Cas pratique de chauffage avec ZiBASE

 

Généralités

ZiBASE permet de réguler votre chauffage par chaudière ou électrique (via fil pilote) de manière directe (ZiBASE+Actionneur sur Chaudière ou Radiateur électrique, il existe de nombreux tutoriels sur le WEB) ou indirecte avec un thermostat tiers:  Voir à ce titre les guides : http://www.zodianet.com/thermostatzwave.html et  http://www.zodianet.com/la-toolbox/thermostat-enocean.html.

ZiBASE sait également gérer des vannes thermostatiques via leur consigne de température. Voir : http://www.zodianet.com/la-toolbox/danfoss.html

Avec ZiBASE, vous disposez de la capacité de régler à distance votre chauffage de manière très ergonomique depuis vos smartphones et tablettes. En sus, ZiBASE permet de gérer simultanément 5 thermostats permettant d'instaurer des zones indépendantes de régulation (valable surtout pour des vannes ou des radiateurs électriques).

Il n'est pas toujours facile de connecter une ZiBASE à une chaudière car la régulation de température fournie par le constructeur (par thermostat semblant indissociable) peut être quasiment "intégrée" à la chaudière dans le but de proposer un même "package" commercial.


Pour cette étude de cas, nous nous intéressons ici à  une chaudière à gaz avec ballon d'eau chaude intégré de bonne facture et réputation, de marque Frisquet type "HYDROCONFORT 80 450 2000", munie d'un thermostat satellite sans fil  "Eco Radio System",  utilisée dans une maison individuelle de 115m2.

 

 

 

Si au premier abord, la connexion de la chaudière à son thermostat d'ambiance  "Genuine" de la marque semble définitive, il n'en est rien, et en cherchant bien,  un cordon de la marque est même proposé pour connecter cette chaudière à un thermostat tiers "2 fils" à contact sec. Il est à noter que le constructeur s'affranchit ainsi du cas où la connexion radio serait compromise et empêcherait l'utilisation de la chaudière !

Il est toujours possible de spéculer sur le niveau d'intelligence échangé entre le thermostat sans fil d'origine et la chaudière. Nos observations nous ont montré que la "qualité de chauffe" et la régulation semblent être équivalentes avec un thermostat externe: Nous n'avons rencontré ni comportement anomal dans la régulation de température, ni même ponctuellement surchauffe anormale et inappropriée des radiateurs.

La suite de l'article montre comment ZiBASE peut même optimiser et customiser la montée en température de votre habitation (qui intervient classiquement le matin) afin d'avoir une "chauffe" encore plus douce que la régulation d'origine et économiser ainsi l'énergie. Le jeu est assez simple: Que la température ambiante trouve son asymptote (consigne de température de jour)  le plus rapidement possible, sans la dépasser.

Par contre, la chaudière est un organe complexe qui possède une réelle intelligence pour ménager notamment son rendement et sa longévité. L'ordre ON du thermostat ne déclenche pas illico les brûleurs,  pas plus que OFF ne les arrête: Elle prend en compte les ordres du thermostat mais lui n'obéit pas. La chaudière intègre les informations du thermostat dans son cycle de fonctionnement, rien de plus !


"Tableau de bord" de la chaudière


 

Vue de l'installation

 

Choix du thermomètre

Un thermomètre est nécessaire pour connaitre la température ambiante. Quel est le meilleur thermomètre ?

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, la précision du thermomètre importe peu et certainement pas son prix, d'autres facteurs sont plus importants. Un thermomètre léger (comme les thermomètres Scientific Oregon) avec une plasturgie ventilée aura certainement une inertie faible thermique. Un thermomètre lourd (et donc coûteux ?) aura certainement une inertie plus grande . Il est préférable d'avoir une faible inertie pour former une boucle de réaction rapide (votre chaudière et vos radiateurs sauront bien assez la ralentir...). Choisir une sonde avec une bonne autonomie avec une précision de 0,1°C. Avoir un LCD représentant la température est un plus appréciable. A noter que le changement de piles peut provoquer un changement d'ID des sondes Oregon mais qu'une option dans le configurateur de ZIBASE permet d'éviter cela.

