Thermostat - Thermostat

Le thermostat emblématique "The Round" modèle T87 de Honeywell , dont l'un est dans le Smithsonian .
Next Generation Lux Products TX9600TS Thermostat universel à écran tactile programmable sur 7 jours.
Un thermostat électronique Honeywell dans un magasin de détail

Un thermostat est un composant de dispositif de régulation qui détecte la température d'un système physique et exécute des actions pour que la température du système soit maintenue près d'un point de consigne souhaité .

Les thermostats sont utilisés dans tout appareil ou système qui chauffe ou refroidit à une température de consigne, par exemple le chauffage des bâtiments , le chauffage central , les climatiseurs , les systèmes CVC , les chauffe-eau , ainsi que les équipements de cuisine, y compris les fours et les réfrigérateurs et les incubateurs médicaux et scientifiques . Dans la littérature scientifique, ces appareils sont souvent classés en gros comme des charges thermostatées (TCL). Les charges à commande thermostatique représentent environ 50 % de la demande globale d'électricité aux États-Unis.

Un thermostat fonctionne comme un dispositif de contrôle en "boucle fermée", car il cherche à réduire l'erreur entre les températures souhaitées et mesurées. Parfois, un thermostat combine à la fois les éléments d'action de détection et de contrôle d'un système contrôlé, comme dans un thermostat automobile.

Le mot thermostat est dérivé des mots grecs θερμός thermos , « chaud » et στατός statos , « debout, stationnaire ».

Aperçu

Un thermostat exerce un contrôle en allumant ou en éteignant les appareils de chauffage ou de refroidissement, ou en régulant le débit d'un fluide caloporteur selon les besoins, pour maintenir la température correcte. Un thermostat peut souvent être l'unité de commande principale d'un système de chauffage ou de refroidissement, dans des applications allant du contrôle de l'air ambiant au contrôle du liquide de refroidissement automobile. Les thermostats sont utilisés dans tout appareil ou système qui chauffe ou refroidit à une température de consigne. Les exemples incluent le chauffage des bâtiments , le chauffage central et les climatiseurs , les équipements de cuisine tels que les fours et les réfrigérateurs , et les incubateurs médicaux et scientifiques .

Construction

Les thermostats utilisent différents types de capteurs pour mesurer la température. Dans une forme, le thermostat mécanique, un bilame en forme de bobine actionne directement des contacts électriques qui contrôlent la source de chauffage ou de refroidissement. Les thermostats électroniques, à la place, utilisent une thermistance ou un autre capteur à semi-conducteur qui nécessite une amplification et un traitement pour contrôler l'équipement de chauffage ou de refroidissement. Un thermostat est un exemple de « contrôleur bang-bang », car la sortie de l'équipement de chauffage ou de refroidissement n'est pas proportionnelle à la différence entre la température réelle et la température de consigne. Au lieu de cela, l'équipement de chauffage ou de refroidissement fonctionne à pleine capacité jusqu'à ce que la température définie soit atteinte, puis s'arrête. Augmenter la différence entre le réglage du thermostat et la température désirée ne change donc pas le temps pour atteindre la température désirée. La vitesse à laquelle la température du système cible peut changer est déterminée à la fois par la capacité de l'équipement de chauffage ou de refroidissement à respectivement ajouter ou retirer de la chaleur vers ou d'un système cible et la capacité du système cible à stocker de la chaleur.

Pour éviter un cyclage trop rapide de l'équipement lorsque la température est proche du point de consigne, un thermostat peut inclure une certaine hystérésis . Au lieu de passer de « marche » à « arrêt » et vice versa instantanément à la température de consigne, un thermostat avec hystérésis ne commutera pas tant que la température n'aura pas changé un peu au-delà du point de température de consigne. Par exemple, un réfrigérateur réglé à 2°C peut ne pas démarrer le compresseur frigorifique jusqu'à ce que la température de son compartiment alimentaire atteigne 3°C, et le maintiendra en marche jusqu'à ce que la température ait été abaissée à 1°C. Cela réduit le risque d'usure de l'équipement dû à des commutations trop fréquentes, bien qu'il introduit une oscillation de température du système cible d'une certaine amplitude.

Pour améliorer le confort des occupants des espaces chauffés ou climatisés, les thermostats à sonde bimétallique peuvent inclure un système « anticipateur » pour réchauffer légèrement la sonde de température lorsque l'équipement de chauffage fonctionne, ou pour réchauffer légèrement la sonde lorsque le système de refroidissement n'est pas en fonctionnement. Lorsqu'il est correctement réglé, cela réduit toute hystérésis excessive dans le système et réduit l'ampleur des variations de température. Les thermostats électroniques ont un équivalent électronique.

