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プログラム可能なサーモスタットとは、1日のさまざまな時間帯に適用される一連のプログラム設定に基づいて温度を調整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。
建物（またはその他の容器）からの暖房および冷房の熱損失は、温度差が大きくなるにつれて増加します。プログラム可能なサーモスタットを使用すると、暖房または冷房の使用量を減らし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、これらの熱損失を削減できます。
例えば、冷房シーズン中、家庭で使用され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時間帯に室温が上昇するように設定できます。そして、居住者が帰宅する前にエアコンをオンにするように設定することで、居住者が帰宅する頃には家の中が涼しくなっている状態を保ちつつ、外気温がピークとなる時間帯の冷房エネルギー消費を抑えることができます。日中の冷房需要が減少することで、電力供給網への負荷も軽減されます。
逆に、暖房シーズン中は、プログラム可能なサーモスタットを設定することで、日中家が無人になる時間帯や、住人全員が就寝した後の夜間に室温を下げることができ、夕方に帰宅する前や朝起きる前に再び家を暖めることができます。睡眠衛生の観点から、寝室が涼しい方が人はよく眠れること、また、建物の内外の温度差が冬の寒い夜に最も大きくなることから、これはエネルギー損失の削減につながります。
同様のシナリオは、建物の利用状況を十分に考慮すれば、商業ビルでも適用可能です。
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ドルのエネルギー料金を削減できるとのことです。[ 2 ]
プログラム可能な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るが、住宅での実地調査では平均的なエネルギー節約はほとんど、あるいは全く実証されていない。住宅環境での使いやすさの難しさが、家庭でのエネルギー節約の持続性の欠如につながっているようだ。米国環境保護庁（EPA）は住宅用プログラム可能なサーモスタットについて、「入手可能な研究では、プログラム可能なサーモスタット（PT）の設置による節約は示されていない。いくつかの研究では、消費量がわずかに増加していることが示されている。」と述べている。[ 3 ] これは、NeviusとPigg [ 4 ] 、 CrossとJudd [ 5 ]などの研究によって裏付けられており、Pefferら[ 6 ]は最近このトピックに関するレビューを行っている。
デジタル式プログラム可能サーモスタットは、エネルギー消費量の増加の可能性に加えて、使いやすさの悪さでも批判されている。いくつかの研究では、デジタル式プログラム可能サーモスタットはユーザーがプログラムするのが難しいことがわかっており[ 7 ]、特に高齢者は使用に苦労する可能性がある（Combeら[ 8 ]を参照）。
プログラム可能なサーモスタットの使用は、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）削減する設定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。建物の温度が変化すると、暖房または冷房システムが快適な温度に戻すために「より多く働く」必要があり、暖房または冷房の削減によって節約されたエネルギーを相殺するか、あるいは上回ってしまうという考えがあります。正しく設定すれば、設定機能と回復機能により、建物と環境間の熱伝達は建物の内外の温度差に比例するため、5～15%のエネルギー節約が可能になります。[ 9 ] [ 10 ]
最も基本的な時計式サーモスタットは、2つの期間（高温期間と低温期間）を持つ1つのプログラムしか実行できず、同じプログラムが毎日実行されます。より高度な時計式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種類（高温と低温）のみです。高温と低温は、従来の（時計機能のない）サーモスタットと同様に、アナログ温度目盛に沿って2つのレバーをスライドさせるだけで簡単に設定できます。
この設計は、製造が容易でプログラミングも比較的簡単である一方、プログラムが週7日間すべて同じ動作を繰り返すため、週末の快適性が犠牲になるという欠点があります。この欠点を克服するために、プッシュボタンが設けられ、ユーザーが現在の期間を（一度だけ）暖房期間から冷房期間へ、またはその逆に明示的に切り替えることができるようになっています。このボタンの一般的な用途は、通常、家が不在となる平日に行われる「温度設定の引き下げ」を上書きすることです。
時計の機構は電気式である。その動作には、一般的に2つの方法が用いられてきた。
[1]サーモスタットには、 24ボルトの交流（24 VAC）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動作させます。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、24 VAC 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、放電して時計を動作させます。
デジタルサーモスタットは、従来のサーモスタットと同様の機能を備えている場合もありますが、多くの場合、より多機能です。例えば、1日あたり2、4、または6つの時間帯ごとに温度を設定できるのが一般的で、従来のサーモスタットのように「高温」と「低温」の2つの温度に限定されるのではなく、各時間帯ごと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、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、ユーザーが時間帯ごとに設定した温度を上書きでき、次の時間帯が始まると自動的に設定温度に戻ります。現在の温度を「保持」（固定）する機能も通常備わっており、この場合、ユーザーが保持を解除するか、通常のプログラムに戻るためのプログラムされたイベントが発生するまで、上書きした温度が維持されます。より高度なモデルでは、将来の特定の時間に保持を解除することも可能です。
時計付き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には、週の毎日実行されるサイクルが1つだけある場合があります。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が別々に設定されているもの（いわゆる「5-2」設定）や、土曜日と日曜日のスケジュールが別々に設定されているもの（いわゆる「5-1-1」設定）があり、また、曜日ごとに個別のスケジュールが設定されているもの（「7日間」設定）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を提供する3つの類似した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には、暖房と冷房それぞれに独立したプログラムが搭載されており、システムが暖房や冷房を行っていない場合でも、送風機をオンにして空気を循環させ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時間以内に暖房または冷房サイクルが行われなかった場合に、循環ファンを5～10分間作動させるようにプログラムされているものもあります。これは、空気の層状化が起こりやすい建物で特に有効です。空気の循環が頻繁に行われないと、暖かい空気が上昇し、冷たい空気が下降して分離してしまうからです。
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。これは、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が近づくとユーザーに通知する機能です。この機能では、累積稼働時間を暖房と冷房の合計時間として表示するか、それぞれ個別に表示するかのいずれかの方法で表示されます。
Nest Learning Thermostatのように、プッシュホン電話やインターネット経由でプログラム設定できるデジタルサーモスタットもあります。
デジタルサーモスタットは通常、次の3つの方法のいずれかで電源供給されます。
高価なモデルにはPIDコントローラーが内蔵されているため、サーモスタットはフィードバックループを介してシステム全体（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、午前7時に朝の温度を21℃にプログラムすると、その時点で温度が21 ℃になることが保証されますが、それほど高度ではないプログラム可能なサーモスタットは、午前7時に21℃に向けて動作を開始するだけです。したがって、PIDコントローラーは、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のために室温レジームのデータを処理し、目的の時間に目的の温度に到達するためにシステムをアクティブにするべき時間を設定します。
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保証し（例えば、加熱サイクルの終わりに最初のオーバーシュートや変動を減らすことによって[ 12 ]）、快適性を向上させます。
業務用機器では、サーモスタットに時計機構が内蔵されていない場合があります。その代わりに、「高温」と「低温」の設定を切り替えるための別の手段が用いられることがあります。例えば、サーモスタットが空気圧制御を使用している場合、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」の設定が切り替わり、この空気圧は中央レギュレーター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」または「低温」のどちらで動作させるかが指示されます。