Терморегуляторы системы отопления: технические характеристики, виды и способы монтажа

Что такое термостат

Термостат – это дискретный механический прибор, который при достижении заданной уставки по температуре, изменяет своё состояние или состояние своих электрических контактов.

Эти контакты, например, могут использоваться в релейных электросхемах, запуская или останавливая различные агрегаты или передавать информацию о достижении температуры в систему автоматизации АСУТП. Само слово происходит от двух греческих слов: «θερµο-», что означает тепло и «στατός» — стоячий, неподвижный.

В отличие от аналоговых датчиков температуры, таких как термопара или термометр сопротивления, термостат не покажет истинное значение температуры в определённый момент времени. Задача его заключается лишь в том, чтобы при выставленном заранее значении температуры «сработать», то есть изменить своё состояние. После этого в зависимости от типа термостата выполняются требуемые при регулировании действия.

Термостаты применяют в устройствах или системах, которые что-либо нагревают или охлаждают до заданных температурных значений. Например, в холодильниках, отопительных приборах, системах охлаждения автомобильных двигателей, промышленных печах и др.

Из чего состоит термостат и какой у него принцип работы

Устройство термостата и его принцип работы зависят от используемого типа чувствительного элемента. Это могут быть биметаллические пластинки или металлические капсулы с капиллярными трубками, заполненные жидкостью или газом.

Биметаллическая пластина представляет собой две разнородные металлические полоски с разными коэффициентами теплового расширения, которые сваривают вместе. Во время нагрева одна из металлических пластин расширяется больше, что приводит, при достижении заданной температуры, к её изгибанию или выпрямлению.

Механически передвигаясь таким образом, биметаллическая пластина может замкнуть или разомкнуть электрические контакты или, например, открыть клапан охлаждающей жидкости.

Ещё один из распространенных видов термостата – капиллярный. Его работа основана на первом законе термодинамики, согласно которому при изменении температуры в термодинамической системе, она должна выполнять механическую работу до тех пор, пока не придет в равновесное состояние.

Капиллярный термостат включает в себя следующие элементы:

• металлическую капсулу, содержащую рабочую жидкость (например, гликоль);
• капиллярную трубку, соединяющий датчик с регулирующим блоком термостата;
• регулирующий блок или электромеханическое реле, при помощи которого задаётся уставочное значение температуры.

При нагреве металлической капсулы изменяется объём её содержимого, которое через капиллярную трубку давит на мембрану реле и при достижении заданной температуры происходит замыкание или размыкание его контактов.

У всех типов термостатов задание температуры происходит механически, поворачивая регулировочный винт, либо жёстко задано производителем на определённую температуру.

Назначение термостата

Как было сказано выше, основной задачей термостата является контроль за температурным режимом. Сфера использования термостатов очень широкая: от утюга в маленькой квартире до огромных печей на промышленных объектах. Они применяются в различной технике, отопительных системах, кондиционерах и бытовых приборах.

Термостат делает их использование безопасным и в то же время комфортным, поскольку регулирование температуры осуществляется автоматически.

Термостаты могут быть уже встроенными или применяться дополнительно, например, в смесителях для воды, для корректировки работы газовых котлов или подогрева пола.

Автомобильный термостат – обязательный компонент для системы охлаждения двигателя. Он помогает поддерживать необходимую температуру, не допуская перегрева.

Классификация видов термодатчиков

Выбор датчика зависит от того, в какой среде необходимо контролировать температуру: внутри котла, в помещении или в системе отопления. От правильности их выбора зависит эффективность и безопасность работы отопительного оборудования.

Датчик температуры для котла отопления классифицируется по следующим критериям:

• по способу определения температуры,
• по типу взаимодействия с термостатом.

Виды датчиков по способу определения температуры

По способу определения температуры датчики бывают:

1. Дилатометрические, представляющие собой биметаллические пластины или спирали, принцип работы которых основан на тепловом расширении металлов или других типов твёрдых тел.
2. Резистивные, имеющие сильную зависимость от температуры в определённом измеряемом диапазоне, которая проявляется в виде резких изменений электросопротивления.
3. Термоэлектрические, представляющие собой термопары (сплавы двух разнородных проводников, например, хромель-алюмель), в которых при определённых температурных интервалах начинает индуцировать термо-ЭДС.
4. Манометрические, принцип действия которых основан на изменении давления газа или жидкости в замкнутом объёме.

Дилатометрические датчики изготавливаются из материалов с высоким коэффициентом теплового расширения, которые реагируют на минимальные температурные колебания. Принцип их работы основан на замыкании либо размыкании электрических контактов. Для повышения их чувствительности и качества контакта в конструкциях используют магниты.

