Brevet FR2868658A1 — publié le 20051007

La présente invention concerne un procédé de gestion de puissance d'une installation de chauffage électrique comportant des radiateurs électriques, en particulier à fluide ou à brique, équipés de thermostats à régulation électronique avec récepteur à courant porteur. Dans une telle installation, si le calcul thermique est correctement fait, la régulation électronique des thermostats fait que, en régime stabilisé, la chauffe n'est commandée que la moitié du temps. En moyenne, l'énergie consommée est donc inférieure à la valeur maximum théorique. Cela signifie que, grâce à son inertie thermique, un radiateur de 2kW ne va consommer les 2kW que durant 50% du temps, sa consommation étant nulle le reste du temps. Cependant, l'installateur ne peut pas placer, comme on pourrait le souhaiter, par exemple le double de puissance admissible, du fait que dans une installation électrique avec plusieurs radiateurs, il est impossible de prédire le comportement de l'ensemble des radiateurs. En effet, il peut arriver que tous les radiateurs soient simultanément en chauffe. Partant de ce constat et compte tenu que la puissance disponible sur certaines installations anciennes est très limitée, il est parfois impossible de réaliser une installation électrique complète car la puissance installée dépasse largement la puissance souscrite, la présente invention vise à proposer un procédé de gestion de puissance qui permette d'optimiser la distribution de l'énergie dans l'installation en limitant le nombre de radiateurs en chauffe simultanément, de sorte que le courant appelé par l'ensemble des radiateurs soit toujours inférieur à celui que peut supporter le câblage électrique installé. A cette fin, l'invention a essentiellement pour objet un procédé de gestion de puissance d'une installation de chauffage électrique, comportant des radiateurs électriques, en particulier à fluide ou à brique, chacun équipé d'un thermostat à régulation électronique avec récepteur à courant porteur, dans lequel: - l'installation de chauffage est divisée en plusieurs zones de 30 chauffage, par programmation des thermostats correspondants; - une mesure de la puissance du courant circulant dans les conducteurs d'arrivée de l'alimentation électrique de l'installation, est réalisée et comparée en permanence avec une valeur maximale de puissänbé admissible par l'installation, par un optimiseur de puissance installé en amont de l'installation électrique; 2868658 2 lorsque la puissance mesurée est supérieure à la valeur maximale de puissance admissible, l'optimiseur émet, par courant porteur en ligne, un ordre d'arrêt du chauffage sur toutes les zones de chauffage; puis, I'optimiseur émet un ordre de remise en marche du chauffage vers chacune, l'une après l'autre, des zones de chauffage où le chauffage est arrêté, tant que la puissance mesurée reste inférieure à la puissance admissible et n'augmente pas sensiblement, et jusqu'à ce que le chauffage ait été remis en marche sur toutes les zones de chauffage. Le procédé permet donc de limiter automatiquement le nombre de radiateurs en chauffe simultanément pour éviter, à la fois, le déclenchement d'un disjoncteur de branchement et l'échauffement des conducteurs d'arrivée. Ainsi, contrairement à un délesteur conventionnel qui ne surveille la consommation que pour la limiter à la puissance souscrite lors de l'abonnement, I'optimiseur surveille la consommation pour éviter que le courant appelé par les radiateurs ne dépasse celui que peut supporter le câblage électrique installé. L'arrêt du chauffage sur l'ensemble des zones de chauffage peut être suivie d'une temporisation par exemple de trente secondes. La remise en marche du chauffage sur une zone de chauffage est avantageusement suivie d'une temporisation, par exemple de quelques minutes, avant de remettre éventuellement en marche le chauffage sur une autre zone. L'installation de chauffage électrique est de préférence divisée en au moins trois zones de chauffage de telle sorte qu'aucune zone ne représente à elle seule plus de 50% de la puissance souscrite. Ceci assure une répartition homogène de puissance sur chacune des zones de chauffage. Dans une forme de réalisation, l'ordre de remise en marche du chauffage émis par l'optimiseur correspond à un niveau de chauffe ("confort", "réduit"...) fixé par un programmateur temporel. La liaison du programmateur temporel avec l'optimiseur est par exemple de type onde radio unidirectionnelle. En l'absence de dépassement de puissance admissible, le programmateur temporel peut assurer directement le pilotage de l'ensemble des zones de chauffage avec une programmation particulière pour chacune. Les ordres du programmateur temporel sont reportés directement vers les thermostats. La transmission des ordres étant réalisée par courant porteur en ligne, I'optimiseur et les radiateurs peuvent être immédiatement installés dans une installation existante, ancienne, pour laquelle la limitation