Tym razem przedstawię swój punkt widzenia – perspektywę automatyka – na sposoby sterowania temperaturą. W artykule skupię się na technicznym aspekcie sterowania, ale też wspomnę o użytkowniku końcowym.

Krótkie wprowadzenie w regulację temperatury

Sterowanie temperaturą od samego początku (a w przeważającej części aktualnych realizacji do dziś) polega na uruchomieniu źródła ciepła kiedy jest za zimno i jego wyłączeniu kiedy osiągnięty został cel, czyli temperatura, której oczekiwał użytkownik. Kiedy temperatura jest na odpowiednim poziomie, źródło ciepła jest ograniczane lub wyłączane, wygaszane. Tak działał pierwszy automat (czyli człowiek) i tak działa każdy termostat.

Termostat, czyli sterowanie z histerezą

Wykres sterowania z histerezą

Problemem takiego sposobu sterowania jest fakt, że ciepła w większości przypadków nie da się wyłączyć ot tak, natychmiastowo. Temperatura jeszcze jakiś czas rośnie dalej. Czy to człowiek, czy termostat, wyłącza ogrzewanie i czeka z ponownym uruchomieniem do momentu wychłodzenia pomieszczenia (budynku).

Sterowanie termostatyczne jest najprostsze do osiągnięcia, więc używane w prostej automatyce od wielu lat, ale wiąże się z szeregiem wad, takich jak mała dokładność sterowania i wahania temperatury. Pośrednim skutkiem są też mniejsza efektywność energetyczna, a więc wzrost kosztów energii.

Regulator ze sterowaniem proporcjonalno-całkującym PI

Odpowiedzią na małą dokładność sterowania są regulatory z algorytmem PID lub prostsze i częściej występujące PI.

W największym skrócie algorytm PI (proporcjonalno-całkujący) oblicza zapotrzebowanie na moc (0-100%). Na obliczenia wpływ mają dwa czynniki: pierwszy to różnica między temperaturą docelową (nastawą) i temperaturą aktualną, zwana uchybem, a drugi to czas trwania tego uchybu.
Pamiętać jedynie należy, że jakość pracy regulatora PI zależy od odpowiedniego doboru parametrów jego pracy (odpowiednio członów proporcjonalnego i całkującego). Na szczęście dzisiejsze urządzenia wyposażane są w regulatory z predefiniowanymi zestawami parametrów dla różnych typów źródeł ciepła (grzejniki, podłogi grzewcze, klimakonwektory, etc.)

Stosowanie takiego podejścia prowadzi do stabilniejszej i płynniejszej pracy systemu ogrzewania (lub chłodzenia). Użytkownik korzystający z regulatorów PI / PID zapomina o histerezie, o ciągłych wahaniach temperatury i niepotrzebnych stratach. Po odpowiednim dobraniu parametrów pracy temperatura otoczenia osiągana jest w najkrótszym możliwym czasie, przy zachowaniu minimalnego przesterowania, a następnie utrzymywana możliwie blisko temperatury nastawy.

Termostat czy regulator temperatury z PI?

Podsumowując, sterowanie za pomocą regulatorów PI daje znacznie lepsze efekty od klasycznych termostatów z histerezą. Fakt, że nie zawsze użytkownik będzie w stanie zrozumieć czemu w danym momencie grzejniki są ciepłe lub zimne wynagradzany jest dokładniejszą i płynniejszą reakcją temperatury otoczenia. Przy dobrze zestrojonym regulatorze wahania temperatury są niewyczuwalne (nie powinny przekraczać dziesiątych części stopnia).