Choisir la régulation du chauffage électrique

Chaque local chauffé est pourvu d’un thermostat d’ambiance qui enclenche et déclenche la restitution de chaleur et ce en fonction de la température ambiante.

Un faible différentiel

Un thermostat d’ambiance est caractérisé par son différentiel statique (différence en K ou en °C) entre le point d’enclenchement et le point de déclenchement.
Afin de tendre vers un confort optimal, le choix se portera de préférence sur un thermostat d’ambiance dont le différentiel statique ne dépassera pas :

• 0,3 K pour un thermostat mural,
• 0,8 K pour un thermostat incorporé à l’appareil.

Cela entraîne une variation de température dans le local au point le plus défavorable (différentiel dynamique) de 2 K maximum.

Un thermostat à restitution progressive

On discerne deux types de thermostats :

• les thermostats électromécaniques, à commande “tout ou rien”,
• les thermostats électroniques, à commande “tout ou rien” ou à commande de restitution progressive, proportionnelle à la différence entre la consigne affichée et la température ambiante mesurée.

Cette dernière solution (qui correspond à une régulation proportionnelle) est à privilégier, toujours pour diminuer la fluctuation de la température intérieure.

Emplacement du thermostat

Dans le cas d’un thermostat d’ambiance incorporé à l’appareil, l’emplacement du thermostat est automatiquement lié à l’emplacement de l’appareil de production de chaleur.

Il y a lieu de noter que dans le cas où la production de chaleur pour un même local se répartit entre plusieurs appareils, les thermostats incorporés seront mis au maximum, et la température ambiante sera gérée par un seul thermostat d’ambiance mural qui commande tous les appareils simultanément ou par le thermostat d’ambiance d’un des appareils dès lors que la commande des autres appareils en est rendue tributaire (maître/esclave).

Dans le cas d’un thermostat d’ambiance mural, il trouvera son emplacement en suivant les règles ci-après :

• sur un mur intérieur,
• à une hauteur située entre 1 m 40 et 1 m 50 au-dessus du sol,
• éloigné de toute source de chaleur et/ou de froid,
• jamais dans un coin du local afin d’éviter de se retrouver dans une couche d’air statique,
• hors de la portée des rayons solaires.

A éviter :

• La sonde ne peut être soumise à l’ensoleillement.
• La sonde ne peut être influencée par une source de chaleur interne (éclairage, …)

• La sonde ne peut pas être placée sur un mur extérieur.
• La sonde ne peut être placée contre une cheminée.

La sonde ne peut être placée dans un endroit clos, peu influencé par l’air ambiant (dans une niche, derrière une tenture, …)

Raccordement du thermostat

Il y a lieu de suivre pour le raccordement les indications données par le constructeur, tout en observant les recommandations suivantes :

• Un thermostat mural, dont le câblage est amené au travers d’un tube encastré, peut voir son fonctionnement perturbé par l’effet cheminée qui pourrait se créer dans ce tube. Il est donc recommandé d’obturer l’extrémité du tube (silicone, mastique ou autre).
• La puissance de coupure d’un thermostat d’ambiance est souvent limitée, afin d’éviter l’auto-échauffement et la perte de précision. Il faut dès lors vérifier les caractéristiques du thermostat vis-à-vis de la puissance à commander. Le cas échéant, la puissance sera commandée au travers d’un relais de puissance qui, lui, est commandé par le thermostat.
• L’alimentation du thermostat doit être conforme aux prescriptions du constructeur. Certains thermostats nécessitent un raccordement phase et neutre ou deux phases, afin de garantir leur précision.

Choix de la consigne

Afin d’assurer une consommation d’énergie minimale tout en conservant un confort optimal, la consigne du thermostat d’ambiance sera abaissée de 5 K lors d’une non-occupation prolongée du local (pendant plusieurs heures par jour).

