Regulátory teploty místnosti

Regulátory teploty místnosti

z německého originálu de, 23-24/2004,
upravil Ing. Josef Košťál, redakce Elektro

Princip regulace pokojové teploty

Regulátor teploty místnosti měří hodnotu skutečné (aktuální) teploty a porovnává ji s požadovanou (přednastavenou) teplotou. Z rozdílu hodnot požadované a skutečné teploty je vypočtena akční veličina (buď v procentech, nebo jako vypínací, popř. zapínací příkaz), která udává velikost topného nebo chladicího výkonu, který je třeba dodat do systému.

Regulační soustava pro vytápění se skládá z regulátoru teploty místnosti (obr. 1), ovládání ventilu, včetně spínacího členu (aktoru), topného tělesa a prostoru (místnosti), ve kterém se bude regulovat teplota. Na regulační soustavu působí mnoho činitelů, např. vstupní teplota, vnější teplota, dopad slunečních paprsků, počet osob nebo zapnutých elektrických spotřebičů v místnosti atd.

Regulátory

Regulátory lze rozlišovat podle použité regulační metody nebo podle místa měření.

Obr. 1. Pokojový regulátor teploty

Regulátory podle použité regulační metody:

• dvoupolohový regulátor,
• regulátor s šířkově pulsní modulací,
• spojitý regulátor atd.

Regulátory podle místa měření:

• pokojový regulátor teploty,
• podlahový regulátor teploty,
• venkovní regulátor teploty atd.

Pokojový regulátor teploty
Pokojový regulátor měří teplotu prostřednictvím zabudovaného čidla teploty – měří tedy teplotu vzduchu, popř. stěny. V místnostech, ve kterých se používají pokojové regulátory teploty, by neměly být nainstalovány žádné termostatické ventily.

Podlahový regulátor teploty
Podlahový regulátor měří teplotu prostřednictvím externího čidla teploty, které je umístěno uvnitř duté trubky v podlaze (mazanině) – měří tedy teplotu vytápěné podlahy.

Venkovní regulátor teploty
Venkovní regulátor teploty se používá pro přímé řízení vytápěcího kotle.

Tab. 1. Přehled různých druhů vytápění

Správné větrání

Při větrání by okna neměla zůstávat trvale otevřena, neboť je tak nepřetržitě odváděno teplo z vytápěného prostoru, aniž by se znatelně zlepšila kvalita vzduchu uvnitř místnosti. Tento způsob větrání tedy není vhodný. Lépe je větrat krátce a intenzivně při otevřených oknech napříč místností. Při intenzivním větrání má být regulátor teploty nastaven na nejmenší možnou hodnotu (u soustav se sběrnicovým systémem EIB je toto zajištěno automaticky okenními magnetickými kontakty).

Dvoustupňové vytápění

Dvoustupňové vytápění se často používá ve spojení s podlahovým vytápěním, které má velmi pomalý náběh a vyhřátí místnosti trvá poměrně dlouho, tj. i několik hodin. Proto je výhodné současně použít některý „rychlý„ systém vytápění (např. teplovodní konvektorové vytápění), který značně zkrátí dobu vyhřátí místnosti. Jakmile je podstatně zvýšena hodnota požadované teploty, zapne se i základní stupeň (podlahové) a přídavné (konvektorové) vytápění. Po dosažení určité předem nastavené teploty je přídavné vytápění odpojeno.

Vytápěcí a klimatizační systémy – vlastnosti a regulace

V praxi existuje poměrně mnoho různých systémů, které se zčásti velmi liší svými vlastnostmi. Základní technická znalost těchto vlastností (tab. 1 a tab. 2) je nezbytná pro vyhledávání případných závad.

Tab. 2. Výhody a nevýhody spojitého a termoelektrického ovládání ventilu

Teplovodní konvektorové vytápění

Toto vytápění patří k nejrozšířenějším a lze ho zařadit mezi spíše rychlé systémy. Topná voda je v ústředním topném kotli ohřívána na určitou, tzv. vstupní teplotu.

Vstupní teplota je u běžných systémů (malá topná tělesa) 45 až 70 °C, u nízkoteplotních systémů (velkoplošná topná tělesa) 30 až 45 °C. Ve starých zařízeních jsou částečně možné i teploty do 90 °C. Ohřátá voda proudí trubkami do topných těles, kde odevzdává své teplo místnosti. Tepelný výkon topného tělesa závisí na jeho velkosti (ploše), vstupní a výstupní teplotě. Zakrývání tělesa zhoršuje jeho tepelný výkon.

Výhoda:
Systém je spíše rychlý, široce rozšířený s menšími tepelnými ztrátami při nižší vstupní teplotě.

