Termostat

Rozbalit box

Obsah boxu

Termostat je zařízení, které automaticky udržuje teplotu systému v požadovaném rozmezí (tzv. nastavená hodnota, anglicky setpoint). Funguje na principu snímání aktuální teploty a následného spuštění nebo vypnutí připojeného zařízení, jako je topení, klimatizace nebo chladicí systém. Název pochází z řeckých slov thermos (θερμός), znamenající teplo, a statos (στατός), znamenající stojící nebo stálý. Termostaty jsou klíčovou součástí systémů pro regulaci teploty v domácnostech, průmyslu i dopravních prostředcích.

📜 Historie

🕰️ Rané principy

Za jednoho z prvních vynálezců zařízení podobného termostatu je považován nizozemský vynálezce Cornelis Drebbel kolem roku 1620. Vyvinul rtuťový termostat pro regulaci teploty v inkubátoru na kuřecí vejce. Jeho zařízení využívalo roztažnosti rtuti k ovládání klapky, která regulovala přívod tepla z ohně.

Skotský chemik Andrew Ure v roce 1830 vynalezl bimetalový termostat. Jeho princip byl založen na rozdílné tepelné roztažnosti dvou spojených kovů. Při změně teploty se pásek ohýbal a mohl tak ovládat mechanický spínač. Tento princip se stal základem pro mnoho mechanických termostatů používaných po více než století.

⚙️ Průmyslová revoluce a komercializace

Moderní éra termostatů začala v 80. letech 19. století. V roce 1883 si nechal Warren S. Johnson patentovat první elektrický pokojový termostat. Jeho vynález byl určen k regulaci teploty v budovách a vedl k založení společnosti Johnson Electric Service Company (dnes Johnson Controls).

Další klíčovou postavou byl Albert Butz, který v roce 1885 patentoval "damper flapper", automatický regulátor pro pece, a založil společnost, která se později vyvinula v dnešní korporaci Honeywell, jednoho z největších výrobců termostatů na světě. Tyto rané komerční termostaty výrazně zvýšily komfort a efektivitu vytápění v budovách.

💻 Digitální a chytrá éra

S nástupem polovodičové technologie v druhé polovině 20. století se objevily první elektronické a později digitální termostaty. Ty nahradily mechanické spínače (často obsahující toxickou rtuť) přesnějšími elektronickými senzory, jako jsou termistory. To umožnilo zavedení programovatelných termostatů, které dokázaly měnit nastavenou teplotu podle časového plánu, což vedlo k významným úsporám energie.

Po roce 2010 nastal boom tzv. chytrých (smart) termostatů. Společnosti jako Nest Labs (později koupená společností Google) představily termostaty připojené k internetu, které se učí zvyklostem uživatelů, lze je ovládat na dálku pomocí chytrého telefonu a integrují se do systémů chytré domácnosti.

⚙️ Princip funkce

Základní funkcí termostatu je porovnávání aktuální teploty s nastavenou hodnotou a provedení akce, pokud se tyto hodnoty liší. Princip se liší podle typu termostatu.

Mechanické termostaty

• Bimetalový pásek: Nejběžnější typ mechanického termostatu. Skládá se ze dvou pásků různých kovů (např. ocel a měď) pevně spojených k sobě. Protože každý kov má jiný koeficient tepelné roztažnosti, při zahřátí se jeden roztahuje více než druhý, což způsobí ohnutí celého pásku. Tento pohyb se využívá k sepnutí nebo rozepnutí elektrického kontaktu.
• Kapilární termostaty: Využívají kapalinu nebo plyn uzavřený v tenké trubičce (kapiláře) a vlnovci. Se změnou teploty se mění tlak plynu nebo objem kapaliny, což způsobuje roztažení nebo smrštění vlnovce, který následně ovládá spínač. Používají se například v chladničkách nebo troubách.
• Voskové termostaty: Tento typ je klíčový v automobilech. Malá kapsle obsahuje speciální vosk, který při dosažení určité teploty (bodu tání) prudce zvětší svůj objem. Tato expanze vytlačí píst, který otevře ventil a umožní průtok chladicí kapaliny do chladiče.

Elektronické termostaty

Moderní termostaty využívají elektronické senzory pro měření teploty.

