19 août 2013

Réglage et optimisation d’une courbe de chauffe

Aujourd'hui, une installation de chauffage performante, confortable et économique devrait obligatoirement être pilotée par une régulation utilisant une courbe de chauffe ou dite encore « loi d’eau ». Il est ainsi vraiment navrant d’entendre encore, de la bouche même de certains installateurs, qu’avec une sonde extérieure pour des radiateurs (même dimensionnés « au plus juste ») les habitants vont avoir froid en hiver !


Il n’est pas rare non plus de rencontrer des installations de chauffage possédant une telle régulation mais dont les capacités ne sont pas exploitées à leur maximum, bien souvent par incompréhension du fonctionnement, un mauvais réglage ou un manque de conseils avant-vente, entraînant alors bien souvent un inconfort pour les occupants (et une mauvaise image de cette régulation auprès du public), voir une surconsommation.



Or une régulation basée sur une loi d’eau utilise pourtant simplement une correspondance entre la température de l’eau de l’installation et les conditions atmosphériques réelles, correspondance qui dépend uniquement du type de bâtiment (son isolation), de l’installation et du confort recherché (température intérieure), pouvant uniquement varier durant la vie de l’installation en fonction par exemple des rénovations thermiques. Chez elyotherm, nous essayons de toujours préconiser ce type de régulation avec les installations qui s’y prêtent (chaudière à condensation, pompe à chaleur, chaudière à granulés bois, …). Mais compte tenu de la désinformation parfois distillée auprès du public, cette dernière nous réclamant alors beaucoup de temps pour convaincre nos clients de tout l’intérêt d’une telle régulation, nous avons décidé d’écrire un article plus précis sur le sujet afin que les futurs acquéreurs d’une solution de chauffage puissent s’y référer.

Pourquoi une courbe de chauffe

Tout d’abord, il faut savoir que les installations de chauffage sont dimensionnées pour assurer le confort pour une température extérieure minimum et surtout extrême. Appelée température extérieure de base, cette température dépend de la région et de l’altitude où se situe le bâtiment à chauffer. Par exemple, pour Lyon, la température extérieure de base est de -10°C (pour une altitude comprise entre 0 et 200m).



Cette température extérieure de base étant très rarement atteinte (voir bien souvent jamais certains hivers !), la température extérieure moyenne en hiver étant plutôt de l’ordre de +5°C, les installations de chauffage sont ainsi durant la majeure partie de la saison de chauffe, surpuissantes par rapport aux besoins (déperditions) réelles. De plus, la puissance déterminée par calcul, est majorée pour permettre une relance du chauffage rapide lorsqu'il fait très froid, et déterminée aussi parfois pour assurer une production d’eau chaude sanitaire avec un débit confortable. Avec un réglage manuel de la température d’eau du générateur pour pallier au risque d’une température extrême, on chauffe alors en permanence de l’eau à une température trop élevée.

Pour adapter la puissance des corps de chauffe (ex. radiateurs) aux besoins réels, il est possible de soit :
  • réduire le débit d’eau chaude dans le corps de chauffe,
  • envoyer de l’eau chaude par intermittence (à l’aide d’un thermostat d’ambiance),
  • faire varier la température d’eau circulant dans le corps de chauffe.
La réduction du débit d’eau en fonction des besoins est généralement réalisée par des vannes thermostatiques. Mais compte tenu de la course utile des vannes thermostatiques extrêmement faible, les réductions de débit permettant de faire varier la puissance du radiateur sont difficilement atteignables : il faut diminuer le débit à 15% du débit nominal pour diminuer de seulement 50% la puissance du radiateur. Les vannes thermostatiques doivent donc être utilisées comme organe de réglage final et non pas comme réglage principal.

L’usage d’un thermostat d’ambiance, bien que plus précis en terme de confort (dans la pièce de référence),  n’est pas non plus l’idéal avec des chauffes et des refroidissements successifs des émetteurs (inconfort, bruit, …), sachant que le générateur se comporte là encore comme une « grosse cocotte-minute » avec de l’eau chaude maintenue en permanence à une température non adaptée aux conditions climatiques réelles : pourquoi produire en permanence de l’eau à 60°C dans sa chaudière au printemps alors qu’il fait 15°C extérieure ? De l’eau circulant à 30°C pourrait peut-être largement suffire pour combattre les déperditions du logement !

