ترموستات و کاربرد آن در صنعت تهویه مطبوع ✅

احتمالاً فضاهایی را دیده‌اید که وقتی وارد آن می‌شوید بیش از حد سرد و یا گرم هستند. در این شرایط مجبور می‌شوید برای رسیدن به دمای آسایش، دستگاه را به‌صورت دستی خاموش نمایید. مشکلی که پیش می‌آید این است که آن فضا بعد از زمانی کوتاه دوباره دمای آسایش را از دست می‌دهد اما اینبار برعکس، یعنی اگر با روشن بودن دستگاه هوا خیلی سرد بود، اینبار با خاموش کردن آن، خیلی گرم می‌شود. این روشن و خاموش کردن دستی دستگاه‌های سرمایشی و گرمایشی، نه‌تنها هیچ‌گاه باعث نمی‌شوند ما به دمای آسایش برسیم بلکه بیش از حد انرژی مصرف می‌کنند و حتی برای خود دستگاه نیز خوب نیست و طول عمر آن را کاهش می‌دهد. امروزه که کنترل مصرف انرژی به یک اولویت در زندگی هر انسانی تبدیل شده، تجهیزاتی که در این حوزه کاربرد دارند، محبوبیت بالایی پیدا کرده‌اند و تقاضا برای آن‌ها با شیب تندی افزایش پیدا کرده است. به‌خصوص تجهیزاتی که به شکل خودکار عمل کرده و با قطع و وصل اتوماتیک باعث می‌شوند بیش از حد انرژی مصرف نشود. ترموستات یکی از این تجهیزات پرکاربرد است که از صنعت خودرو گرفته تا تهویه مطبوع از آن استفاده می‌شود. در ادامه با تهویه آسمان همراه باشید تا بررسی جامع ترموستات پرداخته و انواع آن را معرفی نماییم.

ترموستات چیست؟

در ابتدا ریشه این عبارت را مورد بررسی قرار می‌دهیم. ترموستات (به انگلیسی Thermostat) نام خود را از دو واژه قدیمی یونانی ترمو (thermo) به معنی گرما و ستات (statos) به معنی ایستادن، گرفته است. در فارسی نیز از عبارت دماپا به جای ترموستات استفاده می‌شود، اما هیچ‌گاه این نام فارسی در زبان عامیانه و در بین افراد جایی پیدا نکرد و اکثراً از عبارت ترموستات برای این قطعه استفاده می‌کنند. اما کاربرد ترموستات چیست؟ این قطعه یک کنترل کننده الکتریکی است که برای تنظیم هوای محل مورد نظر استفاده می‌شود. ترموستات را به دستگاه‌های سرمایشی، گرمایشی و به‌طورکلی تهویه مطبوع متصل می‌کنند، تا از طریق قطع و وصل دستگاه، دما را در میزانی که برای آن تعریف شده، نگه دارد. این موضوع که دستگاه تهویه مطبوع مانند فن کویل سقفی توکار، در زمانی که دمای هوای محیط بسته به درجه مورد نظر برسد، خاموش شود، باعث می‌شود که مصرف انرژی تا حد زیادی کاهش پیدا کند.

نحوه عملکرد ترموستات بسیار ساده و بدون هیچ پیچیدگی خاصی است. زمانی که دما به نقطه تنظیم برسد، ترموستات مدار برقی دستگاه را قطع می‌کند و وقتی دما ۳ الی ۵ درجه از نقطه تنظیم پایین‌تر یا بالاتر رود، دوباره مدار را وصل می‌کند و دستگاه روشن می‌شود. ترموستات ممکن است به روش‌های مختلفی ساخته شود و ممکن است از انواع سنسور‌ها برای سنجش دما استفاده کند.

در اینجا چند نکته مفید برای نحوه استفاده از ترموستات وجود دارد که عبارتند از:

• این نوع دستگاه باید در منطقه‌ای از خانه با جریان هوای تازه قرار گیرد. اگر ترموستات خود را در یک منطقه خاص آفتابی یا پشت پرده قرار دهید، نمی‌تواند دما را به‌طور دقیق تشخیص دهد.
• برای شروع، آن را روی کمترین دمایی که راحت می‌بینید، تنظیم کنید. برای اکثر افراد، این دما در محدوده 18 تا 21 درجه قرار می‌گیرد.

