Pirmasis patalpų termostatas patentuotas 1883 metais. Praėjo 140 metų, ir ši technologija iš prabangos virto būtinybe. Europos Sąjungos direktyvos, energetinio efektyvumo standartai, klimato tikslai – visa tai neįsivaizduojama be automatinio temperatūros valdymo.
Kaip paprastas gyvsidabrio jungiklis išsivystė į išmaniųjų namų smegenų centrą?
Trumpa technologijos istorija
1883 metais amerikietis Warrenas Johnsonas sukūrė pirmąjį elektrinį patalpų termostatą. Priežastis buvo praktiška – mokyklos direktorius skundėsi, kad sargo nuolat trukdomas, kai reikia reguliuoti šildymą.
Ankstyvieji termostatai naudojo bimetalinę plokštelę – du skirtingus metalus, kurie nevienodai plečiasi nuo šilumos. Temperatūrai kylant, plokštelė lenkiasi ir nutraukia elektros grandinę. Šis principas naudojamas iki šiol pigiausiuose modeliuose.
Gyvsidabrio termostatai atsirado XX amžiaus viduryje. Tikslesni, patikimesni, bet šiandien draudžiami dėl aplinkosaugos. Elektroniniai jutikliai juos pakeitė devintajame dešimtmetyje.
Pirmieji programuojami termostatai pasirodė aštuntajame dešimtmetyje, bet masinis naudojimas prasidėjo tik po 2000-ųjų. WiFi termostatai – 2010-ųjų pradžios inovacija, kuri per dešimtmetį tapo industrijos standartu.
Kaip termostatas iš tikrųjų veikia
Termostatai atrodo paprastai – ekranas, mygtukai, skaičiai. Bet viduje vyksta sudėtingi procesai.
Temperatūros jutiklis matuoja aplinkos šilumą. Šiuolaikiniuose prietaisuose naudojami termistoriai – puslaidininkiniai elementai, kurių varža keičiasi priklausomai nuo temperatūros. Tikslumas siekia 0,1 laipsnio.
Valdymo algoritmas lygina išmatuotą temperatūrą su nustatyta. Paprasčiausi termostatai veikia principu „įjungti/išjungti” – histerezės režimu su kelių laipsnių tolerancija.
Pažangesni modeliai naudoja PID valdymą – proporcinis-integralinis-diferencialinis algoritmas, leidžiantis sklandžiai reguliuoti galią ir išvengti temperatūros svyravimų. Ši technologija atėjo iš pramonės automatikos.
Išmanieji termostatai prideda mašininį mokymąsi. Sistema analizuoja vartotojo elgseną, pastato šiluminę inerciją, išorines sąlygas ir optimizuoja valdymą automatiškai.
Europos reguliacinė aplinka
Europos Sąjunga nuosekliai griežtina pastatų energetinio efektyvumo reikalavimus. Direktyva 2010/31/ES įtvirtino beveik nulinės energijos pastatų koncepciją naujai statybai.
Nuo 2020 metų visi nauji pastatai ES turi atitikti aukštus energetinio efektyvumo standartus. Individualus patalpų temperatūros valdymas – vienas privalomų elementų šiuose standartuose.
Lietuvoje statybos techninis reglamentas STR 2.01.02:2016 nustato šiluminės technikos reikalavimus. Šildymo sistemose privaloma įrengti temperatūros reguliavimo įrangą, leidžiančią palaikyti nustatytą temperatūrą kiekvienoje patalpoje ar jų grupėje.
Renovuojamiems daugiabučiams namams ES lėšomis remiami projektai paprastai apima ir šildymo valdymo modernizavimą. Tai ne rekomendacija – tai sąlyga finansavimui gauti.
Mokslas apie optimalią temperatūrą
Kokia temperatūra iš tikrųjų optimali? Moksliniai tyrimai pateikia gana konkrečius atsakymus.
Pasaulio sveikatos organizacija rekomenduoja 18 laipsnių kaip minimalią saugią temperatūrą gyvenamose patalpose. Žemesnė temperatūra didina kvėpavimo takų ligų riziką, ypač pažeidžiamoms grupėms.
Produktyvumo tyrimai rodo optimalų diapazoną tarp 20 ir 22 laipsnių. Kornelio universiteto tyrimas nustatė, kad 20 laipsnių temperatūroje darbuotojai daro 44 procentus daugiau klaidų nei 25 laipsniuose.
