Comment les usagers règlent-ils leurs thermostats ?

Par René CYSSAU, Consultant équipement du bâtiment, ex-ingénieur en chef du COSTIC

Autour de cette question, des études et des enquêtes ont été menées ; usages des thermostats programmables, ergonomies, affichages, boutons, écrans tactiles ... Beaucoup d’entre elles l’ont été aux USA. Cependant, peu d’études ont consisté à observer les réglages effectifs des thermostats ou autres moyens de régulation du chauffage dans des conditions réelles.

Trois études anciennes ont consisté à enregistrer les réglages des consignes durant plusieurs mois pour observer les comportements des usagers incités - pécuniairement - devant leurs thermostats. Les constats qui ont été faits se résument ainsi :

Les exigences de température différent d’une famille d’usagers à l’autre, mais la même tendance est observée chez les économes attentifs : plus la température extérieure est élevée, plus la température de consigne du chauffage est diminuée.

Gageons que ces constats anciens ne diffèrent pas, a priori, de ceux que nous pourrions faire aujourd’hui. La préoccupation du besoin de confort en face de la dépense qui en résulte nous semble être la même depuis que l’énergie est devenue une question sensible, depuis sa première crise. Dans les trois suivis résumés ici, les usagers sont les payeurs, contrairement au cas du chauffage collectif non individualisé.

Pour expérimenter le procédé Métrostatique, des robinets thermostatiques ont été équipés de capteurs de la position du réglage de la consigne.

Figure 1 - Des têtes thermostatiques équipées d’un capteur
de la position du réglage avec un affichage clair de la consigne
Source R. Cyssau (COSTIC) « Robinets thermostatiques et robinets métrostatiques »
Sedit – Fascicule Refclim 361 – 1978

Ils ont été mis en place dans un bâtiment chauffé collectivement à Saint-Cloud (Hauts de Seine), un bâtiment locatif construit au titre 1% patronal. Le bâtiment de 5 niveaux est composé de quatre escaliers comprenant au total 45 appartements. Les escaliers 1 et 2 ont été équipés de robinets Métrostatiques, les escaliers 3 et 4 étaient équipés de répartiteurs à évaporation. Les économies constatées sur le chauffage ont été proches de 20% par l’individualisation (sans différencier les économies entre répartiteurs ou robinets Métrostatiques). Ces travaux ont fait l’objet de plusieurs publications en particulier dans la revue Promoclim (R. Cyssau et J. Berjoan «Un système de comptage Métrostatique®», Etudes Thermiques et Aérauliques, Janvier 1977).

METROSTATIQUE. Sur la base d’une idée avancée par Roger Cadiergues, le COSTIC avait proposé, après la première loi sur les économies d’énergie (qui introduisait l’obligation d’individualiser le chauffage collectif), ce procédé original. Il consiste à individualiser les charges de chauffage dans un bâtiment chauffé collectivement par un comptage proportionnel à l’écart entre la température demandée (la température de consigne affichée sur un régulateur de température ambiante, comme un robinet thermostatique) et une température extérieure de référence appliquée à tous les compteurs de la communauté. Ce procédé a été industrialisé en fin des années 70 et dans les années 80.

Un relevé des compteurs Métrostatiques a été fait une fois par semaine durant plus de 4 mois, depuis le 1er janvier 1976. Les résultats présentés ici sont donc des positions moyennes hebdomadaires des consignes, elles diffèrent beaucoup des températures ambiantes réelles lorsqu’elles sont basses. Ces niveaux sont des valeurs moyennes pondérées par les puissances des émetteurs qui équipent le logement.

La figure 2 présente quelques graphes pour exemple.

Figure 2. Des exemples d’enregistrements des réglages de consigne des robinets.
Certains usagers ont abaissé leurs réglages en relation avec des remontées
de la température extérieure, d’autres pas. - Source R. Cyssau (COSTIC)

L’analyse des résultats pour les 20 logements montre qu’il existe des corrélations significatives entre les températures moyennes de consigne et la température extérieure (figure 3). Durant les périodes de température extérieure négative, l’ensemble des usagers place ses réglages au niveau maximum permis (la course du réglage était bloquée à 22 °C). Par contre, à l’extrémité de la saison, les réglages s’abaissent jusqu’à 15°C pour la température extérieure de 15°C environ. Ces niveaux réduits de réglage de consigne ne correspondent pas à des niveaux de température intérieure effective. Les enregistrements montrent aussi la diversité des comportements.

