Mechanické a digitální prostorové termostaty, možnosti úspor při vytápění domů
V článku je popsána možnost regulace vytápění využitím prostorových termostatů. Článek uvádí princip funkce prostorových termostatů a vysvětluje hlavní rozdíly mezi mechanickými a digitálními prostorovými termostaty.
Úvod
Předchozí článek nazvaný "Programovatelné termostatické hlavice", popisoval základní funkce programovatelných termostatických hlavic. Článek především pojednával o možnosti využití elektronických hlavic v regulaci vytápění. Doposud byly popisovány termostatické hlavice, které sloužily k individuálnímu řízení otopných těles. Každé otopné těleso obsahující termostatický ventil by mělo obsahovat také termostatickou hlavici, která řídí kuželku ventilu. Toto tvrzení v podstatě vyplývá z předchozích článků. Termostatické hlavice se tedy s výhodou používají v systémech dálkového vytápění, kdy je neustálý přísun otopného média do otopných těles. Jaký způsob regulace vytápění je ovšem vhodné volit v případě vytápění lokálního? Následující článek popisuje využití prostorových termostatů, které se s výhodou používají k ovládání lokálních zdrojů tepla (elektrické vytápění, kotle apod.). Jakým způsobem ovládají zdroj tepla a jaké mají funkce, bude vysvětleno v následujícím textu. Čtenář především nalezne popis funkcí, které současné prostorové termostaty nabízejí.
Využití prostorových termostatů
Obr.1: Kotel
V dnešní době se nejen v rodinných domech využívá lokálního vytápění. Lokální vytápění se také využívá v bytových domech (obsahující několik bytových jednotek), kdy každá bytová jednotka obsahuje vlastní zdroj tepla. Princip lokálního vytápění spočívá v tom, že příslušný zdroj tepla je umístěn přímo v objektu. Majitel objektu je sám zodpovědný za ovládání zdroje tepla a je tedy zcela na něm, kdy a jak bude teplo distribuováno do jednotlivých otopných těles. Nejčastějším zdrojem tepla bývá kotel (obr. 1). Kotel může být plynový, elektrický nebo kondenzační. Součástí téměř každého kotle je čerpadlo, které slouží k tomu, že otopné médium ohřáté v kotli je distribuováno do jednotlivých otopných těles rozmístěných v objektu. Aby došlo k ohřevu otopného média na požadovanou teplotu, je nutné zdroj tepla sepnout. Podle typu použitého zdroje tepla je tedy nutné ovládat buď hořák kotle, nebo elektrickou spirálu, která je v elektrickém kotli umístěna. Některé zdroje tepla obsahují také zásobníky, kde je ohřáté otopné médium uloženo. Z tohoto zásobníku je pak otopné médium, prostřednictvím čerpadla, dále distribuováno. Další informace o jednotlivých zdrojích tepla (kotlích apod.) je možné najít na tomto portálu, případně v dostupné literatuře. Více detailů o zdrojích tepla zde nebude uváděno, jelikož to není náplní tohoto článku. Důležité je uvést, že za součást kotle je nutné považovat čerpadlo a případný zásobník na ohřátou vodu. Pokud tedy objekt obsahuje takovýto zdroj lokálního vytápění, vzniká otázka, jak tento zdroj ovládat nebo zjednodušeně, kdy zdroj tepla a čerpadlo spínat. Bystrý čtenář jistě správně odvodí, že v tomto případě by bylo vhodné využít zařízení, které na základě požadované teploty tato zařízení automaticky sepne. Toto zařízení se odborně nazývá prostorový termostat.
Prostorové termostaty slouží k porovnávání požadované a aktuálně změřené prostorové teploty. Součástí každého termostatu je teplotní snímač, který měří prostorovou (okolní pokojovou) teplotu. Dále termostat obsahuje funkční tlačítka nebo kolečka, která slouží pro nastavení požadované teploty. Posledním zařízením, které každý termostat obsahuje, je relé nebo alespoň spínací kontakt. Relé slouží ke spínání připojených zařízení (jak bylo dříve popisováno - hořák, čerpadlo, apod.). Jakým způsobem ovšem termostat funguje? Obecný princip funkce termostatu je následující: Změřená prostorová teplota je porovnávána s nastavenou požadovanou teplotou. Pokud je prostorová teplota nižší než požadovaná, výstupní relé termostatu je sepnuté a připojené zařízení je v chodu. Pokud je prostorová teplota vyšší než požadovaná, výstupní relé termostatu je rozepnuté a připojené zařízení je vypnuté. Jak je možné pozorovat, funkce termostatu je vcelku jednoduchá a s výhodou je tedy možné použít termostat k ovládání lokálních zdrojů tepla a čerpadel.