Si la non-occupation du local se prolonge pendant plusieurs jours, la consigne du thermostat sera placée sur une valeur entre 10 et 12°C afin d’assurer une protection antigel et d’éviter les phénomènes de condensation.
Cette fonction d’abaissement de température peut être réalisée

• en manuel : les abaissements de température sont réalisés par l’utilisateur en modifiant la consigne au thermostat.
• en automatique :
  • au moyen d’horloges (incorporées dans le thermostat ou centralisées dans le coffret de distribution), à programme journalier ou hebdomadaire,
  • au moyen d’éléments de programmation spécifiques,
  • ou au travers de systèmes intelligents émanant de la domotique.

Dans tous les cas, un mode d’emploi complet doit être exigé de l’installateur.

Régulation de la résistance d’appoint

Dans le cas de l’accumulation dynamique, le thermostat d’ambiance commande le ventilateur incorporé dans l’accumulateur.

Si l’accumulateur est équipé d’une résistance d’appoint, celle-ci ne pourra fonctionner qu’avec le ventilateur et pour autant que la charge résiduelle dans le noyau accumulateur soit inférieure à 20 à 30 % (protection incorporée dans l’accumulateur en série avec la résistance d’appoint).

Pour rappel : l’enclenchement de la résistance d’appoint est tributaire d’un interrupteur incorporé au thermostat et est visualisé au moyen d’un témoin.

En application trihoraire, les résistances d’appoint sont interdites.

Régulation manuelle ou automatique ?

On ne saurait trop recommander une régulation automatique de la charge en fonction de la température extérieure. Et pourtant, on rencontre couramment des accumulateurs avec réglage manuel à 3 positions. Par simplification, ils sont souvent réglés sur la position la plus élevée, afin de prévenir toute période froide éventuelle du lendemain. En pratique, ils entraînent une décharge statique plus élevée que nécessaire et donc une perte de rendement.

Un dispositif automatique de régulation de charge est obligatoire dans les cas suivants :

• en tarif exclusif nuit lorsque la puissance totale installée en accumulation est supérieure ou égale à 12 kW,
• dans tous les cas d’application d’accumulation en tarif trihoraire ou hors-pointes, indépendamment de la puissance installée,
• dans le cas de l’accumulation par le sol.

Le dispositif automatique de régulation de charge tiendra nécessairement compte :

• de la température extérieure,
• du niveau de charge résiduelle dans le noyau accumulateur,
• du régime horaire et du report de charge vers la fin de la période principale de charge (nuit).

Lorsque la puissance totale est inférieure à 12 kW, le thermostat de charge incorporé à l’accumulateur sera opérationnel en fonction manuelle. Il sera toutefois donné préférence à un dispositif automatique simplifié qui tient compte de la température extérieure et du niveau de charge résiduelle dans le noyau accumulateur.

Eléments constitutifs d’une régulation automatique de charge

En général, une régulation automatique de charge se compose des éléments suivants :

• une sonde de mesure de la température extérieure,
• un régulateur central,
• un interface d’acquisition d’informations de la situation tarifaire,
• des éléments de commande d’enclenchement de la puissance en fonction de la charge résiduelle du noyau et du niveau autorisé par le régulateur central (thermostat de charge).

Il est à noter que les thermostats de charge sont incorporés aux accumulateurs. S’il s’agit de chauffage par le sol, ils sont localisés dans le coffret de distribution mais disposent d’une sonde de mesure de charge résiduelle incorporée dans la masse accumulatrice.

Emplacement de la sonde extérieure

• S’il n’y a qu’une sonde pour le bâtiment, on la posera sur une façade nord-ouest ou nord-est.
• Elle sera placée à une hauteur de 2 m à 2 m  0 au-dessus du niveau du sol ou accessible à partir d’une fenêtre.

A éviter :

• La sonde ne peut être soumise à l’ensoleillement direct.
• La sonde ne peut être placée contre une cheminée..

• La sonde ne peut être placée au dessus d’une fenêtre.
• La sonde ne peut être placée au dessus d’une sortie de ventilation.

Remarques.

• Les caractéristiques de la sonde extérieure doivent être adaptées à celles du régulateur central.
• Le percement du mur extérieur pour le passage du câblage de la sonde sera rendu étanche.

