Brevet FR2857553A1 — publié le 20050114

DISPOSITIF, SYSTEME ET PROCÉDÉ DE REGULATION D'UN CHAUFFAGE ELECTRIQUE. La présente invention se rapporte à un dispositif, à un système et à un procédé de régulation d'un chauffage électrique, notamment pour un chauffage utilisant un radiateur. I) L'art antérieur: Il est connu d'équiper un radiateur électrique avec un thermostat destiné à contrôler sa puissance de chauffage afin d'obtenir une température souhaitée dans la pièce comprenant ce radiateur. On a représenté sur la figure 1 un diagramme 100 représentant le fonctionnement d'un tel thermostat, une température souhaitée ayant été fixée manuellement par l'utilisateur du radiateur auquel est associé ce thermostat. On observe alors que le thermostat contrôle le fonctionnement du radiateur en modifiant les durées ou périodes de chauffe (axe des abscisses 102) au cours du temps (axe 104 des ordonnées, en minutes) de façon à ce que ces périodes entraînent la température souhaitée dans la pièce considérée. En d'autres termes, grâce à un capteur de température, le thermostat alterne des périodes actives (chauffe) avec des périodes inactives (arrêt du chauffage) pour régler la température de la pièce. Par ailleurs, il est connu de mesurer l'humidité régnant dans une pièce par l'intermédiaire d'un hydromètre. Par exemple, dans une usine de semiconducteur, un hydromètre permet de connaître l'humidité ambiante afin d'assurer la reproductibilité des semi-conducteurs fabriqués. Finalement, il convient de signaler que la sensation, ou le niveau, de confort d'un individu est fonction de 10 l'humidité ambiante ou environnante de cet individu. De fait, des courbes, dénommées psychométriques, ont été établies pour indiquer le taux d'humidité environnant générant la sensation de confort optimal d'un individu lorsque l'environnement de ce dernier a une température donnée. Sur la figure 2 sont ainsi représentées des courbes psychométriques 200 reliant des taux d'humidité (axe des ordonnées 202) relative (%) ou absolue (en grammes par mètre cube d'air) en fonction de la température de cet environnement (axe des abscisses 204) II) L'invention: 1) L'objet de l'invention: L'invention vise à améliorer les conditions de fonctionnement d'un chauffage électrique, notamment du type radiateur, afin d'améliorer le confort de l'utilisateur d'un tel chauffage. 2)L'invention résulte de diverses constatations empiriques: Selon une première constatation, il est apparu que le respect des conditions d'humidité et de température fixées par les courbes psychométriques dans une pièce fréquentée de façon régulière, telle qu'un lieu de travail ou de résidence, permettait d'améliorer sensiblement le confort des personnes fréquentant cette pièce. Un tel sentiment de confort entraîne généralement une baisse de la température de consigne requise par l'utilisateur 5 du radiateur, comme détaillé ultérieurement, ce qui permet de réduire le coût du chauffage tout en améliorant le confort dans la pièce. Selon une seconde constatation, il est apparu que la température et/ou l'humidité d'une pièce fréquentée régulièrement varie fortement et rapidement en fonction de, notamment, le nombre de personnes présentes dans cette pièce, de la météorologie environnante et/ou de la nature des activités qui se déroulent dans la pièce. Par exemple, la présence ou l'absence de vapeur d'eau dans une salle de bain ou dans une cuisine, la pratique d'un sport ou la présence d'animaux modifie peut doubler le taux d'humidité dans une pièce, voire saturer cette dernière en humidité. De fait, un individu génère, en respirant, plusieurs 20 litres d'air saturés en humidité par minute. Selon une dernière constatation, il est apparu que les atmosphères environnantes de nombreux individus ne sont régulées qu'en fonction de leur température tandis que, comme montré ci-dessus, le taux d'humidité de cette atmosphère est un facteur essentiel pour leur confort. 3) L'invention: L'invention concerne un dispositif de régulation d'un chauffage électrique, ce dispositif régulant le chauffage à l'aide d'une consigne, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déterminer la consigne en fonction d'une mesure de l'humidité ambiante. Grâce à un dispositif conforme à l'invention, on peut contrôler de façon automatique la température d'une pièce par un chauffage électrique en l'asservissant à la mesure de l'humidité de cette pièce de façon à maintenir l'environnement dans des conditions de température et d'humidité optimales pour le confort de ses occupants, par exemple au moyen de courbes psychométriques. Ainsi, dans un dispositif conforme à l'invention, le paramètre pris en compte pour contrôler la température d'une pièce est le niveau de confort choisi par l'utilisateur, ce niveau de confort étant identifié dans le dispositif par un couple de valeurs en humidité et en