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서모스탯 은 온도를 측정하고 제어 작동을 작동시키기 위해 다양한 유형의 센서를 사용합니다. 기계 온도 조절 장치는 일반적으로 바이메탈 스트립을 사용하여 온도 변화를 기계적 변위로 변환하면 가열 또는 냉각원의 제어가 가능합니다. 전기 서모스탯 대신 서미스터 또는 기타 반도체 센서를 사용하여 온도 변화를 전자 신호로 처리하여 가열 또는 냉각 장비를 제어합니다.
일반적인 온도 조절기는 설정치에 도달하면 최대 용량으로 작동되거나 완전히 꺼지는 제어형 시스템의 예이므로 "방방 컨트롤러"의 예입니다. 가장 간단한 실행 프로그램이지만 , 이러한 제어 방법은 설정점 주변의 장비가 과도하게 빠르게 순환되는 것을 방지하기 위해 몇 가지 히스테리시시스를 포함해야 합니다. 결과적으로 일반적인 온도 조절은 온도를 매우 정밀하게 제어할 수 없습니다. 그 대신, 어떤 크기의 진동은 보통 1-2°C입니다 이러한 제어는 일반적으로 부정확하고 비효율적이며 높은 수준의 기계적 마모이지만, 압축기 같은 부품의 경우 지속적으로 용량을 가변적으로 허용하는 고급 부품에 비해 상당한 비용 이점이 있습니다.
또 다른 고려 사항은 제어 시스템의 시간 지연입니다. 시스템의 제어 성능을 개선하기 위해 서모스탯에는 "예측기"가 포함될 수 있습니다. 이 장치는 시스템이 잠시 동안 열을 계속 발생시키기 때문에 설정치에 도달하기 전에 가열/냉각을 약간 더 일찍 중지합니다. 설정값에서 정확히 꺼지게 하면 실제 온도가 원하는 범위를 초과하게 됩니다. 이를 "오버슈트"라고 합니다. 바이메탈 센서에는 온도 조절기에 얇은 전선이 닿은 물리적 "기대한 장치"가 포함될 수 있습니다. 전류가 와이어를 통과하면 소량의 열이 생성되어 바이메탈 코일로 전달됩니다. 전자 서모스탯 에는 전자 장치가 필요합니다.
높은 제어 정밀도가 필요한 경우 PID 또는 MPC 컨트롤러가 선호됩니다. 그러나 최근에는 반도체 제조공장이나 박물관 등 산업용으로 주로 채택되고 있습니다.
센서 유형
초기 기술로는 전극을 유리를 통해 직접 삽입한 수은 온도계가 포함되어 있어 특정(고정) 온도에 도달하면 수은으로 인해 접촉부가 폐쇄됩니다. 이러한 온도는 한 수준 이내로 정확했습니다.
현재 사용 중인 일반적인 센서 기술은 다음과 같습니다.
그러면 다음을 사용하여 난방 또는 냉방 장치를 제어할 수 있습니다.
가정용 수분과 스팀 기반 중앙 난방 시스템은 전통적으로 이중 금속 스트립 온도 조절 장치에 의해 제어되었으며, 이 내용은 이 문서의 뒷부분에서 다룹니다. 순수한 기계적 제어는 개별 흐름을 조절하는 국부적인 증기 또는 온수 라디에이터입니다. 이중 금속 서모스탯 하지만 온도 조절 라디에이터 밸브 (TRV)가 널리 사용되고 있습니다.
순수한 기계적 온도 조절은 일부 옥상 터빈 환기구에서 댐퍼를 조절하기 위해 사용되며, 냉각 또는 냉각 기간 동안 건물 열 손실을 줄여줍니다.
일부 자동차 조수석 난방 시스템에는 수류 및 온도를 조절 가능한 수준으로 조절하기 위한 자동 온도 조절 밸브가 있습니다. 오래된 차량의 경우 서모스탯은 냉각수 밸브와 플랩퍼를 제어하여 공기 흐름을 유도하는 액추에이터에 대한 엔진 진공 적용을 제어합니다. 현대식 차량에서는 중앙 컴퓨터의 제어를 받는 작은 솔레노이드에 의해 진공 액추에이터를 작동할 수 있습니다.