ایده پشت ترموستات این است که به هوای سردتر واکنش نشان دهد و مطمئن شود که گرمایش به اندازه کافی روشن است تا خانه را تا نقطه تنظیمی که انتخاب می‌کنید گرم کند. با این حال، از آنجایی که گرم کردن خانه در یک روز سرد ممکن است بیشتر طول بکشد، می‌توانید گرمایش را طوری برنامه‌ریزی کنید که زودتر روشن شود. ترموستات‌های قابل برنامه‌ریزی، دارای تنظیمات زمان و دما هستند تا بتوانید دما را در دوره‌های مختلف روز تنظیم کنید. این به شما امکان می‌دهد با خاموش کردن سیستم گرمایشی در هنگام کار، در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنید، اما در اواخر روز به خانه‌ای گرم بازگردید. هنگام برنامه‌ریزی ترموستات خود، باید زمان گرم شدن و خنک شدن را در نظر بگیرید.

انواع ترموستات

قبل از اینکه به انواع ترموستات برسیم باید بگوییم که ترموستات چگونه کار می‌کند؟ بیشتر مواد با گرم شدن منبسط و بزرگ‌تر می‌شوند و در زمان سرد شدن حالت برعکس یعنی انقباض به سراغ آن‌ها خواهد آمد. همین ویژگی مواد، ایده طراحی ترموستات مکانیکی بود که در واقع انبساط حرارتی نامیده می‌شود و یک مدار الکتریکی را قطع و وصل می‌کند. سه نوع ترموستات رایج عبارت است از:

• ترموستات با نوار بی‌متال یا نوار دو فلزی (Bimetallic Strip)
• ترموستات گازی (Gas-filled Bellows)
• ترموستات مومی

ترموستات بی متال

یک ترموستات عادی از دو قطعه فلز مختلف تشکیل شده که به هم چسبانده شده‌اند و چیزی را تشکیل می‌دهند که یک نوار دوفلزی یا بی‌متال نامیده می‌شود. نوار به عنوان یک کلید یا پل در یک مدار الکتریکی عمل می‌کند که به سیستم گرمایش یا سرمایش خانه متصل شده است. برای نمونه و روشن شدن نحوه عملکرد ترموستات بی متال، فصل زمستان و سیستم گرمایش را در نظر بگیرید. وقتی کلید وصل می‌شود، در نوار جریان عبور می‌کند و گرمایش برقرار خواهد شد. وقتی نوار گرم شود، یکی از فلزها بیشتر از دیگری منبسط می‌شود و کل نوار اندکی خم خواهد شد. در نتیجه، مدار را باز خواهد کرد و کلید بالا خواهد رفت و در ادامه، برق دستگاه قطع خواهد شد. این قطعی موجب قطع شدن سیستم گرمایش و در نتیجه، خنک شدن اتاق می‌شود. حال که اتاق سرد شد، نوار بی متال نیز آرام آرام سرد می‌شود و از حالت خمیدگی در آمده و شکل عادی خود را می‌گیرد. وقتی نوار مجدد به حالت عادی برمی‌گردد، جریان دوباره برقرار شده و سیستم گرمایش روشن می‌شود. البته باید در نظر داشته باشید که این فرآیند قطع و وصل ترموستات به زمان نیاز دارد و از آنجا که انبساط و تماس نوار مقداری زمان می‌برد، گرمایش به صورت مداوم و هر چند ثانیه یک بار قطع و وصل نمی‌شود. با توجه به نوع عایق‌بندی، ممکن است حدود یک ساعت طول بکشد که ترموستات پس از خاموش شدن مجدداً روشن شود و این موضوع اصلی‌ترین نقطه ضعف این نوع ترموستات است.

نوارهای بی متال در شکل‌های فیزیکی متفاوتی ساخته می‌شوند و به خصوص نوع دیسکی آن دارای کاربرد بیشتری است. این دو نوار فلزی که معمولاً با طول بیشتری ساخته می‌شوند تا حساسیت آن‌ها نسبت به تغییرات دما بیشتر شود، با استفاده از نقطه جوش و یا میخ پرچ به یکدیگر متصل می‌شوند. جنس این دو نوار با یکدیگر متفاوت است، یکی از جنس فلز برنجی با رنگ آبی و دیگری از جنس فلز آهنی به رنگ قرمز است. در زمان بالا رفتن دما، آهن کمتر از برنج منبسط می‌شود، بنابراین، نوار بی‌متال با افزایش دما دچار انحنا می‌شود. البته به خودی خود این نوع از ترموستات‌ها نسبت به تغییرات دمایی، حساسیت بالایی ندارند و خیلی دقیق نیستند. برای مثال اگر دمای 22 درجه برای آن تعریف شده باشد، ممکن است در 24 درجه باز شود و یا در 18 درجه بسته شود.

