Brevet FR2812073A1 — publié le 20020125

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GESTION DE LA PUISSANCE DE CHAUFFE D'UN OU DE PLUSIEURS RADIATEURS PLACES DANS UNE PIECE MUNIE D'UNE OUVERTURE SUR L'EXTERIEUR DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé pour gérer la puissance de chauffe d'un ou de plusieurs radiateur(s) placé(s) dans une pièce ayant au moins une ouverture sur l'extérieur. Elle concerne également le dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. L'invention trouve des applications dans le domaine du chauffage et, en particulier, du chauffage électrique chez les particuliers ou dans les entreprises, o les fenêtres et/ou portes donnant sur l'extérieur sont susceptibles de rester un long moment ouvertes. Etat de la technique L'habitude sociale veut que les particuliers aèrent régulièrement leur logement, pour en renouveler l'air. Des études montrent que les fenêtres (ou les portes) sont ouvertes quotidiennement pour aérer, au moins une heure chaque jour, même en hiver. B 13566.4 BM Lors de ces ouvertures, les chauffages munis de thermostats se mettent à fonctionner à une puissance supérieure à la normale, pour " compenser > l'air frais entré dans la pièce. Cela entraîne une surconsommation d'énergie de chauffage. Ce phénomène est encore amplifié lorsqu'il s'agit d'un chauffage électrique. En effet, le chauffage électrique présente une bonne dynamique de sa régulation. Autrement dit, lors de l'ouverture d'une fenêtre ou d'une porte, le chauffage électrique se met à sa puissance de chauffe maximale très rapidement, ce qui entraîne une surconsommation électrique inutile. Pour éviter ces surconsommations, la plupart des personnes préfèrent couper le chauffage lors de l'ouverture d'une fenêtre ou d'une porte, puis le remettre en marche lors de la fermeture de la fenêtre ou de la porte. Cette nécessité de couper, puis de remettre en marche le chauffage est une contrainte pour les utilisateurs. Pour éviter cette contrainte aux utilisateurs, il est possible de munir chaque ouverture (fenêtre ou porte) donnant sur l'extérieur de contacteurs du type contacts de feuillure. Ceux-ci détectent, mécaniquement, l'ouverture d'une porte ou d'une fenêtre et commandent alors l'arrêt du chauffage, c'est-à-dire la coupure de l'alimentation électrique du radiateur. Ce système présente l'inconvénient de nécessiter des liaisons filaires entre les contacteurs et le convecteur, ce qui, d'une part, est inesthétique B 13566.4 BM et, d'autre part, entraîne des coûts d'installation importants. Exposé de l'invention L'invention a justement pour objet de remédier aux inconvénients de la technique décrite précédemment. A cette fin, elle propose un procédé et un dispositif intégré (c'est-à-dire " sans fil ") permettant de détecter l'ouverture, puis la fermeture d'une porte ou d'une fenêtre donnant sur l'extérieur et de commander la puissance de chauffe du radiateur en fonction de ce qui a été détecté. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de gestion de la puissance de chauffe d'au moins un radiateur situé dans une pièce munie d'au moins une fenêtre ou porte, caractérisé en ce qu'il consiste à: choisir un écart de température seuil; - mémoriser la température de la pièce pendant un intervalle de temps tO; - déterminer un écart de température entre l'instant présent et le début de l'intervalle de temps tO; - dès que l'écart de température devient supérieur à l'écart de température seuil, alors considérer qu'il y a ouverture d'une porte ou fenêtre et diminuer la puissance de chauffe du radiateur; - surveiller l'évolution de la température dans la pièce pendant un intervalle de temps te; et B 13566.4 BM si la température augmente pendant ce temps te, alors considérer que la porte ou fenêtre est refermée et augmenter la puissance de chauffe du radiateur. Avantageusement, le procédé consiste: - à choisir un second écart de température seuil, inférieur au premier écart de température; et - à vérifier si l'écart de température après le temps te est compris entre le premier et le second écarts de température seuil et, si c'est le cas, à attendre un temps complémentaire tc, puis à vérifier, à la fin de ce temps tc, l'évolution de la température; et - si la température n'a pas augmenté pendant ce temps tc, alors diminuer la puissance de chauffe du radiateur. Dans un mode de réalisation préféré, le procédé de l'invention consiste à: - choisir une durée d'ouverture de sécurité d, avec d >> te; et lorsqu'aucune diminution de l'écart de température n'a été détectée après cette durée d, alors augmenter la puissance de chauffe pendant un temps imposé tf et vérifier alors si l'écart de température diminue: si ce n'est pas le cas, alors diminuer à nouveau la