Types de capteurs

Les premières technologies comprenaient des thermomètres à mercure avec des électrodes insérées directement à travers le verre, de sorte que lorsqu'une certaine température (fixe) était atteinte, les contacts étaient fermés par le mercure. Ceux-ci étaient précis à un degré près.

Les technologies de capteurs courantes utilisées aujourd'hui comprennent :

Ceux-ci peuvent alors contrôler l'appareil de chauffage ou de refroidissement à l'aide de :

  • Commande mécanique directe
  • Signaux électriques
  • Signaux pneumatiques

Histoire

Peut-être que les premiers exemples enregistrés de contrôle de thermostat ont été construits par l'innovateur néerlandais Cornelis Drebbel (1572-1633) vers 1620 en Angleterre. Il a inventé un thermostat à mercure pour réguler la température d'un incubateur de poulets . C'est l'un des premiers appareils à rétroaction contrôlée enregistrés .

Le contrôle du thermostat moderne a été développé dans les années 1830 par Andrew Ure (1778-1857), un chimiste écossais, qui a inventé le thermostat bimétallique. Les usines textiles de l'époque avaient besoin d'une température constante et stable pour fonctionner de manière optimale, c'est pourquoi Ure a conçu le thermostat bimétallique, qui se pliait lorsque l'un des métaux se dilatait en réponse à l'augmentation de la température et coupait l'approvisionnement en énergie.

Warren S. Johnson (1847-1911) du Wisconsin a breveté un thermostat d'ambiance bimétallique en 1883, et deux ans plus tard, il a déposé un brevet pour le premier système de contrôle thermostatique multizone. Albert Butz (1849-1905) a inventé le thermostat électrique et l'a breveté en 1886.

L'une des premières utilisations industrielles du thermostat a été la régulation de la température dans les incubateurs de volaille. Charles Hearson , un ingénieur britannique, a conçu le premier incubateur moderne pour œufs qui a été utilisé dans les fermes avicoles en 1879. Les incubateurs intégraient un thermostat précis pour réguler la température afin de simuler avec précision l'expérience d'un œuf éclos naturellement.

Thermostats mécaniques

Cela ne couvre que les dispositifs qui à la fois détectent et contrôlent à l'aide de moyens purement mécaniques.

Bimétal

Les systèmes de chauffage central à base d'eau domestique et de vapeur sont traditionnellement contrôlés par des thermostats à bande bimétallique, ce qui est traité plus loin dans cet article. Le contrôle purement mécanique a été localisé par des thermostats bimétalliques de radiateurs à vapeur ou à eau chaude qui régularisent le débit individuel. Cependant, les vannes thermostatiques de radiateur (TRV) sont maintenant largement utilisées.

Des thermostats purement mécaniques sont utilisés pour réguler les registres de certains évents de turbine de toit, réduisant ainsi les pertes de chaleur du bâtiment pendant les périodes fraîches ou froides.

Certains systèmes de chauffage des passagers automobiles ont une vanne thermostatique pour réguler le débit et la température de l'eau à un niveau réglable. Dans les véhicules plus anciens, le thermostat contrôle l'application du vide du moteur aux actionneurs qui contrôlent les vannes d'eau et les clapets pour diriger le flux d'air. Dans les véhicules modernes, les actionneurs à vide peuvent être actionnés par de petits solénoïdes sous le contrôle d'un ordinateur central.

Pastille de cire

Automobile

Thermostat de moteur de voiture

L'exemple le plus courant de technologie de thermostat purement mécanique utilisée aujourd'hui est peut-être le thermostat du système de refroidissement du moteur à combustion interne , utilisé pour maintenir le moteur près de sa température de fonctionnement optimale en régulant le débit de liquide de refroidissement vers un radiateur refroidi par air . Ce type de thermostat fonctionne à l'aide d'une chambre scellée contenant une pastille de cire qui fond et se dilate à une température définie. L'expansion de la chambre actionne une tige qui ouvre une vanne lorsque la température de fonctionnement est dépassée. La température de fonctionnement est déterminée par la composition de la cire. Une fois la température de fonctionnement atteinte, le thermostat augmente ou diminue progressivement son ouverture en réponse aux changements de température, équilibrant dynamiquement le débit de recirculation du liquide de refroidissement et le débit de liquide de refroidissement vers le radiateur pour maintenir la température du moteur dans la plage optimale.

Sur de nombreux moteurs automobiles, y compris tous les produits du groupe Chrysler et de General Motors, le thermostat ne limite pas le débit vers le radiateur de chauffage. Le réservoir côté passager du radiateur est utilisé comme dérivation vers le thermostat, circulant à travers le radiateur de chauffage. Cela empêche la formation de poches de vapeur avant l'ouverture du thermostat et permet au réchauffeur de fonctionner avant l'ouverture du thermostat. Un autre avantage est qu'il y a encore un certain débit à travers le radiateur si le thermostat tombe en panne.