온도 조절 혼합 밸브는 왁스 펠렛을 사용하여 뜨거운 물과 차가운 물의 혼합을 제어합니다. 일반적인 응용 방법은 레지오넬라 박테리아(60 °C, 140 °F 이상)를 죽일 정도로 뜨거운 온도에서 전기 워터 히터를 작동하는 반면, 밸브 출력은 즉시 화상을 입을 수 없을 정도로 충분히 차가운 물을 만드는 것입니다(49 °C, 120 °F).
왁스 펠렛 구동 밸브는 두 개의 열 팽창 곡선, 즉 온도 증가 대비 확장(동작), 온도 감소 대비 수축(동작) 등으로 구성된 왁스 펠렛의 히스테리시스 그래프를 통해 분석할 수 있습니다. 위/아래 곡선 간의 확산은 밸브의 히스테리시스 현상을 시각적으로 보여줍니다. 고체와 액체 사이의 위상 전환 또는 위상 변화로 인해 왁스 구동식 밸브 내에 항상 히스테리시시스가 있습니다. 히스테리시스는 탄화수소를 혼합한 특수 혼합물을 사용하여 제어할 수 있습니다. 엄격한 히스테리시스(hysteresis)가 가장 필요한 것이지만, 일부 응용 분야에서는 더 넓은 범위가 필요합니다. 왁스 펠렛 구동 밸브는 인설 방지, 동결 방지, 고온 퍼지, 태양열 에너지 또는 태양열, 자동차, 항공 우주 응용 분야에 사용됩니다.
서모스탯(Thermostat)은 가스 오븐 조절에 사용되는 경우도 있습니다. 가스로 채워진 전구가 가느다란 구리 튜브에 의해 제어 장치에 연결됩니다. 전구는 보통 오븐 상단에 위치합니다. 튜브는 다이어프램에 의해 밀폐된 챔버에서 끝납니다. 서모스탯이 가열되면 가스가 팽창하여 다이어프램에 압력이 가해지고 이로 인해 버너에 대한 가스 흐름이 줄어듭니다.
공압식 서모스탯은 일련의 공기 충전 제어 튜브를 통해 가열 또는 냉각 시스템을 제어하는 서모스탯입니다. 이 "제어 공기" 시스템은 필요할 때 가열 또는 냉각을 활성화하기 위해 제어 튜브의 압력 변화(온도에 따라 다름)에 반응합니다. 제어 공기는 일반적으로 15 -18psi의 "주" 상태로 유지됩니다 (일반적으로 최대 20psi의 작동 가능) . 공압 온도 조절 장치는 일반적으로 출력/분기/사후 제한 장치(단일 파이프 작동용) 압력을 3-15psi로 제공하며, 이 압력은 엔드 장치(밸브/댐퍼 액추에이터/공압-전기 스위치 등)로 연결됩니다.[11]
이 공기 서모스탯은 1895년 워런 존슨이 전기 서모스탯을 발명하자마자 발명했습니다. 2009년 Harry Sim은 공압-디지털 인터페이스[13]에 대한 특허를 획득하여 공압 제어 건물을 건물 자동화 시스템과 통합하여 DDC(Direct Digital Control)와 유사한 이점을 제공할 수 있게 되었습니다.
전기 및 아날로그 전자 서모스탯
릴레이 § 접촉력 유도 릴레이 및 스위치 § 접촉에 설명된 것과 동일한 명명법을 따릅니다.
모든 선행 숫자는 두 단자의 접촉 세트 하나에 대해 "1NO", "1NC"와 같은 접촉 세트 수를 나타냅니다. "1CO"는 3개의 터미널로 전환하는 경우에도 하나의 접촉 세트를 갖습니다.
위의 온도 조절 장치 사용에 설명된 대로, 제어 시스템의 모든 전원은 여러 열전대의 조합인 열장수에 의해 제공되며, 이 열전대는 파일럿 조명으로 가열됩니다. 이 열화더미는 하나 이상의 서모스탯 스위치를 제어하는 저전력 가스 밸브를 구동하기 위해 충분한 전력을 생산하며, 이 밸브는 버너에 대한 연료 입력을 제어합니다.
