プログラム可能なサーモスタットは、一日の異なる時間帯に適用される一連のプログラム設定に従って温度を調節するように設計されたサーモスタットです。プログラム可能なサーモスタットは、セットバックサーモスタットまたはクロックサーモスタットとも呼ばれます。
利点
建物（またはその他の容器）からの暖房および冷房の損失は、温度差が大きくなるにつれて大きくなります。プログラム可能なサーモスタットは、暖房または冷房の量が減っても問題にならない時間帯に温度差を小さくすることで、これらの損失を削減します。
例えば、冷房シーズン中、家庭で使用されているプログラム可能なサーモスタットは、誰も家にいない平日の日中に室温が上昇するように設定できます。そして、人が到着する前にエアコンをオンにするように設定すれば、外気温がピークになる時間帯のエアコンの電力消費を抑えつつ、到着時には家が涼しくなっています。日中の冷房需要が減ることで、電力供給網への負荷も軽減されます。
逆に、暖房シーズンには、プログラム可能なサーモスタットを設定して、日中無休時や夜間、居住者全員が就寝した後に室温を下げることで、居住者が帰宅したり朝起きたりする前に再び暖房を効かせることができます。睡眠衛生の観点から、寝室が涼しい方が睡眠の質が良く、さらに寒い冬の夜は建物の内外の温度差が最も大きくなるため、これによりエネルギー損失が軽減されます。
商業ビルでも、建物の占有パターンを十分に考慮すれば、同様のシナリオが考えられます。
コンシューマー・レポート誌によると、プログラム可能なサーモスタットは年間約180ドルの光熱費を削減できるという。[2]
論争
プログラム式サーモスタットは正しく使用すればエネルギーを節約できる可能性がありますが、住宅におけるフィールドスタディでは平均的なエネルギー節約効果はほとんど、あるいは全く実証されていません。住宅環境での使い勝手の悪さが、住宅におけるエネルギー節約効果の持続性の欠如につながっているようです。米国環境保護庁（EPA）は、住宅用プログラム式サーモスタットに関して、「入手可能な研究では、プログラム式サーモスタット（PT）の設置による節約効果は示されていません。一部の研究では、消費量がわずかに増加することが示されています。」と述べています。[3] この事実は、NeviusとPigg、[4]、 CrossとJudd [5]などの研究、そしてPefferら[6]による最近のレビューによって裏付けられています。
デジタル式プログラマブルサーモスタットは、潜在的なエネルギー消費量の増加に加え、使い勝手の悪さも批判されている。いくつかの研究では、デジタル式プログラマブルサーモスタットはユーザーにとって設定が難しく[7] 、特に高齢者は使用に苦労する可能性があることが明らかになっている（Combe et al. [8]参照）。
プログラム可能なサーモスタットの使用は、セットバック機能に関する誤解によって妨げられていることが指摘されています。セットバック機能は、建物の暖房または冷房の必要量を短時間（例えば夜間や無人時）に減らすものです。建物の温度変化を許容すると、暖房または冷房システムは快適な温度に戻すために「より多くのエネルギーを消費」しなければならず、暖房または冷房の削減中に節約されたエネルギーを相殺、あるいは上回ってしまうと考えられています。セットバック機能と回復機能は、正しく設定されていれば、建物とその周囲環境との間の熱伝達が建物の内外の温度差に比例するため、5～15%のエネルギー節約につながります。[9] [10]
構造と特徴
時計式サーモスタット
最も基本的なクロックサーモスタットは、2つの期間（高温期間と低温期間）を持つ1つのプログラムのみを実装し、同じプログラムを毎日実行します。より高度なクロックサーモスタットでは、1日に4つ以上の高温期間と低温期間を設定できる場合があります。通常、複数の期間を設定できる場合でも、設定できる温度は2つの異なる温度（高温と低温）のみです。高温と低温の設定は、従来の（クロック機能のない）サーモスタットと同様に、アナログ温度目盛りに沿って2つのレバーをスライドさせるだけで簡単に行えます。
この設計は製造が簡単でプログラミングも比較的容易ですが、プログラムが週7日間毎日変化なく繰り返されるため、週末の快適さは犠牲になります。この欠点を補うために、ユーザーが現在の時間帯を高温時間帯から低温時間帯へ、あるいはその逆へ（一度だけ）明示的に切り替えられる押しボタンが備えられている場合があります。このボタンは通常、家が通常無人である平日に行われる「設定変更」を上書きするために使用されます。
時計の機構は電気式です。一般的に、以下の2つの方法で操作されています。
