Brevet FR2793643A1 — publié le 20001117

La présente invention concerne un appareil de commande d'une installation électrique de chauffage d'une habitation particulière. L'invention s'applique particulièrement aux mises en service et aux arrêts quotidiens d'appareils électriques de chauffage, tels que des planchers rayonnants électriques ou des convecteurs. Les appareils de commande d'appareils électriques de chauffage qui sont connus comprennent généralement un programmateur qui délivre, pour chaque plage horaire définie, un signal représentatif d'un niveau de confort. Par ailleurs, la tarification de l'énergie électrique qui est distribuée au particulier fait l'objet de différents types de contrat passé avec la société de distribution. Dans de tels contrats, peut être défini notamment le coût du kilowattheure, d'une part, en fonction, de tranches horaires définies à l'intérieur d'une journée et, d'autre part, selon des jours considérés. Selon un premier contrat, un tarif réduit est pratiqué pendant une ou plusieurs périodes de la journée (généralement la nuit et pendant l'heure du déjeuner) et un tarif normal en dehors de cette ou ces périodes. Selon un second type de contrat, la société de distribution de l'énergie électrique propose à ses clients une tarification selon l'appartenance de la journée considérée à une catégorie plutôt qu'à une autre. Par exemple, pour une première catégorie correspondant à une grande partie de l'année, un premier tarif relativement réduit est pratiqué alors que, pour une seconde catégorie correspondant à quelques jours dans l'année, c'est un second tarif un peu plus élevé qui est pratiqué. Le nombre de catégories est par exemple de trois. L'appartenance d'une journée particulière à l'une ou l'autre des catégories n'est connue qu'à son début ou que peu de temps avant. Le premier et le second contrats peuvent être associés l'un à l'autre, et former un troisième type de contrat, par exemple avec six tarifs différents. On notera qu'en l'absence de contrat particulier, le prix du kilowattheure consommé est fixe mais sans réduction tarifaire. Du fait de ces différents tarifs, pour une même consommation aux mêmes moments, les coûts de l'énergie peuvent varier dans des proportions importantes selon le type de contrat souscrit. Par conséquent, il peut être judicieux de pouvoir contrôler, en fonction des périodes tarifaires prévues par les contrats rappelés ci-dessus, les mises en service et les arrêts des appareils électriques de chauffage afin de réduire le montant de la facture des dépenses en énergie électrique, tout en conservant un bon niveau de confort. Le but de la présente invention est de proposer un appareil de commande tel que décrit ci-dessus qui permette de tenir compte des tarifs des contrats rappelés ci- dessus, et notamment de celui qui prévoit des périodes tarifaires journalières. On connaît déjà de tels appareils. Un appareil de ce type comprend une unité d'anticipation qui anticipe le passage d'un niveau de confort à un niveau de confort plus élevé tel que défini par ledit programmateur à un temps d'anticipation antérieur à un temps présumé de passage d'une période d'un premier niveau tarifaire vers un second plus élevé. On a cherché à proposer un perfectionnement à un tel appareil qui permette une meilleure gestion de la consommation de l'énergie. Pour ce faire, selon l'invention, le passage anticipé se fait par paliers de hauteur et de durée prédéterminées, ou déterminables et/ou modifiables par l'utilisateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la durée desdits paliers dépend du type d'appareil électrique de chauffage auquel est destiné ledit appareil, et notamment de leur inertie thermique, Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite durée d'anticipation est calculée en considération des deux niveaux de confort au passage considéré. Selon une autre caractéristique de l'invention, la durée d'anticipation est calculée en fonction de différents paramètres de ladite installation de chauffage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la durée d'anticipation est calculée en fonction de la température extérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la durée qui sépare le temps de passage d'un niveau de confort à un niveau de confort élevé et l'heure présumée de passage du niveau tarifaire faible au niveau tarifaire plus élevé est supérieure à une durée maximale, l'unité d'anticipation n'effectue pas ladite anticipation, ladite durée dépendant du type d'appareil de chauffage auquel est destiné ledit appareil et, notamment de leur inertie thermique. La présente invention concerne également un appareil de commande qui est adapté pour être utilisé avec plusieurs types d'appareil électrique de chauffage. Il comporte selon l'invention autant d'unités d'anticipation que de types d'appareil de chauffage. Selon une autre caractéristique de l'invention, il comporte une unité de limitation prévue pour abaisser ou pas le niveau de confort le plus élevé délivré par ladite unité d'anticipation selon le type de la journée tarifaire. La présente invention concerne également un appareil de commande qui est adapté pour être utilisé avec plusieurs types d'appareil électrique de chauffage. Il comporte selon l'invention autant d'unités de limitation que de types d'appareil de chauffage. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: La Fig. 1 est un schéma synoptique d'une installation de chauffage qui utilise un appareil de commande selon un premier mode de réalisation de l'invention, La Fig. 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement de l'appareil de commande dont le schéma synoptique est représenté à la Fig. 1, La Fig. 3 est un schéma synoptique d'une installation de chauffage qui utilise un appareil de commande selon un second mode de réalisation de l'invention, et La Fig. 4 est un diagramme illustrant le fonctionnement de l'appareil de commande dont le schéma synoptique est représenté à la Fig. 3. L'installation représentée à la Fig. 1 comprend essentiellement un compteur d'énergie 100 raccordé classiquement, en entrée, aux lignes d'alimentation électrique L de l'habitation considérée et, en sortie, pour leur alimentation, aux appareils électriques de l'habitation et, en particulier sur la Fig. 1, à des appareils électriques de chauffage 200, à 200,, Ces appareils peuvent être des convecteurs ou des planchers chauffants. Ils sont respectivement pourvus de thermostats 221, à 221. dont les températures de consigne sont définies, par exemple par l'utilisateur, ou prédéfinies selon un signal de niveau de confort N fourni sur leurs entrées par un appareil de commande 300. Par exemple, les niveaux de confort suivants peuvent être prévus: un niveau dit "confort" où la température de consigne est la plus élevée, des niveaux intermédiaires où les températures de consigne sont respectivement la température de consigne dit confort à laquelle sont retranchés I'C, 2'C, 3'C, un niveau dit "économique" où la température de consigne est plus basse, un niveau dit "hors-gel" où la température de consigne est prédéfinie pour permettre à l'habitation de rester seulement hors-gel. Un niveau du signal N est prévu pour la commande de l'arrêt des appareils 200, à 200.. L'appareil de commande 300 est prévu pour fonctionner dans le cas où l'abonné a souscrit un contrat par lequel, dans des périodes horaires particulières de la journée, sont respectivement appliqués des niveaux tarifaires différents : par exemple, un niveau tarifaire normal pour des heures dites pleines et un niveau tarifaire réduit pour des heures dites creuses. Dans cet exemple, les heures pleines sont par exemple définies de 5h 30 à 23h et les heures creuses de 23h à 5h 30. L'appareil de commande 300 comporte un programmateur 350 qui est prévu pour délivrer un signal de niveau de confort Ne et, ce, en fonction d'un signal horaire H délivré par une horloge 330. Le programmateur 350 est du type qui permet à l'utilisateur de choisir, pour des plages horaires prédéterminées ou qu'il définit lui- même, un niveau de confort Ne parmi plusieurs. Ces niveaux peuvent correspondre au niveau dit "confort", au niveau dit "économique" et au niveau dit "hors-gel" des appareils de chauffage 200, à 200n. Dans les appareils de l'art antérieur, le signal de niveau de confort Ne issu du programmateur 350 est fourni directement aux appareils de chauffage 200, à 200. qui régulent leurs températures de fonctionnement en fonction des températures de consigne correspondant au niveau de confort relatif au signal Ne. .Le signal de niveau de confort Ne issu du programmateur 350 est fourni à une unité d'anticipation 360 qui délivre alors un signal de niveau de confort anticipé NCA. L'unité 360 a pour fonction d'anticiper le passage d'un niveau de confort à un niveau de confort supérieur de manière que celui-ci ait lieu pendant une période tarifaire de niveau tarifaire plus faible. Plus exactement, l'unité 360 anticipe le passage d'une température de consigne TCI à une température de consigne TC2 plus élevée à un temps t,, antérieur à un temps présumé tf* de passage d'une période d'un premier niveau tarifaire vers un second plus élevé. Ainsi, le chauffage de l'habitation considérée aura lieu pendant la période tarifaire plus faible réduisant ainsi le coût de l'électricité consommée. On va décrire le fonctionnement de l'unité d'anticipation 360 en relation avec la Fig. 2. La ligne supérieure de la Fig. 2 représente le signal de niveau de confort Ne tel qu'il est délivré par le programmateur 350, On constate, au temps tp, le passage d'un niveau de confort NCI à un niveau de confort plus élevé NC2. A un temps précédent th, a eu lieu le