журнал для самодельщиков. Чертежи, схемы, описания, разработки, ремонт, изготовление, фото





Адаптивное термореле для теплоаккумулятора. Простейший тепловой насос.

Раздел: Ремонт бытовой техники и электроника


Те, кто интересуется вопросами альтернативных способов отопления с помощью Солнца, ветра и за счет утилизации вторичного тепла, обязательно сталкиваются с проблемой аккумулирования тепла. Поскольку все эти источники крайне не стабильны по времени и по мощности. Для того что бы можно было использовать это «халявное» тепло, его необходимо как-то запасать в специальном тепловом аккумуляторе, что бы потом использовать, когда это нужно.

Как известно из законов термодинамики, теплообмен между телами возможен только в случае наличия разности температур между ними. Причем тепло всегда передается только от более теплого тела более холодному, и никогда наоборот (если не используются специальные методы или устройства). Таким образом, что бы зарядить тепловой аккумулятор, необходимо обеспечить его «контакт» с более теплым телом. Разумеется, при этом используется какой то теплоноситель – жидкость или газ. Так что происходит по сути двойной теплообмен, от источника тепла теплоносителю, а от теплоносителя – тепловому аккумулятору. Это еще больше усложняет процесс накопления тепла, так как согласно тем же законам термодинамики, чем больше разница температур, тем интенсивнее идет теплообмен. А с теплоносителем теплообмен – двойной.

Исходя из всего этого, ясно, что накопление тепла возможно только в случае, когда источник тепла теплее самого теплоаккумулятора. А следовательно, управлять процессом аккумулирования с помощью простого термореле попросту невозможно. Если мы будет контролировать температуру либо только теплоаккумулятора (ТА), либо только источника тепла и включать насосы (или вентиляторы) по его команде, то мы можем попасть в ситуацию, когда аккумулятор либо разряжается, либо попросту не будем добирать тепла. Например, наше реле имеет порог срабатывания «+10 градусов». Тогда оно всегда будет работать при температуре только выше этой. И неважно, что мы измеряем – температуру аккумулятора или источника тепла. И если аккумулятор заряжен до более высокой температуры, то возможно источник уже остыл и мы не нагреваем, а охлаждаем аккумулятор до этих самых +10.

Другой пример. Накопление тепла возможно при любых температурах, главное что бы источник был теплее аккумулятора. Иметь в ТА, скажем, +3 все равно лучше чем -2, и для этого не надо дожидаться, когда станет +10.

Иными словами, надо всегда использовать хотя бы малейшую возможность для накопления тепла при любых температурах, даже отрицательных. А для этого необходимо термореле, которое отслеживает температуру и теплового аккумулятора, и источника тепла. И оно должно запускать механизм теплообмена как только появляется положительная разница между ними, т.е. как только источник тепла становится теплее аккумулятора хотя бы на несколько градусов.

Сделать такое реле совершенно не сложно. Подавляющее число вариантов термореле использует в качестве датчика терморезистор, который включен в схему делителя напряжения. Меняется сопротивление терморезистора в зависимости температуры, меняется и напряжение в центральной точке делителя. В другом плече делителя как правило стоит переменный резистор, которым устанавливается температура срабатывания термореле. Напряжение отслеживает компаратор (простой или сложный) и принимает решение включать или выключать исполнительное устройство.

Если мы заменим переменный резистор еще одним терморезистором, то мы получим достаточно адаптивную к температуре схему и будем задавать только разницу между температурами источника и аккумулятора. Каждый из терморезисторов располагается, разумеется, в своем месте, в ТА и источнике тепла. Например реле настроено на «срабатывать, если разница стала 5 градусов». И наше реле сработает и при температуре ТА -15 градусов (если источник стал -10) и при +20, (если источник стал +25). Таким образом, мы всегда имеем шанс немного подогреться, независимо от абсолютной температуры, и система начинает проявлять черты теплового насоса. Разумеется, такое четкое соблюдение «теплового зазора» возможно только при абсолютно одинаковой характеристике терморезисторов, что маловероятно. Но и «плавать» она будет не так сильно в реальном рабочем диапазоне температур.

