Brevet FR3068768A1 — publié le 20190111

Procédé de régulation thermique d'une installation domestique La présente invention concerne un procédé de régulation d'une installation domestique comprenant un appareil de chauffage électrique, ledit appareil comprenant : une première sonde apte à mesurer une température ambiante d'un local recevant l'appareil ; et un thermostat apte à déterminer une température de consigne de l'appareil ; l'installation domestique comprenant une deuxième sonde apte à mesurer une température extérieure au local. L'invention s'applique particulièrement aux installations domestiques comprenant un dispositif de régulation climatique. Un tel dispositif de régulation climatique est notamment configuré pour réguler la température d'un local, en fonction de plusieurs paramètres propres audit local. Un tel dispositif de régulation comprend des appareils de chauffage et éventuellement des appareils de climatisation et/ou des systèmes de ventilation, ces éléments étant gérés par un programme commun. Un tel dispositif de régulation climatique est notamment décrit dans le document FR3026536, au nom de la Demanderesse. Il existe des dispositifs de régulation climatique dits « intelligents », dont le mode de fonctionnement implique un apprentissage lié aux paramètres du local, afin d'améliorer l'exécution du programme. Cependant, les périodes d'apprentissage sont généralement longues, typiquement de l'ordre de plusieurs jours. Un tel mode de fonctionnement ne permet donc pas au dispositif de régulation de s'adapter rapidement à des modifications de l'environnement thermique du local. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes en proposant une caractérisation thermique du local sur la base de mesures effectuées sur une courte période, tout au plus de l'ordre de quelques heures. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, comprenant les étapes suivantes : mesure de la température ambiante à un instant initial ; puis application d'une variation de la température de consigne de l'appareil de chauffage, sur une plage de temps à partir de l'instant initial, ladite variation étant périodique et comportant une ou plusieurs périodes sur ladite plage de temps ; mesure de la température ambiante à plusieurs instants sur ladite plage de temps, de sorte à établir une courbe de variation de ladite température ambiante en fonction du temps sur ladite plage de temps. Le procédé comprend également les étapes suivantes : mesure de la température extérieure ; estimation d'apports thermiques dans le local ; et comparaison de la courbe de variation 2 de température ambiante à un modèle mathématique dépendant de ladite température extérieure et desdits apports thermiques dans le local, de sorte à déterminer : - une première valeur caractéristique d'une isolation thermique du local ; et - une seconde valeur caractéristique d'une inertie thermique du local. 5 Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'appareil de chauffage électrique comporte une puissance maximale de chauffe ; et les apports thermiques du modèle mathématique dépendent d'une différence entre 10 ladite puissance maximale de chauffe et une puissance de chauffe de l'appareil à l'instant initial ; - la variation périodique de la température de consigne sur la plage de temps a une amplitude comprise entre 1°C et 4 °C sur la ouchaque période ; - la plage de temps a une durée comprise entre une heure et deux heures ; 15 - le modèle mathématique comporte l'application de la formule suivante : ) =e AR -e T 2XE T (1) T(t) étant la température ambiante du local à un instant de la plage de temps ; - lors de l'étape de comparaison, la température extérieure au local est considérée comme constante sur la plage de temps ; 20 - le procédé comprend ensuite une étape de calcul d'une durée de variation de température du local, en fonction des première et deuxième valeurs caractéristiques ; - la durée de variation de température est calculée selon la formule suivante : (2) T(t'0) étant la température du local au début de la variation de température considérée ; 25 T'c, T'ext et A'p étant respectivement la température de consigne, la température extérieure au local et les apports thermiques au moment de la variation de température considérée. L'invention se rapporte en outre à une installation domestique comprenant un appareil de chauffage électrique, ledit appareil comprenant : une première sonde apte à mesurer une température ambiante d'un local recevant l'appareil ; et un thermostat apte à 30 déterminer une température de consigne de l'appareil ; l'installation domestique comprenant une deuxième sonde apte à mesurer une température extérieure au local. L'installation comporte un module électronique muni de moyens de mise en oeuvre d'un procédé de régulation tel que décrit ci-dessus. 