passage d'un premier niveau tarifaire bas SHI à un niveau tarifaire plus élevé SH2. Le signal de niveau de confort anticipé NCA délivré par l'unité d'anticipation 360 permet l'anticipation du passage de la température de consigne TCI à la température de consigne TC2 au temps 4, (voir pointillés sur la Fig. 2). On notera que, pour ce faire, l'unité d'anticipation 360 utilise le signal d'horloge H. Le temps t. est calculé par l'unité d'anticipation 360 en soustrayant à une heure présumée th* de passage du niveau tarifaire faible SHI au niveau tarifaire plus élevé SH2 une durée d', prédéterminée ou qu'elle détermine. On notera qu'au temps d'anticipation t,,, l'unité d'anticipation 360 ne connaît pas l'heure exacte du passage du niveau tarifaire SHI vers le niveau SH2. On notera que l'heure présumée th* pourrait ne pas correspondre exactement à l'heure exacte du passage de niveaux tarifaires. L'heure présumée th* est par exemple mise en mémoire dans ladite unité 360 ou être définie et/ou modifiable par l'utilisateur. Selon l'invention, le passage anticipé se fait par l'intermédiaire d'au moins un palier de hauteur h prédéterminée, avantageusement de I'C. Sur la Fig. 2, ce mode de réalisation est représenté en traits forts et l'on peut donc voir un seul palier de durée dp. La durée d. du ou des paliers est prédéterminée et peut dépendre de l'inertie thermique des appareils de chauffage auxquels ledit appareil de commande 300 est destiné. Par exemple, elle est, soit d'un quart d'heure, si les appareils 200, à 200,, sont des convecteurs à relativement faible inertie thermique, soit d'une heure, si les appareils 200, à 200,, sont des planchers chauffants à relativement forte inertie thermique. La durée d'anticipation d,, est par exemple calculée en considérant les deux niveaux de confort NC2 et NC 1. Elle peut être fonction de différents paramètres de l'installation de chauffage et, en particulier, de la température extérieure mesurée par une sonde optionnelle 320. Par exemple, si le niveau de confort NC2 est le niveau confort et le niveau NCI est le niveau économique, les paliers correspondront aux niveaux intermédiaires dont les températures de consigne sont abaissées de I'C, 2'C, 3'C par rapport à la température de consigne du niveau "confort". Selon une caractéristique de l'invention, lorsque la durée d, qui sépare le temps tp de passage du niveau de confort NC 1 au niveau de confort NC2 et l'heure présumée th* de passage du niveau tarifaire faible SHI au niveau tarifaire plus élevé SH2 est supérieure à une durée prédéterminée d,.,,=, l'unité d'anticipation 360 Weffectue pas ladite anticipation. Cette durée d,.,,,,, est par exemple prédéterminée et peut dépendre de l'inertie thermique des appareils de chauffage auxquels ledit appareil de commande 300 est destiné. Par exemple, elle est, soit d'une heure, si les appareils 200, à 200n sont des convecteurs à relativement faible inertie thermique, soit de deux heures, si les appareils 200, à 200,, sont des planchers chauffants à relativement forte inertie thermique. On notera que le passage d'un niveau de confort élevé vers un niveau de confort plus bas n'est pas anticipé (voir les passages au temps tf). On comprendra qu'un appareil de commande 300 qui serait prévu pour piloter à la fois des appareils à faible inertie thermique et des appareils à forte inertie thermique devrait avoir l'unité d'anticipation 360 dupliquée. De manière générale, si l'appareil 300 est adapté pour être utilisé avec plusieurs types d'appareil électrique de chauffage, il comporte autant d'unités d'anticipation 360 que de types d'appareil de chauffage. La Fig. 3 représente un autre mode de réalisation d'un appareil de commande 300 selon la présente invention, appareil qui est destiné à exploiter des signaux de journées tarifaires SJ délivrés par un certain type de compteur 100 et représentatifs d'un ou des tarifs qui seront appliqués dans la journée considérée. Un certain nombre de types de journée tarifaire est généralement prévu correspondant chacun à un niveau tarifaire. Trois types sont par exemple prévus en France sous les noms de périodes bleue, blanche et rouge. A la Fig. 3, les éléments qui ont déjà été décrits en relation avec la Fig. 1 portent les mêmes références et ne seront pas de nouveau décrits. L'appareil représenté à la Fig. 3 comporte de plus une unité de limitation 370 qui a pour fonction d'abaisser ou pas le niveau de confort anticipé NCA le plus élevé selon le type de la journée tarifaire. Cette unité de limitation 370 délivre un signal de niveau de confort NcA#. Par exemple, le niveau de confort le plus élevé n'est pas abaissé pour une journée à bas niveau tarifaire, est abaissé à un niveau intermédiaire de température de consigne inférieur de I'C pour une journée à un niveau tarifaire moyen, et est abaissé à un niveau intermédiaire de