Figure 3. Les corrélations montrent significativement que l’incitation pécuniaire
conduit une grande partie des usagers à agir sur leurs réglages
en relation avec la température extérieure. - Source R. Cyssau (COSTIC)

L’individualisation du chauffage en collectif est bien un moteur qui fait modifier les réglages des consignes en relation avec la température extérieure, pour certains.

Les résultats de la figure 3 ont été utilisés pour caractériser les effets du comportement sur les consommations dans la méthode de calcul du COSTIC pour le diagnostic énergétique.

En règle générale, les relevés des compteurs ou des répartiteurs en chauffage collectif montrent qu’une fraction des usagers n’agit pas sur ses réglages.
Ces comportements variés conduisent à des décomptes saisonniers des consommations très différentes entre les économes et les inattentifs. Le rapport des consommations d’énergie entre ces deux catégories est très élevé : plusieurs dizaines, 100 ou plus, est fréquent, a fortiori pour des bâtiments thermiquement très isolés.
Pour cette raison, les décomptes pour l’individualisation comportent une part fixe ; 30% selon le décret du 23 Avril 2012 relatif à la répartition des frais de chauffage dans les immeubles collectifs. Cette part fixe vise une certaine équité de la répartition des coûts d’énergie pour la collectivité, une équité qui n’existe pas avec des chauffages individuels.

Une enquête quantitative a été menée auprès des usagers, en fin de la saison de chauffage. Sur les 19 questionnaires remis, 16 réponses ont été rendues.

Principales conclusions de cette petite enquête :

• les usagers sont favorables au principe de la répartition des charges de chauffage (en confirmation de toutes les enquêtes sur cette question).
• ils estiment avoir vécu à une température plus faible que l’année précédente (ils ne disposaient pas alors de système de répartition)
• 40% déclarent avoir surveillé leur consommation en inspectant leur compteur. (les compteurs étaient placés en gaine technique, sur les paliers).

Les réponses à la question : « Quel est le réglage des robinets Métrostatiques que vous avez trouvé satisfaisant, lorsque vous vivez dans les pièces ? » méritent d’être présentées en détail, figure 4.
Les 16 déclarations sont réparties entre 18 et 22 °C comme indiqué en haut de la figure 4.
Les résultats du comptage Métrostatique (proportionnels à une température moyenne de réglage sur la durée du suivi), rapprochés des températures déclarées (figure 4, en bas) montrent qu’il n’existe pas de corrélation.
La symétrie des déclarations centrées sur 20°C est aussi remarquable.

Figure 4. Les fréquences des déclarations des températures ambiantes déclarées (en haut)
et les résultats du comptage (en bas). Le résultat du comptage Métrostatique est proportionnel
aux réglages moyens des consignes. Les déclarations des réglages des consignes ne sont pas
corrélées avec les réglages enregistrés.

Ce constat peut conduire à mettre en doute des résultats d’enquêtes qui consisteraient à établir des températures dans les logements si elles sont basées sur des températures ambiantes déclarées plutôt que sur des mesures.

Cette étude a été réalisée aux Etats-Unis lors de la saison de chauffage de 1983-84. Le chauffage à air chaud d’une maison nord américaine est commandé par un seul régulateur thermostatique qui règle la température intérieure.

L’expérimentation a consisté à équiper les maisons de sept familles d’enregistreurs du réglage de la température. Pour cela, un potentiomètre a été intégré dans les thermostats. Le pas d’enregistrement est de une heure, les enregistrements sont relevés par un technicien tous les mois.

La figure 5 rapproche les consignes quotidiennes du thermostat et les températures extérieures pour une saison complète de chauffage. Les enregistrements montrent que le thermostat est maintenu à la même consigne en hiver. Par contre, des valeurs de consigne plus faibles sont observées en automne et au printemps dans certaines maisons.

Les enregistrements ont été complétés par des entretiens avec les occupants concernant la gestion du chauffage : un questionnaire écrit demandant le programme quotidien d’activité, puis une discussion sur la gestion de l’énergie Il a été constaté que les usagers sont assez précis lorsqu’ils rapportent une augmentation de consigne quotidienne, mais qu’ils sous-estiment les économies par les abaissements.

Figure 5 - Des enregistrements des consignes du chauffage, rapprochés de la température extérieure,
dans des maisons individuelles aux Etats-Unis (Michigan).
Source W. Kempton Michigan State University « Household thermal management » - Michigan State University - 1985

Des enregistrements de températures ambiantes ont été réalisés durant la saison de chauffage 1989-90 dans quatre immeubles collectifs équipés ou non de procédés d’individualisation des charges de chauffage. Cette étude a été menée par le COSTIC à la demande de l’ADEME.
Trois immeubles étaient équipés d’un moyen d’individualisation : A : mesure des températures de surface des radiateurs, B : Métrostatique, C : répartiteurs à évaporation. Un quatrième bâtiment (D) n’était pas équipé d’une individualisation.