Pour une régulation plus précise et économique, il ne reste donc que la solution de faire varier la température d’eau circulant dans les émetteurs. Ainsi par exemple, à un débit nominal d'eau, le fait de diminuer de 90°C à 60°C la température de l’eau, la puissance du radiateur est réduite de 50%. En outre, la régulation d’une température d’eau est bien plus simple à réaliser par le générateur de chaleur (ex. chaudière) ou des organes intermédiaires (ex. vanne mélangeuse).

Cette façon de procéder, au contraire d’une régulation de type « tout ou rien » (ex. thermostat d’ambiance) va permettre en chauffant l’eau à la « juste » température :
  • de diminuer les pertes de chaleur dans le réseau de distribution du chauffage (tuyauteries), les pertes à l’arrêt des générateurs,
  • d’augmenter les temps de cycle des générateurs (moins de « marche / arrêt »), soit un meilleur rendement global avec moins d’usure/encrassement de certains organes,
  • d’optimiser le fonctionnement des chaudières à condensation avec une eau de retour la plus froide possible, permettant de garantir le phénomène de condensation tout au long de la période de chauffe surtout avec des radiateurs non « basse température »,
  • de ressentir un meilleur confort (chaleur « douce »), l’eau à la « bonne » température circulant en permanence dans les radiateurs (à la manière d’un plancher chauffant), au contraire d’un thermostat d’ambiance « tout ou rien » envoyant de l’eau très chaude dans les émetteurs seulement par à-coups, entraînant bruits de dilatation, inconfort par un refroidissement rapide du radiateur lorsqu'il n’est plus alimenté, pièces plus froides car le thermostat à un autre endroit du logement a déjà coupé …
  • de diminuer la pollution environnementale,
  • et enfin surtout de générer d’importantes économies d’énergie.


Principe d’une courbe de chauffe

Une régulation sur courbe de chauffe va donc simplement établir la correspondance entre les besoins de chaleur du bâtiment (basés sur les déperditions donc de la température extérieure) et la température de l’eau qui alimente les émetteurs. En effet, pour une température intérieure et une isolation données, un bâtiment perdra toujours le même nombre de calories pour une certaine température extérieure, qu’il faudra compenser pour maintenir la température intérieure, et ce de manière quasi linéaire (droite), éventuellement compensées par les apports gratuits (ex. ensoleillement du bâtiment) mesurés par une sonde d'ambiance.


Une courbe de chauffe peut donc très simplement se définir avec une droite comprenant une pente (réglable) et un point pivot de base (réglable à la l’aide d’un déplacement parallèle). La pente de la courbe est un nombre décimal (généralement variant de 0 à 4) qui signifie que pour une variation de 1°C de la température extérieure, la température de l’eau varie de 1°C x La pente (ex. 1°C x 1.6 = 1.6°C). Le point pivot (généralement prédéfini sur les régulations), point fixe autour duquel tourne la courbe de chauffe lorsque l’on fait varier la pente, peut être changé en modifiant la parallèle de la courbe (translation verticale).


Ainsi il est tout à fait impossible d’avoir froid en hiver avec cette configuration si elle est bien réglée !! S’il fait -10°C extérieur à 7h du matin, la courbe de chauffe (réglée pour les émetteurs et les déperditions propres du logement) demandera à la chaudière d’envoyer par exemple une eau à 70°C pour obtenir 20°C intérieur. Et peut-être qu’à midi, il ne fera plus que -3°C à l'extérieure, la régulation demandera alors à la chaudière de n’envoyer que de l’eau à 55°C pour continuer d'obtenir une température ambiante de 20°C.

