Программируемый термостат — это термостат , который предназначен для регулировки температуры в соответствии с серией запрограммированных настроек, которые вступают в силу в разное время суток. Программируемые термостаты также известны как термостаты с понижением температуры или часовые термостаты .
Потери тепла и охлаждения здания (или любого другого контейнера) увеличиваются по мере увеличения разницы температур. Программируемый термостат позволяет сократить эти потери, позволяя уменьшить разницу температур в те моменты, когда уменьшение количества тепла или охлаждения не будет нежелательным.
Например, в сезон охлаждения программируемый термостат, используемый в доме, может быть настроен на повышение температуры в доме в течение рабочего дня, когда никого не будет дома. Затем его можно настроить на включение кондиционера до прибытия жильцов, что позволит дому оставаться прохладным к моменту прибытия жильцов, при этом сохраняя энергию на кондиционирование воздуха во время пиковых наружных температур. Сокращение охлаждения, необходимого в течение дня, также снижает требования к электросети.
И наоборот, во время отопительного сезона программируемый термостат может быть настроен на понижение температуры в доме, когда дом пустует в течение дня, а также ночью, когда все жильцы ложатся спать, повторно нагревая дом до того, как жильцы приходят домой вечером или просыпаются утром. Поскольку (в целях гигиены сна ) люди лучше спят, когда в спальне прохладно, и, кроме того, разница температур между внутренней и внешней частью здания самая большая в холодную зимнюю ночь, это снижает потери энергии.
Аналогичные сценарии возможны и в коммерческих зданиях, если учитывать характер загруженности здания.
По данным журнала Consumer Reports , программируемые термостаты могут сократить счета за электроэнергию примерно на 180 долларов в год. [2]
Хотя программируемые термостаты могут экономить энергию при правильном использовании, в полевых исследованиях в жилых помещениях не было продемонстрировано никакой или незначительной средней экономии энергии . Сложность использования в жилых помещениях, по-видимому, приводит к отсутствию устойчивости экономии энергии в домах. Согласно Агентству по охране окружающей среды США относительно жилых программируемых термостатов, «Имеющиеся исследования указывают на отсутствие экономии от установки программируемых термостатов (PT). Некоторые исследования указывают на небольшое увеличение потребления». [3] Это подтверждается исследованиями Невиуса и Пигга, [4] Кросса и Джадда [5] и других, а Пеффер и др. [6] недавно опубликовали обзор этой темы.
Помимо потенциального увеличения потребления энергии, цифровые программируемые термостаты подвергались критике за их плохое удобство использования. Несколько исследований показали, что цифровые программируемые термостаты сложны для программирования пользователями [7] , и пожилые люди, в частности, могут испытывать трудности с их использованием (см. Combe et al. [8] ).
Было отмечено, что использование программируемых термостатов затрудняется неправильным представлением о функции понижения, которая уменьшает количество тепла или охлаждения в здании, необходимое на короткое время (например, ночью или когда оно не занято). Считается, что если зданию разрешено менять температуру, его система отопления или охлаждения должна «работать усерднее», чтобы вернуть его к комфортной температуре, противодействуя или даже превышая энергию, сэкономленную при сниженном отоплении или охлаждении. При правильной настройке [9] [10] функция понижения и восстановления может привести к экономии энергии от пяти до пятнадцати процентов, поскольку передача тепла между конструкцией и ее окружающей средой пропорциональна разнице температур внутри и снаружи конструкции. [11] [12]
Самые простые термостаты с часами могут реализовывать только одну программу с двумя периодами (более жаркий период и более холодный период), и одна и та же программа запускается изо дня в день. Более сложные термостаты с часами могут позволять устанавливать четыре или более жарких и холодных периодов в день. Обычно можно установить только две различные температуры (более жаркую и более холодную), даже если разрешено несколько периодов. Более жаркая и более холодная температуры обычно устанавливаются просто путем перемещения двух рычагов вдоль аналоговой температурной шкалы, почти так же, как в обычном (нечасовом) термостате.
Эта конструкция, хотя и проста в изготовлении и относительно проста в программировании, приносит в жертву комфорт в выходные дни, поскольку программа повторяется каждый из семи дней недели без изменений. Чтобы преодолеть этот недостаток, иногда предоставляется кнопка, позволяющая пользователю явно переключать (один раз) текущий период с горячего на холодный или наоборот; обычно эта кнопка используется для отмены «спада», который происходит в течение рабочего дня, когда дом обычно не занят.