Obr.2: Příklad využití prostorového termostatu
Aby popis využití prostorových termostatů byl popsán úplně, pojďme uvažovat následující příklad. V bytovém objektu, který se skládá ze dvou místností (obr. 2), je pro vytápění využit plynový kotel. V každé místnosti je umístěno jedno otopné těleso obsahující termostatické ventily a termostatické hlavice. Součástí plynového kotle je čerpadlo, které distribuje otopné médium do jednotlivých otopných těles. Pro ovládání (spínání a vypínání) kotle a čerpadla bude využit prostorový termostat. Prostorový termostat bude umístěný v jedné z místností. Kde má být termostat správně umístěn zatím nebudeme popisovat. Řekněme, že obyvatel objektu požaduje, aby místnosti byly vytápěny na prostorovou teplotu 22°C. Požadovaná teplota je tedy 22°C. Výstupní relé prostorového termostatu je fyzicky propojeno s kotlem a čerpadlem. Požadovaná teplota je nastavena na termostatu. Integrovaným snímačem v termostatu je měřena aktuální prostorová teplota. Aktuální prostorová teplota v místnosti, ve které je termostat umístěn, je porovnávána s nastavenou požadovanou teplotou (tedy 22°C). Pokud je prostorová teplota nižší než požadovaná, hořák kotle a čerpadlo je sepnuto a ohřáté otopné médium proudí do otopných těles v jednotlivých místnostech. Jakmile otopná tělesa vysálají tepelnou energii do okolního prostoru a místnosti se ohřejí nad požadovanou teplotu, výstupní relé termostatu vypne hořák kotle a čerpadlo. Termostat bude vypnutý až do doby, kdy opět prostorová teplota nepoklesne pod požadovanou teplotu. Termostat pak spíná jednotlivá zařízení cyklicky podle požadované a aktuální prostorové teploty. Princip termostatu je tedy jasný a vcelku jednoduchý. Jistě každého čtenáře při výkladu předcházejícího příkladu napadne celá ředa otázek. Uveďme pouze některé z nich: Do jaké místnosti by měl být termostat umístěn, aby v obou místnostech byla optimální tepelná pohoda? Kde v místnosti má být termostat správně umístěn? Co když bude teplota v místnostech prudce kolísat a termostat tak bude neustále spínat a rozpínat? Toto přece bude mít nedobrý vliv na hořák kotle. Je princip termostatu skutečně takto jednoduchý? Proč je nutné vytápět prostor, když uživatel objektu není přítomen? Dnes je nabízena celá řada prostorových termostatů, jaký prostorový termostat je vhodné vybrat? Toto je pouze výčet základních otázek, která mohou vzniknout. V následujícím textu budou postupně uvedeny odpovědi na tyto otázky.