Douche et autres commandes d'eau chaude

Un mitigeur thermostatique utilise une pastille de cire pour contrôler le mélange d'eau chaude et froide. Une application courante consiste à permettre le fonctionnement d'un chauffe-eau électrique à une température suffisamment élevée pour tuer les bactéries Legionella (au-dessus de 60 °C (140 °F)), tandis que la sortie de la vanne produit de l'eau suffisamment froide pour ne pas brûler immédiatement ( 49 °C (120 °F)).

Une analyse

Une vanne entraînée par pastilles de cire peut être analysée en traçant un graphique de l' hystérésis des pastilles de cire qui se compose de deux courbes de dilatation thermique ; extension (mouvement) vs augmentation de la température, et contraction (mouvement) vs diminution de la température. L'écart entre les courbes montante et descendante illustre visuellement l'hystérésis de la vanne ; il y a toujours une hystérésis dans les vannes à cire en raison de la transition de phase ou du changement de phase entre les solides et les liquides. L'hystérésis peut être contrôlée avec des mélanges spécialisés d'hydrocarbures ; l'hystérésis serrée est ce que la plupart désirent, cependant certaines applications nécessitent des plages plus larges. Les vannes à granulés de cire sont utilisées dans les applications anti-brûlure, protection contre le gel, purge de surchauffe, énergie solaire thermique ou solaire thermique , automobile et aérospatiale, entre autres.

Expansion de gaz

Les thermostats sont parfois utilisés pour réguler les fours à gaz. Il se compose d'une ampoule remplie de gaz reliée à l'unité de commande par un mince tube de cuivre. L'ampoule est normalement située en haut du four. Le tube se termine dans une chambre fermée par un diaphragme. Au fur et à mesure que le thermostat chauffe, le gaz se dilate en appliquant une pression sur le diaphragme, ce qui réduit le débit de gaz vers le brûleur.

Thermostats pneumatiques

Un thermostat pneumatique est un thermostat qui contrôle un système de chauffage ou de refroidissement via une série de tubes de contrôle remplis d'air. Ce système « air de contrôle » réagit aux changements de pression (dus à la température) dans le tube de contrôle pour activer le chauffage ou le refroidissement en cas de besoin. L'air de commande est généralement maintenu sur le "réseau" à 15-18  psi (bien qu'il puisse généralement fonctionner jusqu'à 20 psi). Les thermostats pneumatiques fournissent généralement des pressions de sortie/branchement/post-restriction (pour un fonctionnement à un seul tuyau) de 3 à 15 psi qui sont acheminées vers le dispositif final (vanne/actionneur de registre/commutateur pneumatique-électrique, etc.).

Le thermostat pneumatique a été inventé par Warren Johnson en 1895 peu de temps après avoir inventé le thermostat électrique. En 2009, Harry Sim a obtenu un brevet pour une interface pneumatique-numérique qui permet aux bâtiments à commande pneumatique d'être intégrés aux systèmes d'automatisation des bâtiments pour offrir des avantages similaires à ceux du contrôle numérique direct (DDC).

Une vanne entraînée par pastilles de cire peut être analysée en traçant un graphique de l'hystérésis des pastilles de cire qui se compose de deux courbes de dilatation thermique ; extension (mouvement) vs augmentation de la température, et contraction (mouvement) vs diminution de la température. L'écart entre les courbes montante et descendante illustre visuellement l' hystérésis de la vanne ; il y a toujours une hystérésis dans la technologie à cire en raison du changement de phase entre les solides et les liquides. L'hystérésis peut être contrôlée avec des mélanges spécialisés d'hydrocarbures ; une hystérésis serrée est ce que la plupart désirent, mais les applications d'ingénierie spécialisées nécessitent des plages plus larges. Les vannes à granulés de cire sont utilisées dans les applications anti-brûlure, protection contre le gel, purge de surchauffe, solaire thermique, automobile et aérospatiale, entre autres.

Thermostats électroniques électriques et analogiques

Thermostats de commutation bimétalliques

Thermostat bimétallique pour bâtiments.

Les systèmes de chauffage central à eau et à vapeur ont traditionnellement été contrôlés globalement par des thermostats muraux à bande bimétallique. Ceux-ci détectent la température de l'air en utilisant la dilatation différentielle de deux métaux pour actionner un interrupteur marche/arrêt. Typiquement, le système central serait allumé lorsque la température descend en dessous du point de consigne du thermostat, et éteint lorsqu'elle monte au-dessus, avec quelques degrés d' hystérésis pour éviter une commutation excessive. La détection bimétallique est maintenant remplacée par des capteurs électroniques . Une utilisation principale du thermostat bimétallique est aujourd'hui dans les radiateurs électriques à convection individuels, où le contrôle est marche/arrêt, en fonction de la température de l'air local et du point de consigne souhaité par l'utilisateur. Ceux-ci sont également utilisés sur les climatiseurs, où un contrôle local est requis.