Nevýhoda:
Může příliš vysušovat vzduch potřeba zvlhčovače vzduchu.

Teplovodní podlahové nebo stěnové vytápění

U tohoto vytápění se využívá podlaha, popř. stěna jako akumulační hmota, a proto se také tento systém řadí k pomalejším. Vstupní teplota se pohybuje mezi 30 až 40 °C. Noční pokles teplot by neměl být volen příliš velký (max. 4 K), jinak by první ohřívání trvalo příliš dlouho.

Výhoda:
V místnosti nejsou vidět žádná topná tělesa, a nezabírají tedy místo. Proudění tepla je velmi pomalé, takže se nevíří prach, což je dobré zejména pro alergiky. Vzduch v místnosti se téměř nevysušuje.

Nevýhoda:
Systém je pomalý s dlouhou vytápěcí dobou. Při dopadu slunečních paprsků může docházet k přehřátí místnosti, protože podlahové čidlo teploty toto oteplení nezaznamená.

Elektrické podlahové vytápění

Tento druh vytápění je tvořen elektrickou topnou smyčkou (obr. 2). Spolu s podlahovým čidlem je třeba použít regulátor (uložený v jalové trubce do betonu), protože některé podlahy mohou při teplotách nad 60 °C popraskat.

Obr. 2. Elektrické podlahové vytápění

Výhoda:
V místnosti nejsou vidět žádná topná tělesa, a nezabírají tedy místo. Proudění tepla je velmi pomalé, takže se nevíří prach, což je dobré zejména pro alergiky. Vzduch v místnosti se téměř nevysušuje.

Nevýhoda:
Systém je pomalý s dlouhou vytápěcí dobou. Při dopadu slunečních paprsků může docházet k přehřátí místnosti, protože podlahové čidlo teploty toto oteplení nezaznamená.

Jiné topné systémy

U teplovodního ventilačního vytápění proudí teplá voda velkou topnou spirálou (topným registrem). Ventilátory vhánějí ohřátý vzduch do místnosti. V soukromém sektoru nejsou tyto topné systémy obvyklé, ale uplatňují se spíše ve velkých průmyslových halách. Vysoušení vzduchu je možné.

Pro krátkodobý provoz se používají olejové konvektory (bezhlučný provoz, avšak vysoké náklady na energii) a elektrické topné ventilátory (velmi rychlé, avšak energeticky velmi náročné, a tedy provozně drahé).

Měření teploty čidly teploty pod omítku

V moderní architektuře stále více rostou nároky na sladění všech prvků v místnosti podle architektonických požadavků. Proto jsou snímače pro měření teploty v místnosti stále častěji integrovány do designové plochy programovatelných spínačů. V porovnání se snímačem, který je umístěn volně v prostoru, se však mohou díky konstrukci ovládacích přístrojů nebo montážním situacím vyskytnout některé vlivy, které by měly být při plánování regulace zohledněny.

Obr. 3. Vyhodnocovací elektronika a sběrnicové rozhraní se u regulátorů teploty většinou jsou v krabici pod omítku (proto je třeba brát zřetel na mezní podmínky)

U ovládacích přístrojů je většinou měřicí čidlo velmi blízko povrchu ovládacího přístroje. Vyhodnocovací elektronika, jakož i připojení ke sběrnicovému systému (např. EIB, LON) jsou přitom umístěny zpravidla v instalačních krabicích (obr. 3). Na základě toho dochází ke konstrukčně podmíněným rušivým vlivům, které mohou zkreslit výsledek měření.

V tomto případě je třeba především dbát na:

• ztrátový výkon elektroniky (ohřev),
• setrvačnost, která je podmíněna cirkulací vzduchu daného prostoru,
• vliv případných rozdílů teplot sousedních místností,
• vliv průvanu (netěsnost oken, dveří apod.),
• různé hodnoty teplot v místnosti vlivem nerovnoměrnosti tepelného rozložení,
• různé hodnoty teplot v místnosti z důvodu projektové montážní výšky, popř. montážního místa ovládacích přístrojů.

Vliv druhu montáže

Zvláštní pozornost je třeba věnovat odvodu ztrátového výkonu a tepelnému záření. Rozhodujícím činitelem jsou zde tepelné vlastnosti stěn, které závisejí především na způsobu jejich provedení (cihla, beton, vápenopísková cihla, sádrokarton apod.). Například masivní betonové stěny jen velmi pomalu reagují na změnu teplot uvnitř místnosti. Protože je však bezprostředně nad plochou takovéto stěny měřena teplota místnosti, je měření podstatně ovlivňováno tepelným zářením.