3 Suivant un aspect avantageux de l'invention, l'installation domestique comprend en outre au moins un deuxième appareil électrique situé dans le local et distinct de l'appareil de chauffage, et/ou un capteur solaire disposé à l'extérieur du local, ledit au moins un appareil électrique et/ou ledit capteur solaire étant configuré(s) de sorte à 5 communiquer des informations au module électronique ; et les apports thermiques du modèle mathématique dépendent d'une information sur une chaleur libérée dans le local par ledit au moins un appareil électrique et/ou sur une énergie solaire reçue à l'extérieur du local. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, 10 donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation domestique selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un logigramme représentant un procédé de régulation de 15 l'installation domestique de la figure 1 selon un mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 3 représente des courbes de variation de température en fonction du temps, correspondant à des étapes du procédé de la figure 2. La figure 1 représente une installation domestique 10 selon un mode de réalisation 20 de l'invention. Ladite installation domestique 10 comporte un bâtiment 12, tel qu'une habitation. Ledit bâtiment 12 comporte de préférence plusieurs pièces 14, 16. Le bâtiment 12 comporte en outre des ouvrants 17, 18, de type portes ou fenêtres, lesdits ouvrants étant aptes à mettre en communication thermique des pièces 14, 16 entre elles ou avec l'extérieur du bâtiment 12. 25 L'installation domestique 10 comporte en outre un dispositif 20 de régulation climatique du bâtiment 12. Le dispositif de régulation 20 comporte un module électronique 22 de gestion centralisée. Le module électronique 22, de type ordinateur, comporte notamment au moins un processeur 24 et une mémoire de programme 26. 30 Le dispositif de régulation 20 comporte en outre au moins un appareil 30 de chauffage électrique, installé dans une pièce 14. De préférence, le dispositif de régulation 20 comporte plusieurs appareils de chauffage électrique, installés dans des pièces distinctes du bâtiment 12. Le ou les appareils de chauffage sont munis de moyens de communication avec le module électronique 22. De manière optionnelle, le dispositif de régulation 20 comporte en outre au moins un deuxième appareil électrique 32, situé dans la pièce 14 et distinct de l'appareil de 4 chauffage 30. Le deuxième appareil électrique 32, par exemple un appareil électroménager, est également muni de moyens de communication avec le module électronique 22. Le dispositif de régulation 20 comporte en outre une première sonde de 5 température 34, située à l'extérieur du bâtiment 12. De manière optionnelle, le dispositif de régulation 20 comporte en outre un capteur solaire 36, également situé à l'extérieur du bâtiment 12, et/ou un ou plusieurs détecteurs 38 d'ouverture de portes/fenêtres 17, 18 du bâtiment 12. Les sondes, capteurs et détecteurs 34, 36, 38 sont également munis de moyens de communication avec le module électronique 22. 10 De manière optionnelle, le dispositif de régulation 20 comporte en outre d'autres capteurs situés dans le bâtiment 12, tels que des détecteurs de présence ou des capteurs de 002, COV ou particules fines. Les moyens de communication avec le module électronique 22 sont par exemple un réseau local de type sans fil, tel que décrit dans le document FR3026536. 15 L'appareil de chauffage 30 comporte un ou plusieurs éléments de chauffage électrique (non représentés), une puissance nominale P'x de l'appareil 30 correspondant à une puissance maximale de chauffe dudit appareil. L'appareil de chauffage 30 comporte en outre : une deuxième sonde de température 40, apte à mesurer une température ambiante T de la pièce 14 ; et un 20 thermostat 42 apte à déterminer une température de consigne T, de l'appareil. Un procédé de régulation 100 de l'installation domestique 10 va maintenant être décrit. Ce procédé est représenté à la figure 2 sous forme de logigramme. Le procédé de régulation 100 est notamment mis en oeuvre par un programme 45, mémorisé dans la mémoire de programme 26 du module électronique 22. 