Petites précisions sur les thermostats dits « modulants » fournis ou installés avec certaines chaudières. Même si le fonctionnement de ces derniers peut se rapprocher d’une régulation sur température extérieure (régulation basée sur les déperditions réelles du bâtiment), ce n’est pas tout à fait le cas. Ils ne modulent la température de l’eau que sur des mesures temporelles d’élévation/diminution de la température intérieure. Pour simplifier : est-ce qu’avec une eau à 40°C, la température intérieure s’élève jusqu'à la consigne demandée / au bout de combien de temps ? Si non, c’est peut-être que la température extérieure baisse. Il commande à la chaudière une élévation de la température d’eau à 45°C, et revérifie. Si la température se stabilise, c’est la « bonne » température. Et ainsi de suite … Ainsi par moment, avec moins de réactivité, et plus d’oscillations autour de la température optimale d’eau, on peut chauffer l’eau à une température plus que nécessaire (donc consommer plus d’énergie). Ce n’est pas le cas avec une régulation sur température extérieure car le réglage de la température d’eau se fait de manière continue (mesure permanente de la température extérieure). Dans tous les cas, si l’installation d’une régulation sur température extérieure est vraiment impossible, un thermostat « modulant » est toujours à préférer à un modèle « tout ou rien », surtout avec une chaudière à condensation ou un modèle « basse température » disposant d’une fonction de modulation en associant avec un thermostat modulant (ex. protocole de communication « OpenTherm »).


Comment régler une courbe de chauffe

Le réglage d’une courbe de chauffe n’est pas vraiment compliqué en soit : ce n’est finalement qu’une droite comprenant 2 paramètres (pente et parallèle), et il suffit de trouver seulement 2 points pour la définir. En revanche, pour un réglage optimal, son ajustement doit se faire sur une demi-période de chauffe : un premier réglage (par exemple à l’installation), un ajustement en demi-saison (printemps ou automne), et un ajustement en plein hiver.

Pour le premier réglage, l’idéal est de connaitre certaines valeurs utilisées avec l’ancien générateur :
  • en hiver, pour la température extérieure de base [A], la température maximale de l’eau qui devait être envoyée dans les émetteurs [B]
  • en saison chaude, la température extérieure à laquelle le chauffage était coupé [C], et la température minimale de l’eau envoyée dans les émetteurs [D]
  • le point pivot de base de la nouvelle régulation (précisé dans la notice technique) avec température extérieure de non chauffage [E] et la température minimum de l’eau [F]

Les formules de calculs sont alors les suivantes :

Pente = ( [B] - [D] ) / ( [C] - [A] )

Parallèle =  [D] - ( [F] + Pente x ( [E] - [C] ) )

Exemple :
Pente = (80°C - 35°C)) / (20°C - (-10°C)) = 1.5
Parallèle = 35°C - (20°C + 1.5 x (15°C - 20°C)) = 23

La courbe de chauffe peut se définir ensuite par :

T° eau = 1.5 x (T° intérieure demandée - T° extérieure) + 23


Si on ne dispose pas de ces valeurs, l’expérience du chauffagiste permettra de régler sans problème une première courbe de chauffe en fonction du bâtiment.

Il suffit ensuite de se baser sur le tableau ci-après pour ajuster progressivement par une méthode simple (sans calculs) la loi d’eau :

Température ext.
le jour
Température intérieure ressentie
Trop chaud
Trop froid

+5 à +15°C

Augmenter la pente de 0,1
Baisser la parallèle de 1
Baisser la pente de 0,1
Augmenter la parallèle de 1

-20 à +5°C

Baisser la pente de 0,1Augmenter la pente de 0,1
Mais attention, un bâtiment réagit lentement à ces modifications : il faut le laisser s’adapter en ne réalisant pas plus d’un ajustement par jour, voir plutôt toutes les 48h surtout en demi-saison. De plus, pour apprécier le réel impact d’une modification des paramètres de la courbe de chauffe lorsque l’installation est équipée de vannes thermostatiques, il est important de maintenir celles-ci en position ouverte durant la durée du réglage.

Une fois le réglage optimal obtenu, il ne faudra plus jamais y revenir (d’où l’intérêt de s'y atteler au moins une fois au début !), sauf en cas de modification de l’isolation propre du logement (ex. remplacement des vitrages).

Enfin, en association avec un satellite (ou commande déportée) intérieur, dispositifs intégrant une sonde de température, la courbe de chauffe peut aussi s’ajuster automatiquement en cas d’apports gratuits dans le bâtiment (rayonnement solaire, chaleur humaine, …). Attention, ces dispositifs ne sont pas des thermostats d'ambiance : ils ne font que reporter une information complémentaire au générateur pour plus de précision. Cette sonde est par ailleurs quasi-obligatoire dans le cas d’un plancher chauffant pour obtenir une température intérieure exactement à la valeur de consigne demandée.


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