Ces caractéristiques (précision, linéarité...)  sur la gamme utile, c'est à dire entre la consigne de jour et la consigne de nuit (... quelques degrés) seront de toute façon suffisantes,  car la recherche d'une température représentative amène une autre problématique bien plus épineuse : La température n'est vraiment pas uniforme dans une pièce. Elle sera différente selon la hauteur (entre sol et plafond), selon la convection naturelle, le rayonnement (parois ou sources chaudes ou froides à coté ou en vis-à-vis). Même le support aura son effet, un mur porteur en béton "tamponnera" plus les variations de températures (encore un effet d'inertie) par rapport à un support léger ou isolant. Choisir un endroit à hauteur d'homme,  à l'écart de sources chaudes ou froides, bien en évidence et représentatif de la température de votre habitat.

Nous avons fait le choix ici d"un thermomètre Scientific Oregon de type THGR328N car...  Nous l'avions en stock. Il est vrai que les thermomètres Oregon ont une une excellente autonomie tout en émettant leur température très souvent (typ. 40s). Les thermomètres Enocean ont également une excellente autonomie (car sans pile et avec un accu rechargé par énergie solaire) mais avec un fréquence d'émission plus faible. Sur terrain, Z-WAVE n'est pas le meilleur.

Choix de l'actionneur

L'actionneur reçoit des ordres de ZIBASE et les envoie à la chaudière via 2 fils avec un montage dit "à contact sec" ou "en boucle sèche" :  C'est un simple interrupteur commandable à distance. Il n'a pas besoin d'être une "bête de course";  un retour d'état ne sert à rien et ne fiabilise en rien la connexion ( à moins que vous souhaitiez consulter chaque fin de journée le rapport des 300 envois d'ordres depuis la veille). Si un ordre est perdu, le prochain sera pris en compte quelques minutes après. Si une rupture de connexion durable intervient, vous allez vous en rendre vite compte et, en plein hiver,  votre motivation pour remédier au problème sera vraisemblablement au rendez-vous ;-)

Nous avons fait le choix ici d"un actionneur de type Deltadore Deltis 1.13 pour sa qualité de fabrication (choisir le protocole  XDD Boiler/AC sur ZiBASE). A noter qu'un modèle au même visuel,  le Deltis 1.03, commande le fil pilote des radiateurs électriques sur les 4 ordres : Confort/Eco/Hors Gel/Arrêt (choisir alors le protocole  XDD Pilote Wire sur ZIBASE. De par la nature broadcastée du protocole, cette dernière peut adresser plusieurs récepteurs simultanément).

Nous vous conseillons de configurer l'actionneur à coté de ZiBASE. Le tester avec quelques ordres ON/OFF depuis le PC. Mettre en place le super-Thermostat Zodianet. Tester l'actionneur au travers du thermostat en faisant varier les consignes de température...

La connexion à la chaudière Frisquet mentionnée ci-dessus est rapide. Eteindre la chaudière. Mettre en place le cordon F34440446. Au travers d'un domino, connectez les 2 fils "contacts secs" de l'actionneur aux 2 fils du cordon Déconnecter le le cordon reliant le bloc radio au sommet de la chaudière et mettre le switch N°5 de la chaudière dans la position spécifiée dans la notice du cordon (= inhibition de l'"Eco Radio System"). Vous pouvez remettre la chaudière sous tension avec l'actionneur. Tester à nouveau l'actionneur avec le super-Thermostat depuis votre smartphone.

Voilà,  l'installation est terminée !

Pour remettre l'installation initiale, c'est à dire l'Eco Radio System avec son thermostat satellite en fonction, quelques secondes sont nécessaires.

Sur le choix de l'algorithme de régulation

Les chaudières acceptent un pilotage par contact sec sur 2 fils et cela limite dans tous les cas les possibilités à un fonctionnement binaire ON/OFF dit "tout ou rien" qui en pratique revient à demander au thermostat de renvoyer le résultat de la comparaison entre T°C ambiante et T°C de consigne:  Si T°C ambiante < T°C Consigne alors résultat = 1 sinon résultat = 0. Cet algorithme a un inconvénient majeur lors d'une montée en température importante. Pour faire une analogie, si un véhicule doit relier un point A à un point B, s'il n'anticipe pas son arrivée au point B en réduisant sa vitesse, il le dépassera très certainement, car il ne peut freiner instantanément. Il en est de même avec la chaudière. Lors du passage de la consigne de nuit à la consigne de jour, la chaudière "s'élance" pour atteindre cette température, mais n'anticipe pas "son arrivée", de sorte que la température ambiante sera largement dépassée.