25 Le programme 45 est configuré de sorte à assigner, à une pièce précise 14, 16 du bâtiment 12, chaque appareil de chauffage tel que l'appareil 30, chaque deuxième appareil électrique 32 et chaque sonde, capteur ou détecteur situé dans ladite pièce 14, 16 et faisant partie du dispositif de régulation 20. Ainsi, la régulation de l'installation domestique 10 est effectuée de manière individualisée pour chaque pièce 14, 16 du 30 bâtiment, assimilée à un local distinct. Dans la suite de la description, le local considéré est la pièce 14 recevant l'appareil de chauffage 30. A un instant initial to (référencé 101 sur la figure 3) de la mise en oeuvre du procédé 100, le thermostat 42 de l'appareil 30 impose une température de consigne initiale -fco et la deuxième sonde de température 40 mesure une température ambiante T. 5 Par ailleurs, l'appareil de chauffage 30 utilise une puissance initiale Po pour chauffer la pièce 14, ladite puissance initiale étant inférieure ou égale à la puissance nominale Pm'. Selon une première étape 102 du procédé 100 est mise en oeuvre une variation 5 Tc(t) en fonction du temps de la température de consigne de l'appareil de chauffage 30. Un exemple de ladite variation Tc(t) est représenté à la figure 3 par une première courbe 50. La variation Tc(t) est mise en oeuvre sur une plage de temps T, à partir de l'instant initial to. Ladite variation Tc(t) est périodique, de période 52. De préférence, il s'agit d'une 10 variation en créneaux ou encore sinusoïdale. La variation Tc(t) comporte une ou plusieurs périodes 52 sur la plage de temps T. La variation Tc(t) a une amplitude AT, supérieure ou égale à 1°C et préférentiellement comprise entre 1°C et 4°C. Une èlle amplitude permet de maintenir le temps d'analyse dans une durée de une à deux heures, tout en permettant d'étudier un 15 changement de température de consigne d'une valeur « économique » à une valeur « confort ». Dans les programmations classiques, la différence entre lesdites valeurs « économique » et « confort » est en effet de l'ordre de 3 à 4 °C. La durée d'une période 52 est notamment choisie en fonction de l'amplitude ATc. En effet, dans le cas d'une variation en créneaux de Tc(t), la période doit être 20 suffisamment longue pour que la température de consigne soit atteinte avant chaque basculement. De préférence, la plage de temps T a une durée d'au moins une heure. Plus préférentiellement, la plage de temps T a une durée comprise entre une et deux heures, encore plus préférentiellement comprise entre une heure et une heure trente. 25 La plage de temps T peut englober plusieurs périodes 52, par exemple un nombre de périodes compris entre deux et quatre. Cependant, si la durée d'une période 52 dépasse une heure, il est souhaitable de limiter la plage de temps T à une seule période pour optimiser le temps d'analyse. De préférence, la première étape 102 correspond à l'imposition d'une température 30 de consigne supérieure ou égale à la température de consigne initiale 'co, c'est-à-dire que la variation Tc(t) est mise en oeuvre entre les températures Tco et ('co + ATc). De manière simultanée à la première étape 102, une deuxième étape 104 du procédé 100 comprend la mesure de la température ambiante T(t) à plusieurs instants sur la plage de temps T, de sorte à établir une courbe de variation 54 (figure 3) de ladite 35 température ambiante. 6 En parallèle (étape 106), la première sonde de température 34 effectue une mesure d'une température Text extérieure au bâtiment. Selon un mode de réalisation, la première sonde 34 effectue plusieurs mesures durant la plage de temps T. Selon un autre mode de réalisation, la première sonde 34 effectue une seule mesure de Text à un instant 5 de la plage de temps T. En parallèle (étape 108), le programme 45 effectue une estimation des apports thermiques Ap dans la pièce 14. Les apports thermiques Ap correspondent à une chaleur disponible dans la pièce 14 du fait de l'activité et/ou de l'environnement de ladite pièce. Les apports thermiques 10 dépendent notamment d'une puissance disponible de l'appareil 30, c'est-à-dire d'une différence entre la puissance nominale P'x et la puissance initiale Po mise en oeuvre à l'instant initial to. De manière optionnelle, les apports thermiques Ap prennent en compte d'autres informations reçues par le module électronique 22, tels qu'une énergie libérée par le 15 deuxième appareil électrique 32 sur la plage de temps T, et/ou un ensoleillement du bâtiment 12 mesurée par le capteur solaire 36. A la fin de la plage de temps T, dans une étape 110, la courbe 54 de variation de température ambiante est comparée à un modèle mathématique dépendant de la température extérieure Text et des apports thermiques Ap, de sorte à définir des 20 caractéristiques thermiques de la pièce 14. De préférence, le modèle mathématique utilisé est basée sur une analogie avec un circuit électrique de type résistance-capacité. Dans un tel circuit, la « résistance » (R) est corrélée à la faculté de la pièce 14 à limiter les échanges thermiques avec les autres pièces du