puissance de chauffe du radiateur. Selon ce procédé, il est possible de déterminer une puissance de chauffe maximale en fonction de la puissance de chauffe moyenne calculée sur un large intervalle de temps. Les étapes d'augmentation de la puissance de chauffe peuvent alors B 13566.4 BM consister à porter le radiateur à sa puissance de chauffe maximale et les étapes de diminution de la puissance de chauffe à mettre le radiateur à l'arrêt. L'invention concerne également le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif comporte: - une sonde fixée sur le radiateur pour mesurer la température ambiante de la pièce; - des moyens de calcul d'au moins un écart de température pendant un intervalle de temps te; et - des moyens de commande de la puissance de chauffe du radiateur, en fonction de l'écart de température déterminé. Avantageusement, le radiateur est un radiateur électrique. Selon un mode de réalisation, les moyens de calcul consistent en un microcontrôleur intégré sur chaque radiateur. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de calcul consistent en un ordinateur pilotant les moyens de commande d'un ou de plusieurs radiateurs. Brève description des figures - La figure 1 représente schématiquement le dispositif de l'invention; la figure 2 représente le diagramme fonctionnel montrant les différentes étapes du procédé de l'invention; et B 13566.4 BM - les figures 3A et 3B représentent, sous forme de signaux électriques, des exemples d'ouverture et de fermeture d'une porte et d'une fenêtre, ainsi que le fonctionnement du radiateur en fonction de ces ouvertures et fermetures de fenêtre et porte. DescriDtion détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention propose un dispositif intégré, c'est-à-dire " sans fil ", permettant de gérer la puissance de chauffe d'un radiateur, ou de plusieurs radiateurs, lors de l'ouverture et de la fermeture des fenêtres et/ou portes d'une pièce d'un logement. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le dispositif de base de l'invention. Ce dispositif comporte un radiateur 1, muni d'une sonde 2 permettant de mesurer la température ambiante de la pièce dans laquelle est placé le radiateur. Toute la description qui va suivre sera donnée pour un dispositif de chauffage de type électrique, dans lequel le radiateur peut être un convecteur, un panneau rayonnant ou tout autre radiateur dit La sonde de ce dispositif est une sonde isolée dans une gaine plastique, c'est-à-dire présentant un double isolement, telle qu'une sonde CTN 10k à double isolement. De préférence, la sonde est placée en bas du radiateur à une extrémité latérale, de façon à ne pas subir le flux d'air chaud émis par le radiateur. B 13566.4 BM Le dispositif de l'invention comporte, en outre, des moyens de commande de la puissance de chauffe du radiateur. Comme on le verra plus en détail par la suite, ces moyens de commande peuvent être simplement un dispositif de marche/arrêt 3, ou bien un variateur 4, ou les deux. Le dispositif comporte également des moyens de calcul permettant de calculer l'écart de température entre l'instant présent et un instant tO, et de vérifier si cet écart de température est inférieur, supérieur ou bien égal à un écart de température prédéterminé, appelé " écart seuil ". Le détail des calculs effectués par ces moyens de calcul sera décrit ultérieurement, lors de la description du procédé de l'invention. Ces moyens de calcul peuvent être, comme c'est le cas sur la figure 1, un microcontrôleur 5, intégré sur le radiateur. Ce microcontrôleur est connecté directement aux moyens de commande du radiateur. Dans une variante de l'invention, il est possible de placer, dans un même logement, plusieurs radiateurs munis chacun d'une sonde. Les informations relevées par chaque sonde sont alors fournies à un même moyen de calcul qui peut être un ordinateur de type PC; c'est, alors, l'ordinateur qui effectue les calculs d'écarts de température, pour chaque radiateur, et qui pilote les moyens de commande de chaque radiateur. Sur la figure 2, on a représenté le diagramme fonctionnel montrant les différentes étapes B 13566.4 BM du procédé de l'invention. Plus précisément, on a représenté, en trait plein, les étapes essentielles au procédé de l'invention et, en pointillés, les étapes d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Le procédé de l'invention consiste, d'une façon générale, à déterminer un écart de température pendant un certain temps, à vérifier si cet écart de température est supérieur à un seuil prédéterminé et, à en déduire, s'il y a ouverture ou non d'une fenêtre ou d'une porte. Pour faciliter la description du procédé de l'invention, on considèrera que la pièce comporte une seule fenêtre ouvrant sur l'extérieur