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Quel thermostat intelligent choisir pour faire des économies d’énergie ?

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Un thermostat intelligent est avant tout un thermostat performant thermiquement car il agit comme une passerelle entre le système de chauffage et l’environnement (occupants et leurs habitudes de vie, conditions climatiques extérieures, apports solaires, etc.). Sa raison d’être est de se faire oublier (auto-apprentissage) tout en maximisant le confort et bien sur en minimisant la consommation.

Sommaire :

  • Pourquoi un thermostat intelligent permet-il de faire des économies d’énergie ?
  • Comment un thermostat intelligent permet-il de faire des économies d’énergie ?
  • Quels repères pour identifier un thermostat performant ?
  • Principales techniques de régulation de chauffage électrique
  • Quelles sont les prochaines fonctions à valeur ajoutée pour les thermostats intelligents dans le futur ?
  • Sélection de quelques thermostats intelligents performants

Pourquoi un thermostat intelligent permet-il de faire des économies d’énergie ?

Qu’appelle-t-on thermostat intelligent ? Pourquoi parle-t-on de thermostat intelligent ?

La performance d’un système de chauffage est traduite par la capacité d’un couple émetteur de chaleur (radiateur, plancher chauffant, etc.) + thermostat à limiter au maximum les vagues de chaleur dans la pièce en s’adaptant aux conditions climatiques variables dans une journée (plus froid la nuit, apport solaire à la mi-journée, etc.) et aux variations de la demande (occupation ou non de la pièce par les habitants).

Si cette tâche est bien réalisée (thermostat intelligent) et de façon autonome (sans intervention humaine), la température ambiante sera stable et oscillera très peu autour de la consigne (+/-0.10°C à +/-0.10°C pour les meilleurs). Cette performance est associée à la notion de variation temporelle du chauffage.

Limiter les variations de la température ambiante à une “micro-oscillation” autour de la température de confort est essentielle en termes de réduction de la consommation d’énergie. En effet, pour chaque degré au dessus de la consigne c’est 7% de consommation en plus. Si le thermostat détecte le besoin de chauffer à 18°C pour viser les 19°C, c’est bien 7% d’énergie qui sera consommée pour rien. Si le thermostat coupe le chauffage à 20°C alors que la cible est 19°C, c’est encore 7% de surconsommation.

Dossier Expert : Comment la variation temporelle d’un ensemble radiateur – thermostat influence-t-elle la performance et les économies d’énergie ?

Comment un thermostat intelligent permet-il de faire des économies d’énergie ?

Le thermostat est dit intelligent s’il pilote le chauffage en fonction des données thermiques récoltées (à fréquence élevée) dans la pièce.

L’utilisateur fixe une fois pour toutes la température cible souhaitée dans la pièce lorsqu’il l’occupe (en mode confort et éco) et lorsqu’il est absent. Le thermostat intelligent fait le reste (algorithmes adaptatifs, anticipatifs ou prédictifs) !

Il détectera :

  • les fenêtres ouvertes afin de stopper le chauffage.
  • l’absence des occupants et réduira l’allure du chauffage en conséquence (mode “économique”).
  • l’arrivée d’un occupant et augmentera l’allure du chauffage (mode “confort”).
  • placera le chauffage en mode “absence” ou “hors gel” en cas d’absence prolongée.
bon coefficient aptitude radiateur électrique

Thermostat performant : La température du local ne varie que très peu autour de la consigne de température fixée par le thermostat !

Fonctions “intelligentes ou avancées” complémentaires des thermostats d’ambiance modernes :

