Régulation algorithmique et performance des installations de chauffage

le 02 Mai 2024

Par Frédéric SOBOTKA - Société ThermoZYKLUS

LA PROBLEMATIQUE

En imposant l’automatisation du bâtiment et même, par le décret tertiaire, des résultats justifiés chiffrés d’économies d’énergie, la réglementation agit en faveur de la transition énergétique. D’ici 2030, une première tranche de 40 % d’économies doit être atteinte, ce qui force à mettre en place des solutions techniques pointues. Souvent, on pense à tort qu’une bonne isolation suffit à elle seule pour assurer la performance énergétique des bâtiments. Et pourtant, il n’est pas rare que les problèmes de surconsommation persistent dans des bâtiments parfaitement isolés… car il faut aussi se soucier de l’émetteur.

Avec une régulation terminale connectée, l’automatisation du chauffage est simple et immédiatement efficace. En optimisant l’apport énergétique au départ, on réalise des économies d’énergie considérables. On sait qu’en chauffant 1°C de moins, on économise 7% d’énergie, ce qui est avéré mais souvent largement sous-estimé car ce chiffre se base sur des températures basses. En pratique, les bâtiments sont largement surchauffés et les économies réalisées par la mise en place d’une régulation intelligente très nettement supérieures. C’est une des solutions les plus simples et aussi les plus abordables à mettre en œuvre avec un retour sur investissement quasi immédiat.

Flambée des prix de l’énergie, gestion tendue des approvisionnements… au-delà des aspects réglementaires, la sobriété énergétique est une nécessité absolue pour faire face à la crise et préserver notre planète. L’élimination pure et simple du gaspillage énergétique avec l’absence de surchauffe, la détection de fenêtre ouverte qui coupe le chauffage et une très haute précision de régulation apparaît ainsi comme une évidence.

algorythme prédictif.jpg

L’intelligence artificielle au service de la régulation

Telle une voiture autonome qui prend au bon moment les bonnes décisions pour anticiper sa trajectoire, une régulation algorithmique thermocyclique bénéficie d’une intelligence artificielle embarquée qui lui permet de contrôler les émetteurs de chauffage de façon dynamique et prédictive, pour une gestion du chauffage la plus fine possible.

Une régulation algorithmique thermocyclique présente de nombreux avantages, comme la prise en compte d’apports gratuits (ensoleillement, chaleur humaine, fonctionnement de machines…), la protection contre la moisissure, la détection automatique d’ouverture de fenêtre sans pose de contacteurs… ce qui permet d’assurer de façon pérenne un confort thermique optimal et d’optimiser les consommations énergétiques.

Un atout crucial de la régulation thermocyclique réside dans la réalisation automatique de l’équilibrage hydraulique des installations, un problème récurrent auquel sont confrontés les professionnels, souvent sans pouvoir y apporter une solution satisfaisante. En effet, d’après les estimations, 10 % de toutes les installations seulement fonctionnent dans des conditions hydrauliques optimales. La mise sous pression irrégulière des radiateurs entraîne à la fois le dépassement des températures ambiantes et le gaspillage d'énergie. Si l’industrie de la robinetterie propose certes une large gamme de régulateurs de pression différentielle et de débit ainsi que des logiciels adaptés pour le calcul du réseau de distribution, l'absence d'équilibrage hydraulique reste le problème principal aussi bien dans le neuf que dans l'existant – ce qui, d’après les experts, entraîne une perte de rendement de 10 à 20 % sur l’ensemble de l’installation.

équilibrage hydraulique radiateur

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

1°) Principe d’une régulation algorithmique thermocyclique

A l’inverse des régulations traditionnelles qui manquent de réactivité, une régulation thermocyclique fonctionne selon un principe que les thermostats ou régulateurs à actions proportionnelles intégrales ne proposent pas. La température est mesurée toutes les secondes et l’information remontée chaque minute à l’unité centrale, cœur du système. Les décisions sont prises en temps réel et de façon automatique grâce à l’algorithme intelligent. La précision de régulation est inégalée : +/- 0,15°C. Le procédé algorithmique thermocyclique représente ainsi une innovation fondamentale en matière de régulation de température, très différente du fonctionnement des thermostats ou régulateurs à actions proportionnelles intégrales.

regulation intelligente

De telles variations sont le plus souvent importantes donc inconfortables. Pour y remédier, on essaie de réduire puis d'équilibrer ces variations de température. C'est là que le procédé thermocyclique se différencie. Ce procédé n'a pas pour but d’éliminer ces variations. Au contraire, il stimule ces variations tout en les maintenant sous contrôle. C'est parce qu'elles sont sous contrôle qu'il est possible de les réduire au minimum; elles ne doivent en aucun cas être supprimées.

Le principe fondamental est d'utiliser les informations contenues dans ces variations de température. L'amplitude et la fréquence des variations de température (graphique 1b) dépendent entièrement du fonctionnement du système de chauffage et des conditions environnantes soient des temps morts, de la température des radiateurs et de la température ambiante; ce sont précisément les informations issues des variations qu’il s'agit de rassembler et d'utiliser pour la régulation. C'est pourquoi l'objectif ne doit être en aucun cas d'éliminer ces variations mais plutôt de les stimuler pour pouvoir mieux les contrôler, puis les modifier pour la régulation. Si l'on éliminait ces variations, il deviendrait alors impossible d'extraire les informations nécessaires à une régulation optimale.

regulation radiateur

De ceci découlent les premières phases du système (Graphique 2 ici amplifié). Un radiateur est alimenté pendant un certain temps. Puis, le système répond quelques instants plus tard en ayant déterminé une température minimale et une température maximale.