• Senzory: Nejčastěji se používá termistor, což je rezistor, jehož elektrický odpor se výrazně mění s teplotou. Méně často se používají termočlánky nebo polovodičové senzory.
• Mikroprocesorové řízení: Signál ze senzoru je zpracován mikroprocesorem, který jej porovná s nastavenou hodnotou. Na základě naprogramované logiky (včetně hystereze, aby se zabránilo častému spínání) pak mikroprocesor sepne relé nebo triak, který ovládá topný či chladicí systém.

🔌 Typy termostatů

Manuální termostaty

Nejjednodušší typ, kde se požadovaná teplota nastavuje ručně, obvykle otočným kolečkem nebo posuvníkem. Udržují konstantní teplotu, dokud není ručně změněna. Mohou být jak mechanické, tak jednoduché elektronické.

Programovatelné termostaty

Umožňují nastavit různé teploty pro různé časy během dne nebo týdne (např. nižší teplotu v noci nebo když jsou obyvatelé mimo domov). Tímto způsobem mohou výrazně snížit spotřebu energie na vytápění či chlazení.

Chytré (Smart) termostaty

Nejpokročilejší typ termostatů, které nabízejí řadu funkcí:

• Wi-Fi konektivita: Umožňuje dálkové ovládání a monitorování přes mobilní aplikaci.
• Učení: Některé modely (např. Google Nest) se učí dennímu režimu uživatelů a automaticky vytvářejí optimální časový plán.
• Geofencing: Využívají polohu GPS v telefonu uživatele k detekci, zda je někdo doma, a podle toho upravují teplotu.
• Integrace do chytré domácnosti: Lze je propojit s platformami jako Google Assistant, Amazon Alexa nebo Apple HomeKit a ovládat je hlasem.
• Reporty spotřeby: Poskytují uživatelům přehledy o spotřebě energie a tipy na úspory.

🚗 Využití v praxi

Termostaty jsou všudypřítomné v mnoha oblastech moderního života.

Vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC)

Nejznámější použití je v systémech HVAC v obytných, komerčních a průmyslových budovách. Pokojový termostat snímá teplotu vzduchu a dává pokyn kotli, tepelnému čerpadlu nebo klimatizační jednotce, aby se zapnula nebo vypnula.

Automobilový průmysl

V každém spalovacím motoru s kapalinovým chlazením je termostat klíčovou součástí. Jeho úkolem je udržovat motor na optimální provozní teplotě. Když je motor studený, termostat je zavřený a chladicí kapalina cirkuluje pouze v malém okruhu (v motoru), aby se rychleji zahřál. Po dosažení provozní teploty (obvykle 80–95 °C) se termostat otevře a pustí kapalinu do velkého okruhu přes chladič, kde se ochlazuje proudícím vzduchem.

Domácí spotřebiče

• Chladničky a mrazničky: Termostat spíná kompresor, aby udržel nízkou teplotu uvnitř.
• Trouby a sporáky: Regulují teplotu pro pečení a vaření.
• Bojlery a ohřívače vody: Udržují nastavenou teplotu vody.
• Žehličky: Zabraňují přehřátí žehlicí plochy.
• Klimatizace: Spínají chladicí cyklus podle teploty v místnosti.

Průmysl a věda

V průmyslových procesech jsou termostaty nezbytné pro řízení teploty v pecích, chemických reaktorech, sklenících nebo skladech. V laboratořích se používají v inkubátorech, vodních lázních a dalších zařízeních vyžadujících přesnou teplotní stabilitu.

💡 Pro laiky

Představte si termostat jako automatického hlídače teploty ve vašem pokoji. Vy mu na kolečku nebo displeji řeknete: "Chci tu mít 21 stupňů."

• Když teplota v místnosti klesne například na 20,5 stupně, hlídač si toho všimne a zapne topení.
• Jakmile se místnost vytopí na 21,5 stupně, hlídač topení zase vypne.

Tento cyklus se neustále opakuje a udržuje tak příjemnou teplotu bez toho, abyste museli topení neustále ručně zapínat a vypínat.

Důležité je nezaměňovat termostat s teploměrem. Teploměr teplotu pouze měří a ukazuje, zatímco termostat na základě naměřené teploty také něco dělá – spíná nebo vypíná nějaké zařízení. Chytrý termostat je pak jako velmi inteligentní hlídač, který se naučí, kdy chodíte spát nebo kdy odcházíte do práce, a sám upraví teplotu, aby šetřil vaše peníze za energii.

Šablona:Aktualizováno