  • La mesure et l’affichage des consommations.
  • Le paramétrage précis de valeurs de températures “cible” personnalisables (confort, pre-confort, éco, hors gel protection, etc.).
  • Le paramétrage des températures selon des horaires hebdomadaires et journaliers.
  • La mesure du taux d’hygrométrie dans l’air indiquant la nécessité d’ouvrir les fenêtres pour renouveler l’air. La possibilité de raccorder des actionneurs (humidificateur, ventilateur) pilotables selon les valeurs du thermostat.
  • La mesure et l’affichage de la qualité de l’air et la détection des COV dans l’air.
  • La présence d’entrées multifonctions pour les contacts de fenêtres, les sondes à distance, etc.
  • L’existence d’un détecteur de proximité (si l’utilisateur passe à moins de 10 cm l’écran passe du mode veille à actif).
  • La sécurité verrouillage “enfants”.
  • L’accès aux données via une appli smartphone.
  • Le pilotage à distance (internet) du chauffage (thermostat connecté) ne peut pas être considéré, selon nous, comme un paramètre “d’intelligence” du thermostat. Il n’intervient pas dans la réduction des consommations. Il permet cependant d’améliorer le confort en démarrant le chauffage à distance si le logement n’a pas été chauffé depuis longtemps. Les occupants n’ont pas à attendre, lors de leur arrivée, que le logement se charge en énergie pour retrouver une sensation de confort qui peut parfois nécessiter plusieurs dizaines d’heures. Cette fonction est particulièrement adaptée pour les maisons secondaires ou logements occupés par intermittence.

Quels repères pour identifier un thermostat performant ?

thermostat intelligent chauffage electrique siemens

Thermostat intelligent chauffage électrique et hydraulique Siemens

Que disent les normes et labels ? Pour évaluer les critères on peut s’appuyer sur les normes et réglementations en vigueur. Les appareils de chauffage électriques comme les thermostats ne sont pas soumis à l’étiquetage énergie des appareils électroménagers (de A+++ à G).

1) La directive européenne Erp (Energy Related Products) EcoDesign

La directive européenne EcoDesign en vigueur a pour objectif d’améliorer l’efficacité énergétique des radiateurs électriques afin de réduire leur incidence environnementale. Pour être conformes à la norme et être autorisés à être mis en vente dans l’espace économique européen, les appareils électriques de chauffage doivent désormais répondre à des critères et disposer de fonctions qui permettent de garantir un seuil minimal d’efficacité énergétique.

En ce qui concerne la partie régulation ou pilotage du radiateur électrique, la directive indique que le thermostat doit disposer des fonctions avancées suivantes :

  • permettre la programmation journalière et hebdomadaire des températures
  • un affichage des consommations avec une symbolique
  • une détection de fenêtre ouverte
  • une détection de présence / absence (sonde de détection de présence sur le radiateur, sur le thermostat ou par géolocalisation “je suis à 20 mn de la maison”)
  • un pilotage par internet en option

Dossier Expert : en savoir plus sur la directive européenne EcoDesign ?

2) Les certificats d’économie d’énergie (C2e)

De leur côté, les certificats d’économie d’énergie (C2e) relatifs au chauffage (fiche BAR-TH-158) qui permettent de prétendre à des primes de l’état, reprennent ces mêmes critères et y ajoutent un critère de performance :

la régulation doit avoir une amplitude de régulation (sensibilité) inférieure à 0,3 K et une dérive en charge inférieure à 1 K. Cela signifie que si l’amplitude de régulation (l’oscillation de la mesure autour de la consigne) est de 0.3K ou 0.3°C, pour une valeur de température cible de 20°C, la régulation (le thermostat) détectera la nécessité de chauffer dès 19,7°C et stoppera à 20°C+0.3°=20.3°C. 

3) La norme NF électricité performance 3* oeil

Ce critère de performance est également présent dans la norme NF électricité Performance 3 œil la plus contraignante des normes NF.

4) Le certificat Eu.BAC

La régulation des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation est encadrée par la norme européenne EN 15500 depuis 2017 et la norme NFC 47110.

L’ Eu.BAC est l’Association Européenne des Contrôles et de l’Automation du Bâtiment (European Building Automation and Controls). Elle a créée le système européen de certification et de labellisation d’efficacité énergétique pour la performance énergétique des produits et services de régulation et GTB (dont les thermostats).

label eubac thermostats

Son niveau d’exigence le plus élevé est le classement AA de l’Energy Efficiency Label qui est environ 30% plus exigeant que la norme européenne EN 15500 en vigueur. Pour obtenir ce label, le système de régulation du chauffage doit être équipé de fonctions avancées comme : détection de fenêtre ouverte, programmation horaire quotidienne/hebdomadaire, détection de présence/absence, contrôle à distance, etc.).

Sa valeur de CA maximum est de 0.4 K  pour les panneaux rayonnants hydrauliques, de 0.5 K  pour les planchers chauffants hydrauliques, de 0.2 K  pour les radiateurs hydrauliques, de 0.2 K (ou °C) pour certains radiateurs électriques.