Le procédé de régulation thermocyclique établit dès lors une relation entre le moment de la mise en marche du radiateur et des variations de température qui en résultent. Les valeurs calculées sont un point de départ pour l'ouverture des radiateurs, l'évolution de la température lors de l'ouverture des radiateurs et la durée de leur ouverture. Ensuite, des paramètres sont établis en fonction de la différence mesurée entre la température de consigne et la température réelle, puis transmis au système qui procède aux adaptations nécessaires.

Grâce à ces calculs, on obtient des variations de température de très faible amplitude (généralement de 0.3 C°) comme le montre le graphique 3 (ici amplifié).

regulation intelligente

L'évolution de la température est analysée de façon continue. A partir des données du cycle précédent, des paramètres sont établis. Les points de départ pour l'ouverture des radiateurs (E) et la durée de l'ouverture (D) sont de nouveau calculés pour le cycle courant pour confirmer les valeurs pré-établies.

Un cycle est alors lancé. La différence entre la température réelle et la température de consigne est enregistrée.

Cette différence permet d'établir de nouveaux paramètres pour le prochain cycle. Selon cette méthode, des informations concernant le système et son environnement sont enregistrées. Tout changement de condition est pris en compte dans les nouveaux paramètres pour que la régulation soit adaptée en fonction.

La régulation thermocyclique offre notamment les avantages suivants :

Sans programmation préalable, elle détermine la régulation optimale pour chaque système. Aucune caractéristique technique concernant le système ni aucune courbe de chauffage ne doivent être établies par avance, ce qui élimine tout risque d’erreur.
La régulation n'a besoin que d’une sonde de température et d'un actionneur. Aucune sonde extérieure n'est nécessaire à la régulation de la température de départ. Si la température de départ doit être réglée, la température minimale nécessaire est alors déterminée à partir des informations reçues.
Ces données permettent de calculer un équilibrage hydraulique automatique. Avec les moteurs de vannes proportionnels SF ou SK, l’installation toute entière peut être équilibrée automatiquement sans intervention extérieure.
Les paramètres de sécurité sont facilement établis et les problèmes faciles à diagnostiquer.

Enfin, la variation temporelle de la régulation thermocyclique retenue pour le calcul du CEP est très faible.

2°) Un équilibrage hydraulique automatique

L'équilibrage hydraulique électronique de Thermozyklus est rapide, précis et rentable. Il prend le ratio ouverture/fermeture comme référence pour le besoin calorifique.
Rappel : Thermozyklus s'appuie sur un algorithme de régulation breveté. La vanne n'est pas mise dans les positions traditionnelles d'un régulateur P, I ou PID. Grâce à la mesure permanente de la température ambiante, la régulation THZ détecte les micros variations de température et les analyse afin de réguler la température ambiante à ± 0,15 Kelvin près. Les informations obtenues pendant la régulation servent à déterminer le débit du fluide qui est nécessaire pour chaque pièce afin d'obtenir l'apport énergétique défini.

comparatif équilibrage

On obtient ainsi une durée de pulsation pendant laquelle on chauffe (vanne ouverte) et une où le chauffage est inutile (vanne fermée). Le ratio entre les durées d'ouverture et de fermeture permet de calculer le besoin énergétique réel pour une pièce et par là même la valeur caractéristique par pièce. En comparant toutes les données d'un circuit de chauffage, on détermine le débit de chacun des radiateurs ainsi que les variations entre ces derniers. Ces données servent alors à réduire les radiateurs en fonction de leur valeur caractéristique respective.

L'équilibrage hydraulique est simplifié grâce à la régulation thermocyclique THZ. De plus, ce procédé enregistre les conditions hydrauliques réelles le rendant plus précis que le calcul d'après le réseau de distribution.
Tout calcul complexe du réseau de distribution s'avère inutile. En fonction des conditions hydrauliques d'une installation, on parvient à économiser entre 10 et 20 % d'énergie. C'est en particulier le cas pour les chauffages dont les chaudières n'ont presque pas été condensées et pour les installations dont le COP de la pompe à chaleur est mauvais.

La régulation Thermozyklus agit de façon dynamique pour assurer une courbe de température à +/- 0,15°C autour de la température de consigne.

LES SOLUTIONS PRODUITS

ThermoZYKLUS, la régulation terminale la plus précise du marché

thermozyklus régulation

Performance algorithmique inégalée

Algorithme de régulation unique et breveté
Prise en compte et anticipation des surchauffes, des apports gratuits, de l’inertie des émetteurs, …
Régulation précise à +/- 0,15°C sur tous émetteurs : les courbes de température le prouvent !
Unité centrale ZE labellisée avec ses moteurs de vanne connectés SF & SK
Variation temporelle très faible
Système certifié eu.bac pour planchers chauffants avec un Ca=0,3 (selon EN 15232) - Ca = Control Accuracy
Système certifié eu.bac pour radiateurs avec un Ca=0,2
Système certifié eu.bac pour panneaux rayonnants avec un Ca = 0,4 en chaud et Ca = 0,4 en froid
Supervision/Monitoring avec plateforme active Semlink
Fiabilité et expérience : près de 5 000 installations régulées sur plus de 15 ans
Idéale CPE/Décret tertiaire/BACS/RE 2020