Резистивные термодатчики изготавливаются из специальных сплавов проводников или полупроводников. Конструктивно состоят из катушки с намотанным тонким медным, платиновым или никелевым проводом и керамического корпуса или полупроводниковых пластин, помещённых в пластиковый или стеклянный корпус.

Полупроводниковые резисторы бывают двух видов:

• термисторы, имеющие нелинейную температурную зависимость, характеризующуюся снижением сопротивления при нагреве,
• позисторы, также имеющие нелинейную зависимость от температуры, но отличающиеся от термисторов повышением сопротивления при нагреве.

Термоэлектрические датчики изготавливаются из двух специально подобранных разнородных металлов или сплавов, в точке контакта которых при нагреве индуцируется термо-ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур двух спаев. При этом измеряемая величина не зависит от температуры, длины и сечения проводов.

Манометрические датчики позволяют определять температуру немагнитным способом без применения источников энергии, что позволяет их применять для дистанционных измерений. Однако их чувствительность на порядок хуже, чем у других термодатчиков, а также присутствует эффект инерционности.

Виды датчиков по способу взаимодействия с термостатом

Измерители температуры по типу взаимодействия с термостатом подразделяются на следующие виды:

• проводные, передающие данные на контроллер по проводам,
• беспроводные – высокотехнологичные современные устройства, передающие данные на определённой радиочастоте.

Проводной датчик температуры для котла

Виды терморегуляторов и принципы работы

Терморегуляторы разделяют на три вида:

• механические, с ручной настройкой подачи теплоносителя;
• электронные, управляемые выносным термодатчиком;
• полуэлектронные, управляемые термоголовкой с сильфонным устройством.

Главное достоинство механических приборов – невысокая стоимость, простота в эксплуатации, четкость и слаженность в работе. Во время их эксплуатации нет необходимости использовать дополнительные источники энергии.

Модификация позволяет в ручном режиме регулировать количество теплоносителя, поступающего в радиатор, тем самым контролируя теплоотдачу батарей. Прибор отличается высокой точностью регулировки степени нагрева.

Существенный недостаток конструкции заключается в том, что в ней отсутствует разметка для регулировки, поэтому производить настройку агрегата придется исключительно опытным путем. С одним из методов балансировки мы ознакомимся ниже

Основные элементы регулятора механического типа – термостат и термостатический клапан

Механический терморегулятор состоит из следующих элементов:

• регулятора;
• привода;
• сильфона, заполненного газом или жидкостью;

Вещество, содержащееся в сильфоне, играет ключевую роль. Как только положение рычага термостата меняется, вещество перемещается в золотник, тем самым регулируя положение штока. Шток под действием элемента частично перекрывает проход, ограничивая попадание теплоносителя в батарею.

Электронные термостаты – более сложные конструкции, в основе которого лежит программируемый микропроцессор. С его помощью можно задавать определенную температуру в комнате путем нажатия нескольких кнопок на регуляторе. Некоторые модели многофункциональны, пригодны для управления котлом, насосом, смесителем.

Строение, принцип работы электронного прибора практически не отличается от механического аналога. Здесь термостатический элемент (сильфон) имеет форму цилиндра, его стенки гофрированы. Он заполнен веществом, которое реагирует на колебания температуры воздуха в жилище.

По время повышения температуры происходит расширение вещества, в результате чего на стенки образуется давление, что способствует движению штока, который автоматически закрывает клапан. При движении штока проводимость клапана увеличивается или уменьшается. Если температура снижается, то рабочее вещество сжимается, в результате сильфон не растягивается, а клапан открывается, и наоборот.

Сильфон обладают высокой прочность, большим рабочим ресурсом, выдерживают сотни тысяч сжатий на протяжении нескольких десятков лет.

Основной элемент электронного регулятора – термодатчик. В его функции входит передача информации о температуре окружающей среды, в результате чего система генерирует необходимое количество тепла

Электронные терморегуляторые условно разделяют на:

• Закрытые терморегуляторы для радиаторов отопления не обладают функцией автоматического определения температуры, поэтому они настраиваются в ручном режиме. Отрегулировать возможно температуру, которая будет поддерживаться в комнате, и допустимые колебания температуры.
• Открытые термостаты можно запрограммировать. Например, при понижении температуры на несколько градусов режим работы может измениться. Также возможно настроить время срабатывания того или иного режима, отрегулировать таймер. Используются такие приборы преимущественно в промышленности.

Электронные регуляторы работают от батареек или специального аккумулятора, который идет в комплекте с зарядкой. Полуэлектронные регуляторы идеально подходят для бытовых целей. Они идут с цифровых дисплеем, который отображает температуру помещения.