[1] サーモスタットには、 24ボルトの交流電流（24VAC） の独立した連続電源が供給されます。
[2]サーモスタット内の充電式バッテリーが時計を駆動します。このバッテリーは、サーモスタットが暖房を要求しておらず、24VAC電源が供給されているときに充電されます。サーモスタットが暖房または冷房に設定されているときは、時計を駆動するために放電されます。
デジタルサーモスタット
デジタルサーモスタットも同様の機能を備えていますが、その多くはより汎用性が高くなっています。例えば、一般的には1日2、4、または6つの時間帯に温度を設定できます。また、単一の「高温」温度と単一の「低温」温度に限定されるのではなく、通常、各時間帯に異なる温度を設定できます。時間帯は一般的に「朝」、「昼」、「夕方」、「夜」と表記されますが、設定する時間間隔に制限はありません。デジタルサーモスタットでは通常、ユーザーがその時間帯のプログラム温度をオーバーライドでき、次の時間帯が始まると自動的にプログラム温度に戻ります。現在の温度を「ホールド」（固定）する機能も通常備えています。この場合、オーバーライドされた温度は、ユーザーがホールドを解除するか、通常のプログラムを再開するようにプログラムされたイベントが発生するまで維持されます。より高度なモデルでは、将来の設定時刻にホールドを解除できます。
時計式サーモスタットと同様に、基本的なデジタルサーモスタットは、曜日ごとに実行される1つのサイクルのみを備えています。より高度なサーモスタットには、平日のスケジュールと週末のスケジュール（いわゆる「5-2」設定）または土曜日と日曜日のスケジュール（いわゆる「5-1-1」設定）が別々に用意されているものがあり、また、曜日ごとに個別のスケジュール（「7日間」設定）を提供するサーモスタットもあります。どの曜日を「週末」と定義するかは、ユーザーの暖房および冷房スケジュールの要件に応じて任意に選択できます。多くの場合、メーカーはこれらの機能レベルそれぞれに対応する3種類の類似サーモスタットを販売しており、工場出荷時のプログラミングと価格以外にサーモスタットに明らかな違いはありません。[11]
ほとんどのデジタルサーモスタットは、暖房と冷房で別々のプログラムを備えており、暖房または冷房を行っていない場合でも、空気循環のために炉送風機をオンにするためのデジタルまたは手動スイッチを備えている場合があります。より高度なモデルでは、過去1時間に暖房または冷房サイクルが行われていない場合、循環ファンを5～10分間短時間作動させるようにプログラムされている場合があります。これは、空気の循環が頻繁に行われないと、熱い空気が上昇し、下降する冷たい空気と分離してしまう成層化しやすい建物で特に役立ちます。
デジタルサーモスタットには、ユーザーがプログラム可能なエアフィルター交換リマインダー機能が搭載されている場合もあります。この機能は、暖房／冷房システムの累積稼働時間をカウントし、フィルター交換時期をユーザーに通知します。この機能は、暖房と冷房の累積稼働時間を合計して表示する場合もあれば、個別に表示する場合も多くあります。
一部のデジタル サーモスタットには、Nest Learning Thermostatのように、プッシュホンやインターネット経由でプログラムできる機能があります。
デジタル サーモスタットの電源は通常、次の 3 つの方法のいずれかで供給されます。
- 高度な電源回路は、サーモスタットが作動していないときは24VAC電源で動作し、作動中はサーモスタット回路に流れる電流で動作します。停電時にはバッテリーがバックアップとして使用されます。
- 充電式バッテリーは、時計式サーモスタットと同じようにサーモスタットを動作させ、サーモスタットが作動していないときは充電し、サーモスタットが作動しているときは放電します。
- サーモスタットは、充電式ではないバッテリーから常時電力を供給されます。バッテリーからの電力消費量を制限するため、このようなサーモスタットは、リレーコイルへの継続的な電力供給を必要としないインパルスリレーを使用しています。これらのサーモスタットは、ミリボルト回路だけでなく、従来の24VAC回路でも使用できます。バッテリー寿命は通常1～2年です。
PIDコントローラ付きデジタルサーモスタット