Механизм часов электрический. Для его работы обычно используются два метода:
[1] Для термостата предусмотрен отдельный непрерывный источник переменного тока напряжением 24 В (24 В переменного тока ).
[2] Аккумуляторная батарея в термостате управляет часами. Эта батарея заряжается, когда термостат не требует нагрева и ему доступно 24 В переменного тока. Она разряжается, чтобы управлять часами, когда термостат установлен на нагрев или охлаждение.
Цифровые термостаты могут реализовывать те же функции, но большинство из них более универсальны. Например, они обычно позволяют устанавливать температуру для двух, четырех или шести периодов каждый день, и вместо того, чтобы ограничиваться одной «более высокой» температурой и одной «более низкой» температурой, цифровые термостаты обычно позволяют устанавливать для каждого периода уникальную температуру. Периоды обычно обозначаются как «Утро», «День», «Вечер» и «Ночь», хотя ничто не ограничивает задействованные временные интервалы. Цифровые термостаты обычно позволяют пользователю переопределять запрограммированную температуру на период, автоматически возобновляя запрограммированные температуры, когда начинается следующий период. Обычно также предоставляется функция «удержания» (блокировки) текущей температуры; в этом случае переопределяемая температура поддерживается до тех пор, пока пользователь не отменит удержание или не произойдет запрограммированное событие для возобновления нормальной программы. Более сложные модели позволят отменить удержание в установленное время в будущем.
Как и в случае с термостатами с часами, базовые цифровые термостаты могут иметь только один цикл, который запускается каждый день недели. Более сложные термостаты могут иметь расписание на будние дни и отдельное расписание на выходные (так называемая настройка «5-2») или отдельные субботние и воскресные расписания (так называемые настройки «5-1-1»), в то время как другие термостаты будут предлагать отдельное расписание для каждого дня недели (настройки «7 дней»). Выбор дней, которые определяются как «выходные», является произвольным и зависит от требований пользователя к графику отопления и охлаждения. Часто производитель продает три похожих термостата, предлагающих каждый из этих уровней функциональности, и между термостатами нет никакой очевидной разницы, кроме заводского программирования и цены. [13]
Большинство цифровых термостатов имеют отдельные программы для нагрева и охлаждения и могут иметь цифровой или ручной переключатель для включения вентилятора печи для циркуляции воздуха, даже когда система не нагревается или не охлаждается. Более сложные модели могут быть запрограммированы на запуск циркуляционного вентилятора на короткий 5-10-минутный период в случае, если цикл нагрева или охлаждения не был выполнен в течение предыдущего часа. Это особенно полезно в зданиях, подверженных стратификации, где без частой циркуляции воздуха горячий воздух поднимается и отделяется от более холодного воздуха, который опускается.
Цифровые термостаты также могут иметь программируемое пользователем напоминание о замене воздушного фильтра; оно подсчитывает накопленное время работы системы отопления/охлаждения и напоминает пользователю, когда пора менять фильтр. Эта функция часто отображает накопленное время работы либо как совокупность нагрева и охлаждения, либо отображая каждое время отдельно.
Некоторые цифровые термостаты можно программировать с помощью кнопочного телефона или через Интернет , например, обучающийся термостат Nest .
Цифровые термостаты обычно питаются одним из трех способов:
Более дорогие модели имеют встроенный ПИД-регулятор , так что термостат «обучается» через петлю обратной связи тому, как вся система (включая само помещение) будет реагировать на его команды. Например, программирование утренней температуры на 21° C в 7:00 утра гарантирует, что температура затем будет 21 °C, тогда как менее сложный программируемый термостат просто начнет работать в направлении 21° в 7:00 утра. Таким образом, ПИД-регулятор устанавливает время, в которое система должна быть активирована, чтобы достичь желаемой температуры в желаемое время, обработав данные о режиме комнатной температуры путем сравнения прошлого температурного статуса помещения и его текущей температуры для оптимального запуска.
Управление технологическим процессом или промышленный термостат также обеспечивают высокую стабильность температуры [14] (например, за счет снижения первого перерегулирования и колебаний [15] в конце цикла нагрева), что повышает уровень комфорта.
В коммерческих приложениях термостат может не содержать часового механизма. Вместо этого может использоваться другой способ выбора между «более горячими» и «более холодными» настройками. Например, если термостат использует пневматическое управление , изменение давления воздуха, подаваемого на термостат, может выбирать между «более горячими» и «более холодными» настройками, и это давление воздуха определяется центральным регулятором. При использовании электронного управления определенный сигнал может указывать, следует ли работать с «более горячими» или «более холодными» настройками. [16]