이 유형의 장치는 일반적으로 낡은 것으로 간주됩니다. 파일럿 조명은 기체나 물을 많이 흘려 장기간 물을 많이 낭비할 수 있는 것과 같은 방식으로 기체가스를 많이 낭비할 수 있기 때문입니다. 또한 스토브에서는 더 이상 사용되지 않습니다. 그러나 아직도 많은 가스 온풍기 및 가스 벽난로에서도 발견되고 있습니다. 연료 히터의 경우 연료 효율이 떨어지기는 하지만, 파일럿 프로젝트의 에너지 "낭비"는 대부분 물 탱크에 대한 직접적인 열 증가를 나타내기 때문입니다. 또한 밀리볼트 시스템은 특수 전기 회로가 수온기나 용광로에 공급될 필요가 없습니다. 이러한 시스템은 완전히 자가 충만하여 외부 전원 공급 없이 작동할 수 있습니다. 탱크형 "온 디맨드" 워터 히터의 경우, 온표면 점화보다 빠르고 스파크 점화보다 더 안정적이기 때문에 파일럿 점화가 더 좋습니다.
간단한 "밀리볼트" 또는 "2선" 모드를 제공하는 프로그램식 서모스탯 중 일부는 이러한 시스템을 제어합니다.
최신 난방/냉방/열 펌프 서모스탯의 대부분은 저전압 (일반적으로 24V AC) 컨트롤 회로에서 작동합니다. 24V AC 전원의 공급원은 난방/냉방 장비의 일부로 설치된 제어 변압기입니다. 저전압 제어 시스템의 장점은 기본적으로 안전한 전압과 전류 수준을 사용하는 릴레이, 접촉기, 시퀀서 등 여러 전기 기계 스위칭 장치를 작동할 수 있다는 것입니다.[15] 서모스탯에 내장된 이 장치는 예상을 통해 온도를 보다 효과적으로 제어할 수 있는 기능을 제공합니다. 가열 장치가 작동하는 동안 발열이 감지기에 소량의 추가 열이 발생합니다. 그러면 온도 조절 장치 설정이 공간 온도를 크게 초과하지 않도록 가열 접점이 약간 일찍 열립니다. 기계적 열 예측기는 일반적으로 조정 가능하며 시스템이 작동 중일 때 히터 컨트롤 회로의 전류 흐름에 맞게 설정해야 합니다. 냉각 장치가 작동하지 않는 동안 냉각 장치가 감지 요소에 소량의 추가 열을 발생시킵니다. 이렇게 하면 접촉부가 냉각 장비에 약간 일찍 전원을 공급하여 공간 온도가 과도하게 올라가는 것을 방지합니다. 냉각 예측기는 일반적으로 조정할 수 없습니다.
전기 기계식 서모스탯은 저항 요소를 예측기로 사용합니다. 대부분의 전자 서모스탯은 예측 기능을 위해 서미스터 장치 또는 통합 논리 요소를 사용합니다. 일부 전자식 온도 조절 장치의 경우 서미스터 예측기가 실외에 위치하여 외부 온도에 따라 다양한 예상을 제공할 수 있습니다. 온도 조절 기능이 향상되어 실외 온도 표시, 프로그래밍 기능, 시스템 장애 표시가 향상되었습니다. 이러한 24볼트 온도 조절 장치는 주 전원이 고장날 때 용광로를 작동할 수 없지만, 대부분의 용광로에는 가열된 공기 팬(그리고 종종 고온 표면 또는 전자식 스파크 점화)을 위한 주 전원이 필요하며, 이 때문에 서모스탯의 기능이 무거울 수 있습니다. 제어형 벽면 및 "중력"(팬이 없는) 바닥 및 중앙 히터와 같은 다른 상황에서는 이전에 설명한 저전압 시스템이 전원이 공급되지 않을 때 계속 작동할 수 있습니다.
배선 색상 코드에 대한 표준은 없지만, 규약은 다음 터미널 코드와 색상을 기준으로 정해있습니다.[16][17] 모든 경우에 제조업체의 지침은 최종적인 것으로 간주되어야 합니다.
라인 전압 서모스탯 (Thermostat)은 베이스보드 히터 또는 직접 배선 전기 용광로와 같은 전기 공간 히터에 가장 일반적으로 사용됩니다. 라인 전압 서모스탯을 사용하는 경우 시스템 전원(미국에서는 120 또는 240V)은 서모스탯에 의해 직접 전환됩니다. 스위칭 전류가 40 암페어를 초과하는 경우가 많으므로, 전압 회로에서 저전압 서모스탯을 사용하면 적어도 서모스탯의 고장 및 화재의 원인이 될 수 있습니다. 라인 전압 서모스탯(Thermostat)은 중앙 보일러 및 냉각기를 사용하는 대형 시스템의 팬 코일(대형 시스템에 의해 가열 또는 냉각되는 튜브 코일을 통해 블로잉 라인 전압에서 팬 전원 공급) 제어 등 다른 응용 분야에 사용되는 경우가 있습니다. 히드로닉 가열 응용분야에서 순환 펌프를 제어하는 데 사용합니다.