Принцип действия полуэлектронных устройств для регулировки теплоотдачи радиатором позаимствован из механических моделей, поэтому его регулировка осуществляется вручную

Как работают терморегуляторы для котлов отопления

Термостат для газового котла – это полноценный выносной пульт управления. Судите сами – если котел висит на кухне, то для того чтобы убавить температуру в отоплении, вам придется встать с дивана и посетить кухонное помещение. Если бы в комнате был установлен терморегулятор, достаточно было повернуть ручку или нажать на кнопку понижения температуры. Хуже всего, если отопительное оборудование смонтировано в труднодоступном месте – в этом случае без выносного пульта управления просто не обойтись.

В программируемых термостатах можно задавать различные температурные режимы для дня и ночи.

Основой любого терморегулятора для котла отопления является температурный датчик. Он анализирует температуру воздуха в обогреваемых помещениях, управляя работой горелки и прочих узлов. Выставив ручкой или кнопками +22 градуса, можно оставить технику в покое – она сама обеспечит достижение заданного температурного режима. Какой бы ни была температура наружного воздуха, температура в помещении будет держаться на одной и той же отметке.

Программируемый комнатный термостат устроен сложнее – здесь мы можем задать определенную программу работы отопления. Например, в дневное время выставляем +23 градуса, а в ночное время выставляем +20 градусов (при пониженной температуре сон будет более крепким и здоровым). Также мы можем задать температуру в контуре горячего водоснабжения или отрегулировать степень нагрева теплых полов.

Более сложный и продвинутый комнатный термостат для газового котла сможет работать сразу с несколькими отопительными контурами отопления, обеспечивая раздельную регулировку температуры.

Достоинства современных терморегуляторов

Термостат с индикаторным экраном

• Их довольно легко устанавливать в новых и действующих отопительных системах, так как это оборудование адаптировано для местных температурных условий. Их можно эксплуатировать без профилактического и технического обслуживания в течение всего срока службы, который достаточно большой;
• После оборудования терморегуляторами радиаторов отопления отпадает необходимость в открывании окон для регулирования температуры в здании;
• Диапазон температур, в которых работают терморегуляторы – от 5 °С до 27°С. Температура может устанавливаться на любом значении в этом диапазоне и будет поддерживаться с точностью до 1°С;
• Терморегуляторы обеспечивают равномерное распределение теплоносителя по отопительной системе. В этом случает даже отопительные приборы, которые находятся на периферии цепи, будут эффективно обогревать помещение;
• Термостат предупреждает излишнее нагревание воздуха внутри помещения в том случае, если в комнату попадают прямые солнечные лучи, либо температура поднимается вследствие других факторов (нахождения людей или наличия электробытовых приборов);
• При использовании терморегуляторов в автономных системах обеспечивается экономия топлива до 25%, что положительно сказывается как на стоимости отопления, так и на количестве вредных отходов после сгорания.

Полезная статья на сайте Чугунные батареи отопления – оборудование, проверенное временем.

С учетом того, что цена этих приборов невысока, достоинства их применения довольно значительны:

• экономится тепловая энергия;
• отмечается улучшение микроклимата в помещениях;
• обеспечивается упрощение монтажа;
• отсутствие затрат на эксплуатацию термостатов.

В условиях центрального отопления терморегуляторы обеспечивают комфортное регулирование микроклимата в помещении.

Общая инструкция в отношении установки такого оборудования следующая. В частных домах терморегуляторы сначала следует устанавливать на верхних этажах. Причина этого следующая: нагретый воздух поднимается вверх и разница температуры в помещениях на нижних этажах и сверху довольно колеблется.

С экономической точки зрения очень эффективно в частном доме установить панельные радиаторы с небольшой емкостью с терморегуляторами, которые быстро реагируют на открытие и закрытие термостатических клапанов.

Терморегуляторы подлежат сертификации и качественные изделия должны иметь сертификат качества или соответствия. На рынке сейчас представлены терморегуляторы двух типов: газовые и жидкостные. Срок службы такого оборудования составляет около 20 лет.

Принципиальные схемы подсоединения

Все способы включения термостата в систему отопления делятся на три варианта подсоединения:

1. Непосредственно к котлу.
2. К циркуляционному насосу.
3. На трубу, подающую теплоноситель в радиатор.

Первые две схемы исключают ухудшение пропускной способности трубопровода отопления. В него никаких дополнительных запоров не помещается, гидравлическое сопротивление всей системы не изменяется. Термостат здесь управляет работой только насоса или котла, с водой он “не соприкасается”.