température. De plus, comme précédemment indiqué, on réalise alors un gain de consommation électrique qui permet de réduire le coût du chauffage. De fait, un dispositif conforme à l'invention permet de maintenir un individu dans une atmosphère confortable indépendamment de ses variations de température et d'humidité de telle sorte que cet individu modifiera moins fréquemment la consigne de chauffe de son chauffage par rapport à un dispositif de chauffage selon l'art antérieur. A cet effet, il convient de souligner que ces modifications visent généralement à augmenter la consigne de chauffe car, en moyenne, un individu tend à préférer une atmosphère surchauffée par rapport à une atmosphère sous-chauffée. En outre, la réduction des variations de consigne 25 permet, de façon intrinsèque, une meilleure gestion du chauffage et un confort accru pour l'utilisateur qui n'est pas sollicité pour effectuer ces variations. Il convient de souligner que, de façon à priori surprenante, un dispositif conforme à l'invention peut modifier une température ou une puissance de chauffe initialement commandée lorsque les conditions d'humidité varient après cette commande. Dans ce cas, le fonctionnement du chauffage est assuré de telle sorte que l'utilisateur ne soit pas incommodé par cette modification mais, au contraire, de telle sorte que cet individu est placé dans un environnement plus confortable par rapport à l'art antérieur. Finalement, il est important de noter que des paramètres ambiants, autres que la température et l'humidité, peuvent être pris en compte pour améliorer le niveau de confort d'un individu dans son environnement, tels que la présence de rayonnement, le mouvement et/ou la qualité de l'air ambiant. Toutefois, la prise en compte des seuls paramètres de température et d'humidité ambiantes, conformément à l'invention, permet d'atteindre un niveau de confort satisfaisant avec des moyens simples. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour déterminer la consigne en déterminant une puissance et/ou des durées de chauffe. Selon une réalisation, le dispositif comprend des moyens, telles qu'une carte électronique, pour stocker des courbes identifiant des couples de valeurs de température et de valeurs de taux d'humidité et des moyens pour déterminer la consigne en fonction d'au moins une de ces courbes. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens pour qu'un utilisateur puisse sélectionner, de façon manuelle, une courbe contrôlant le fonctionnement du radiateur et/ou des moyens pour que cette sélection s'effectue de façon automatique. Selon une réalisation, le dispositif comprend des moyens pour que la courbe soit considérée contrite une droite telle que la température est linéairement fonction du taux d'humidité. Dans une réalisation, le dispositif comprend des moyens pour modifier, avec une fréquence prédeterminée, la température de consigne en fonction du taux d'humidité mesuré en temps réel. L'invention concerne aussi un chauffage électrique muni d'un dispositif de régulation de la température de chauffe en fonction de la température ambiante, ce chauffage étant caractérisé en ce que le dispositif est conforme à l'une des réalisations précédentes. L'invention concerne aussi un système de chauffage électrique qui est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des réalisations précédentes ainsi qu'un capteur d'humidité et un capteur de température destinés à informer le dispositif de la température et de l'humidité environnante. Dans une réalisation, les communications entre les 10 capteurs et le dispositif s'effectuent par voie filaire et/ou par un système radio. L'invention concerne aussi un procédé de régulation de la température d'un pièce chauffée par un chauffage électrique qui est caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif conforme à l'une des réalisations précédentes, un chauffage conforme à la réalisation précédente et/ou un système de chauffage conforme à l'une des revendications précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description effectuée ci-dessous de réalisations de cette dernière effectuée à titre descriptif et non limitatif en faisant références aux figures ci-jointes sur lesquelles: - La figure 1, déjà décrite, représente le 25 fonctionnement du thermostat d'un radiateur électrique classique, La figure 2, déjà décrite, représente des courbres psychométriques, - Les figure 3a et 3b représentent des variations de 30 température et de puissance de chauffe pour un radiateur conforme à l'invention, - La figure 4 représente un système de contrôle d'un radiateur électrique conforme à l'invention, - Les figures 5a et 5b représentent des mesures relatives au fonctionnement d'un dispositif conforme à l'invention, et - La figure 6 représente des courbes de variation de 5 température et d'humidité dans une pièce chauffée