Nomenclature de configuration des contacts

Cela suit la même nomenclature que celle décrite dans Relais (relais à contacts guidés) et Commutateur (Terminologie des contacts) .

  • "NON" signifie "Normalement ouvert". C'est la même chose que "COR" ("Close on Rise"). Peut être utilisé pour démarrer un ventilateur lorsqu'il devient chaud, c'est-à-dire arrêter le ventilateur lorsqu'il est devenu suffisamment froid.
  • "NC" signifie "Normalement fermé". C'est la même chose que "OOR" ("Open on Rise"). Peut être utilisé pour démarrer un chauffage lorsqu'il fait froid, c'est-à-dire arrêter le chauffage lorsqu'il est devenu suffisamment chaud.
  • "CO" signifie "Change Over". Cela sert à la fois de "NON" et de "NC". Peut être utilisé pour démarrer un ventilateur lorsqu'il devient chaud, mais aussi (sur la borne opposée), pour démarrer un chauffage lorsqu'il devient froid.

Tout nombre de tête représente le nombre de jeux de contacts, comme "1NO", "1NC" pour un jeu de contacts avec deux bornes. "1CO" aura également un jeu de contacts, même s'il s'agit d'un commutateur à trois bornes.

Thermostats simples à deux fils

Mécanisme de thermostat millivolt

L'illustration est l'intérieur d'un thermostat domestique commun à deux fils chauffant uniquement, utilisé pour réguler un appareil de chauffage au gaz via une vanne à gaz électrique. Des mécanismes similaires peuvent également être utilisés pour contrôler les fournaises au mazout, les chaudières , les vannes de zone des chaudières , les ventilateurs électriques de grenier, les fournaises électriques, les plinthes chauffantes électriques et les appareils ménagers tels que les réfrigérateurs, les cafetières et les sèche-cheveux. L'alimentation par le thermostat est fournie par l'appareil de chauffage et peut aller de millivolts à 240 volts dans la construction nord-américaine courante, et est utilisée pour contrôler le système de chauffage soit directement (plinthes chauffantes électriques et certaines fournaises électriques) soit indirectement (toutes au gaz, systèmes d'huile et d'eau chaude forcée). En raison de la variété des tensions et courants possibles disponibles au thermostat, il faut faire preuve de prudence lors de la sélection d'un appareil de remplacement.

  1. Levier de commande de consigne . Celui-ci est déplacé vers la droite pour une température plus élevée. La broche indicatrice ronde au centre de la deuxième fente apparaît à travers une fente numérotée dans le boîtier extérieur.
  2. Bimétallique enroulé en bobine. Le centre de la bobine est attaché à une tige rotative attachée au levier (1). Au fur et à mesure que la bobine se refroidit, l'extrémité mobile — portant (4) — se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre .
  3. Fil souple. Le côté gauche est connecté via un fil d'une paire à la vanne de commande du chauffage.
  4. Contact mobile attaché à la bobine bimétallique. De là, au contrôleur de l'appareil de chauffage.
  5. Vis de contact fixe. Ceci est ajusté par le fabricant . Il est relié électriquement par un deuxième fil de la paire au thermocouple et à la vanne de gaz à commande électrique du réchauffeur.
  6. Aimant . Cela garantit un bon contact lorsque le contact se ferme. Il fournit également une hystérésis pour éviter les cycles de chauffage courts, car la température doit être augmentée de plusieurs degrés avant que les contacts ne s'ouvrent. Comme alternative, certains thermostats utilisent plutôt un interrupteur à mercure à l'extrémité de la bobine bimétallique. Le poids du mercure à l'extrémité du serpentin a tendance à le maintenir en place, empêchant également les cycles de chauffage courts. Cependant, ce type de thermostat est interdit dans de nombreux pays en raison de sa nature hautement et durablement toxique en cas de bris. Lors du remplacement de ces thermostats, ils doivent être considérés comme des déchets chimiques .

L'illustration ne montre pas de thermomètre bimétallique séparé sur le boîtier extérieur pour indiquer la température réelle au niveau du thermostat.

Thermostats millivolts

Comme illustré dans l'utilisation du thermostat ci-dessus, toute la puissance du système de contrôle est fournie par une thermopile qui est une combinaison de plusieurs thermocouples empilés, chauffés par la veilleuse. La thermopile produit une puissance électrique suffisante pour entraîner une vanne de gaz à faible puissance, qui, sous le contrôle d'un ou de plusieurs commutateurs thermostatiques, contrôle à son tour l'entrée de carburant dans le brûleur.