Obr.3: Bezdrátový prostorový termostat
První velice často kladenou otázkou bývá, jaký prostorový termostat použít. Na trh jsou dnes dodávány různé typy prostorových termostatů. Všechny prostorové termostaty jsou vybaveny různými funkcemi, které přispívají k funkci termostatu a samozřejmě požadované tepelné pohodě. Prostorové termostaty se ovšem obecně dělí na mechanické a digitální. Popis hlavních rozdílů mězi oběma typy bude uveden v následujících kapitolách. Dále se termostaty rozdělují na jednozónové a vícezónové. Jednozónové termostaty měří prostorovou teplotu v jedné místnosti a na základě této teploty ovládají zdroj tepla. Na jednozónové prostorové termostaty je zaměřen tento článek a všechny uvedné popisy se vztahují na tyto typy. Vícezónové prostorové termostaty a systémy budou popisovány v dalším článku. Poslední dělením prostorových termostatů je dělení na vodičové (viz obr. 4) nebo bezdrátové. Bezdrátové prostorové termostaty (viz obr. 3) se skládají ze dvou jednotek. První je samostatná jednotka prostorového termostatu a druhá je jednotka reléová. Jednotka prostorového termostatu je umístěna ve vytápěné místnosti a reléová jednotka je umístěna u zdroje vytápění (kotle). Prostorový termostat tedy neobsahuje relé. Relé je umístěno v reléové jednotce, která je bezdrátově ovládána z jednotky prostorového termostatu. Bezdrátová komunikace mezi prostorovou jednotkou a reléovou jednotkou probíhá na frekvenci 464 MHz nebo 868 MHz. Dosah bývá výrobcem zaručován do vzdálenosti 30 m v otevřeném prostoru. Závisí ovšem na konstrukci budovy, ve které bezdrátová komunikace probíhá. Nejčastěji je komunikace přerušena kovovými předměty, případně zařízeními, která jsou zdroji elektromagnetického vlnění. Obavy z přerušení komunikace, kde se nachází mikrovlnka nebo mixér, jsou opodstatněné a není doporučováno tato zařízení umísťovat v okolí bezdrátového prostorového termostatu. Vodičové prostorové termostaty obsahují relé přímo v základní jednotce prostorového termostatu. Z hlediska funkce jsou oba typy stejné. Závisí zcela na uživateli, jaký typ termostatu zvolí. Samozřejmostí je, že bezdrátové termostaty jsou obecně dražší. Je ovšem nutné uvažovat cenu práce za uložení vodičů (do lišty nebo případné zasekání do zdi) mezi kotlem a prostorovým termostatem. Často pak vychází bezdrátové termostaty v porovnání levněji.
Obr.4: Vodičový prostorový termostat
Pokud je uživatel rozhodnut jaký prostorový termostat zakoupí, dotazuje se, kam má svůj prostorový termostat umístit? Na tuto otázku mnohdy není jednoduché odpovědět. Samozřejmě existují jistá doporučení, kam termostat umístit. Termostat by měl být každopádně umístěn minimálně 1,5 m nad zemí (podlahou). V případě umístění prostorového termostatu z hlediska dispozice místnosti není konkrétní určení instalace. Žádný termostat by neměl být umístěn u jakéhokoliv zdroje tepla. Je nutné brát v potaz, že jakýkoliv zdroj tepla ovlivňuje prostorovou teplotu, která je právě prostorovým termostatem měřena. Termostat by také neměl být umístěn u dveří, oken nebo na přímém slunečním světle. Všechny tyto vlastnosti ovlivňují termostat a tím i ovládání zdroje tepla. Ideální instalace je tedy v místě, podle kterého chceme vytápět okolní prostor. Také v případě, kdy obytný byt obsahuje více místností, je nutné volit umístění termostatu do té místnosti, kde jsme nejčastěji (obývací pokoj, kuchyň, dětský pokoj). Jistě jste vytušili, že i v tomto případě není jednoznačná odpověď, kam termostat umístit.
Další otázka se zabývá vytápěním prostoru v případě, kdy nejsme v obytné budově přítomni. Jednodušší prostorové termostaty obsahují tlačítko, které funkci termostatu vypnou. Pokud tedy opouštíme budovu, stiskneme tlačítko a funkci termostatu vypneme. Při návratu tlačítko opět stiskneme a funkci termostatu opět aktivujeme. Jistě dojde k určitým úsporám energie, ale často se stává, že zapomeneme tlačítko ať při návratu nebo při odchodu stisknout. V tomto případě je velice výhodné, když prostorový termostat obsahuje časový program, který si uživatel nastaví a termostat pak spíná kotel podle tohoto časového programu. Časový program nejčastěji obsahují digitální prostorové termostaty. V těchto termostatech je možné nastavit týdenní časový program s možností 2 - neomezeně teplotních změn během jednoho dne. S principem časového programu jsme se setkali již v minulém článku o elektronických hlavicích, kde je detailně popsáno, jak takový týdenní časový program funguje.