de puissance est nécessaire, ce sans détérioration de la décoration et avec un temps et donc des coûts d'installation faibles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description du mode de réalisation qui en est faite cidessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue d'ensemble imagée illustrant les différents appareillages mis en oeuvre par le procédé selon l'invention; - la figure 2 est un schéma-bloc du procédé selon l'invention; - la figure 3 est un diagramme illustrant la procédure de délestage mise en oeuvre dans le procédé. La figure 1 représente une installation de chauffage électrique, sur laquelle il ne serait habituellement (sans faire appel au procédé selon l'invention) possible d'installer qu'une puissance de 6 kW, soit par exemple trois radiateurs, à fluide ou à brique, de 2kW chacun. Ici, l'installation comporte cinq de ces radiateurs (soit 10kW installés), chacun équipé d'un thermostat T1, T'1, T2, T3, T4 à régulation électronique par exemple de la société MICREL, chaque thermostat T1, T'1, T2, T3, T4 comportant un récepteur d'ordres de chauffe par courant porteur en ligne. Un optimiseur de puissance 1 est installé en amont de l'installation électrique, au voisinage du compteur électrique 2. Il est associé, par une liaison R de type onde radio unidirectionnelle, à un programmateur temporel 3 qui permet d'établir le niveau de chauffe ("confort", "réduit", "hors gel"...) requis dans l'installation. A partir des niveaux de chauffe émis par le programmateur temporel 3 et d'une mesure, réalisée au niveau du compteur électrique 2, d'une puissance Pmes consommée par l'installation, I'optimiseur 1 contrôle la distribution de l'énergie dans l'installation électrique du chauffage. Pour cela, il transmet, par courant porteur en ligne, selon le protocole MHP de la société MICREL, des ordres de chauffe vers les thermostats T1, T'1, T2, T3, T4. L'optimiseur 1 se présente sous la forme d'un boîtier modulaire pour montage sur rail DIN. La réception des niveaux de chauffe depuis le programmateur temporel 3 est réalisée à partir d'une antenne (non représentée) sortant du boîtier. Comme indiqué par la figure 2, I'optimiseur 1 est équipé en façade d'un plastron 4 recevant des touches pour configurer I'optimiseur 1 et des voyants permettant de reporter des informations à un installateur ou à un utilisateur. La base du boîtier de l'optimiseur 1 reçoit une carte électronique qui met en oeuvre un microcontrôleur 5 associé à une mémoire 6, à savoir une EEprom qui sauvegarde des paramètres de configuration (intensité de seuil). Pour transmettre les ordres de chauffe (Marche/Arrêt) vers les thermostats T1, T'1, T2, T3, T4, l'optimiseur 1 comporte un modem à courant porteur 7 utilisé uniquement en émission. Les thermostats T1, T'1, T2, T3, T4 placés sur le réseau n'acquittent pas les trames de transmission reçues. La mesure de la puissance consommée Pmes par l'installation de chauffage est effectuée par un transformateur d'intensité 8. Ce transformateur d'intensité 8 est réalisé sous la forme d'un tore magnétique externe associé à un étage de mesure intégré à l'optimiseur 1, et mesure l'intensité du courant qui circule dans des conducteurs d'arrivée 9 de l'alimentation électrique de l'installation de chauffage. La puissance consommée ainsi mesurée Pmes est indiquée au microcontrôleur 5 de l'optimiseur 1, qui la compare en permanence à une valeur maximale Pmax de puissance admissible en mémoire dans l'EEprom 6 embarquée dans l'optimiseur 1. L'installation de chauffage est divisée en quatre zones de chauffage: un numéro de zone de chauffage Z1, Z2, Z3 et Z4 est attribué à chaque thermostat T1, T'1, T2, T3, T4. Sur la figure 1, la zone de chauffage Z1 correspond aux thermostats Ti et T'1 (et donc aux deux radiateurs correspondants), alors que les zones de chauffage Z2, Z3 et Z4 correspondent respectivement aux thermostats T2, T3 et T4. En fonction de la valeur de la puissance mesurée Pmes, l'optimiseur 1 envoie des ordres de mise en marche M ou d'arrêt A vers les thermostats T1, T'1, T2, T3, T4 selon la zone de chauffage Z1, Z2, Z3 et Z4 à laquelle ils appartiennent. Le diagramme de la figure 3 détaille la procédure de délestage réalisée par l'optimiseur 1. Si la puissance mesurée Pmes est supérieure à la puissance admissible Pmax, alors l'optimiseur 1 émet un ordre d'arrêt vers toutes les zones de chauffage Z1, Z2, Z3 et Z4. L'ordre d'arrêt est prioritaire sur les thermostats T1, T'1, T2, T3, T4 et provoque l'arrêt immédiat de la chauffe. Il est défini une variable Zmax correspondant au nombre de zones de chauffage où les radiateurs sont à l'arrêt: à ce stade, Zmax est initialisée à une valeur de 4. S'ensuit une temporisation Tp de 30 secondes. Il est d'abord vérifié que la variable Zmax (dont on verra par la suite qu'elle sera décrémentée) est bien non nulle, c'est-à-dire que le chauffage n'est pas en marche sur toutes les zones de chauffage Z1, Z2, Z3 et Z4. En l'occurrence, le chauffage