A noter : privilégier les thermostats (sonde de température) déportés. Dans ce cas, le thermostat est indépendant (à piles ou filaire) du radiateur. Il sera placé au cœur de la zone de chauffe (selon les règles de positionnement des thermostats). La prise de température ambiante sera donc représentative de la température ressentie par les occupants et non plus trop proche de la source de chaleur.

Le cœur du système : principales technologies de régulation de chauffage électrique

On compte 3 principales techniques de régulation pour le chauffage électrique :

1) La régulation ON / OFF (TOR ou “Tout ou rien”) avec thermostat électronique

Dans le cadre du chauffage électrique, c’est le mode de régulation le plus simple. Il cible les radiateurs avec peu d’inertie comme les radiateurs rayonnants, convecteurs, radiateurs soufflants.

Dans le cas de programmes enregistrées, si le thermostat a été paramétrer pour cibler 21°C à 8h du matin, le thermostat se déclenchera uniquement à cette heure sans aucune anticipation. Si le chauffage a été bien dimensionné en puissance, et qu’il est très réactif (ex : radiateurs infrarouges) et que la pièce n’est que peu descendue en température pendant la nuit (bonne isolation ou programmée pour ne pas descendre de plus de 2°C par exemple) alors ce type de régulation suffit. A l’inverse lorsque la température cible sera atteinte, le chauffage se coupera et en l’absence d’inertie, s’auto régulera autour de la consigne.

2) La régulation électronique proportionnelle PID (Proportionnelle intégrale Dérivée)

Il s’agit de thermostats électroniques qui permettent d’avoir une régulation précise. Le thermostat anticipe l’atteinte de la température de consigne en fonction de l’évolution de la température ambiante au cours des dernières heures. La régulation PI (intégrale) calcule à périodes régulières la durée de marche et d’arrêt du chauffage, proportionnellement à la différence entre la température mesurée et la température ciblée (consigne). Cette technique vise les économies d’énergie. Elle vise à limiter au maximum les variations de température autour de la consigne. Le thermostat peut décider de ne pas démarrer le chauffage alors que la température ambiante est pourtant sous la consigne (par anticipation). Le thermostat anticipera par calcul le démarrage du radiateur en fin de nuit pour progressivement atteindre la température ambiante voulue lors du réveil.

Ce type de régulation cible les radiateurs avec une inertie moyenne ou forte comme les radiateurs à inertie, les planchers chauffants électriques ou hydrauliques. Toutefois, pour être efficace, cette méthode de régulation doit avoir été préalablement paramétrée pour l’émetteur de chaleur concerné.

3) La régulation algorithmique : mesures en temps réel, auto apprentissage du thermostat et connaissance parfaite de votre pièce

3.1 Une connaissance parfaite de votre environnement

Chaque logement et à fortiori chaque pièce a des caractéristiques qui lui sont propres : région, altitude, niveau d’isolation, niveau d’inertie du bâtiment, émissivité des surfaces, orientation de la pièce par rapport au soleil, nombre de parois froides (murs en contact avec l’extérieur), dimensions, hauteur sous plafond, etc.

Le thermostat mesure en temps réel (toutes les secondes) la température ambiante, et la compare à la température de confort paramétrée (température cible). L’historique des mesures lui permet de déterminer le profil de réactivité de votre système de chauffage dans son environnement réel (la pièce à chauffer … et pas une autre) dans des conditions bien précises. Par exemple, il sera en mesure de préchauffer la pièce dans la mesure où il sait en combien de temps votre système de chauffage est capable de corriger le “déficit de chaleur” pour basculer du mode économique (en votre absence) au mode confort (lors de votre arrivée ou détection).

Fort de ces données, il détermine comment réagir de la façon la plus appropriée (donc en maximisant le confort et en minimisant la consommation).

Exemple : si, après 45 minutes d’apport soleil significatif sur votre façade au mois de mars, la température de la pièce dépasse la consigne de température, alors le thermostat intelligent pourra décider de couper le chauffage au moment opportun afin de réduire la consommation.