Mezi další nejčastější otázky v případě prostorových termostatů je cyklování, neboli cyklické spínání a rozpínání zdroje tepla. Zvláště nepříjemné je cyklování u plynových kotlů, kdy se častým spínáním velice opotřebovává hořák a roste spotřeba. Některé termostaty obsahují funkce teplotní diference a funkci pro nastavení počtu cyklů sepnutí na požadovanou minimální dobu. Teplotní diference je výhodná v případě, kdy nedochází k prudkým změnám teploty. Pokud tedy termostat sepne výstupní relé (při požadavku vytápění) při určité teplotě a vytopí okolní prostor, nevypne při okamžitém překročení prostorové teploty ale až při určitém překročení nad požadovanou teplotu (např. o 1°C). Stejná funkce je i v případě podkročení požadované teploty. Tím se zamezí neustálému spínání a vypínání kotle. Pokud ovšem prostorová teplota prudce kolísá, je výhodné využít funkce pro nastavení počtu sepnutí kotle na minimální požadovanou teplotu. V termostatu se s výhodou nastaví počet sepnutí zdroje tepla za hodinu. Pokud se tato hodnota nastaví např. na 6, termostat pak sepne kotel při požadavku maximálně každých 10 minut. Pokud se nastaví minimální doba sepnutí na 5 minut. Je kotel při každém sepnutí spuštěn minimálně na 5 minut. Tím se opět předejde neustálému spínání a vypínání kotle.
Ostatní dotazy pak již vznikají při využití konkrétních typů termostatů. Jak již bylo uvedeno, obecně se termostaty dělí na mechanické a digitální. Je patrné, že digitální prostorové termostaty obsahují funkce, které si uživatel může nakonfigurovat. V následujících kapitolách proto budou popsány funkce a principy využívané u mechanických a digitálních prostorových termostatů.
Mechanické prostorové termostaty
Obr.5: Mechanický prostorový termostat
Mechanické prostorové termostaty (viz obr. 5) je možné řadit mezi základní prostorové termostaty, které se v současné době nabízejí. Tyto termostaty nejčastěji obsahují pouze kolečko, na kterém je umístěna teplotní stupnice. Pomocí tohoto kolečka se nastavuje požadovaná prostorová teplota. Na rozdíl od digitálních prostorových termostatů, nepotřebují mechanické termostaty žádný zdroj napájení. Jako teplotní snímač je použit membránový teplotní element, plněný nejčastěji plynem. Vlivem teplotní roztažnosti použitého plynu působí tento na membránu, která pak působí na příslušný kontakt. Tento kontakt pak spíná výstup prostorového termostatu. Jak je patrné z uvedeného textu, neobsahují mechanické prostorové termostaty výstupní relé, ale pouze spínací případně přepínací kontakty. Pokud mechanický termostat obsahuje přepínací kontakty je možné je také využít pro funkci chlazení. Jistě je také patrné, že se tyto termostaty nevyrábějí jako bezdrátové. Mechanické termostaty se nejčastěji používají pro nejjednoduší regulaci vytápění. Teplotní rozsah se liší v závislosti na výrobci. Nejčastěji je ovšem tento rozsah od 10 °C do 30 °C. Pokud uživatel požaduje protimrazovou ochranu svého systému a prostoru, vyrábějí se také termostaty protimrazové ochrany. V tomto případě je teplotní rozsah od 0 °C do 20 °C. Mechanické prostorové termostaty jsou také velice často dodávány se světelnou kontrolkou. Kontrolka signalizuje spuštění připojeného zdroje tepla. Pokud svítí, je zdroj tepla spuštěn. V tomto případě je ovšem nutné termostat napájet. Pokud uživatel vybírá příslušný mechanický termostat, měl by v prvém případě vybírat podle teplotního rozsahu. Dále je nutné uvažovat zatížitelnost kontaktů termostatu. Pokud připojený zdroj tepla přesáhne maximální zatížitelnost kontaktů, je nutné zvolit termostat jiný.
Digitální prostorové termostaty
Obr.6: Digitální prostorový termostat
Digitální prostorové termostaty (obr. 6) na rozdíl od mechanických prostorových termostatů obsahují řadu funkcí, které podstatně přispívají k dosažení optimální tepelné pohody a výrazně šetří náklady vydané na vytápění. Jelikož tyto termostaty obsahují celou řadu funkcí, budou zde uvedeny pouze vybrané (které jsou nejčastěji použité). Již v první kapitole byly popsány funkce týdenního časového programu, možnosti nastavení počtu cyklů sepnutí zdroje tepla na minimální dobu. Není tedy nutné tyto funkce opět popisovat.
