Brevet FR2871332A1 — publié le 20051209

PROCEDE DE REGULATION AUTOMATIQUE DE LA PUISSANCE D'APPAREILS DE CHAUFFAGE ET DISPOSITIF ASSOCIE. La présente invention a pour objet un procédé de régulation automatique de la puissance d'appareils de chauffage, lesdits appareils comportant chacun plusieurs éléments chauffants notamment par convection, par rayonnement ou par accumulation, ainsi que le dispositif associé. De manière générale, les appareils de chauffage sont commandés par un thermostat qui permet de réguler la température dans le local chauffé en fonction d'une température de consigne Tc et des déperditions du local. Ainsi, dès que la température atteint une valeur seuil Ts, légèrement inférieure à Tc, le thermostat commande le fonctionnement desdits appareils qui chauffent alors le local jusqu'à ce que la température atteigne la valeur de consigne Tc, le thermostat commandant alors l'arrêt desdits appareils. Selon un mode de fonctionnement perfectionné, le thermostat peut comprendre une horloge, et avoir plusieurs températures de consigne en fonction du temps. Ainsi, durant la journée la température de consigne Tc peut être égale à 20 C alors que la nuit, la température de consigne Tc' peut avoir une valeur inférieure, de l'ordre de 16 C. Afin de réduire la consommation énergétique des appareils de chauffage, l'invention propose un procédé de régulation automatique de la puissance d'appareils de chauffage qui permet de réduire sensiblement les coûts d'utilisation desdits appareils. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de régulation automatique de la puissance d'appareils de chauffage comprenant un thermostat (2) susceptible de commander au moins deux éléments chauffants (3) afin de maintenir la température ambiante à une température de consigne Tc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes qui consistent: a) à ne rien faire tant que la température ambiante est supérieure à une température seuil Ts, puis dès que la température ambiante devient inférieure à Ts: - à mesurer la température T(t0) ambiante à un instant tO et la mémoriser, - a) à déclencher la mise en marche du premier élément chauffant (3.1), appelé point chaud, - à initialiser un compteur C à 0, à mesurer la température T(t + dt) ambiante à un instant t + dt, - à tester si T(t + dt) - T(t) est inférieure à un seuil S, et incrémenter le compteur C de une unité dans ce cas, - b) à déclencher la mise en marche du deuxième élément chauffant (3.2) à un taux de marche intermédiaire, si au bout du laps de temps dt la température ambiante est toujours inférieure au seuil Ts ou si la température ambiante redescend au niveau du seuil Ts après avoir été supérieure au seuil Ts au bout du laps de temps dt sans avoir atteint toutefois la température de consigne Tc, - à calculer, pour chaque période dt, l'écart de température entre la fin et le début de la période et, si cet écart est inférieur au seuil S, à incrémenter le compteur C d'une unité, sinon à initialiser le compteur C à 0, - c) à augmenter le taux de marche du deuxième élément chauffant (3.2) à un taux de marche intermédiaire supérieur à celui de l'étape précédente, si au bout du laps de temps dt la température ambiante est toujours inférieure au seuil Ts ou si la température ambiante redescend au niveau du seuil Ts après avoir été supérieure au seuil Ts au bout d'un temps dt sans avoir atteint toutefois la température de consigne Tc, et - d) à répéter l'étape c) jusqu'à ce que le taux de marche du deuxième élément chauffant (3.2) soit égal à 100%, le fonctionnement du ou des éléments chauffants étant arrêté dès que la température ambiante atteint la température de consigne Tc quelle que soit l'étape, 25 ou si le compteur C atteint une valeur V prédéfinie. La présente invention propose également le dispositif associé. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un appareil de chauffage, - la figure 2 est un diagramme illustrant l'évolution de la température en fonction du temps, - la figure 3A est un diagramme illustrant le fonctionnement du premier élément chauffant, - la figure 3B est un diagramme illustrant le fonctionnement du deuxième élément chauffant, et - la figure 3C est un diagramme illustrant le fonctionnement du troisième élément chauffant. - la figure 4 est une illustration d'étapes du procédé selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un appareil 1 de chauffage qui comprend un thermostat 2, au moins deux éléments chauffants ou i éléments chauffants référencés 3.1 à 3.i sur la figure 1. Un tel thermostat comporte tous les moyens, microprocesseurs, mémoires et capteurs, lui permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. En particulier, ces moyens permettent au thermostat d'exécuter des actions et d'enregistrer des variables. Ces éléments chauffants peuvent être disposés dans le même corps de 15 chauffe ou bien disséminés dans le local à chauffer selon un agencement approprié connu de l'homme de l'art. Ces éléments chauffants 3 peuvent fonctionner selon différents modes également connus de l'homme de l'art, par exemple par rayonnement, par convection naturelle ou forcée, ou par accumulation. De façon connue, le thermostat 2 permet de mesurer la température ambiante du local chauffé et de commander les éléments chauffants 3 afin de maintenir la température ambiante approximativement à une température de consigne Tc, par exemple 20 C. Ce thermostat peut comprendre également une horloge, et réguler la température ambiante à différentes températures de consigne en fonction du temps. Ainsi, durant la journée la température de consigne peut être égale à 20 C et durant la nuit égale à 16 C. Conformément à l'invention, on va définir un seuil de température Ts, en deçà de la température de consigne Tc affiché par l'utilisateur du local où l'appareil de chauffage est installé, par exemple sur un thermostat d'ambiance. Le seuil Ts est fixé par rapport à la consigne Tc, par exemple 0,2 C en dessous de Tc soit 19,8 C. Selon le procédé de l'invention, on va contraindre la température ambiante du local à demeurer à l'intérieur de la plage 19,8 C - 20 C par une régulation automatique de la puissance des différents éléments chauffants 3. Sur la figure 2, on a représenté la courbe d'évolution de la température 5 ambiante. Sur les figures 3A à 3B, on a représenté le taux de marche des éléments chauffants 3.1 à 3.3 en fonction du temps. L'élément chauffant 3.1 a un mode de régulation dit chrono proportionnel afin que la mise en route se fasse de façon progressive, et éviter ainsi tout risque de surcharge. Ainsi, le taux de marche augmente progressivement de 0 à 100% sans s'arrêter à des taux de marche intermédiaires. Il s'agit d'un pourcentage d'un temps de cycle du thermostat pendant lequel un élément chauffant est alimenté en énergie. Dans la pratique un temps de cycle est de l'ordre le la minute, dans une fourchette de 50 à 70 secondes. L'invention est cependant tout à fait adaptée à des temps de cycle de l'ordre de 5 secondes ou autre. Contrairement à l'élément chauffant 3.1, les autres éléments chauffants 3. 2 à 3.i peuvent fonctionner à des taux de marche intermédiaires grâce à des moyens individuels de régulation de la puissance émise, connus de l'homme de l'art. De préférence, les éléments chauffants 3.2 à 3.i peuvent fonctionner à des taux de marche intermédiaires s'incrémentant de 10% en 10%. La figure 4 montre une étape prémliminaire 400 dans laquelle un utilisateur met en marche un appareil comportant un thermostat selon l'invention. De l'étape 400, le thermostat passe directement dans une étape 408 d'attente dans laquelle il teste la température ambiante. Tant que cette température ambiante reste supérieure à une température seuil Ts, le thermostat ne fait rien. Dès que la température ambiante devient inférieure ou égale à la température Ts, alors le thermostat passe dans une étape 401. Dans l'étape 401 le thermostat commande la monté en charge de l'élément chauffant 3.1 jusqu'à ce qu'il atteigne un taux de marche de 100%. Dans l'étape 401 le thermostat initialise aussi une variable TO à T(tO), ou la fonction T(t) renvoie la température à l'instant t. Le thermostat initialise aussi une variable C à 0. On passe alors à une étape 402 qui se déroule en fait à un instant t1 valant t0 + dt. A l'instant Ti il est possible de mesurer la température Ti = T(tl). La température TO a été mémorisée à l'étape précédente. Ici dt est égal au temps de cycle du thermostat. Dans l'étape 402, si T1 - TO est inférieur à un seuil S, alors la variable C prend la valeur C + 1. Sinon C prend la valeur 0. Dans la pratique le seuil S est compris dans l'intervalle [-0.5, -0.1]. Dans un exemple préféré