est à ce stade à l'arrêt sur toutes les zones Z1, Z2, Z3 et Z4. L'augmentation relative A = Pmes - Préf de la puissance mesurée Pmes est également vérifiée au moyen d'une variable Préf qui mettra par la suite en mémoire la dernière valeur de Pmes. Ici, la variable Préf est par exemple initialisée à la valeur maximale de puissance admissible (Préf = Pmax). A ce stade, la puissance mesurée Pmes a baissé suite à l'arrêt complet du chauffage sur toutes les zones Z1, Z2, Z3 et Z4, et l'augmentation relative A est donc largement inférieure à une incertitude autorisée Amax (ici par exemple de 230W). Ces deux conditions étant remplies, I'optimiseur 1 attribue à la variable Préf la dernière valeur de Pmes, puis émet un ordre de remise en marche du chauffage vers une première zone Z (par exemple la zone Z1) parmi les zones Z1, Z2, Z3 et Z4 où le chauffage est arrêté. L'ordre de remise en marche du chauffage correspond à l'application de la chauffe prévue par la consigne affichée sur le ou les thermostats Ti, T'1 de la zone Z1 considérée, consigne que le programmateur temporel 3 permet de modifier. La variable Zmax est alors décrémentée de 1 et il s'ensuit une temporisation Tp de trois minutes. Tant que l'augmentation relative 0 est inférieure à Omax, ces opérations pour la remise en marche du chauffage sont répétées consécutivement sur chacune (par exemple Z3, puis Z2 et enfin Z4) des Zmax zones restantes où le chauffage est encore à l'arrêt, jusqu'à ce que la variable Zmax soit nulle, c'est-à-dire que le chauffage ait été remis en marche sur toutes les zones Z1, Z2, Z3 et Z4. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution décrite ci-dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Ainsi, I'optimiseur de puissance peut être utilisé sur une installation triphasée avec deux transformateurs d'intensité supplémentaires, I'optimiseur étant placé sur une des phases. En ce cas, un coupleur de phase est installé au tableau électrique de façon à faire passer les ordres vers les deux autres phases. Dans le même ordre d'idées, le nombre de zones de chauffage peut être différent (tout en restant au moins égal à trois) sans s'écarter du 5 cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de gestion de puissance d'une installation de chauffage électrique, comportant des radiateurs électriques, en particulier à fluide ou à brique, équipés de thermostats (T1, T'1, T2, T3, T4) à régulation électronique avec récepteur à courant porteur, caractérisé en ce que: l'installation de chauffage est divisée en plusieurs zones de chauffage (Z1, Z2, Z3, Z4), par programmation des thermostats (TI, T'1, T2, T3, T4) correspondants; - une mesure de la puissance (Pmes) du courant circulant dans les conducteurs d'arrivée de l'alimentation électrique de l'installation, est réalisée et comparée en permanence avec une valeur maximale (Pmax) de puissance admissible par l'installation, par un optimiseur de puissance (1) installé en amont de l'installation électrique; - lorsque la puissance consommée mesurée (Pmes) est supérieure à la valeur maximale de puissance admissible (Pmax), I'optimiseur (1) émet, par courant porteur en ligne, un ordre d'arrêt (A) du chauffage sur toutes les zones de chauffage (Z1, Z2, Z3, Z4) ; puis, I'optimiseur (1) émet un ordre de remise en marche (M) du chauffage vers chacune (Z), l'une après l'autre, des (Zmax) zones de chauffage où le chauffage est arrêté, tant que la puissance consommée mesurée (Pmes) reste inférieure à la valeur maximale de puissance admissible (Pmax) et n'augmente pas sensiblement (A 2 - Procédé de gestion de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arrêt du chauffage sur l'ensemble des zones de chauffage (Z1, Z2, Z3, Z4) est suivie d'une temporisation (Tp) par exemple de trente secondes. 3 - Procédé de gestion de puissance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la remise en marche du chauffage sur une zone de chauffage (Z) est suivie d'une temporisation (Tp) par exemple de quelques minutes. 4 - Procédé de gestion de puissance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'installation de chauffage est divisée en au moins trois zones de chauffage (Z1, Z2, Z3, Z4) de telle sorte qu'aucune zone ne représente à elle seule plus de 50% de la puissance souscrite. - Procédé de gestion de puissance selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ordre de remise en marche (M) du chauffage émis par l'optimiseur (1) correspond à un niveau de chauffe fixé par un programmateur temporel (3). 6 - Procédé de gestion de puissance selon la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison (R) du programmateur temporel (3) avec I'optimiseur (1) est de type onde radio unidirectionnelle. 7 - Procédé de gestion de puissance selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, en l'absence de dépassement de puissance admissible (Pures > Pmax), le programmateur temporel (3) assure directement le pilotage de l'ensemble des zones de chauffage (Z1, Z2, Z3, Z4).