ترموستات گازی

با توجه به نقطه ضعف ترموستات بی متال که تاخیر در واکنش آن به تغییرات دمایی بود، یک طرح جدید با نام ترموستات گازی (به انگلیسی Gas-filled Bellows) داده شد. ترموستات گازی، تغییرات دما را با یک جفت دیسک فلزی که بین آن‌ها با گاز پر شده، سریع‌تر حس می‌کند. این دیسک‌ها دارای سطح بزرگی بوده و قابل ارتجاع و انعطاف‌پذیر هستند و قادرند سریع‌تر نسبت به گرما پاسخ دهند.

روش کار ترموستات گازی به این شکل است که وقتی اتاق گرم می‌شود، گاز درون صفحه‌ها منبسط شده و موجب جدا شدن دیسک‌ها از هم می‌شود. دیسک داخلی یک میکروسوئیچ را در میانه ترموستات جابه‌جا می‌کند. وظیفه این میکروسوئیچ قطع و وصل مدارالکتریکی و تنظیم مجدد دما است. حال زمانی که اتاق سرد می‌شود، گاز درون صفحات منقبض شده و دیسک‌های فلزی به سمت هم جابه‌جا می‌شوند. در نتیجه دیسک داخلی از میکروسوئیچ دور شده و مدار مجدداً وصل می‌شود. این یعنی دستگاه گرمایش باید دوباره روشن شود.

ترموستات مومی

در ترموستات بی متال و ترموستات گازی از موادی استفاده می‌شود که اندازه و شکل آن‌ها در اثر گرما و سرما تغییر می‌کند. نوع اول بر مبنای انبساط و انقباض فلزها استوار است و نوع دوم بر مبنای انبساط و انقباض گازها. اما نوع دیگری از ترموستات وجود دارد که از تغییر حالت ماده از مایع به گاز بهره می‌برد و آن چیزی نیست جز ترموستات مومی. در این روش، با تغییر دما، موم ذوب می‌شود و حالتش از جامد به مایع تغییر می‌کند، بسیار منبسط می‌شود و میله‌ای را از محفظه به بیرون می‌راند که این میله نیز باعث قطع و یا وصل جریان می‌شود.

ترموستات مومی معمولاً در شیرهای رادیاتور و موتور خودرو استفاده می‌شوند و باتوجه به نوع عملکردش دارای ایستادگی و مقاومت بالایی است.

تفاوت ترموستات و ترمومتر

ترمومتر همان دماسنج است که دما را اندازه می‌گیرد و تفاوت زیادی با ترموستات دارد. در واقع ترمومتر وسیله‌ای است که دما را اندازه می‌گیرد، در حالی که ترموستات دما را در سطح مشخصی نگه می‌دارد. به عبارتی ترمومتر می‌تواند یکی از اجزای تشکیل دهنده ترموستات باشد.

ترموستات چند مرحله ای چیلر

عملکرد این ترموستات به مانند ترموستات‌های قطع و وصل تابستانی یا زمستانی است با این تفاوت که این ترموستات‌ها دارای دو، سه و یا چهار میکروسوییچ بوده و دامنه قطع و وصل هر میکروسوییچ با میکروسوییچ مشابه، متفاوت است و هر میکروسوییچ در درجه حرارت مشخصی قطع و وصل می‌شود. به بیان ساده‌تر این یعنی اینکه هر مرحله از یک ترموستات چند مرحله‌ای، خود ترموستاتی است برای کنترل درجه حرارت تنظیم شده.

در سیستم‌های برودتی و چیلرهایی که دارای سیستم تغییر ظرفیت می‌باشند می‌توان با ترموستات چند مرحله‌ای تعداد کمپرسورهای زیر بار را کنترل نمود و یا اینکه با استفاده از سیستم بی بار کننده (Unloader) ظرفیت برودتی را کاهش داد.

پرسش و پاسخ