Ce type d'appareil est généralement considéré comme obsolète car les veilleuses peuvent gaspiller une quantité surprenante de gaz (de la même manière qu'un robinet qui goutte peut gaspiller une grande quantité d'eau sur une période prolongée), et ne sont également plus utilisées sur les poêles, mais sont encore présent dans de nombreux chauffe-eau à gaz et foyers à gaz. Leur faible rendement est acceptable dans les chauffe-eau, puisque la majeure partie de l'énergie « gaspillée » sur le pilote représente encore un gain de chaleur direct pour le réservoir d'eau. Le système Millivolt rend également inutile le raccordement d'un circuit électrique spécial au chauffe-eau ou à la fournaise ; ces systèmes sont souvent complètement autonomes et peuvent fonctionner sans aucune alimentation électrique externe. Pour les chauffe-eau "à la demande" sans réservoir, l'allumage par veilleuse est préférable car il est plus rapide que l'allumage par surface chaude et plus fiable que l'allumage par étincelle.

Certains thermostats programmables – ceux qui offrent des modes simples « millivolts » ou « deux fils » – contrôleront ces systèmes.

thermostats 24 volts

La majorité des thermostats modernes de chauffage/refroidissement/pompe à chaleur fonctionnent sur des circuits de commande à basse tension (généralement 24 volts CA ). La source d'alimentation 24 volts CA est un transformateur de commande installé dans le cadre de l'équipement de chauffage/refroidissement. L'avantage du système de contrôle basse tension est la possibilité de faire fonctionner plusieurs dispositifs de commutation électromécaniques tels que des relais , des contacteurs et des séquenceurs en utilisant des niveaux de tension et de courant intrinsèquement sûrs. Le thermostat intègre une disposition pour un contrôle amélioré de la température par anticipation. Un anticipateur de chaleur génère une petite quantité de chaleur supplémentaire vers l'élément de détection pendant que l'appareil de chauffage fonctionne. Cela ouvre les contacts de chauffage légèrement plus tôt pour éviter que la température de l'espace ne dépasse considérablement le réglage du thermostat. Un anticipateur de chaleur mécanique est généralement réglable et doit être réglé sur le courant circulant dans le circuit de commande de chauffage lorsque le système fonctionne. Un anticipateur de refroidissement génère une petite quantité de chaleur supplémentaire vers l'élément de détection lorsque l'appareil de refroidissement ne fonctionne pas. Cela amène les contacts à activer l'équipement de refroidissement légèrement plus tôt, empêchant la température de l'espace de monter excessivement. Les anticipateurs de refroidissement sont généralement non réglables.

Les thermostats électromécaniques utilisent des éléments de résistance comme anticipateurs. La plupart des thermostats électroniques utilisent soit des dispositifs à thermistance, soit des éléments logiques intégrés pour la fonction d'anticipation. Dans certains thermostats électroniques, l'anticipateur de thermistance peut être situé à l'extérieur, offrant une anticipation variable en fonction de la température extérieure. Les améliorations du thermostat incluent l'affichage de la température extérieure, la programmabilité et l'indication des défauts du système. Bien que de tels thermostats 24 volts soient incapables de faire fonctionner une fournaise en cas de panne de courant, la plupart de ces fournaises nécessitent une alimentation secteur pour les ventilateurs à air chauffé (et souvent aussi l'allumage par étincelle électronique ou à surface chaude), ce qui rend la fonctionnalité du thermostat sans objet. Dans d'autres circonstances, telles qu'un mur piloté et un plancher "gravitaire" (sans ventilateur) et des radiateurs centraux, le système basse tension décrit précédemment peut être capable de rester fonctionnel lorsque l'alimentation électrique n'est pas disponible.

Il n'y a pas de normes pour les codes de couleurs de câblage, mais la convention s'est fixée sur les codes et couleurs de bornes suivants. Dans tous les cas, les instructions du fabricant doivent être considérées comme définitives.

