozu, proud teče z rtuťového spínače přes žlutý vodič do odporové smyčky. Sledujte drát, dokud nedosáhnete posuvníku. Odtud přejděte na PCB.
Otočte rukojetí. Ve směru hodinových ručiček. Můžete zvětšit délku odporového drátu, kterým musí procházet proud. Odpor vytváří teplo. Vyšší odpor znamená, že se v senzoru generuje více tepla. Toto dodatečné teplo umožňuje rychlejší odvíjení bimetalové cívky. Termostat si myslí, že místnost je teplejší, než ve skutečnosti je. Napájení se předčasně vypne. Trouba se zastavila, ale teplo pokračovalo.
Dále se podíváme na to, jak tyto komponenty spolupracují s elektrickým systémem vašeho domova.
Základní informace o zapojení
Starší systémy spoléhají na fyzické připojení. Tento termostat používá 5 vodičů. Každý má svůj úkol.
- RH : Proud z topného transformátoru (24 VAC).
- RC : Proud z chladicího transformátoru (24 VAC).
- W : Signál pro zapnutí topení.
- Y : Signál ke spuštění kompresoru klimatizace.
- G : Signál pro spuštění ventilátoru.
Činnost systému zajišťují dva transformátory. Poskytují nízkonapěťový výkon potřebný k ovládání relé pece nebo klimatizační jednotky. Když potřebujete studený vzduch, postupujte podle této cesty.
Napájení pochází z RC. Přepínač režimu směruje proud do tras, které jdou do pravého dolního rohu desky. Utáhněte šroub a připojte se k růžovému drátu. Růžový vodič je připojen ke spodnímu vodiči rtuťového spínače.
Otočte přepínač doprava, aby se ochladilo. Elektřina proudí přes rtuť k modrému drátu. Modrý vodič je připojen k podložce v levém dolním rohu. Odtud stopy na desce plošných spojů přivádějí energii zpět do přepínače režimu. Kontaktním bodem protéká proud.
Proud dosahuje ke svorce G. Spustí se ventilátor. Proud také protéká konektorem Y. Kompresor se spustí. Fouká studený vítr.
Digitální zařízení a stroje
Mechanické spínače jsou velmi spolehlivé. Ale jsou “hloupí”.
Digitální termostat používá termistor. Rezistor, jehož hodnota odporu se mění v závislosti na teplotě. Mikrokontrolér čte tento odpor. Převádí čísla na přesná měření teploty. Neobsahuje rtuť. Žádné pohyblivé části a žádné lepení.
Důvody přechodu na programovatelnost.
Mechanický termostat zůstane na 72 stupních, dokud se ho nedotknete. Digitální zařízení si pamatují váš rozvrh. Naplánujte si vypnutí topení, když odcházíte do práce v 8:00. Zapne se, když přijdu domů v 17:00. Přehřívání uprostřed noci.
Přestaňte vytápět prázdné domy. Přestaňte chladit prázdné byty. Tady se šetří peníze.
Rozdělení systému
Váš domov může mít svůj vlastní charakter. V některých pokojích si můžete v létě upéct chleba. V zimě, v jiných věcech může všechno zamrznout. Není to jen vaše představivost. Když teplota stoupá, horní patro je velmi horké. Suterén zůstává chladný. Vysoké stropy rychle odvádějí teplo. Sluneční místnost se promění v pec. Přikrývky neřeší fyzické problémy. Vyžaduje ovládání zóny pro vyrovnání podmínek.
To není žádná raketová věda. Je instalováno několik termostatů. Jsou napojeny na centrální řídicí jednotku. Tato jednotka pohybuje klapkou uvnitř potrubí. Termostat ovládá tuto zónu. Vysílá signály otevření/zavření do klapky. To zajišťuje přívod vzduchu přesně tam, kde je potřeba. Jsou k dispozici nějaké pokoje? Zavřete klapku. Šetřete energii.
Úspora nákladů
Nejde jen o pohodlí. To platí i pro vaši peněženku. Podle amerického ministerstva energetiky můžete ušetřit až 30 % nákladů na vytápění a chlazení. Přemýšlejte o tom. Vytápění a chlazení již spotřebují 40 % vašeho účtu za energii. Účelem zónování je předcházet plýtvání. Pokud v místnosti nikdo není, nesměřujte tam vzduch. Jednoduchý výpočet. Ušetřete spoustu peněz.
Průvodce samoinstalací
Většina majitelů domů váhá kvůli ceně. Pro běžného člověka není instalace víkendovým projektem. Tradiční instalace vyžaduje účast specialisty. Ale existuje alternativa. Renovační řešení financoval program Invencí a inovací Energetické agentury. Jmenuje se Retro zóna.
Nainstalujte vzduchovou část ovládání pružné klapky. Kombinujte je s elektronickým regulátorem a systémem vzduchové klapky. Žádný objemný motor. Stávající kanály zůstanou nezměněny. Žádné strukturální změny. Není třeba demontovat stěny.