При установке терморегулятора на батарею или общую трубу с несколькими радиаторами гидравлическое сопротивление, наоборот, повышается. Даже в полностью открытом состоянии клапан термостата немного замедляет движение теплоносителя.

В идеале проект обвязки котла необходимо производить сразу с учетом всех терморегулирующих и иных устройств.

Врезать термостаты в существующие отопительные трубопроводы следует только в крайнем случае, максимальной эффективности от их применения можно добиться лишь при включении их в систему еще на стадии проектирования

Если система водяного отопления в доме сделана по однотрубной схеме, то от третьего варианта лучше сразу отказаться. При срабатывании термодатчика клапан перекроет сразу всю ветку радиаторов в нескольких комнатах, и тогда о комфорте в дальних от котла помещениях можно сразу забыть.

Подключать термостат на вход радиатора следует через байпас. Так он при срабатывании перенаправит поток теплоносителя в обход батареи. При этом вода будет возвращаться неостывшей обратно в котел. Последний перестанет ее нагревать, снижая тем самым потребление газового топлива или электроэнергии.

При установке термостатного датчика температуры воздуха следует придерживаться определенных правил, иначе под воздействием соседних приборов или предметов он будет ложно срабатывать

Термодатчик необходимо монтировать:

• в месте, куда не попадают прямые солнечные лучи;
• подальше от мостиков холода, сквозняков и поднимающихся потоков тепла от радиаторов;
• так, чтобы он не оказался закрытым декоративными экранами или шторами;
• на высоте от пола в пределах 1,2–1,5 метра.

При неправильной установке сенсора термостат станет выдавать ложные сигналы. Это может привести к перегреву не только воздуха в комнате, но и теплоносителя в системе. А во втором случае недолго и до проблем с котлом.

Подключение температурного датчика для котла

Все датчики температуры должны подключаться к термостату или специальному управляющему контроллеру, отвечающего за рабочие режимы котла. При этом необходимо тщательно изучить инструкцию по подключению, чтобы совпали требования к подсоединению с техническими характеристиками датчиков.

Обычно рекомендуется приобретать датчики, которые рекомендует производитель котла. Связано это с их высокой совместимостью и гарантией правильной работы

Если в продаже таковые отсутствуют, то нужно обращать внимание на сертифицированные аналоги

Подключение наружного датчика

Датчик наружной температуры для котла монтируется на внешней стороне стены дома с обязательным выполнением следующих требований:

• необходимо исключить попадание прямых солнечных лучей на его поверхность,
• поверхность контакта стены должна быть неметаллической,
• прокладка кабеля в местах с повышенной влажностью, при наличии химических или биологических факторов, которые могут повредить изоляцию, запрещена,
• высота расположения датчика на стене должна быть на уровне 2/3 высоты дома, если количество этажей до трёх, либо между вторым и третьим этажом, если здание многоэтажное,
• необходимо исключить негативные факторы, снижающие чувствительность или точность измерения датчика.

Наружные датчик температуры для котла

Подключение термодатчика осуществляется при выключенном электропитании котла. Для соединения применяется цельный кабель с сечением жил 0,5 мм2 и длиной до 30 м. Места подключения проводов к котлу и датчику должны быть загерметизированы и изолированы.

При подсоединении важно соблюдать полярность, в зависимости от типа термодатчика. Если участок кабеля проходит по улице, то его следует защитить специальной гофрированной трубкой

После выполнения всех монтажных работ, необходимо проверить их качество, а затем настроить термостат. Если были допущены ошибки, то их следует исправить, иначе велика вероятность поломок котла или недостаточного обогрева помещений.

Подключение комнатного датчика

Датчик комнатной температуры для котла монтируется на внешней стене здания с внутренней стороны помещения. Требования по выбору места следующие:

отсутствие поблизости источников тепла или холода, постоянный доступ к пространству помещения (отсутствие предметов декора, интерьера, которые могут заслонять датчик и влиять на достоверность измерений), высота от пола должна составлять 1,2-1,5 м, при монтаже электрических датчиков важно, чтобы поблизости не было источников электромагнитного излучения: проложенной электропроводки, установленных мощных электроприборов и т. п

Комнатный датчик температуры для котла

Способ подключения аналогичный методу для внешнего термодатчика, выполняется в соответствии с требованиями производителя котла. Может монтироваться в специально подготовленное углубление в стене или на поверхность, главное, чтобы чувствительный элемент не был закрыт снаружи.

Подключение датчика для газового котла

Беспроводной датчик температуры для газового котла монтируется непосредственно на контроллер или на газовый клапан. Проводные термодатчики присоединяются способом, который предусмотрен производителем и описан в инструкции.