température de consigne inférieur de 2'C pour une journée à un niveau tarifaire élevé. Sur la ligne supérieure de la Fig, 4, on a représenté le signal de niveau de confort délivré par le programmateur 350 et, sur la ligne juste en dessous, le signal SJ de journée tarifaire. Quant aux trois lignes inférieures, on y a représenté trois exemples de fonctionnement de l'appareil 300 selon l'invention, les lignes en pointillés représentant le signal de niveau de confort anticipé NCA délivré par l'unité d'anticipation 360 : la première concerne le passage d'une journée de bas niveau tarifaire à une journée de haut niveau tarifaire, la seconde le passage d'une journée de niveau tarifaire moyen à une journée de bas niveau tarifaire et la dernière le passage d'une journée de niveau tarifaire moyen à une journée de haut niveau tarifaire. A la première, on constate un abaissement au niveau de confort -2'C du niveau NC2 après le passage de journées tarifaires au temps th. A la seconde, on constate un abaissement au niveau de confort -I'C pour la période précédant le passage de journées tarifaires au temps th. Enfin, à la troisième, on constate un abaissement au niveau de confort -VC par rapport au niveau de confort NC2 pour la période précédant le passage de journées tarifaires au temps th et un autre abaissement au niveau de confort -2'C par rapport au niveau de confort NC2 après ledit passage. A l'instar du premier mode de réalisation, un appareil de commande 300 selon ce second mode de réalisation qui serait prévu pour piloter à la fois des appareils à faible inertie thermique et des appareils à forte inertie thermique devrait avoir les unités d'anticipation 360 et de limitation 370 dupliquées. De manière générale, si l'appareil 300 est adapté pour être utilisé avec plusieurs types d'appareil. électrique de chauffage, il comporte autant d'unités de commande 340, d'unités d'anticipation 360 et d'unités de limitation 370 que de types d'appareil de chauffage. REVENDICATIONS 1) Appareil de commande d'appareils électriques de chauffage (200, à 2001) prévu pour commander la mise en marche ou l'arrêt desdits appareils électriques (200, à 200.) selon les valeurs prises par un signal de niveau de confort (NCA), ledit appareil comprenant un programmateur (350) qui délivre, pour chaque plage horaire définie, un signal représentatif d'un niveau de confort (NQ et une unité d'anticipation (360) qui anticipe le passage d'un niveau de confort (NCI) à un niveau de confort (NC2) plus élevé tel que défini par ledit programmateur (350) à un temps d'anticipation (t,,) antérieur à un temps présumé (tf) de passage d'une période d'un premier niveau tarifaire vers un second plus élevé, caractérisé en ce que le passage anticipé se fait par paliers de hauteur et de durée prédéterminées, ou déterminables et/ou modifiables par l'utilisateur. 2) Appareil de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée desdits paliers dépend du type d'appareil électrique de chauffage auquel est destiné ledit appareil, et notamment de leur inertie thermique. 3) Appareil de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite durée d'anticipation (d,,) est calculée en considération des deux niveaux de confort (NCI, NC2) au passage considéré. 4) Appareil de commande selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la durée d'anticipation (da) est calculée en fonction de différents paramètres de ladite installation de chauffage. 5) Appareil de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la durée d'anticipation est calculée en fonction de la température extérieure, 6) Appareil de commande selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la durée (d,) qui sépare le temps (tp) de passage d'un niveau de confort (CI) à un niveau de confort élevé (NC2) et l'heure présumée (th) de passage du niveau tarifaire faible (SHI) au niveau tarifaire plus élevé (SH2) est supérieure à une durée maximale l'unité d'anticipation (360) n'effectue pas ladite anticipation, ladite durée dépendant du type d'appareil de chauffage auquel est destiné ledit appareil et, notamment de leur inertie thermique. 7) Appareil de commande selon une des revendications précédentes, adapté pour être utilisé avec plusieurs types d'appareil électrique de chauffage, caractérisé en ce qu'il comporte autant d'unités d'anticipation (360) que de types d'appareil de chauffage. 8) Appareil de commande selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de limitation (370) prévue pour abaisser ou pas le niveau de confort le plus élevé délivré par ladite unité d'anticipation (360) selon le type de la journée tarifaire. 9) Appareil de commande selon la revendication 8, adapté pour être utilisé avec plusieurs types d'appareil électrique de chauffage, caractérisé en ce qu'il comporte autant d'unités de limitation (370) que de types d'appareil de chauffage.