Code de borne Couleur La description
R rouge 24 volts (ligne de retour à l'appareil ; souvent attaché à Rh et Rc)
Rhésus rouge Charge de CHALEUR 24 volts (ligne de retour de chaleur)
RC rouge Charge COOL 24 volts (ligne de retour Cool)
C Noir/Bleu/Marron/Cyan 24 volts Connexion commune aux relais
A / A1 blanche Chaleur
W2 Varie/Blanc/Noir 2e étage / chauffage d'appoint
O / O1 Jaune Frais
Y2 Bleu/Orange/Violet/Jaune/Blanc 2e étage cool
g Vert Ventilateur
O Varie/Orange/Noir Vanne d'inversion Mettre sous tension pour refroidir (pompe à chaleur)
B Varie/Bleu/Noir/Marron/Orange Vanne d'inversion Mise sous tension pour chauffer (pompe à chaleur) ou commun
E Varie/Bleu/Rose/Gris/Tan Chauffage d'urgence (pompe à chaleur)
S1/S2 Marron/Noir/Bleu Capteur de température (généralement à l'extérieur sur un système de pompe à chaleur)
T Varie/Bleu/Gris Réinitialisation de l'anticipateur extérieur, thermistance
X Varie/Noir Chauffage d'urgence (pompe à chaleur) ou commun
X2 Varie 2ème étage/chauffage de secours ou voyants lumineux
L Varie Lumière de service
U Varie Programmable par l'utilisateur (généralement pour l'humidificateur)
K Vert jaunâtre Y et G combinés

Désignations plus anciennes, pour la plupart dépréciées

Code de borne La description
V 24 volts
4 / M Charge de CHALEUR 24 volts
F Ventilateur
H Chaleur
M Compresseur de pompe à chaleur
P Dégivrage pompe à chaleur
R Vanne d'inversion de pompe à chaleur
RV Chauffage auxiliaire 24 volts
Oui Chauffage auxiliaire
C Puissance de refroidissement ou d'horloge
T Transformateur commun
blanc / 6 Ne chauffe pas pour fermer la vanne

Thermostats à tension de ligne

Les thermostats à tension de ligne sont le plus souvent utilisés pour les radiateurs électriques tels qu'une plinthe chauffante ou une fournaise électrique à câblage direct. Si un thermostat à tension secteur est utilisé, l'alimentation du système (aux États-Unis, 120 ou 240 volts) est directement commutée par le thermostat. Avec un courant de commutation dépassant souvent 40 ampères , l'utilisation d'un thermostat basse tension sur un circuit de tension de ligne entraînera au moins la défaillance du thermostat et éventuellement un incendie. Les thermostats à tension de ligne sont parfois utilisés dans d'autres applications, telles que le contrôle d' unités de ventilo-convecteur (ventilateur alimenté par la tension de ligne soufflant à travers une bobine de tube qui est chauffée ou refroidie par un système plus grand) dans de grands systèmes utilisant des chaudières et des refroidisseurs centralisés , ou pour contrôler les pompes de circulation dans les applications de chauffage hydronique.

Certains thermostats programmables sont disponibles pour contrôler les systèmes à tension de ligne. Les plinthes chauffantes bénéficieront particulièrement d'un thermostat programmable qui est capable d'un contrôle continu (comme le sont au moins certains modèles Honeywell ), contrôlant efficacement le radiateur comme un gradateur de lampe, et augmentant et diminuant progressivement le chauffage pour assurer une température ambiante extrêmement constante (contrôle continu plutôt que de se fier aux effets de moyenne de l'hystérésis). Les systèmes qui incluent un ventilateur (fours électriques, radiateurs muraux, etc.) doivent généralement utiliser des commandes marche/arrêt simples.

Thermostats électroniques numériques

Thermostat numérique résidentiel
Thermostat à écran tactile modèle TX9000TS de Lux Products .
Lux Products WIN100 Thermostat de sortie programmable de chauffage et de refroidissement illustré avec la porte de commande fermée et ouverte.

Les nouveaux thermostats numériques n'ont pas de pièces mobiles pour mesurer la température et s'appuient plutôt sur des thermistances ou d'autres dispositifs à semi-conducteurs tels qu'un thermomètre à résistance (détecteur de température à résistance). En règle générale, une ou plusieurs piles ordinaires doivent être installées pour le faire fonctionner, bien que certains thermostats numériques dits "voleurs d'énergie" utilisent les circuits courants 24 volts alternatifs comme source d'alimentation, mais ne fonctionneront pas sur les circuits "millivolts" alimentés par thermopile utilisés dans certains fourneaux. Chacun a un écran LCD affichant la température actuelle et le réglage actuel. La plupart ont également une horloge et des réglages de l'heure et même du jour de la semaine pour la température, utilisés pour le confort et la conservation de l'énergie . Certains modèles avancés ont des écrans tactiles , ou la possibilité de travailler avec des systèmes domotiques ou d' automatisation des bâtiments .

Les thermostats numériques utilisent soit un relais, soit un dispositif à semi - conducteur tel qu'un triac pour agir comme un interrupteur pour contrôler l' unité CVC . Les unités avec relais feront fonctionner des systèmes millivolts, mais feront souvent un bruit de "clic" audible lors de la mise en marche ou de l'arrêt.