Výhodou digitálních prostorových termostatů je, že obsahují displej. Na displeji jsou nejčastěji zobrazeny všechny důležité hodnoty (aktuální teplota, požadovaná teplota, datum, čas, aktivní časový program, indikace sepnutí zdroje tepla, indikace vybitých baterií). Některé termostaty mají displej podsvícený, což je výhodné v případě, kdy chceme v nočních hodinách měnit příslušné nastavení. Téměř všechny digitální prostorové termostaty obsahují tři základní režimy. Prvním režimem je vypnutí funkce prostorového termostatu. Vypnutí ovšem není doslovné, protože při vypnutém stavu udržuje termostat protimrazovou teplotu. Velikost protimrazové teploty se dá samozřejmě nastavovat. Druhým režimem je režim manuální. V tomto režimu reguluje termostat prostorovou teplotu na hodnotu nastavenou uživatelem. Termostat obsahuje tlačítka (+/-), kde si uživatel nastavuje aktuální požadovanou teplotu. V manuálním režimu je tedy zdroj tepla spuštěn na základě porovnání prostorové a aktuálně nastavené požadované teplotě. Uživatel může kdykoliv požadovanou teplotu změnit. Posledním režimem je automatický mód. V automatickém módu dodržuje termostat teploty nastavené v týdenním časovém programu. Samozřejmě, že uživatel může kdykoliv požadovanou teplotu změnit. Při změně časového programu se požadovaná teplota automaticky nastaví dle tohoto programu. S výhodou se tedy u digitálních prostorových termostatů používá automatický režim. V tomto režimu uživatel ani neví, že zdroj vytápění je nějakým způsobem ovládán (pokud je tedy dosaženo optimální tepelné pohody).
Vybrané prostorové termostaty jsou také vybaveny tlačítky pro spuštění režimu dovolená, party apod. Stisknutím příslušného tlačítka dojde k okamžité změně požadované teploty na určitou, předem nastavenou, dobu. Například v režimu dovolené je možné nastavit termostat, že po dobu 14 dnů bude termostat vytápět prostor na požadovanou teplotu např. 18°C. Termostat pak odpočítává nastavenou dobu. Po uplynutí nastavené doby pak dojde k okamžitému návratu na vytápění dle nastaveného časového programu. Stejná funkce je i pro další režimy jako je například režim party. Režimy se pouze liší délkou trvání.
Obr.7: GSM ovladač
Hlavní výhodou některých digitálních termostatů je připojení externího čidla. V tomto případě je pak možné k termostatu připojit oddělený teplotní snímač. Tento snímač může nahradit integrovaný teplotní snímač termostatu nebo sloužit jako informativní hodnota například venkovní teploty. Vybrané digitální prostorové termostaty také obsahují svorky (kontakty) pro připojení příslušného ovladače (viz obr. 7), který může vzdáleně ovládat termostat a zdroj tepla. V dnešní době jsou již standardně vyráběné GSM (Globální Systém pro Mobilní komunikaci) ovladače. GSM ovladač obsahuje SIM (subscriber identity module - česky - účastnický identifikační modul) kartu s telefoním číslem a dále vstupní a výstupní relé. Pokud uživatel pošle SMS zprávu na telefonní číslo SIM karty, dojde k sepnutí výstupního relé GSM ovladače. Výstupní relé GSM ovladače spojí se vstupním kontaktem termostatu a termostat pak změní požadovanou prostorovou teplotu.
Na rozdíl od mechanických termostatů vyžadují digitální prostorové termostaty napájení a obsahují výstupní relé. Jako zdoj napájení se nejčastěji používají tužkové baterie, případně síťové napětí. Výdrž baterií je nejčastěji zaručována až na dva roky. Závisí ale na typu použitých baterií. Doporučuji vždy používat baterie doporučované výrobcem. Výstupní relé již standardně obsahuje přepínací kontakty a je tak možné termostat využít jak pro funkci vytápění, tak pro funkci chlazení.
Jak již bylo uvedeno v první kapitole, vyrábějí se tyto termostaty také jako bezdrátové. Funkce bezdrátových termostatů jsou stejné, pouze termostat nemá integrované relé. Relé je umístěno v oddělené reléové jednotce.
Závěr
V uvedeném článku je popsána možnost regulace vytápění využitím prostorových termostatů. Článek přibližuje běžnému uživateli základní funkce prostorových termostatů a popisuje, jak prostorový termostat ovládá připojený zdroj tepla. Dále jsou uvedeny hlavní rozdíly mezi mechanickými a digitálními prostorovými termostaty. Využitím prostorového termostatu je vytápění v objektu ve vytápěném prostoru vhodně regulováno.
The paper presents the possibility of heating regulation by using of room thermostats. The paper describes the main functionality of room thermostats and differences between non-programable and programable room thermostats.