일부 프로그램식 온도 조절 장치는 라인 전압 시스템을 제어할 수 있습니다. 베이스보드 히터는 특히 지속적인 제어( 일부 Honeywell 모델처럼 )가 가능한 프로그램식 서모스탯의 장점을 활용하여 램프 디머 같은 히터를 효과적으로 제어합니다. 그리고 실내 온도가 극도로 일정하게 유지되도록 온도 상승을 서서히 증가 및 감소시킵니다(히스테리시스(hysteresis)의 평균화 효과에 의존하지 않고 지속적인 제어). 팬(전기 용광로, 벽 히터 등)을 포함하는 시스템은 일반적으로 간단한 켜기/끄기 컨트롤을 사용해야 합니다.
디지털 전자 서모스탯
최신 디지털 온도 조절 장치에는 온도를 측정하는 데 필요한 구동 부품이 없으며 , 대신 저항 온도계 (저항 온도 감지기)와 같은 서미스터의 장치나 기타 반도체 장치에 의존합니다. 일반적으로 정상 배터리를 하나 이상 설치하여 작동해야 합니다. 소위 "전력 절도" 디지털 서모스탯(에너지 절단을 위해 작동)은 일반적인 24V AC 회로를 전원으로 사용하지만 일부 용광로에 사용되는 열화로 구동식 "밀리볼트" 회로에서는 작동하지 않습니다. 각 화면에는 현재 온도와 현재 설정을 보여주는 LCD 화면이 있습니다. 대부분의 경우, 편안한 에너지 절약을 위해 시계, 시간, 심지어 주간 온도 설정도 있습니다. 일부 고급 모델에는 터치 스크린이 있거나 홈 자동화 또는 빌딩 자동화 시스템을 사용할 수 있습니다.
디지털 서모스탯 릴레이 또는 트라이액 같은 반도체 장치를 사용하여 HVAC 장치를 제어하는 스위치 역할을 합니다. 계전기 장치가 있는 장치는 밀리볼트 시스템을 작동하지만 스위치를 켜거나 끌 때 종종 "딸깍" 소리가 납니다.
출력을 조절할 수 있는 HVAC 시스템을 PID 컨트롤러가 내장된 서모스탯 기능과 결합하여 더 부드러운 작동을 얻을 수 있습니다. 또한 관성이 취약한 시스템 동작을 더욱 개선하기 위해 적응형 알고리즘을 특징으로 하는 최신 온도 조절 기능이 있습니다. 예를 들어 오전 7시 아침 온도가 21°C(69.8°F)가 되도록 온도를 설정하는 경우, 이 때 일반 온도 조절 장치가 바로 작동하는 21°C(69.8°F)가 되도록 해야 합니다. 원하는 시간에 원하는 온도에 도달하기 위해 시스템을 활성화해야 하는 시점을 결정하는 알고리즘입니다.[18] ON/OFF 컨트롤이 적합하지 않은 공정/산업 제어에 사용되는 다른 서모스탯은 PID 제어로 온도가 매우 안정적인지 확인할 수도 있습니다(예: 설정값(SV)[19]에 대한 PID 상수를 미세 조정하거나 히스테리시스 제어를 배포하여 밴드에서 온도를 유지하여 오버슈를 줄입니다.[20]
북미 및 유럽에서 일반적인 주거용 디지털 서모스탯 대부분은 프로그램식 온도 조절 장치이며, 기본 프로그램을 그대로 사용할 경우 일반적으로 30%의 에너지 절감 효과를 제공합니다. 이러한 기본값을 조정하면 에너지 절약 효과가 증가하거나 감소할 수 있습니다.[21] 프로그램식 서모스탯 문서에서는 이러한 서모스탯의 작동, 선택 및 설치에 대한 기본 정보를 제공합니다.