bâtiment 12 et avec l'extérieur dudit bâtiment. La « capacité » (C) est corrélée à 25 la faculté de la pièce 14 à conserver la chaleur. Le modèle mathématique vise donc à déterminer une première valeur (R) et une seconde valeur (C), caractéristiques respectivement d'une isolation thermique et d'une inertie thermique de la pièce 14. La courbe 54 est ainsi comparée au modèle mathématique par une méthode 30 d'estimation de paramètres, afin de déterminer R et C. Le modèle mathématique comprend par exemple l'utilisation de la formule (1) suivante : T(0- Tgxt e Rtc. To - To - T eirt dans laquelle l'origine du temps t est l'instant initial to. 7 En appliquant la formule (1), il est possible de considérer une variation de la température extérieure Text sur la plage de temps T. Cependant, afin de simplifier les calculs, il est également possible de prendre en compte une valeur constante de Text. Par exemple, si la première sonde 34 effectue plusieurs mesures durant la plage de temps T, 5 une valeur moyenne est calculée pour l'application de la formule (1). Ainsi, à l'issue d'une plage de temps T assez courte, notamment inférieure à deux heures, des caractéristiques thermiques de la pièce 14 sont déterminées. Ces caractéristiques sont actualisées et tiennent compte de l'activité et de l'environnement récents de ladite pièce 14. Par exemple, les paramètres R et C tiennent compte d'un 10 changement concernant l'ouverture d'une porte 17 de communication avec une pièce 16 voisine, ainsi que d'un changement de température dans ladite pièce 16. De préférence, les paramètres R et C tiennent également compte des conditions météorologiques telles que l'ensoleillement. Les paramètres R et C ainsi déterminés permettent une estimation optimisée 15 d'une durée de montée en température de la pièce 14, par exemple dans le cas d'une programmation horaire impliquant un changement de température de consigne d'une valeur « économique » à une valeur « confort ». Dans les programmations classiques, la différence entre lesdites valeurs « économique » et « confort » est de l'ordre de 3 à 4 °C, comme indiqué précédemment. 20 Selon un mode de réalisation de l'invention, dans une étape suivante 112, une durée 0 de variation de température est calculée pour un passage à une température de consigne T',. Les valeurs de T, et de T', peuvent être identiques ou différentes. De préférence, la variation de température considérée est une montée en température. La durée 0 est par exemple calculée selon la formule (2) suivante : = 25 RC (2) T(t'0) étant la température du local au début de la variation de température considérée. Selon un mode de réalisation, les valeurs de T'ext et de A'e sont égales aux valeurs Text et Ap déterminées aux étapes 106 et 108, par exemple dans le cas où l'étape 112 est 30 effectuée peu de temps après lesdites étapes. Cependant, si plusieurs heures, voire plusieurs jours, se sont écoulés entre les instants tc, et VO, il est préférable d'actualiser les valeurs de de T'ext et de A'e avant de calculer la durée O. 8 Une telle estimation de la durée 0 permet ensuite au programme 45 de déclencher le chauffage de manière optimale pour atteindre la température de confort au moment souhaité. La puissance de chauffe de l'appareil 30 peut également être régulée de manière 5 à éviter une surchauffe. En effet, si les conditions météorologiques et les caractéristiques thermiques de la pièce engendrent une montée en température trop rapide, la température atteinte risque de dépasser ponctuellement la température de consigne. Selon un mode de réalisation, si la durée 0 calculée est inférieure à une valeur seuil, par exemple de l'ordre de 15 mn, le programme 45 diminue les apports thermiques Ap de 10 sorte à éviter la surchauffe. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'appareil 30 est configuré pour maintenir dans la pièce 14 une température « économique » de l'ordre de 15 °C durant la nuit, et de passer en mode « confort » (soit à 18°C) à 7h du matin. Les étapes 102 à 112 du procédé 100 décrit ci-dessus sont exécutées entre 4h et 5h30 du matin. Ainsi, le 15 programme 45 est en mesure d'augmenter la température de consigne de l'appareil 30 au moment opportun, correspondant à une durée 0 (par exemple égale à 30 mn environ) précédant l'horaire de 7h. La température de confort est ainsi atteinte à l'horaire souhaité. Ainsi, contrairement aux programmations connues, l'horaire de passage au mode « confort » correspond à la température souhaitée réellement atteinte dans la pièce 14, et 20 non à l'horaire de changement de température de consigne. Il en résulte un confort amélioré pour l'utilisateur et/ou des économies d'énergie. REVENDICATIONS1.