Miego kokybė geriausia 16-18 laipsnių temperatūroje. Kūno temperatūra natūraliai krinta nakties metu, ir vėsesnė aplinka padeda šiam procesui.
Išvada: skirtingoms patalpoms ir skirtingam laikui – skirtinga optimali temperatūra. Būtent tai leidžia pasiekti zoninis valdymas.
Daugiabučių specifika
Daugiabučiuose namuose su centriniu šildymu situacija sudėtingesnė. Šiluma tiekiama iš katilainės, ir individualus valdymas ilgą laiką buvo ribotas.
Tradiciškai daugiabučiuose temperatūra reguliuojama „atidarant langą”. Tai absurdiškai neefektyvu – šiluma tiesiog išmetama į lauką.
Šiuolaikiniai sprendimai: termostatinės galvutės ant radiatorių su individualiais šilumos skaitikliais. Kiekvienas butas moka už tai, kiek suvartoja, ir turi motyvaciją taupyti.
Renovuotuose daugiabučiuose dažnai įrengiamos modernios sistemos su centriniu valdymu ir individualiu reguliavimu. Tai leidžia optimizuoti šilumos tiekimą viso pastato mastu.
Šilumos siurblių era
Šilumos siurblių populiarumas keičia požiūrį į temperatūros valdymą. Šilumos siurblys efektyviausias, kai dirba stabiliai, be staigių poreikio šuolių.
Termostatai, pritaikyti šilumos siurbliams, veikia kitaip nei tradiciniai. Vietoj greito „įjungti/išjungti” režimo, jie siekia tolygaus, nuspėjamo šildymo.
Kai kurie gamintojai siūlo integruotus sprendimus – termostatą, suprojektuotą konkrečiai šilumos siurblio technologijai. Tokia integracija leidžia pasiekti maksimalų sistemos efektyvumą.
Duomenys ir privatumas
Išmanieji termostatai renka duomenis. Kada esate namie, kada išeinate, kokią temperatūrą mėgstate, kokie jūsų dienos ritmai.
Ši informacija naudojama valdymui optimizuoti. Bet ji taip pat saugoma gamintojo serveriuose. Kyla privatumo klausimų, kurie vis dažniau aptariami.
Europos bendrasis duomenų apsaugos reglamentas (BDAR) taikomas ir išmaniesiems namų prietaisams. Vartotojai turi teisę žinoti, kokie duomenys renkami, ir reikalauti jų ištrynimo.
Alternatyva – lokaliai veikiantys sprendimai, kurie nereikalauja nuolatinio interneto ryšio ir nesiunčia duomenų į išorę. Tokie modeliai rinkoje egzistuoja, nors yra mažiau žinomi.
Klimato tikslai ir pastatai
Pastatai Europos Sąjungoje suvartoja apie 40 procentų visos energijos. Šildymas sudaro didžiąją šių sąnaudų dalį.
ES tikslai iki 2030 metų numato 32,5 procento energijos efektyvumo padidėjimą. Pastatų sektorius – vienas pagrindinių šio tikslo įgyvendinimo laukų.
Automatinis temperatūros valdymas – vienas pigiausių būdų sumažinti pastatų energijos suvartojimą. Tyrimai rodo 10-30 procentų sutaupymo potencialą, priklausomai nuo pradinės situacijos.
Europos Komisija svarsto privalomus reikalavimus esamų pastatų šildymo sistemų modernizavimui. Termostatai – neatsiejama tokio modernizavimo dalis.
Ateities tendencijos
Pramonės analitikai identifikuoja keletą krypčių.
Integracija su energijos tinklais – termostatai galės reaguoti į elektros kainų svyravimus, šildydami intensyviau pigiu metu ir mažindami vartojimą piko valandomis.
Dirbtinio intelekto algoritmai – vis tikslesnės prognozės, vis mažiau žmogiško įsikišimo.
Balso valdymas – jau dabar daugelis išmaniųjų termostatų suderinami su Google Assistant ir Amazon Alexa. Ši integracija tik gilės.
Saulės energijos integracija – termostatai, koordinuojantys šildymą su saulės panelių generacija, maksimaliai išnaudojant nemokamą energiją.
Technologija, prasidėjusi nuo paprasto gyvsidabrio jungiklio, per 140 metų tapo sudėtinga sistema, jungiančia fiziką, informatiką ir elgsenos mokslus. Ir ši evoliucija tęsiasi.