Efektivní jsou pružné klapky. Existují kulaté a hranaté modely. Plněné vzduchem pro zamezení nebo zajištění proudění. Jsou odolné vůči teplu, vlhkosti, stárnutí, ozónu a chemikáliím ve vzduchu. udržitelný? Asi je to jedno. Většina zranitelností nemá vliv na výkon. Lze instalovat do ocelových trubek nebo flexibilních potrubí. Instalace je jednoduchá. Stačí zatlačit na místo. Pracují s většinou zónových ovládacích panelů.
Nákupní seznam
Pokud jste připraveni sestavit toto zařízení, budete v košíku potřebovat následující položky:
- Termostat pro každou zónu
- Elektromagnetický pohon
- Solenoidové ventily
- Zónový ovládací panel
- Hydrostatický spínač
- Transformátor
- Ohnivzdorná páska
- Ovládací koncový spínač
- Pružná klapka
Nastavení velikosti systému
Konstrukce se liší v závislosti na počtu zón. Tento krok nepřeskakujte.
Ve dvouzónovém systému dodržujte přibližně stejné velikosti zón. Potrubí každé zóny musí být schopné zvládnout 70 % celkového průtoku vzduchu (CFM – kubické stopy za minutu) jednotky HVAC.
Tři zóny? Ujistěte se, že jejich velikosti jsou co nejblíže. Každá trubka nyní zvládne až 50 % celkového průtoku vzduchu.
Čtyři zóny. Průměr potrubí může být nutné zvětšit o 1 palec. Vyžaduje diferenční tlakový spínač. Je vyžadována horní a dolní hranice ochrany. Proč? Aby nedošlo k velkým ztrátám. Neblokujte zcela proudění vzduchu přes tepelný výměník nebo radiátor. Důsledkem může být poškození systému HVAC. Nejprve chraňte své zařízení.
Dále se podívejme na další inovaci domácích termostatů: mluvící termostat.
Mluvící termostat není jen sci-fi zařízení. Jedná se o užitečnou pomůcku pro seniory, zrakově postižené a každého, kdo vyžaduje ovládání bez použití rukou. Zařízení hlásí čas, datum, nastavenou teplotu a aktuální pokojovou teplotu. K dispozici je také audio průvodce pro instalaci.
Jsou užitečné i při dokonalém vidění. Problémy s topnými, ventilačními a klimatizačními systémy (HVAC) často zůstanou neodhaleny, dokud nebudou stát pěkný cent. I malé problémy se mohou rozvinout ve velké, pokud se neřeší. Mluvící termostat vás upozorní, pokud je nutná oprava. Také vám řekne, kdy je potřeba vyměnit filtr. Včasná výměna pomáhá snížit náklady na vytápění a chlazení. Pomáhá také kontrolovat alergie.
Některé modely používají hlasové příkazy. Řekněte „termostat“ a poté „zvýšit“ nebo „snížit“. Zbytek se děje automaticky. To zajišťuje Digital Signal Processor (DSP). DSP filtruje analogové signály skutečného světa a převádí je na digitální signály. Poté jsou odesílány prostřednictvím integrovaných obvodů specifických pro aplikaci (ASIC). Termostaty reagují v reálném čase.
Jedná se o špičková zařízení. Zahrnují všechny pohodlné funkce kvalitního termostatu. Vestavěná funkce zpoždění zabraňuje náhlým cyklům spouštění. Tím je kompresor chráněn. Kompresor je nejdražší součástí systému. Zpoždění snižuje opotřebení. Tato zařízení jsou programovatelná. Zahřívají nebo chladí pouze v případě potřeby.
Snižte náklady pomocí chytrého ladění
Snižte teplotu o 1 stupeň Fahrenheita (0,6 stupně Celsia) po dobu 8 hodin denně. Můžete ušetřit asi 1 % nákladů na vytápění a chlazení. Snížení teploty o 10 stupňů Fahrenheita (5,6 stupně Celsia) může ušetřit asi 10 %. Totéž platí pro klimatizace. Zvyšte teplotu o 10 stupňů Fahrenheita po dobu 8 hodin denně. Můžete ušetřit asi 10 % z vašeho účtu.
Telefonní termostat
Je to skvělé řešení pro pronájem bydlení. Nemusíte platit za vytápění a chlazení dvou domů. Programovatelné termostaty vyžadují pečlivé plánování. Musíte dokonale synchronizovat čas příjezdu. Telefonní termostaty fungují jinak. Svůj domov můžete vytápět nebo chladit pouhým hovorem.
Nahrazuje stávající termostat. Připojuje se k vašemu systému HVAC a telefonní lince. Zavolejte na web. Zadejte heslo na svém telefonu s tónovou volbou. Získáte přístup ke správě. Upravte nastavení teploty. Změňte také provozní režim systému.
Tyto funkce zpracovává digitální mikroprocesor. Obsahuje dotykové tlačítko a modul telefonního rozhraní. S domácím termostatem můžete „mluvit“ prostřednictvím interního telefonního rozhraní. Samostatná telefonní linka není nutná. Funguje ve spojení se záznamníkem nebo hlasovou schránkou. Pokud máte vysokorychlostní připojení k internetu DSL, musí mít vaše linka filtr DSL.