- Procédé (100) de régulation d'une installation domestique (10) comprenant un appareil de chauffage électrique (30), ledit appareil comprenant : une première sonde (40) apte à mesurer une température ambiante (T) d'un local (14) recevant l'appareil ; et un thermostat (42) apte à déterminer une température de consigne (T,) de l'appareil ; l'installation domestique comprenant une deuxième sonde (34) apte à mesurer une température extérieure (Text) au local ; le procédé comprenant les étapes suivantes : - Mesure (101) de la température ambiante (To) à un instant initial (to) ; puis - Application (102) d'une variation de la température de consigne (T,) de l'appareil de chauffage, sur une plage de temps (t) à partir de l'instant initial, ladite variation étant périodique et comportant une ou plusieurs périodes (52) sur ladite plage de temps ; - Mesure (104) de la température ambiante (T) à plusieurs instants sur ladite plage de temps (t), de sorte à établir une courbe (54) de variation de ladite température ambiante en fonction du temps sur ladite plage de temps ; le procédé comprenant également les étapes suivantes : - Mesure (106) de la température extérieure (Text) ; - Estimation (108) d'apports thermiques (An) dans le local ; et - Comparaison (110) de la courbe (54) de variation de température ambiante à un modèle mathématique dépendant de ladite température extérieure (Text) et desdits apports thermiques (An) dans le local, de sorte à déterminer : - une première valeur (R) caractéristique d'une isolation thermique du local ; et - une seconde valeur (C) caractéristique d'une inertie thermique du local. 25 2.- Procédé de régulation selon la revendication 1, dans lequel : - l'appareil de chauffage électrique comporte une puissance maximale de chauffe (Pmax) ; et - les apports thermiques (An) du modèle mathématique dépendent d'une différence 30 entre ladite puissance maximale de chauffe et une puissance (Po) de chauffe de l'appareil à l'instant initial (to). 3.- Procédé de régulation selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la variation périodique de la température de consigne (T,) sur la plage de temps (t) 35 a une amplitude (AT,) comprise entre 1°C et 4 °C sur la ou chaque perde. 10 4.- Procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la plage de temps (t) a une durée comprise entre une heure et deux heures. 5.- Procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 5 le modèle mathématique comporte l'application de la formule suivante : =e Rr - e (1) T(t) étant la température ambiante du local (14) à un instant (t) de la plage de temps (t). 10 6.- Procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l'étape (110) de comparaison, la température extérieure au local (Text) est considérée comme constante sur la plage de temps (t). 7.- Procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes, comprenant 15 ensuite une étape (112) de calcul d'une durée (0) de variation de température du local, en fonction des première (R) et deuxième (C) valeurs caractéristiques. 8.- Procédé de régulation selon la revendication 7, dans lequel la durée (0) de variation de température est calculée selon la formule suivante : 20 (2) T(f0) étant la température du local au début de la variation de température considérée ; T'e, T'ext et A'p étant respectivement la température de consigne, la température extérieure au local et les apports thermiques au moment de la variation de température considérée. 9.- Installation domestique (10) comprenant un appareil de chauffage électrique (30), ledit appareil comprenant : une première sonde (40) apte à mesurer une température ambiante (T) d'un local (14) recevant l'appareil ; et un thermostat (42) apte à déterminer une température de consigne (Te) de l'appareil ; l'installation domestique comprenant une deuxième sonde (34) apte à mesurer une température extérieure (Text) au local ; l'installation comportant un module électronique (22) muni de moyens (45) de mise en oeuvre d'un procédé de régulation selon l'une des revendications précédentes. 11 10.- Installation domestique selon la revendication 9, comprenant en outre au moins un deuxième appareil électrique (32) situé dans le local (14) et distinct de l'appareil de chauffage, et/ou un capteur solaire (36) disposé à l'extérieur du local, ledit au moins un 5 appareil électrique et/ou ledit capteur solaire étant configuré(s) de sorte à communiquer des informations au module électronique (22), dans laquelle les apports thermiques (An) du modèle mathématique dépendent d'une information sur une chaleur libérée dans le local par ledit au moins un appareil électrique (32) et/ou sur une énergie solaire reçue à l'extérieur du local. 10