et une porte ouvrant sur un couloir intérieur au logement; on considèrera également que la pièce ne comporte qu'un seul radiateur électrique. De façon plus précise, le procédé de l'invention consiste à choisir (étape 10) un écart de température seuil ATs, ainsi qu'un premier intervalle de temps tO permettant de déterminer s'il y a eu une ouverture sur l'extérieur et un second intervalle de temps (te) permettant de déterminer si cette ouverture a été refermée. Le procédé de l'invention consiste ensuite en une étape 11 de mémorisation de la température ambiante de la pièce T pendant l'intervalle de temps tO. Il consiste ensuite à calculer l'écart de température AT entre l'instant présent t et le début de l'intervalle de temps tO. Par exemple, tO peut être fixé à 10 minutes avec une prise de température toutes B 13566.4 BM les 30 secondes ou toutes les minutes, de façon à mémoriser la température mesurée 10 minutes avant l'instant présent. Le procédé de l'invention consiste ensuite en une étape de test 13 qui consiste à vérifier si l'écart de température calculé AT est supérieur à l'écart de température seuil ATs prédéfini. Si ce n'est pas le cas, alors le procédé considère que la fenêtre est fermée (bloc 17) et le procédé se reboucle sur le début de l'étape 11. Au contraire, si le résultat du test 13 est positif, c'est-à-dire si AT > ATs, alors le procédé considère que la fenêtre est ouverte et les moyens de calculs commandent l'arrêt du chauffage, à l'étape 14. Il est à noter que dans la description de la figure 2, on considère que lorsqu'une fenêtre est ouverte, le chauffage doit être arrêté et lorsque la fenêtre est refermée, le chauffage doit être remis en marche. Il est bien entendu que, comme cela a été expliqué précédemment, le radiateur peut simplement subir une diminution de sa puissance de chauffe (au lieu d'un arrêt total), lorsque la fenêtre est détectée ouverte et, au contraire, une augmentation de sa puissance de chauffe (au lieu d'une remise en marche) lorsque le fenêtre est refermée. Ce choix dépend de l'application envisagée. Lorsqu'une fenêtre a été détectée comme ouverte et que le chauffage a été arrêté (ou la puissance de chauffe du radiateur diminuée), il faut détecter la fermeture de cette fenêtre ouverte. Pour B 13566.4 BM cela, le procédé prend en compte le fait que les murs ont une constante de temps importante, qui peut être de heures minimum pour un bâtiment neuf et plus pour un bâtiment ancien. Ainsi, lorsqu'une fenêtre est ouverte, l'air ambiant de la pièce est rapidement refroidi; par contre, les murs, du fait de leur constante de temps, ne refroidissent pas aussi rapidement. Ainsi, lors de la fermeture de la fenêtre, les murs restituent leur chaleur, ce qui donne lieu à une remontée de température dans la pièce. Le procédé de l'invention propose donc de surveiller l'évolution de la température sur un intervalle de temps te. Si la remontée en température est significative, on considère que la fenêtre a été refermée et donc que le chauffage peut être remis en marche. Pour cela, le procédé de l'invention consiste à surveiller, à l'étape 15, l'évolution de la température T dans la pièce pendant un intervalle de temps te. Si cette température T augmente pendant ce temps te, c'est-àdire si T(t) > T(t-te), alors on considère que le fenêtre a été refermée (étape 16) et le chauffage est remis en marche. Si la température T n'a pas augmenté, alors le procédé se reboucle au niveau du test 15, jusqu'à ce que la réponse soit oui. Une alternative à ce rebouclement du test 15 sera expliquée ultérieurement. Le procédé, qui vient d'être décrit, correspond à un programme économique de base. L'invention propose un programme, dit de confort, qui permet d'améliorer la gestion de l'ouverture des fenêtres et des portes d'une pièce dans B 13566.4 BM le sens o elle permet de ne pas détecter l'ouverture d'une porte (ou d'une fenêtre), donnant sur un couloir intérieur au logement. En effet, lorsqu'une porte s'ouvre sur un couloir, il y a détection d'un écart de température, mais celui-ci est plus faible que dans le cas d'une ouverture sur l'extérieur. Le procédé de l'invention propose donc de vérifier si l'écart de température calculé entre l'instant t et le début de l'intervalle tO est significatif d'une ouverture sur l'extérieur, en comparant cet écart avec deux écarts seuils ATs et ATs'. Par exemple, l'écart seuil ATs peut être choisi égal à 1,5 et l'écart seuil ATs' égal à 0,5, de sorte que tout écart inférieur à 0,5 C n'est pas considéré comme significatif. Sur la figure 2, on a représenté, en pointillés, les étapes du procédé de l'invention, correspondant à cette variante. Cette variante comporte, en plus des étapes 10 à 17, une étape 20 de choix d'un second