Ovládací zařízení se v praxi umísťují do:

• standardních instalačních krabic pod omítku u betonu nebo zdiva,
• standardních instalačních krabic pro duté stěny u odlehčených stěn (dřevěné, sádrokartonové desky),
• instalačních krabic na omítku (na stěny),
• speciálních profilů (např. hliníkové profily, sloupky apod.).

Setrvačnost v závislosti na cirkulaci vzduchu

Moderní pojetí architektury požaduje stále tenčí (zploštělejší) konstrukci ovládacích zařízení. Z toho však vyplývá pro měření teploty nevýhoda, neboť otvory v ovládacím zařízení, které jsou nezbytné pro cirkulaci vzduchu, jsou rovněž stále menší. Předpis o elektromagnetické kompatibilitě nutí výrobce k zapouzdřené konstrukci snímačů (čidel teploty) pro zamezení poškození ovládacího zařízení statickými výboji. Uvedená opatření však mají za následek prodloužení reakční doby snímače teploty při změně teploty v místnosti.

Vliv tepelného sálání

Stěny masivních staveb (cihla, vápenopísková cihla, beton) reagují na změnu teploty podstatně pomaleji než odlehčené stěny (dřevotříska, dutá stěna nebo sádrokarton). Proto je vliv sálání (tepla, chladu) masivních stěn při měření teploty v místnosti významným činitelem. Vyrovnání teploty masivních stěn na teplotu místnosti probíhá s poměrně značným časovým zpožděním. Toto vede vlivem nesprávně vyhodnocené (změřené) teploty místnosti v důsledku sálání nahromaděné tepelné energie ve stěně (např. při poklesu teploty v místnosti z 22 °C na 18 °C) k ochlazení pod požadovanou (18 °C) teplotu místnosti (např. až na 16 °C). V opačném případě (např. při zvýšení teploty v místnosti z 18 °C na 22 °C) může dojít k lehkému přehřátí, tj. překročení požadované teploty (22 °C) vzduchu v místnosti (např. na 24 °C), protože se stěna ohřívá se zpožděním, a vzduch v místě měření se tak mírně ochlazuje.

Obr. 4. Neprofukovací krabice snižuje chybu měření u pokojových regulátorů teploty pod omítku

U krabic do dutých stěn může v důsledku tahu vzduchu (průvanu) rovněž docházet ke zkreslení měření teploty v místnosti. Řešením by zde mohlo být použití „neprofukovací“ krabice (obr. 4); tím by bylo možné tento nežádoucí účinek zmírnit, avšak ne zcela odstranit.

V závislosti na tepelné vodivosti stěn se mohou také jako trvale rušivá veličina při měření teploty místnosti projevovat odlišné teploty sousedních místností. Negativní vliv na měření teploty místnosti má i průvan v oblasti oken a dveří. Delší nastavování ovládacího zařízení může vést ke krátkodobému zkreslení výsledku měření dotykem ruky, tj. teplem prstů. Ztrátový výkon elektroniky (přeměněný na teplo) může také ovlivnit měření. Zde jsou výhodnější masivní stěny, neboť odvádějí tuto přeměněnou tepelnou energii lépe než vzduch nebo izolační hmota v dutých stěnách. Tento vliv může vést k trvalé regulační odchylce.

Vliv montážní výšky, resp. místa

Jsou-li čidla teploty umístěna v ovládacích přístrojích, řídí se montážní výška (a tedy i výška měření) podle ovládacích prvků. Zpravidla se ovládací výška nachází asi 105 cm (u kombinovaného přístroje) nebo 140 až 150 cm (u samostatného regulátoru) nad úrovní podlahy. Ovládací přístroje se většinou umísťují poblíž vstupních dveří místnosti. Oba tyto aspekty mají za následek, že čidla neměří teplotu, kterou pociťuje uživatel místnosti (protože např. v kancelářích jsou pracovní stoly v blízkosti oken, tedy daleko od měřeného místa).

Přesnost měření

Pod uvedenou přesností měření je třeba ze zmíněných důvodů chápat přesnost měřicího systému, tj. bez vlivu rušivých veličin. Proto může kontrolní měření digitálním teploměrem dát zcela odlišné hodnoty. To však není ze strany zákazníka důvodem k reklamaci. Sálavé vlivy se většinou vyjadřují časovou konstantou. Udávaná přesnost měření platí proto jen tehdy, dojde-li po teplotním skoku po dostatečně dlouhé době k vyrovnání teploty místnosti s teplotou přístroje. Přesnost měření se vždy vztahuje k příslušnému teplotnímu rozsahu, což je zpravidla 18 až 26 °C.