selon l'invention. Sur la figure 3a est montré un exemple de variation de la puissance de chauffe d'un radiateur conforme à l'invention au cours d'une journée (période de 24 heures, axe des abscisses 300), cette puissance étant exprimée en pourcentage de la puissance totale du chauffage utilisée (axe des ordonnées 302). On observe alors que cette puissance évolue de façon continue et mesurée, traduisant une bonne gestion de la puissance de chauffe du radiateur, autour d'une valeur moyenne de 45%. Pendant cette même période, la température de l'environnement concerné a varié entre 15,75 degré Celsius et 16,10 degré Celsius (figure 3b) en fonction de l'humidité de la pièce conformément à l'invention. En d'autres termes, la consigne de fonctionnement du radiateur, gérée automatiquement par des moyens tels qu'un logiciel, n'impose pas une température donnée mais varie en fonction du taux d'humidité, en accord avec l'importance que le taux d'humidité joue dans le confort des individus comme identifiée par l'invention. Un système 400 conforme à l'invention est décrit ci-dessous à l'aide de la figure 4, ce système comprenant notamment un capteur 402 d'humidité et une sonde 405 de température équipant un radiateur 406. Ainsi, lorsque l'humidité %H varie dans la pièce 414 muni de ce système 400, cette variation est détectée par le capteur 402 d'humidité puis transmise à un microcontrôleur 404 qui commande la consigne 420 du radiateur 406 auquel il est associé afin de contrôler le fonctionnement de ce dernier de telle sorte que des conditions de température et d'humidité environnantes optimales soient obtenues dans la pièce 414. Pour cela, le microcontrôleur 404 comprend des moyens 408, tels qu'un logiciel, pour mémoriser et utiliser des courbes psychométriques ou d'isoconfort 410 afin maintenir les fonctionnement du radiateur selon une de ces courbes 410. Pour cela, ces moyens 408 prennent en compte les valeurs mesurées de température C et d'humidité H% dans la pièce pour déterminer la puissance P et les durées t de chauffe de chauffe en fonction d'une courbe d'iso-confort sélectionnée par l'utilisateur au moyen d'une consigne 413 détaillée ultérieurement. Ainsi, l'occupant 412 garde une sensation de confort vis-à-vis de son environnement dans la pièce 414, dans laquelle est située le système, sans qu'il n'ait à modifier la température de consigne du radiateur malgré les changements d'humidité de la pièce dus, par exemple, à une activité dans la pièce ou à une modification de la météorologie locale. Pour cela, le microcontrôleur 404 est, par exemple, situé sur une carte électronique 416, muni des moyens 408 et associé au capteur d'humidité 402 et à la sonde de température 406. Ce microcontrôleur 404 contrôle aussi les communications 409 avec un capteur d'humidité 402' qui est placé 25 à distance vis-à-vis du radiateur 406. De fait, en fonction de la réalisation de l'invention utilisée, un capteur 402 d'humidité situé dans le radiateur, ce qui permet de réduire le coût du système, et/ou un capteur 402' d'humidité, situé à distance du radiateur, est utilisé. En d'autres termes, l'invention couvre un système combinant un ou plusieurs capteurs, situés ou non dans le radiateur. Les communications transmises par un capteur 402 et/ou 402' comprennent les informations nécessaires à la régulation de la puissance P du chauffage et de la durée t des périodes de chauffe, ces communications se faisant via un fil ou au moyen d'ondes électromagnétiques tels que des ondes radio. A ce titre, il convient de signaler que, dans une réalisation non représentée, un capteur de température distant 5 du radiateur 406 est utilisé. Plusieurs courbes psychométriques 410 (courbes liant l'humidité à la température) sont programmées dans le microcontrôleur grâce à un logiciel. Ainsi, l'utilisateur peut choisir à l'aide d'un 10 sélecteur manuel 413 sur quelle courbe psychométrique il souhaite se placer. Par ailleurs, il convient de noter que, dans la zone de confort identifiée, on peut assimiler les courbes psychrométriques à des droites, ce qui facilite la programmation du dispositif. Le diagramme 500 représenté à la figure 5a montre un autre avantage de l'invention en indiquant les taux d'humidité mesurés lorsqu'une pièce est chauffée à l'aide d'un dispositif conforme à l'invention (valeurs 502) et lorsque cette pièce est chauffée à l'aide d'un dispositif classique (valeurs 504). De fait, on constate alors que, en contrôlant la température, on modifie indirectement le taux d'humidité de telle sorte que ce dernier peut être maintenu dans une zone de confort comprenant des taux d'humidité situés entre 40 et 60%. En d'autres termes, il existe une influence entre la température présente dans une pièce et son taux d'humidité. En outre, on constate aussi que la distribution des taux d'humidité mesurés dans un pièce équipée