Néanmoins, il est toujours possible d'adoucir ce phénomène par des algorithmes simples et compréhensibles, sans utiliser des asservissements complexes type PID (régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée) qui spéculeraient sur le comportement de la chaudière, qui rappelons-le, possède ses propres algorithmes (inconnus) et prend en compte les informations du thermostat mais ne lui obéit pas.

Les courbes de principe ci dessous représentent en A un changement "Tout ou rien" de la température de consigne Nuit->Jour, tandis qu'en B, une rampe linéaire est opérée sur la consigne.

La consigne devient donc variable va donc évoluer de T°C nuit à T°C jour sur un temps donné T.

Elle peut être calculée à tout instant t (depuis l'origine de la rampe)  avec une simple règle de 3:  ( t/T * (T°C jour - T°C nuit)  ) + T°C nuit

Changement binaire de la valeur de consigne  (A) et par rampe (B)


Il est à noter que la pente de la rampe doit être inférieure à celle de montée de la température ambiante, d'autant plus que la chaudière peut mettre plusieurs dizaines de minutes à chauffer les radiateurs alors qu'elle était éteinte depuis longtemps. Dans le cas contraire, la température ambiante ne rattrape et ne dépasse jamais la rampe, de sorte que cette dernière ne devient d'aucune utilité. ZiBASE permet la spécification de rampes de 30 à 300 minutes. En d'autres termes, la chaudière doit avoir une capacité de faire monter la température ambiante supérieure à ce que la rampe lui demande. Si cette condition est satisfaite, la chaudière fait des "pauses" lors de la montée en température, ce qui permet la prise en compte l'inertie thermique de la maison, tout en évitant les sensations de "radiateurs bouillants" et les "bouffées de chaleur" dues consécutivement à un rayonnement très important de ces derniers.

PS: la valeur courante de la consigne, qu'elle soit en phase JOUR/NUIT ou RAMPE, est spécifiée dans la "Variable interne - Delta"du super-thermostat de ZiBASE. Les vannes thermostatiques sont pilotées par une température de consigne (et non une commande ON/OFF) et peuvent donc bénéficier également du système de rampe.


Tests

Le super-thermostat de ZiBASE est réglé sur une température de nuit de 17,5°C et une température de jour de 20°C configurée de 6H à 22H. Une rampe de 1H30 est spécifiée, c'est à dire effective de 6H à 7H30.

Les différents capteurs sont situés à une hauteur allant de 1,50m à 1,80m. La sonde Oregon qui va servir de référence de température ambiante pour le thermostat de ZiBASE est accrochée au mur dans un couloir. Dans le salon adjacent d'environ 35m2 avec une hauteur sous plafond importante (>6m) et d'importantes surfaces vitrées,  une base de thermomètre Netatmo est posée sur une cheminée tandis que son satellite est accroché sur un mur porteur très épais. Un thermomètre "classique" est accroché sur une poutre en bois. Ces éléments sont à quelques mètres les uns des autres comme le montre la figure ci-dessous. Pourquoi ne pas disposer la sonde de régulation (Oregon)  avec les autres thermomètres ? Car à proximité ou en vue de la cheminée et si celle-ci est allumée, son rayonnement fausse les mesures et toute l'habitation se refroidit lors.

Topologie des lieux

Les mesures démontrent ce qui est énoncé ci dessus : il n'est pas facile d'avoir une "Température objective" et cela dépend des conditions de mesure. Le principal étant sans doute, la "température ressentie" par vous-même et non la température objective d'un appareil. Par exemple le rayonnement des radiateurs ( quand ils sont chauds) peut laisser croire à une température confortable alors qu'elle est sur les instruments "objectivement" basse. Sur de grandes amplitudes et lorsqu'il s'agit de degrés, les thermomètres s'accordent sur les grandes tendances (c'est un minimum !) mais sur de petites amplitudes et lorsqu'il s'agit de dixièmes de degrés, les résultats divergent car l'environnement d'installation et les effets d'inertie deviennent prédominants.