Chytrý termostat a ovládání Wi-Fi
Chytré telefony a aplikace vám pomohou vyhnout se pevným linkám. Chytrý termostat s podporou Wi-Fi je nyní k dispozici. Ovládejte teplotu ve svém domě pomocí dotykové obrazovky smartphonu. Existuje mnoho aplikací. Pohybují se od zdarma až po několik dolarů. Jako většina aplikací jsou cenově dostupné.
Technologický vývoj prospívá spotřebitelům. Jednoduchá zařízení jsou stále chytřejší. Kombinujte více funkcí, abyste ušetřili peníze a snížili stres.
Místo instalace
V ideálním případě by měly být termostaty umístěny tam, kde lidé tráví nejvíce času. Udržujte jej asi 1,5 metru (5 stop) od podlahy. Udržujte minimální vzdálenost 18 palců (46 cm) od vnějších stěn. Nevystavujte zdrojům tepla. Zdrojem je sluneční světlo. Ostatní zařízení jsou zdroje. Zdroj: výfukové potrubí topení. Windows jsou zdrojem. Zdrojem vody jsou teplovodní potrubí.
Vyhněte se umístění v blízkosti schodů. Vyhněte se rohům. Obojí může ovlivnit cirkulaci vzduchu. Špatná cirkulace vzduchu může vést k nepřesným údajům. Systém HVAC nefunguje správně. To vede ke ztrátě energie. Ztrácíte pohodlí. Termostaty vyžadují konstantní proudění vzduchu.
“Nevystavujte jiným zdrojům tepla než vnitřnímu vzduchu.”
Často kladené otázky
Jak funguje zónování systému s moderními termostaty?
Systémové zónování zahrnuje ovládání více termostatů v různých oblastech vašeho domova. To vám umožní nastavit individuální teploty pro každou zónu. Prázdná místnost nebude vytápěna.
Může chytrý termostat výrazně snížit vaše náklady na energii?
Ano. Rozumí vašemu rozvrhu a preferencím. Automaticky regulují teplotu. Tím se optimalizuje spotřeba energie. Pohodlí je zachováno.
Kde je nejlepší místo pro termostat?
Nainstalujte jej na vnitřní stěnu. Udržujte 5 stop nad podlahou. 18 palců od vnější stěny. Vyhněte se přímému slunečnímu záření a průvanu.
Potřebuji na používání telefonního termostatu profesionála?
To zahrnuje připojení systému HVAC k telefonní lince. Instalace svépomocí je možná, pokud jste obeznámeni se základními elektroinstalačními pracemi. V opačném případě si najměte odborníka na HVAC. Bezpečnost především.
Jak přesné jsou termostaty hlasového ovládání?
Ano. Filtrujte a transformujte zvuk pomocí DSP. Odezva nastává v reálném čase. Reaguje na povely jako „zvednout“ a „spustit“.
Trh se neustále mění. Přicházejí nové funkce. Cíl zůstává stejný. Převezměte kontrolu nad svým prostředím. Ušetřete peníze. Cítit se pohodlně. Co mám dále aktualizovat?
Kam jít hlouběji?
Pokud chcete pouze porozumět mechanice tepla, začněte se základy. Jak vlastně teploměr měří teplotu? Jak se klimatizace pohybuje a ochlazuje vzduch? Více o fyzice se dozvíte na níže uvedeném odkazu.
- Jak funguje teploměr?
- Jak funguje klimatizace?
- Jak funguje ohřívač vody?
Dále věnujte pozornost elektřině, která je pohání. Nemůžete opravit rozvodný panel nebo zapojit novou zásuvku, pokud neznáte rozdíl mezi ampéry a volty.
- Co jsou ampéry, watty, volty a ohmy?
- Jak fungují vodiče, pojistky a konektory
- Relé
I když nepracujete na autech, chladicí systémy jsou překvapivě podobné. Logika chlazení je stejná, ať už se jedná o blok motoru vašeho auta nebo váš domácí systém HVAC.
- Jak funguje chladicí systém automobilu?
- Jak funguje výrobník ledu?
Chytré ovládání a úspory
Tady leží peníze. Programovatelné termostaty jsou víc než jen luxus. Zde je návod, jak se zbavit účtu za elektřinu, aniž byste zmrzli ve tmě.
- Programovatelný termostat: pohodlný způsob, jak „snížit“ své účty za energii
- Informační list: Programovatelné termostaty
- Teploměr a termostat
Chcete plánovat svůj domov? Honeywell má doporučení pro teplotní zóny. Chcete mluvit se svým termostatem? Existují modely s hlasovou interakcí.
- Informační list: Programovatelné termostaty
- home.honeywell.com
- Zapněte hlasový interaktivní termostat Mart Kelvin
- Mluvící termostat
Informace pro pohodlí
Odkud tyto informace pocházejí? Pochází z energy.gov a testování v reálném světě.
- Efekty ústupových zón (energy.gov)
- Informační soubor budovy (energy.gov)
- Archiv mluvících termostatů