S vaut -0.2. De l'étape 402 on passe à une étape 403 de test de la température ambiante courante, c'est à dire de Ti. D'une manière générale T1 est la température ambiante au moment ou une étape est mise en oeuvre, TO étant la température ambiante au cycle du thermostat précédent. Dans l'étape 403 le thermostat test si Ti est inférieur à la température seuil Ts. Si oui, on passe de l'étape 403 à une étape 404 de mise en route de l'élément chauffant 3.2. Si non, on passe à une étape 405 ou le thermostat test à nouveau la température ambiante. Dans l'étape 405, le thermostat test si T1 est supérieur à la température de consigne Tc. Si non, le thermostat passe à une étape 406 de passage au cycle suivant. Si oui, le thermostat passe à une étape 407 d'arrêt. Dans l'étape 406 le thermostat laisse s'écouler le cycle en cours, et à la fin de ce cycle effectue une mesure de température. L'étape 406 est donc la mise à jour de TO et T1. Une telle mise à jour consiste à affecter à TO la valeur de Ti, puis à affecter à T1 la valeur de la température au moment de la mise à jour. De l'étape 406, le thermostat passe à l'étape 402. Dans l'étape 407 le thermostat commande l'arrêt des éléments chauffant 3 puis passe à une étape 408, déjà décrite, d'attente d'un abaissement de la température ambiante sous le seuil Ts. Les étapes 408 et 401 correspondent à une étape a) du procédé régulation de température. Dans le procédé selon l'invention un arrêt consiste en la mise hors tension de tous les éléments chauffants commandés par le thermostat selon l'invention. Dans l'étape 404 le thermostat met en marche l'élément chauffant 3.2, cette mise en marche étant faite à une fraction de la capacité de chauffe de l'élément chauffant 3.2. Dans un exemple préféré cette fraction vaut 10%. Dans l'étape 404, le thermostat attend la fin du cycle en cours et met à jour les valeurs de TO et T1. Après cette mise à jour, si T1 - TO est inférieur à s alors le thermostat augment de une unité la valeur de la variable C. C vaut alors C + 1. Si T1 - TO est supérieur à s alors le thermostat initialise la variable C à la valeur 0. Les étapes 403 et 404 correspondent à une étape b) du procédé de régulation de température. Cette étape est la mise en route de l'élément chauffant 3.2. De l'étape 404 le thermostat passe à une étape 409 de test de la valeur de la variable C. Si C est inférieur à une valeur V prédéfinie, le thermostat passe à une étape 410 de test de la température ambiante par rapport à Ts. Si non, le thermostat passe à une étape 411 d'arrêt des éléments chauffants. Le thermostat reste dans l'étape 411 jusqu'à l'intervention d'un utilisateur. Dans une variante le thermostat sort de l'étape 411 suite à l'écoulement d'une temporisation. Cette intervention ou cette temporisation a pour effet de faire passer le thermostat dans l'étape 408. Cette intervention ou temporisation a donc pour effet la remise à 0 de la variable C. Cette intervention ou temporisation est aussi appelé un réarmement. Dans la pratique la variable C permet de mesurer pendant combien de cycles adjacents du thermostat la température ambiante a baissé. Cela permet de détecter, par exemple, l'ouverture d'une porte ou d'une fenêtre dans une pièce ou est installé un thermostat selon l'invention. Dans la pratique on considère qu'une baisse continue d'au moins 0.2 degré par minute pendant une durée de 5 à 8 minutes est un bon indice d'ouverture d'une fenêtre. Dans un exemple préféré, avec un temps de cycle de thermostat de 60 secondes, V vaut 7 pour effectuer une telle mesure sur une durée de 7 minutes. Dans l'étape 410, le thermostat test si T1 est inférieur à Ts. Si c'est le cas le thermostat passe à une étape 412, si non, le thermostat passe à une étape 413. Dans l'étape 412 le thermostat augmente le taux de chauffe de l'élément chauffant 3.2. Dans un exemple préféré, cette augmentation est de 10%. De l'étape 412, le thermostat passe à l'étape 413. L'étape 412 correspond à une étape c) du procédé de régulation. Dans l'étape 413 le thermostat attend la fin du cycle courant et effectue une mise à jour des valeurs de TO et T1. Si après cette mise à jour T1 TO est inférieur à S alors le thermostat augmente la valeur de la variable C d'une unité. Dans le cas contraire le thermostat affecte la valeur 0 à la variable C. De l'étape 413 le thermostat passe à une