Les systèmes CVC avec la capacité de moduler leur sortie peuvent être combinés avec des thermostats dotés d'un contrôleur PID intégré pour obtenir un fonctionnement plus fluide. Il existe également des thermostats modernes dotés d'algorithmes adaptatifs pour améliorer encore le comportement du système sujet à l'inertie. Par exemple, en les paramétrant pour que la température le matin à 7 heures du matin soit de 21 °C (69,8 °F), on s'assure qu'à ce moment-là la température sera de 21 °C (69,8 °F), là où un thermostat conventionnel commencerait juste à travailler à ce moment-là. Les algorithmes décident à quel moment le système doit être activé afin d'atteindre la température souhaitée au moment souhaité. Autre thermostat utilisé pour le contrôle de processus/industriel où le contrôle ON/OFF n'est pas adapté, le contrôle PID peut également s'assurer que la température est très stable (par exemple, en réduisant les dépassements en ajustant les constantes PID pour la valeur de consigne (SV) ou en maintenant la température dans une bande en déployant le contrôle d'hystérésis.)

La plupart des thermostats numériques couramment utilisés dans les résidences en Amérique du Nord et en Europe sont des thermostats programmables , qui permettent généralement une économie d'énergie de 30 % s'ils conservent leurs programmes par défaut ; les ajustements à ces valeurs par défaut peuvent augmenter ou réduire les économies d'énergie. L' article sur le thermostat programmable fournit des informations de base sur le fonctionnement, la sélection et l'installation d'un tel thermostat.

Thermostats et fonctionnement CVC

Séquences d'allumage dans les systèmes conventionnels modernes

Gaz
  1. Démarrez le ventilateur/souffleur à inducteur de tirage (si la fournaise est relativement récente) pour créer une colonne d'air circulant dans la cheminée
  2. Chauffer l'allumeur ou démarrer le système d'allumage par étincelle
  3. Ouvrir le robinet de gaz pour allumer les brûleurs principaux
  4. Attendez (si la fournaise est relativement récente) jusqu'à ce que l' échangeur de chaleur soit à la bonne température de fonctionnement avant de démarrer le ventilateur de soufflage principal ou la pompe de circulation
Huile
Semblable au gaz, sauf qu'au lieu d'ouvrir une vanne, la fournaise démarrera une pompe à mazout pour injecter de l'huile dans le brûleur
Électrique
Le ventilateur soufflant ou la pompe de circulation démarrera et un gros relais électromécanique ou TRIAC allumera les éléments chauffants
Charbon, grain ou pellet
Généralement rare aujourd'hui (bien que les céréales telles que le maïs, le blé et l'orge, ou les granulés de bois, d'écorce ou de carton gagnent en popularité); similaire au gaz, sauf qu'au lieu d'ouvrir une vanne, le four démarrera une vis pour conduire le charbon/le grain/les granulés dans la chambre de combustion

Avec les systèmes non zonés (résidentiel typique, un thermostat pour toute la maison), lorsque les bornes R (ou Rh) et W du thermostat sont connectées, la fournaise suivra sa procédure de démarrage et produira de la chaleur.

Avec les systèmes zonés (certains systèmes résidentiels, de nombreux systèmes commerciaux - plusieurs thermostats contrôlant différentes « zones » dans le bâtiment), le thermostat fera que les petits moteurs électriques ouvriront les vannes ou les registres et démarreront la fournaise ou la chaudière si elle ne fonctionne pas déjà.

La plupart des thermostats programmables contrôlent ces systèmes.

Régulation combinée chauffage/refroidissement

Selon ce qui est contrôlé, un thermostat de climatisation à air pulsé a généralement un interrupteur externe pour le chauffage/arrêt/refroidissement et un autre marche/arrêt automatique pour allumer le ventilateur soufflant en permanence ou uniquement lorsque le chauffage et le refroidissement fonctionnent. Quatre fils arrivent au thermostat situé au centre de l'unité principale de chauffage/refroidissement (habituellement situé dans un placard , un sous - sol ou occasionnellement dans le grenier ) : Un fil, généralement rouge, fournit une alimentation 24 volts CA au thermostat, tandis que l'autre trois signaux de commande d'alimentation du thermostat, généralement blanc pour le chauffage, jaune pour le refroidissement et vert pour allumer le ventilateur. L'alimentation est fournie par un transformateur , et lorsque le thermostat établit un contact entre l'alimentation 24 volts et un ou deux des autres fils, un relais de retour à l'unité de chauffage/refroidissement active la fonction correspondante de chauffage/ventilation/refroidissement de l'unité ( s).

Un thermostat, lorsqu'il est réglé sur "cool", ne s'allumera que lorsque la température ambiante de la pièce environnante est supérieure à la température définie. Ainsi, si l'espace contrôlé a une température normalement supérieure au réglage souhaité lorsque le système de chauffage/refroidissement est éteint, il serait judicieux de garder le thermostat réglé sur "cool", quelle que soit la température extérieure. En revanche, si la température de la zone contrôlée descend en dessous du degré souhaité, il est alors conseillé de mettre le thermostat sur « chauffage ».