Dans trois immeubles (B, C, D), plusieurs défaillances (mauvais état du bâti, infiltrations d’air, défauts d’équilibrage …) n’ont pas permis d’identifier des comportements significatifs d’usagers, l’enquête a montré que les préoccupations premières venaient d’insatisfactions du chauffage.

Ces constats confirment, s’il le fallait, que la mise en place d’un procédé d’individualisation ne peut être perçue positivement et donc réductrice de la consommation, que si le service du chauffage est satisfaisant.

Sur le site A : un système domotique Synforic avec individualisation par mesure des températures de surface des radiateurs (dans immeuble HLM de la Régie Immobilière de la Ville de Paris), le chauffage est apparu satisfaisant.
Les températures ambiantes relevées durant la période de mesure ont montré, comme les enregistrements des consignes des études citées plus haut, une corrélation significative avec la température extérieure, figure 6. Tous les usagers se retrouvent à des températures ambiantes les plus élevées pour les températures extérieures les plus basses.

Figure 6. Des températures ambiantes moyennes, mesurées
dans des logements collectifs équipés d’un moyen d’individualisation.
Source  M-J. Lagogué et al. (COSTIC) - « Les températures intérieures dans les bâtiments équipés ou non de répartiteurs » - Revue PROMOCLIM n°6  oct. /nov. 1991.

4.1/ A quelles périodes de la saison de chauffage les réductions des consignes sont les plus profitables pour l’efficacité énergétique ?

Comme une installation fonctionne durant environ 80 % de la durée de chauffage à moins de 50 % de sa puissance nominale (celle qui correspond à la température de base du site), les réductions très sensibles des consignes des régulateurs en dehors des périodes les plus froides conduisent aux réductions des consommations saisonnières les plus importantes.
Il faut donc se préoccuper en premier lieu des réglages des consignes en dehors des périodes climatiques les plus rigoureuses. Cela montre que les observations des températures ambiantes en période de chauffage devraient être assorties d’une indication de la température extérieure.


4.2/ Faut-il compter sur l’intelligence qui vient aux thermostats pour adapter les températures aux conditions climatiques ?

On peut en effet se poser la question du comportement des régulateurs de température ambiante : sont-ils capables de modifier cette température en relation avec la température extérieure ?

• Les thermostats d’ambiance ou autres régulateurs en fonction de la température intérieure présentent un défaut inhérent au principe de la régulation en boucle fermée : la température régulée subit une dérive «négative» au sens du besoin de confort, c'est-à-dire une température ambiante qui s’abaisse lorsque la charge de chauffage augmente. Cette dérive «négative» peut être compensée par un algorithme du régulateur qui tient compte de la charge du chauffage de quelques jours passés pour réaliser une dérive «positive» : une température ambiante qui se réduit lorsque la charge de chauffage s’abaisse. La dérive est une caractéristique fonctionnelle importante d’un régulateur d’ambiance, mais si on n’en retient que la valeur absolue, on ne met pas en valeur la qualité de ceux qui procurent une évolution «positive» de la température régulée ; une évolution qui répond mieux à un besoin de confort et d’économie.

• Les régulateurs en fonction de l’extérieur ont un rôle important, parfois oublié, dans le maintien des températures ambiantes. Ce rôle est primordial si les usagers ne sont pas incités à agir avec parcimonie sur les réglages des thermostats. Les réglages de l’origine et de la pente de la courbe de chauffe (ou loi de correspondance) permettent justement de moduler le signe et l’amplitude des dérives des températures ambiantes durant la saison. Ils peuvent annuler la dérive ou mieux réaliser une dérive «positive» par de simples réglages des paramètres de la courbe de chauffe.

  
  Ces régulateurs centraux en fonction de l’extérieur permettent dans tous les cas de limiter les gaspillages dus aux inattentions de réglage des consignes des terminaux ou aux imperfections de ces régulations. Le niveau de cette limitation peut être modulé au cours de la saison de chauffage pour être adapté au besoin.

Par René CYSSAU
Consultant équipement du bâtiment, ex ingénieur en chef du COSTIC, René CYSSAU est l'auteur d'ouvrages techniques
et a été rédacteur en chef de la revue PROMOCLIM.
René CYSSAU a également présidé à l'élaboration de la norme européenne NF CEN/TS 15810.

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