étape 414 de test de la température ambiante Ti. Si T1 est supérieur à Tc alors le thermostat passe à l'étape 407 d'arrêt. Dans ce cas la température de la pièce a atteint la température de consigne. Dans le cas contraire le thermostat passe à l'étape 409. Dans la pratique, le procédé selon l'invention présente une boucle de régulation d) correspondant à la répétition de l'étape c) tant qu'une condition de fin de boucle n'est pas atteinte. Cette condition de fin de boucle est que la température de pièce chauffée atteigne la température de consigne Tc. Dans la pratique cependant il n'est pas possible d'augmenter le taux de chauffe de l'élément chauffant 3.2 au-delà de 100%. Ainsi, dans l'étape 412, si le taux de chauffe de l'élément 3.2 est déjà de 100%, le thermostat ne fait rien. Dans une variante de l'invention le thermostat commande d'autres éléments chauffants 3.3 à 3.i. La mise en marche par pallier de ces éléments chauffants à l'étape 412 permettant alors d'augmenter la puissance de chauffage du dispositif commandé par le thermostat selon l'invention. Le cycle de régulation du troisième élément chauffant 3.3 est identique à celui de l'élément chauffant 3.2. Cela signifie que les étapes b), c) et d) sont utilisées pour la régulation de tous les éléments chauffants d'un dispositif commandé par un thermostat selon l'invention. Aussi, lorsque l'élément chauffant 3.3 a atteint un taux de marche de 100%, on déclenche suivant le même cycle de régulation l'élément chauffant 3.4, et ainsi de suite jusqu'à l'élément chauffant 3.i. Ce mode de régulation automatique permet d'ajuster au mieux la puissance de chauffage en fonction des déperditions du local. II évite ainsi de mettre de façon systématique en marche au même moment l'ensemble des éléments chauffants à un taux de marche de 100%. L'énergie consommée étant proportionnelle notamment aux taux de marche et 30 à la durée de marche de chaque élément, le procédé de régulation selon l'invention permet de réduire sensiblement le coût d'utilisation des appareils de chauffage. Selon une variante du procédé de l'invention, le thermostat 2 comprend également des moyens pour hiérarchiser les différents éléments chauffants et définir de la sorte l'élément chauffant à fonctionnement prioritaire, référencé 3.1, appelé point chaud. Ainsi, les moyens pour hiérarchiser les différents éléments chauffants permettent, de façon automatique ou manuelle, de définir l'ordre chronologique de la mise en marche des éléments chauffants en fonction de leur coût de revient ou en fonction de tout autre critère. Comme nous l'avons vu précédemment, les éléments chauffants 3.1 à 3.i peuvent être de différentes natures, par exemple chauffage par convection, par rayonnement ou par accumulation, et avoir en fonction de l'heure de la journée différents coûts d'utilisation. On s'aperçoit de la sorte que le coût d'utilisation du dispositif est encore. L'invention n'est évidemment pas limitée au mode de mise en oeuvre représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne le nombre d'éléments chauffants, le type de chauffage utilisé et les moyens individuels de régulation de la puissance de chauffage émise par chacun desdits éléments. De même en variante, l'élément chauffant 3.1 peut fonctionner à des taux de 20 marche intermédiaires grâce à des moyens individuels de régulation de la puissance émise, et avoir le même cycle de régulation que les éléments 3.2 à 3.i. Le procédé selon l'invention permet donc la mise en oeuvre d'un procédé de régulation de température, étapes a), b), c), et d), mais aussi d'un procédé antigaspillage permettant de détecter l'ouverture d'une fenêtre et permettant ainsi l'arrêt des appareils de chauffage dans un tel cas. Le procédé anti-gaspillage s'appuie sur les temps de cycle et mesures effectuées pour la régulation. Le procédé de régulation est ainsi amélioré car la fonction d'anti-gaspillage permet d'éviter d'essayer d'atteindre une consigne qui est devenu impossible à atteindre du fait de l'ouverture d'une fenêtre. Les deux fonctions de régulation et d'anti- gaspillage coopèrent donc dans un même but qui est de minimiser la consommation d'énergie tout en maximisant le confort de chauffage. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation automatique de la puissance d'appareils de chauffage comprenant un thermostat (2) susceptible de commander au moins deux éléments chauffants (3) afin de maintenir la température ambiante à une température 5 de consigne Tc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes qui consistent: - a) à ne rien faire (408) tant que la température ambiante est supérieure à une température seuil Ts, puis dès que la température ambiante devient inférieure à Ts: - à mesurer (401) la température T(t0) ambiante à un instant tO et la mémoriser, - a) à déclencher (401) la mise en marche du premier élément chauffant (3. 1), appelé point chaud, - à initialiser (401) un compteur C à 0, - à mesurer (402) la température T(t + dt) ambiante à un instant t + dt, - à tester (402) si T(t + dt) - T(t) est infèrieur à un seuil S, et incrémenter (402) le compteur C d'une unité si c'est le cas, - b) à déclencher (404) la mise en marche du deuxième élément chauffant (3.2) à un taux de marche intermédiaire, si au bout du laps de temps dt la 20 température ambiante est toujours inférieure au seuil Ts ou si la température ambiante redescend au niveau du seuil Ts après avoir été supérieure au seuil Ts au bout du laps de temps dt sans avoir atteint toutefois la température de consigne Tc, - à calculer (413), pour chaque période dt, l'écart de température entre la fin et le début de la période et, si cet écart est inférieur au seuil S, à incrémenter le 25 compteur C de une unité, sinon à initialiser le compteur C à 0, - c) à augmenter (412) le taux de marche du deuxième élément chauffant (3. 2) à un taux de marche intermédiaire supérieur à celui de l'étape précédente, si au bout du laps de temps dt la température ambiante est toujours inférieure au seuil Ts ou si la température ambiante redescend au niveau du seuil Ts après avoir été supérieure au seuil Ts au bout d'un temps dt sans avoir atteint toutefois la température de consigne Tc, et - d) à répéter (412) l'étape c) jusqu'à ce que le taux de marche du deuxième élément chauffant (3.2) soit égal à 100%, le fonctionnement du ou des éléments chauffants étant arrêté (409, 414) dès que la température ambiante atteint la température de consigne Tc quelle que soit 5 l'étape, ou si le compteur C atteint une valeur V prédéfinie. 2. Procédé selon la revenidcation 1, caractérisé en ce que lorsque les éléments chauffants sont arrêtés car C atteint V, l'appareil de chauffage est réarmé par une action de l'utilisateur, ou après une temporisation. 3. procédé de régulation automatique de la puissance d'appareils de chauffage comprenant plusieurs éléments chauffants (3.1 à 3.i) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, après l'étape a), à répéter successivement les étapes b), c) et d) pour chaque élément, à partir du deuxième, jusqu'à ce que tous les éléments chauffants soient à un taux de marche de 100%. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier élément chauffant (3.1) fonctionne selon un mode de régulation chrono proportionnel qui varie progressivement de 0% à 100% sans s'arrêter à des taux de marche intermédiaires. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier élément chauffant (3.1) peut fonctionner à des taux de marche intermédiaires, le taux de marche augmentant par incrémentation de la même façon que les autres éléments chauffants. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les taux de marche intermédiaires ont une incrémentation de 10%. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le cycle de régulation ne reprend pas tant que le compteur C a une valeur supérieur à V. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la valeur du compteur C est initialisée à 0 par une action d'un utilisateur sur le thermostat. 9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un thermostat (2) d'ambiance susceptible de mesurer la température ambiante et des éléments de chauffage (3) comportant chacun des moyens individuels de régulation de la puissance émise afin de pouvoir fonctionner chacun à des taux de marche intermédiaires, caractérisé en ce que les moyens individuels de régulation de la puissance émise sont commandés par le thermostat de façon à ce que leur taux de marche augmente par incrémentation, les uns après les autres. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des 5 moyens pour hiérarchiser les différents éléments de chauffage afin de définir l'ordre chronologique de leur mise en marche.