Régulation pompe à chaleur

Conception de thermostat

La pompe à chaleur est un appareil basé sur la réfrigération qui inverse le flux de réfrigérant entre les serpentins intérieur et extérieur. Cela se fait en alimentant une vanne d'inversion (également connue sous le nom de vanne « 4 voies » ou « inverseur »). Pendant le refroidissement, le serpentin intérieur est un évaporateur qui retire la chaleur de l'air intérieur et la transfère au serpentin extérieur où elle est rejetée dans l'air extérieur. Pendant le chauffage, le serpentin extérieur devient l'évaporateur et la chaleur est retirée de l'air extérieur et transférée à l'air intérieur par le serpentin intérieur. La vanne d'inversion, commandée par le thermostat, provoque le passage du chaud au froid. Les thermostats de pompes à chaleur résidentielles ont généralement une borne « O » pour activer la vanne d'inversion dans le refroidissement. Certains thermostats de pompe à chaleur résidentiels et commerciaux utilisent une borne « B » pour activer la vanne d'inversion du chauffage. La capacité de chauffage d'une pompe à chaleur diminue à mesure que les températures extérieures baissent. À une certaine température extérieure (appelée le point d'équilibre), la capacité du système de réfrigération à transférer la chaleur dans le bâtiment est inférieure aux besoins de chauffage du bâtiment. Une pompe à chaleur typique est équipée d'éléments chauffants électriques pour compléter la chaleur de réfrigération lorsque la température extérieure est inférieure à ce point d'équilibre. Le fonctionnement du chauffage d'appoint est contrôlé par un contact de chauffage de deuxième étage dans le thermostat de la pompe à chaleur. Pendant le chauffage, la batterie extérieure fonctionne à une température inférieure à la température extérieure et de la condensation peut se produire sur la batterie. Cette condensation peut alors geler sur le serpentin, réduisant sa capacité de transfert de chaleur. Les pompes à chaleur prévoient donc un dégivrage ponctuel de la batterie extérieure. Cela se fait en inversant le cycle en mode refroidissement, en éteignant le ventilateur extérieur et en mettant sous tension les éléments chauffants électriques. Le chauffage électrique en mode dégivrage est nécessaire pour empêcher le système de souffler de l'air froid à l'intérieur du bâtiment. Les éléments sont ensuite utilisés dans la fonction « réchauffer ». Bien que le thermostat puisse indiquer que le système est en dégivrage et que le chauffage électrique est activé, la fonction de dégivrage n'est pas contrôlée par le thermostat. Étant donné que la pompe à chaleur est dotée d'éléments chauffants électriques pour le chauffage d'appoint et le réchauffage, le thermostat de la pompe à chaleur prévoit l'utilisation des éléments chauffants électriques en cas de défaillance du système de réfrigération. Cette fonction est normalement activée par une borne "E" sur le thermostat. En cas de chauffage d'urgence, le thermostat n'essaie pas de faire fonctionner le compresseur ou le ventilateur extérieur.

Emplacement du thermostat

Le thermostat ne doit pas être placé sur un mur extérieur ou à un endroit où il pourrait être exposé à la lumière directe du soleil à tout moment de la journée. Il doit être situé loin des bouches ou dispositifs de refroidissement ou de chauffage de la pièce, tout en étant exposé au flux d'air général de la ou des pièces à réguler. Un couloir ouvert peut être le plus approprié pour un système à zone unique, où les salons et les chambres sont exploités comme une seule zone. Si le couloir peut être fermé par des portes des espaces réglementés, celles-ci doivent être laissées ouvertes lorsque le système est en cours d'utilisation. Si le thermostat est trop proche de la source contrôlée, le système aura tendance à "court-circuiter un cycle", et de nombreux démarrages et arrêts peuvent être gênants et dans certains cas raccourcir la durée de vie de l'équipement. Un système à plusieurs zones peut économiser beaucoup d'énergie en régulant les espaces individuels, permettant aux pièces inutilisées de varier en température en éteignant le chauffage et la climatisation.

Thermostats factices

Il a été rapporté que de nombreux thermostats dans les immeubles de bureaux sont des dispositifs factices non fonctionnels, installés pour donner aux employés des locataires une illusion de contrôle . Ces thermostats factices sont en fait une sorte de bouton placebo . Cependant, ces thermostats sont souvent utilisés pour détecter la température dans la zone, même si leurs commandes sont désactivées. Cette fonction est souvent appelée "verrouillage".

Voir également

Notes et références

Liens externes