Подключение водяного термодатчика

Датчик температуры воды для котла в многоконтурной системе устанавливается на поверхность возвратной трубы отопления либо внутрь неё, а также допустима установка на циркуляционный насос. Такое положение обусловлено необходимостью исключения попадания обратно в котёл теплоносителя с высокой температурой.

В одноконтурной или однотрубной системе вариант установки датчика на возвратную трубу с теплоносителем запрещён. В случае повышения нагрева циркуляция перекроется и возникнет значительный градиент температур между дальними и ближними комнатами.

Лучший выбор

Подбор термостата для котла отопления осуществляется исходя из личных предпочтений владельцев помещения. При выборе следует учесть, какие характеристики необходимы при использовании определенного котла.

Проводной или беспроводной

Сообщение блока управления с датчиками и котлом у разных моделей осуществляется проводным или беспроводным способом. В первом случае потребуется прокладка провода. Длина кабеля достигает 20 м. Это позволяет монтировать блок управления на большом расстоянии от помещения, в котором оборудована котельная.

Беспроводные термостаты для котла отопления выполнены в виде приемника и передатчика. Отличительной особенностью изделий такого типа является отсутствие необходимости в прокладке проводки. Сигнал передатчика может поступать на расстояние 20-30 м. Это позволяет устанавливать пульт управления в любом помещении.

Точность настройки температуры

В зависимости от конструкции комнатного термостата настройка температуры воздуха в помещении отличается. Недорогие модели имеют механическое управление. Недостатком дешевых термостатов является погрешность, достигающая 4 градусов. При этом шаг регулировки температуры составляет один градус.
Изделия с электронным управлением имеют погрешность 0.5 – 0.8 градуса и шаг регулировки 0.5о. Такая конструкция позволяет точно устанавливать необходимую мощность котельного оборудования и поддерживать температуру в комнате в определенном диапазоне.

Возможность установки значения гистерезиса

Комнатный термостат для газового котла имеет разницу между температурой включения и отключения. Она необходима для поддержания оптимальных показателей тепла в комнате.

Принцип гистерзиса

У механических изделий значение гистерезиса не изменяется и составляет один градус. Это означает, что после отключения котлоагрегат начнёт работать после того, как температура воздуха в комнате упадет на один градус.
Электромеханические и электронные модели имеют возможность установки гистерезиса. Регулировка позволяет менять значение до достижения 0.1 градуса. Благодаря такой конструкции удаётся постоянно поддерживать температуру комнаты в нужном диапазоне.

Возможность программирования

Функция доступна только для электронных или электромеханических термостатов. Существует возможность запрограммировать блок управления на установку температурного режима по часам. В зависимости от модели термостаты программируются на срок до 7 дней.
Так удается сделать систему отопления с включенным газовым котлом автономной. В определенное время термостат подключает, отключает котлоагрегат или меняет интенсивность его работы. При недельном программировании расход газа может снижаться до 30 процентов.

Wi-fi или GSM

Термостаты со встроенным wi-fi и gsm модулем подключаются к сети интернет. Для управления отоплением используются гаджеты с установленными приложениями. Так осуществляется дистанционное отключение, подключение котла и настройка показателей температуры в отапливаемом помещении.
Используя стандарт gsm, комнатный термостат передает сведения о возникновении неисправностей в системе отопления на телефон владельца. Возможно дистанционное включение или отключение газового котла.

Безопасность

При выборе терморегулятора для газового котельного оборудования следует обратить внимание на наличие систем безопасности. Доступны функции предотвращения остановки циркуляционной помпы, защиты от замерзания или превышения максимальной температуры в системе отопления и др

Наличие таких опций позволяет безопасно использовать котельное оборудование в автономном режиме.

Инструкция по выбору материалов

Имеется некая электро-схема, для которой необходимо подобрать крепежные материалы. Нужное сечение проводника зависит от величины силы тока, которая будет через него проходить.

Таблица 5. Соотношением величин сечения к значениям тока

Согласно рабочей схемы, нужно определиться с числом выводов. Оно будет совпадать с числом цепей независимых. Такая методика определяет количество клемм определенного сечения.

Таблица 6. Соотношение поперечного сечения с числом выводов

Фирма WAGO отчается от иных производителей тем, что каждая модификация рассчитана на определенный поперечный размер, а не на комплекс сечений. Это может помочь снизить число различных зажимов для каждого поперечного сечения. При использовании в схеме одножильного проводника, в гнездо WAGO можно вставить кабель на порядок больше. Другими словами, номинальный отвод для сечения 2,5 мм2, также применим для сечений, имеющие одну жилу диаметром от 4 – 6 мм2 и более.