écart de température seuil ATs' (avec ATs' Les autres étapes de cette variante sont introduites après le test 13, consistant à vérifier, à l'étape 21, si l'écart de température calculé AT est supérieur au premier écart de température seuil ATs. On a vu précédemment que si AT > ATs, alors on considère que la fenêtre est ouverte. On va voir maintenant que si AT n'est pas supérieur à ATs, on vérifie, à l'étape 21, si cet écart de température AT est compris entre le B 13566.4 BM premier écart de température seuil ATs et le second écart de température seuil ATs'. Si ce n'est pas le cas, c'est-à-dire si l'écart de température calculé AT est à la fois inférieur à ATs et inférieur à ATs', alors on considère que la fenêtre est fermée et le procédé est rebouclé sur le début de l'étape 11. Par contre, si l'écart de température AT est compris entre le second écart de température seuil ATs' et le premier écart de température seuil ATs, alors le procédé de l'invention consiste à attendre un temps tc (étape 22), puis à vérifier si la température a augmenté pendant le temps tc (étape 23). Si ce n'est pas le cas, alors on considère, à l'étape 24, que l'écart de température est dû à l'ouverture de la porte donnant sur un couloir intérieur et le procédé se reboucle sur le début de l'étape 11 de mémorisation des températures. Si le test 23 est positif, alors on considère que la fenêtre est ouverte et que le procédé se poursuit par l'étape 14, comme pour le programme économique. Le procédé de l'invention propose une variante supplémentaire permettant de mettre en marche forcée le chauffage pendant un certain temps (par exemple au-delà d'une heure), lorsque la fenêtre est ouverte depuis une durée considérée comme anormale. Autrement dit, si au bout d'une durée d (avec d >> te) la fenêtre est toujours considérée comme ouverte, le procédé propose de remettre en marche forcée le B 13566.4 BM chauffage pendant une courte durée, qui peut être de 5 à 10 minutes, par exemple. Plus précisément, cette variante du procédé de l'invention consiste, tout d'abord, à choisir et à mémoriser, dans un timer, une durée de sécurité d, puis à vérifier que: lorsqu'aucune diminution de l'écart de température AT n'a été détectée pendant cette durée d, alors le chauffage est mis en marche forcée pendant un intervalle de temps imposé tf (qui peut être, par exemple, de 5 à 10 minutes); le procédé consiste ensuite à regarder si la température augmente pendant ce temps tf. Si la température ambiante ne remonte pas, alors on considère que la fenêtre est toujours ouverte et le chauffage est arrêté. Au contraire, si la température remonte, alors on considère que la fenêtre a été refermée et le chauffage reste en marche. Par exemple, on peut considérer que la remontée en température est significative, dès lors qu'elle atteint 2 C. Dans les applications o le radiateur est soit à l'arrêt soit en fonctionnement maximal, le procédé de l'invention propose de brider la puissance de chauffe du radiateur, c'est-à-dire de limiter la puissance maximale d'émission du radiateur. Pour cela, le procédé de l'invention propose de stocker, dans une mémoire, différents points de fonctionnement du radiateur, c'est-à-dire les valeurs de la puissance de chauffe du radiateur à différents instants, pendant un intervalle de temps assez important (par exemple, de l'ordre de 2 à 3 heures). A partir de ces données, un taux de fonctionnement moyen est calculé. Le radiateur B 13566.4 BM est alors autorisé à chauffer à un taux maximal proportionnel au taux de fonctionnement moyen. Par exemple, le taux de chauffe maximal imposé peut être égal au taux moyen, plus 15 %. Un tel bridage de puissance permet de limiter la puissance du radiateur en cas de non détection d'ouverture de fenêtre (par exemple en mi-saison). Sur les figures 3A et 3B, on a représenté des séquences de tests, respectivement, dans le cas du programme économique et dans le cas du programme de confort. Sur ces figures, on a représenté, en abscisse, le temps et, en ordonnée, la température. La courbe Cl montre la température ambiante de la pièce, c'est-à-dire la température mesurée par la sonde du radiateur, lorsque la fenêtre est ouverte et/ou fermée. Cette courbe Cl montre que, entre les points Pi et P2, la fenêtre est ouverte, entre les points P2 et P3, la fenêtre est refermée et entre les points P3 et P4, la fenêtre est de nouveau ouverte. La courbe C2 montre le fonctionnement du radiateur, en fonction de l'évolution de la température de la pièce. Lorsque la courbe C2 est sinusoïdale, cela signifie que le radiateur émet de la chaleur; lorsque la courbe C2 est plate, cela signifie que le radiateur est arrêté. L'ouverture de la fenêtre au point P1, sur la courbe Cl, est détectée à l'instant