Le thermomètre Oregon donne en régime continu une température constante de 19,8°C à 20,2°C,  tandis que le thermomètre "classique" sur la poutre donne une température relativement constante variant 19,9°C à 20,1°C. Ces résultats sont donc excellents.

Le thermomètre satellite Netatmo donne une température relativement constante mais qui semble s'élever légèrement au cours de la journée. Cela peut s'expliquer par l'élévation progressive de la température du mur sur lequel il est accroché. En fin de journée, on peut constater une légère bosse sans doute due aux apports d'énergies annexes, la TV et la cuisine, qui semblent profiter plus au salon qu'au couloir. On peut deviner les cycles ON/OFF de la chaudière. Plus les cycles sont courts (par petites "pichenettes"), plus les radiateurs restent tièdes. Plus ceux-ci s'allongent, plus la chaudière va donner toute sa puissance avec in fine des effets de radiateurs bouillants,  ce qui laisse à penser qu'elle élève intentionnellement la température de chauffe en fonction du temps "ON".

Relevé du satellite Netatmo


Sur la base Netatmo (mesures faites le même jour et à 3m !), l'évolution de température semble plus saccadée (on voit clairement la régulation s'opérer) et reste en valeur absolue,  inférieure à tous les autres thermomètres. La proximité d'une source froide (fenêtre) peut en être la cause. La montée progressive de la température en cours de journée a disparu.

A noter que les températures de la base Netatmo et de son satellite diffèrent de 0,5°C lorsqu'ils sont disposés l'un à coté de l'autre. La différence de température effective est donc moindre que celle mesurée.

Relevé de la base Netatmo

 

Conclusion : Il n'est pas évident de franchir le pas pour "domotiser" sa chaudière.  En effet, se retrouver au milieu du guet avec une chaudière qui après votre intervention renonce à vous chauffer en plein hiver est une expérience désagréable. Cependant, il est à remarquer que le "retour" en arrière - vers l'installation d'origine - demeure aisé. La "domotisation" ne demande pas de réglage particulier et il est facile de la tester sur table avant connexion effective à la chaudière. Veuillez toutefois au bon placement du thermomètre de régulation et les résultats seront à la hauteur de vos espérances.

 

Le quart d'heure expérimental ...

Comment domotiser en 5 minutes sa chaudière sans y toucher ?

Pourquoi faire simple,  quand on peut faire compliqué ?

Réponse : Votre thermostat actuel peut être considéré comme un interrupteur sensible à la chaleur. La chaleur monte et franchit la température de consigne : Le contact cesse de s'établir;  la chaleur descend :  Le contact s'établit. Il suffit donc de chauffer artificiellement le thermostat pour couper le chauffage. Une plaque chauffante de terrarium de quelques Watts (et de quelques euros)  placée en contact avec votre thermostat peut faire l'office. Cette plaque sera connectée à un actionneur type "prise commandée 220V" connecté au secteur, qui sera lui-même connecté par radio au super-thermostat Zodianet.  Attention, il faut inverser l'information issue du super thermostat Zodianet, en effet son "ON" doit arrêter la plaque de chauffer et son OFF doit l'allumer. Pour cela, on active lors de la commande de l'actionneur, le "canal CH2 en fil pilote", ce qui aura pour effet d'inverser la commande. Le thermostat d'origine est réglé en permanence sur une consigne de jour avec une valeur plus élevée que normale (exemple 23°C au lieu de 20°C). Il faudra veiller à ce que le capteur de température interne du thermostat puisse franchir ce seuil relativement facilement, à la hausse (plaque ON) , comme à la baisse (plaque OFF).

Les courbes ci-dessous montrent que cela fonctionne conformément aux attentes. Le véritable challenge sera de limiter l'inertie thermique du couple (plaque chauffante/thermostat) tout en lui donnant un caractère esthétique... De sorte qu'on ne peut vous le conseiller. Mais cette expérimentation assez ludique devrait notoirement démystifier votre vision de la régulation de chauffage !