Le régulateur central

Le régulateur central peut être composé d’un ou de plusieurs modules et est généralement incorporé dans le coffret de distribution. Il y a lieu de se conformer aux prescriptions du constructeur en ce qui concerne le câblage et l’emplacement.

Les courbes caractéristiques de fonctionnement sont déterminées comme suit avec les définitions suivantes :

Remarque.
Si pendant la période délimitée par SEH une interruption de la charge se produit, le régulateur se maintient à la consigne atteinte au début de l’interruption, arrête son cycle de temps, et redémarre dès retour du courant de charge en reprenant au niveau atteint au début de l’interruption.

A. Courbe caractéristique en fonctionnement exclusif de nuit (9 h de charge)
Réglages types.

E1	= η1
E2	= C – 2°C
E3	= tF – 1 h = 8 h
SEH	= E3 – 1 h = 7 h (sur certains régulateurs, limité à 6 h)
E4	= 26 h (ou 20 %)
E1 S	= 0
TU	= E3 + 2 h = 10 h
UMD	= 22 h
E22	= E10 = 85 %

Remarque.
Dans le cas où le temps de charge est limité à 8 h, il y a lieu d’adapter certains réglages : E3 = 7 h, SEH = 6 h, TU = 9 h; les autres réglages restant identiques.

B. Courbe caractéristique en fonctionnement trihoraire (7 h + 9 h de charge)

Réglages types :

E1	= C – (ηC – η1) / 2
E2	= C – 2°C
E3	= tF – 1 h = 6 h
SEH	= E3 – 1 h = 5 h
E4	= 30 h (ou 40 %)
E1 S	= 1
TU	= E3 + 1 h = 7 h
UMD	= 21 h
E22	= E10 = 100 %

Situation 1 : η_ext > 5°C (les charges de jour sont interdites).

Situation 2 : η_ext < 5°C

Le distributeur d’énergie met les contacts nécessaires, libres de potentiel, à disposition :

• un contact signale la période principale de charge,
• l’autre sert à l’indication des périodes de pointes.

Il y a lieu de se conformer aux prescriptions du constructeur.

Thermostat de charge thermomécanique

Principe de fonctionnement du thermostat de charge thermomécanique.

Le thermostat de charge est incorporé dans chaque accumulateur et veille à ce que le noyau se charge jusqu’à une certaine température. La contenance calorifique du noyau est proportionnelle à la température de celui-ci.

La majorité des thermostats de charge actuellement mis en œuvre sont du type thermomécanique (cf. la représentation ci-dessus). Ils sont actionnés par un signal résultant de la somme des températures du noyau et d’une sonde pilote (charge simulée).

L’élément actif d’un thermostat de charge est un soufflet (5) sensible à la somme des pressions provenant des deux sondes de température et qui enclenche ou déclenche l’alimentation électrique (7) des résistances du noyau (8). La sonde qui représente la charge du noyau (1) est incorporée dans l’isolation du noyau. La sonde pilote (2) est entourée d’une résistance pilote chauffante (3) qui est alimentée par le signal du régulateur de charge.

Le bouton de réglage manuel (6) permet de régler manuellement la charge entre 0 et 100 % dans le cas où l’accumulateur n’est pas piloté par un régulateur de charge. Si l’accumulateur est piloté par un régulateur de charge, le bouton de réglage (6) doit être positionné sur 100 %. Toute modification de cette indexation aura une influence négative sur le niveau de charge demandé par le régulateur.

En présence d’un signal de commande, le thermostat de charge déclenchera à un niveau déterminé de température du noyau. Pour un signal maximal sur la résistance pilote correspond une charge autorisée dans le noyau de 0 %; pour un signal minimal sur la résistance pilote correspond une charge autorisée dans le noyau de 100 %. Tout signal intermédiaire autorise un niveau de charge intermédiaire et proportionnel.