tl; le radiateur est alors arrêté. Au temps t2, le radiateur est mis en marche forcée, par le timer, pour vérifier B 13566.4 BM que la fenêtre est réellement toujours ouverte. Au temps t3, il y a confirmation que la fenêtre est toujours ouverte; le chauffage est à nouveau arrêté. Au temps t4, la fermeture de fenêtre est détectée (point P4 sur la courbe Cl); le chauffage est alors remis en marche, avec bridage de la puissance. Sur la figure 3B, on a représenté l'évolution de la température ambiante par la courbe C3 et le fonctionnement du radiateur par la courbe C4. Sur la figure C3, le point P5 correspond à l'ouverture d'une porte intérieure; dans ce cas, un écart de température est détecté, mais il est relativement faible. On voit alors, sur la courbe C4, que le chauffage est en fonctionnement depuis l'instant t5 o l'ouverture de la porte a été détectée jusqu'au temps t6, o une chute de température est détectée; le radiateur est alors mis en arrêt. A l'instant t7, le radiateur est à nouveau mis en marche forcée (sans bridage de puissance), par le timer, pour vérifier que la fenêtre est effectivement toujours ouverte; la confirmation de la fenêtre toujours ouverte est donnée à l'instant t8; le radiateur est donc de nouveau mis à l'arrêt, puis à l'instant t9, le dispositif détecte une nouvelle montée en température (point P7), ce qui signifie que la fenêtre vient d'être refermée. Le chauffage est donc remis en marche. B 13566.4 BM REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion de la puissance de chauffe d'au moins un radiateur (1) situé dans une pièce munie d'au moins une fenêtre ou porte, caractérisé en ce qu'il consiste à: - choisir (10) un écart de température seuil (ATs); - mémoriser (11) la température ambiante (T) de la pièce pendant un premier intervalle de temps (tO); - déterminer (12) un écart de température (AT) entre l'instant présent (t) et le début de l'intervalle de temps (tO); - dès que l'écart de température (AT) devient supérieur à l'écart de température seuil (AT > ATs), alors considérer (14) qu'il y a ouverture d'une porte ou fenêtre et diminuer la puissance de chauffe du radiateur; - surveiller (15) l'évolution de la température (T) dans la pièce pendant un intervalle de temps (te); et si la température (T) augmente pendant ce temps te, alors considérer (16) que la porte ou fenêtre est refermée et augmenter la puissance de chauffe du radiateur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste: B 13566.4 BM - à choisir (20) un second écart de température seuil (ATs'), inférieur au premier écart (ATs); et - à vérifier (21) si l'écart de température (AT) après le temps te est compris entre ATs et ATs' et, si c'est le cas, à attendre (22) un temps complémentaire (tc), puis à vérifier (23), à la fin de ce temps tc, l'évolution de l'écart de température ambiante (T); et si la température (T) n'a pas augmenté pendant ce temps tc, alors diminuer la puissance de chauffe du radiateur. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à: - choisir une durée d'ouverture de sécurité d, avec d >> te; et lorsqu'aucune diminution de l'écart de température AT n'a été détectée après cette durée d, alors augmenter la puissance de chauffe pendant un temps imposé (tf) et vérifier si l'écart AT diminue: si ce n'est pas le cas, alors diminuer à nouveau la puissance de chauffe du radiateur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer une puissance de chauffe maximale en fonction de la puissance de chauffe moyenne calculée sur un large intervalle de temps. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les étapes d'augmentation de la B 13566.4 BM puissance de chauffe consistent à porter le radiateur à sa puissance de chauffe maximale. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les étapes de diminution de la puissance de chauffe consistent à mettre le radiateur à l'arrêt. 7. Dispositif de gestion de la puissance de chauffe d'au moins un radiateur (1) situé dans une pièce munie d'au moins une porte ou fenêtre, caractérisé en ce qu'il comporte: - une sonde (2) fixée sur le radiateur pour mesurer la température ambiante de la pièce; - des moyens de calcul (5) d'au moins un écart de température pendant un intervalle de temps (te); et - des moyens de commande (3, 4) de la puissance de chauffe du radiateur, en fonction de l'écart de température déterminé. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le radiateur est un radiateur électrique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de calcul consistent en un microcontrôleur intégré sur chaque radiateur. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de calcul consistent en un ordinateur pilotant les moyens de commande d'un ou de plusieurs radiateurs. B 13566.4 BM