より高価なモデルにはPID コントローラが内蔵されており、サーモスタットはフィードバック ループを通じて、システム全体 (部屋自体を含む) がコマンドにどのように反応するかを「学習」します。たとえば、朝の気温を午前 7 時に 21 ℃ にプログラムすると、その温度は確実に 21 ℃ になりますが、それほど高度でないプログラム可能なサーモスタットは、午前 7 時に 21 ℃ を目指して動作を開始するだけです。このように、PID コントローラは、室温レジメンのデータを処理し、部屋の過去の温度状態と現在の温度を比較して最適な開始時刻を設定し、希望する時間に希望する温度に到達するようにシステムをアクティブにする時刻を設定します。
プロセス制御や工業用サーモスタットは、温度が非常に安定していることも確認します（たとえば、加熱サイクルの終了時の最初のオーバーシュートと変動を減らすことによって[12]）。これにより、快適レベルが向上します。
業務用サーモスタット
商用アプリケーションでは、サーモスタットに時計機構が組み込まれていない場合があります。代わりに、別の手段を用いて「高温」と「低温」の設定を切り替える場合があります。例えば、サーモスタットが空気圧制御を採用している場合、サーモスタットに供給される空気圧の変化によって「高温」と「低温」の設定を切り替えることができます。この空気圧は中央レギュレータによって制御されます。電子制御の場合、特定の信号によって「高温」設定と「低温」設定のどちらで動作するかが指示される場合があります。
端末コードと色
| 色 | 端末コード | 説明 |
|---|---|---|
| 赤 | R | 24ボルト |
| 赤 | RH / RC | 24ボルトのHEAT / COOL負荷 |
| C / X | 24ボルト共通 | |
| 白 | W / W1 | 熱 |
| 白 | W2 | バックアップヒート |
| 黄色 | Y / Y1 | いいね |
| 緑 | G | ファン |
| オレンジ | O / OB | 逆転弁（ヒートポンプ） |
| E | 緊急暖房（ヒートポンプ） |
参照
- スマート サーモスタット(および Wi-Fi サーモスタット)
- オープンサーム
参考文献
- ^ 「Lux TX9000TS マニュアルと説明書」 。 2020年11月19日閲覧。
- ^ 「ベストサーモスタット購入ガイド – コンシューマーレポート」. consumerreports.org . 2022年7月19日.
- ^ シラー、デイビッド（2010年6月1日）「プログラマブルサーモスタットプログラム提案」（PDF）。
- ^ 「ウィスコンシン州のエネルギーと住宅（一戸建て所有者居住住宅の調査）」（PDF） 。 2012年4月2日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2011年9月23日閲覧。
- ^ 「自動セットバックサーモスタット：持続性と顧客行動の測定」cee1.org。
- ^ 「カリフォルニア大学デービス校大学院生研究者兼EECアナリストのマルコ・プリトーニ氏がワシントンポスト紙にサーモスタットの消費者による誤用についてコメント」(PDF) 2015年7月14日。
- ^ Combe, Nicola (2011). 「家庭用暖房制御によって排除されるユーザー数の評価」. International Journal of Sustainable Engineering . 4 : 84– 92. doi :10.1080/19397038.2010.491563. S2CID 60586192.
- ^ Combe, Nicola (2012). 「デジタルプログラマブルサーモスタットの使いやすさと排他性に関する調査」. Journal of Engineering Design . 23 (5): 401– 417. doi :10.1080/09544828.2011.599027. S2CID 62154056.
- ^ 米国エネルギー省/energy.gov、ホーム » サーモスタット
- ^ プログラム式サーモスタットの神話：事実を知り利益を増やす、The Air Conditioning, Heating and Refrigeration NEWS/achrnews.com
- ^ 5-2、5-1-1、または 7 日間サーモスタットとしての動作は設計により固定されており、エンド ユーザーが変更することはできません。
- ^ 「ヒステリシスを利用した温度コントローラ」2011年10月18日。
外部リンク
- 省エネ装置、プログラム可能なサーモスタット（EERE）。
- ハネウェル クロノサーム III
- 「サーモスタットがあなたの炉を管理する方法」1951年の記事は、自動炉サーモスタットの基礎について書かれています。149ページには最初の時計式サーモスタットが描かれており、優れた図面とイラストが掲載されています。