d'un chauffage conforme à l'invention est plus étroite que dans une pièce équipé d'un chauffage selon l'art antérieur. Une telle différence reflète la meilleure gestion des conditions environnantes par un chauffage conforme à l'invention qui permet de limiter les variations de ces conditions environnantes. Par ailleurs, on a représenté sur la figure 5b un ensemble de points 550 représentant des couples de valeurs de température (axe 552 des abscisses) et d'humidité (axe 554 des ordonnées) mesurées lorsque la consigne de fonctionnement d'un radiateur est contrôlée avec un dispositif de régulation conforme à l'invention, c'est-à-dire en fonction de la température et de l'humidité. On constate alors que ces mesures se situent selon une droite. De fait, les courbes d'iso-confort peuvent être assimilées à des portions de droites dans les plages d'utilisation généralement requises, facilitant ainsi leur utilisation. Il est apparu que ces mesures sont extrêmement reproductibles sur différents jours car, l'environnement étant contrôlé suivant deux paramètres (température et humidité) contrairement au seul contrôle au moyen de la température selon l'art antérieur, cet environnement est plus facilement reproductible. Dès lors, le confort d'un individu est accru sur une longue période car il est placé dans un environnement auquel il s'est habitué, cet environnement correspondant à une courbe d'iso-confort.. Dans cette réalisation, un dispositif conforme à l'invention comprend des moyens pour contrôler et déterminer la consigne de fonctionnement du radiateur en fonction du taux d'humidité mesurée en temps réel , c'està-dire avec une fréquence de l'ordre de la dizaine de seconde, afin de modifier la consigne de température en fonction des modifications du taux d'humidités détectées, notamment, lors du chauffage de la pièce. Une telle corrélation est montrée à l'aide de la figure 6 qui représente les variations du taux d'humidité (courbe 602), tendant vers une valeur correspondant à la température de consigne vers laquelle tend la pièce (courbe 604). La présente invention est susceptible de nombreuses variantes. Ainsi, les moyens de contrôle du radiateur peuvent être commandés à distance par tout type de système de communication, par exemple via un réseau téléphonique, de telle sorte que l'utilisateur puisse commander un chauffage avant d'être présent dans la pièce comprenant ce chauffage. Par ailleurs, il convient de signaler que l'invention s'applique à tout type de chauffage électrique, et notamment pour des radiateurs à convecteurs ou pour des radiateurs radiants. REVENDICATIONS 1. Dispositif (404) de régulation d'un chauffage électrique (406), ce dispositif régulant le chauffage à l'aide d'une consigne (420), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (408) pour déterminer cette consigne (420) en fonction de l'humidité ambiante. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (408) pour déterminer la consigne (420) en déterminant une puissance (P) et/ou des durées (t) de chauffe. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (408), par exemple stockés dans une carte électronique (416), pour mémoriser des courbes (410) identifiant des couples de valeurs de température et de valeurs de taux d'humidité et des moyens pour déterminer la consigne (420) en fonction d'au moins une de ces courbes. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (408) pour qu'un utilisateur puisse sélectionner, de façon manuelle, une courbe (410) contrôlant le fonctionnement du radiateur (406) et/ou des moyens pour que cette sélection s'effectue de façon automatique. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (404) pour que la courbe soit considérée comme une droite telle que la température est linéairement fonction du taux d'humidité. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour modifier avec une fréquence prédeterminée la consigne (420) en fonction du taux d'humidité. 2857553 13 7. Chauffage électrique muni d'un dispositif de régulation de la température de chauffe en fonction de la température ambiante caractérisé en ce que le dispositif est conforme à l'une des revendications 1 à 6. 8. Système de chauffage électrique caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications précédentes ainsi qu'un capteur (402;402') d'humidité et une sonde (405) de température destinés à informer le dispositif de la température et de l'humidité environnante. 9. Système selon la revendication 7 caractérisé en ce que des communications entre un capteur (402; 402' ; 405) et le dispositif s'effectuent par voie filaire et/ou par un système radio. 10. Procédé de régulation de la température d'un pièce chauffée par un chauffage électrique caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 6, un chauffage conforme à la revendication 7 et/ou un système conforme aux revendications 8 ou 9.