Схема простейшего термореле на основе триггера Шмитта приведена на рисунке. Большой гистерезис, присущий триггеру Шмитта, в данном случае играет положительную роль. При малой разнице температур (1-2 градуса) нет большого смысла запускать в работу вентиляторы или насосы, так как теплообмен происходит весьма вяло и мы просто «месим» теплоноситель без результата. Зато когда разница достигнет 4-6 градусов, реле сработает и будем держаться до тех пор, пока разница не станет минимальной.

Любители особой точности могут сделать реле на компараторе напряжения LM311 (аналог 554СА3). Выходной каскад LM311 представляет собой транзистор с открытым коллектором и открытым эмиттером. Он выдерживает напряжение до 30 вольт и ток до 30 мА, поэтому слаботочные реле можно подключить непосредственно к микросхеме. Но если реле более мощное, то лучше использовать внешний транзистор, а выход компаратора необходимо подтянуть на питание резистором 5-10 кОм. Можно организовать и положительную обратную связь для обеспечения устойчивого гистерезиса, соединив резистором 0,5-1 мОм выход компаратора (7) с одним из входов (2). Но это увеличит гистерезис реле.

Любое термореле крайне чувствительно к помехам по питанию, поэтому источник питания должен быть хорошо стабилизированным. Так же полезно будет зашунтировать терморезисторы конденсаторами, включенными одной обкладкой на «землю».

Кстати будет и применение схемы гашения дребезга реле, так как никакой компаратор не обладает «мгновенной реакцией» и при вялом изменении температуры возможно возникновение кратковременного автоколебательного процесса. Нижеприведенная схема хорошо себя зарекомендовала для устранения подобного неприятного явления.

Есть еще один, весьма оригинальный вариант применения подобного термореле. Если у вас есть утепленный дом, гараж, сарай, помещение для живности и т.п. но не постоянно отапливаемый, или вовсе неотапливаемый, то вы наверняка замечали такой эффект. Во время сильных холодов помещение рано или поздно выстуживается (утеплитель ведь тепла сам не производит, а лишь тормозит его перемещение). Затем наступает оттепель и снаружи становится теплее, чем внутри «утепленного» дома. Но утеплитель работает в две стороны, не только тепло изнутри не выпускает наружу, но и не пускает его снаружи внутрь. И хозяева, пересидев морозы в теплых квартирах и дождавшись тепла, приезжают и застают насквозь промерзшее строение, которое надо отогревать и отогревать, тратя десятки килограмм топлива и сотни рублей.

Между тем, устроив несложную принудительную вентиляцию этого помещения и установив подобное реле, можно обеспечить подкачку тепла в помещение при малейшей возможности. В таком «умном доме (сарае, гараже, теплице)» никогда не будет холоднее, чем снаружи.

Автор использует подобное термореле для подкачки теплового аккумулятора в своей теплице. В ней обустроены высокие грядки, наполненные не грунтом, а канистрами с водой (суммарно ок. 5000 литров). Среди этих канистр расположены несколько десятков горшков с грунтом для растений. Если светит солнце, то воздух в теплице нагревается мгновенно до +30-40 градусов даже если на улице мороз. При помощи многих вентиляторов этот горячий воздух начинает продуваться через грядки, обеспечивая нагрев воды. Таким образом, утилизируется «бесплатное» тепло солнца. В период пользования теплицей, в случае заморозков вентиляторы так же включаются, но теперь с целью отопления теплицы от теплового аккумулятора. Это эквивалентно включению нагревателя мощность 3-4 кВт, что гарантирует выживание растений даже при сильных заморозках. Все это позволяет использовать теплицу с конца марта по ноябрь включительно без использования других способов отопления.

Константин Тимошенко © 01.12.2013

Обсудить вопросы теплового аккумулирования и задать вопросы можно на форуме - Теплица с теплоаккумулятором.






 

Разделы сайта:

  
  • САМ-издат.  
  • Авто - Мото - Вело  
  • Кулинарные рецепты  
  • Здоровье и медицина  
  • Дом и Квартира  
  • Дачное строительство  
  • Садово-дачная техника и инструмент  
  • Сад и огород  
  • САД и ОГОРОД (NEW!)  
  • Ремонт бытовой техники  
  • Интернет и Компьютеры  
  • Фото и Видео  
  • Разное  
  • Телевидение  
  • Рыбалка, Охота, Грибы  
  • Туризм и Отдых  
  • Полезные советы  
  • Плохие вещи  

  • БАРАХОЛКА (NEW!) товары для самодельщиков  

  • Все страны мира
        Отзывы туристов.