L’accumulateur contient, outre le thermostat de charge, également un thermostat de sécurité (9), afin de limiter la température du noyau à une valeur maximale en cas de défaillance du thermostat de charge.

Le signal pilote provenant du régulateur de charge est habituellement géré dans un mode 80 % ED (signal à modulation par Durée d’Enclenchement (ED)).
Exemple ED = 20 %

Un signal de 2,0 sec (20 % ED) autorise une charge de noyau de 75 %.

Le signal appliqué est basé sur une tension 230 V – 50 Hz. Le signal au sein d’une période de 10 sec est actif pendant maximum 8 s, soit 80 % de la période.
Un signal d’une durée d’enclenchement de 8 sec (80 % ED) simule au niveau de la sonde pilote une charge de 100 % et autorise dès lors une charge de 0 % dans le noyau.
Un signal d’une durée d’enclenchement de 0 sec (0 % ED) simule au niveau de la sonde pilote une charge de 0 % et autorise une charge du noyau de 100 %.

Thermostat de charge électronique

Le principe de fonctionnement est similaire lorsque le thermostat de charge est électronique.
Dans ce cas, la sonde de mesure de la charge du noyau peut être en contact direct avec le noyau (par ex. sonde Pt 100). La sonde pilote disparaît et le signal pilote est pris en compte directement par le comparateur électronique. Ce dispositif électronique permet d’inclure une vérification automatique du bon fonctionnement du régulateur de charge en incluant un signal pilote minimal de 2 %, 0 % ED est signe de défaillance de la régulation de charge. Le comparateur du thermostat de charge pourra dans ce cas avoir un comportement positif c-à-d. absence de signal (0 % ED) provoquant 100 % de charge ou un comportement négatif c-à-d. absence de signal (0 % ED) provoquant le blocage de charge.
Cette dernière solution, la plus récente sur le marché va dans le sens de l’URE et attire immédiatement l’attention de l’utilisateur sur une défaillance du système de régulation.

Régulation de charge pour le chauffage par le sol

Le principe de la régulation pour le chauffage par accumulation par le sol est comparable à la régulation pour les accumulateurs.

Au lieu d’un thermostat de charge incorporé à l’accumulateur, la régulation se compose d’une sonde de chaleur résiduelle incorporée dans la dalle accumulatrice et d’un thermostat ou régulateur de zone connecté directement au régulateur de charge central.

On disposera d’autant d’unités sonde + thermostat correspondant que de zones de température à régler.
Au niveau du régulateur de zone, il est possible d’ajuster la température de la dalle correspondant à 100 % de charge. En général, la température maximum de la dalle sera réglée de 55 à 60°C.

Le régulateur central sera soit un module spécifique pour régulation sol dont le signal de sortie sera en courant continu, soit un régulateur classique pour accumulation combiné à un convertisseur transformant le signal ED en signal DC proportionnel. Afin d’éviter tout dysfonctionnement, on placera dans la zone principale un thermostat de sécurité qui coupera la charge de toutes les zones si la température correspondant à la charge maximale est dépassée.

Les circuits de puissance sont enclenchés/déclenchés par des contacteurs ou relais adéquats qui sont pilotés par les régulateurs de zone.

Ampli de groupe

L’ampli de groupe amplifie le signal ED afin de pouvoir piloter un nombre d’accumulateurs supérieur à celui normalement admis par le régulateur central (voir les spécifications du constructeur).

Il permet aussi d’adapter le signal ED dans une fourchette de – 30 à + 10 %. Cette faculté permet dans le cadre de grands ensembles ou d’immeubles à appartements de corriger le niveau de charge autorisé par le régulateur central pour un groupe d’accumulateurs. On pourra ainsi en installant un ampli de groupe par appartement, corriger le niveau de charge appartement par appartement, afin d’ajuster la régulation à la demande individuelle. Ceci permet de gérer le confort individuel dans chacun des appartements avec un seul régulateur central.

(Source : d’après “Le code de bonne pratique pour la réalisation des installations de chauffage électrique” – Communauté de l’Electricité – CEG).