제어 중인 장치에 따라 강제 에어컨 서모스탯에는 일반적으로 난방/꺼짐/냉방을 위한 외부 스위치와 난방 및 냉방이 작동 중일 때만 블로워 팬을 지속적으로 또는 자동으로 켜는 다른 스위치가 있습니다. 주 난방/냉방 장치에서 중앙에 위치한 온도 조절 장치로 4개의 전선이 연결됩니다(일반적으로 옷장, 지하에 있거나 다락방에 있음). 일반적으로 빨간색인 한 선은 서모스탯에 24V AC 전원을 공급하고 다른 세 개의 전원 공급 제어 신호는 서모스탯에서 발생합니다. 일반적으로 열이 흰색이고 냉각이 황색이며 블로워 팬이 켜집니다. 이 전원은 변압기에 의해 공급되며, 서모스탯이 24V 전원과 하나 또는 두 개의 다른 와이어 사이에 접촉할 때, 히터/냉각 장치의 릴레이 백은 해당 장치의 열/팬/냉각 기능을 활성화합니다.
온도 조절기는 "쿨"으로 설정하면 주변 실내 온도가 설정된 온도보다 높은 경우에만 켜집니다. 따라서 난방/냉방 시스템이 꺼져 있을 때 통제된 공간의 온도가 원하는 설정보다 일반적으로 높은 경우 온도가 외부에 있더라도 서모스탯을 "냉각"으로 유지하는 것이 좋습니다. 반면에, 제어 영역의 온도가 원하는 온도 아래로 떨어지면 서모스탯을 "가열"으로 켜는 것이 좋습니다.
열 펌프는 실내 및 실외 코일 사이의 냉매 흐름을 반대로 하는 냉장 기반 장비입니다. 이 작업은 후진 밸브 ("4방향" 또는 "전환" 밸브라고도 함)에 전력을 공급함으로써 수행됩니다. 실내 코일은 냉각 중에 실내 공기의 열을 제거하고 실외 코일로 옮겨 외부 공기로 방출하는 증발기입니다. 난방하는 동안 실외 코일은 증발기가 되고 실외 공기에서 열이 제거되고 실내 코일을 통해 실내 공기로 전달됩니다. 서모스탯에 의해 제어되는 역회전 밸브는 열이 식도록 변화할 수 있습니다. 주거용 열 펌프 서모스탯 에는 일반적으로 냉각 시 역회전 밸브에 전원을 공급하는 "O" 단자가 있습니다. 일부 주거용 및 상업용 열 펌프 서모스탯은 "B" 단자를 사용하여 가열 시 역회전 밸브에 전원을 공급합니다. 실외 온도가 하락하면 열 펌프의 가열 용량이 감소합니다. 일부 실외 온도(밸런스 지점이라고 함)에서는 건물에 열을 전달하는 냉동 시스템의 기능이 건물의 난방 요구 사항 미만으로 떨어집니다. 일반적인 열 펌프에는 외부 온도가 이 균형 지점 미만일 때 냉장 열을 보충하기 위한 전기 가열 소자가 장착되어 있습니다. 보조 열의 작동은 열 펌프 서모스탯의 2단계 가열 접지에 의해 제어됩니다. 가열 중에 실외 코일이 실외 온도 미만으로 작동하고 코일에서 응결이 발생할 수 있습니다. 그러면 코일로 응결되어 열 전달 용량이 줄어듭니다. 따라서 열 펌프에는 가끔 실외 코일을 해동할 수 있는 장치가 있습니다. 이 작업은 사이클을 냉각 모드로 되돌려 실외 팬을 끄고 전기 가열 소자에 전력을 공급함으로써 수행됩니다. 성에 제거 모드의 전기 열은 시스템이 건물 내부에서 차가운 공기를 방출하지 않도록 하기 위해 필요합니다. 그런 다음 "재가열" 기능에 요소를 사용합니다. 서모스탯에 시스템이 성에 제거 모드에 있고 전기 열이 활성화되었다는 표시일 수 있지만, 서모스탯에 의해 성에 제거 기능이 제어되지 않습니다. 열 펌프에는 보조 및 재가열을 위한 전기 열 요소가 있으므로 냉각 시스템에 고장이 발생할 경우 열 펌프 서모스탯이 전기 열 요소를 사용하도록 합니다. 이 기능은 일반적으로 서모스탯의 "E" 단자에 의해 활성화됩니다. 비상시에는 서모스탯이 컴프레서 또는 실외 팬을 작동하려고 하지 않습니다.
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