3.2 Mémorisation des habitudes de vie

Vous êtes le premier à rentrer du travail vers 19h ? Vous vivez seul ? L’application associée au thermostat vous géolocalise (si vous le souhaitez) et peut démarrer le chauffage au dernier moment pour minimiser la consommation tout en assurant votre confort pour votre arrivée !

Vous vivez en famille ? Même principe pour chacun des occupants disposant d’un smartphone.

Pas de smartphone ou pas de volonté de géolocalisation ? Le thermostat intelligent peut se baser sur l’historique de vie des occupants afin de créer un “schéma de vie et de chauffage”.

Selon la société allemande Thermozyklus, la régulation algorithmique thermo-cyclique mesure, analyse et “stimule” les micro variations de température autour de la consigne tout en les maintenant sous contrôle. Le système collecte les données réelles de l’environnement thermique (amplitude et de la fréquence des écarts avec la consigne de température au centième de degré près) en relation avec les actions du système de chauffage employé (point de départ de l’ouverture du radiateur, durée d’ouverture/fermeture du radiateur, etc.). Sur la base de l’historique de ces informations essentielles, une corrélation est établie entre les actions demandées et la réponse apportée par le système de chauffage à son environnement. L’apprentissage algorithmique (auto-apprentissage) permettra alors de corriger avec une grande efficacité les micro-variations propres à chaque pièce de façon anticipée et prédictive. Aussi, même si les occupants ne ressentent pas les faibles variations de température, être au plus proche de la consigne est essentiel pour minimiser les consommations.

Le point fort de ce système est qu’il est entièrement autonome et ne nécessite aucune programmation initiale ou préalable de la part d’une équipe technique ou des occupants. Il prend en compte en temps réel les “événements physiques” dans la pièce à chauffer (apports solaires, détection de présence/absence, etc.). Thermozyklus estime à 5% de gain supplémentaire par rapport à un système de régulation PID.

Quelles sont les prochaines fonctions à valeur ajoutée pour les thermostats intelligents dans le futur ?

Quelles sont les prochaines fonctions à valeur ajoutée pour les thermostats intelligents dans le futur ?

Les fonctions qui sont amenées à se généraliser sont :

  • L’évaluation en temps réel du bon fonctionnement de votre équipement de chauffage (chaudière, plancher chauffant, radiateur, …) afin de détecter les pannes au plus tôt.
  • La prise en compte des paramètres météorologiques extérieurs. L’orientation de la pièce par rapport au soleil étant connue, on pourra déterminer s’il est préférable de démarrer la chaudière ou le radiateur alors que la météo indique un beau soleil vers 10h ? A noter que cette fonction devient moins importante si le système de régulation est capable de détecter en temps réel les variations thermiques de la pièce et de s’y adapter presque en temps réel (micro-variations seulement).
  • La capacité à communiquer et à s’intégrer à l’outil de supervision global du bâtiment.

On peut même imaginer le thermostat (non embarqué sur le radiateur mais positionné sur un pan de mur) capable de détecter la part rayonnante émise par le radiateur comme aide à la détermination de l’emplacement optimal du radiateur :)).

Sélection de thermostats performants pour le chauffage électrique

A partir de 100€ jusqu’à plusieurs centaines d’euros, les tarifs dépendent souvent des certifications obtenues par les fabricants :

  • Thermostat intelligent (Smart thermostat) radio sans fil RDS110.R de Siemens
  • Thermostat intelligent à régulation THZ Thermozyklus (sans pré-programmation) qui s’adapte à tous les systèmes de chauffage. Précision de régulation +/-15°C. Certification EUBAC AA.
  • Thermostat Rothelec Perfotronic 3. Certification EUBAC AA.
  • Thermostat Google NEST

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Résumé
Quel thermostat choisir pour faire des économies d'énergie (chauffage électrique) ?
Titre de l'article
Quel thermostat choisir pour faire des économies d'énergie (chauffage électrique) ?
Description
Pourquoi un thermostat intelligent permet-il de faire des économies d'énergie ? Comment un thermostat intelligent permet-il de faire des économies d'énergie ? Quels repères pour identifier un thermostat performant ? Principales techniques de régulation de chauffage électrique Quelles sont les prochaines fonctions à valeur ajoutée pour les thermostats intelligents dans le futur ? Sélection de quelques thermostats intelligents performants
Auteur
Foxof
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