Pourquoi la variation temporelle d’un système de chauffage influence-t-elle autant la consommation ?

La variation temporelle est une donnée qui caractérise les systèmes de régulation des émetteurs hydrauliques et électriques. Cette donnée intervient dans le cadre de l’amélioration de l’efficacité énergétique d’un système de chauffage, notamment dans le cadre de la réglementation thermique RT2012.

La variation temporelle caractérise la précision, donc la performance, d’un système de régulation de chauffage.

La variation spatiale caractérise quant à elle la variation de la température dans l’espace. Elle dépend du type d’émetteur (plancher chauffant, radiateur, etc.) et de la hauteur sous plafond. Cette valeur doit être la plus faible possible pour limiter stratification (ou améliorer l’homogénéité de la température du sol au plafond). Extrait des normes et certifications applicables dans le cadre de la réglementation thermique en vigueur actuellement :

• Pour les locaux de moins de 8 mètres sous plafond, les planchers chauffants ont une valeur spatiale nulle, ce qui les rend les plus performants.
• Pour les locaux de moins de 4 mètres sous plafond, les plafonds rayonnants, les panneaux rayonnants, les ventilo-convecteurs ont une variation spatiale de 0.2°C.
• Pour les locaux de moins de 4 mètres sous plafond, les autres émetteurs de chaleur ont une valeur spatiale de 0.4°C.

Ces 2 composantes (variation temporelle et variation spatiale) ainsi que le taux de rayonnement permettent de connaître de façon précise la performance d’un émetteur de chaleur et de sa régulation.

La variation temporelle (en termes non scientifiques) :

« traduit la capacité du couple émetteur de chaleur-thermostat à limiter au maximum les vagues de chaleur (chaud-froid) 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) »

La variation temporelle (i.e. variation de la température dans le temps) doit être la plus faible possible.

L’idéal est que la température ne varie que très peu autour de la consigne de température fixée par le thermostat, quels que soient ces changements.

Cette valeur représente la part d’énergie perdue du fait de la fluctuation de la régulation de température autour de la température de consigne (boucle hysteresis = différence de température entre la température de consigne et les températures auxquelles le régulateur détecte un écart). Ce paramètre a donc une influence importante sur la consommation électrique, donc la facture de chauffage.

Ce paramètre est pris en compte dans les logiciels de calcul dans le cadre de la réglementation thermique RT2012. En effet, une régulation performante (standard du marché aux alentours de 0.4K ou 0.4°C en comparaison de la valeur standard de la norme 1.8K ou 1.8°C) peut permettre de réduire la Cep (Consommation en énergie primaire) de l’ordre de 5 kWhep/m²/an. Il convient donc à la fois de ne pas saisir la valeur par défaut, mais aussi de choisir une régulation qui suit au moins la moyenne des standards du marché. Cela permet même parfois de réduire le dimensionnement de l’installation de chauffage (moins de panneaux solaires, etc.).

Pour le chauffage électrique on parle généralement de 15 à 20% d’économies d’énergie quand la régulation associée est performante (algorithmes adaptatifs, anticipatifs ou prédictif, etc.) et qu’elle détecte les habitudes de vie des habitants et les variations climatiques extérieures (apports solaires, froid inhabituel, fenêtre ouverte, etc.).

Pour le chauffage central hydraulique des habitations, l’absence d’équilibrage hydraulique des circuits de chauffage (y compris dans le neuf) est un problème très fréquent qui pénalise le confort et la consommation, malgré la présence de régulateurs de débit et de pression différentielle. Aussi les solutions de régulation algorithmique performantes annoncent des gains potentiels de 10% à 15% (source GEDIBAT GRDF). Au delà de la réduction de consommation et du meilleur rendement des chaudières ou pompes à chaleur, le confort thermique est aussi amélioré (plus de pièces trop chaudes ou froides, plus de bruits d’écoulement).

Cette donnée fournie par le fabricant (fiche technique) ne peut être obtenue qu’après des tests en laboratoire thermique auprès d’un organisme certificateur.

• Variation Temporelle = 1.44 x Coefficient d’aptitude C.A. de l’émetteur de chaleur (radiateur, plancher chauffant)
• Exemple de Variation temporelle d’un radiateur performant = 1.44 x 0.08 (excellent CA) = 0.115°C = Excellente variation temporelle.
• La température ambiante ne varie (théoriquement) que de 0.11°C autour de la température de consigne.

Dans le cadre des certificats d’économie d’énergie, et en particulier de la fiche d’opération BAR-TH-158, les conditions d’attribution relatives à la performance de la régulation pour les émetteurs de chaleur électriques à régulation électronique, sont une amplitude de régulation inférieure à 0.3°C et une dérive de 1°C.

On parle ici de régulation intelligente. On distingue plusieurs catégories :

• les thermostats régulateur à actions proportionnelles intégrales (PID)
• La régulation algorithmique thermocyclique

La régulation à actions proportionnelles intégrales (PID) vise à réduire les variations de température autour de la consigne de température.

La régulation algorithmique thermocyclique mesure, analyse et « stimule » les 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) 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 permettra alors de corriger avec une grande efficacité les micro-variations propres à chaque pièce de façon anticipée et prédictive.

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 utilisateurs. L’équilibrage hydraulique du réseau de chauffage central est électronique et automatique (idem gestion de la puissance automatique pour le chauffage électrique). Il prend en compte en temps réel les « événements » dans la pièce à chauffer (apports solaires, détection de présence/absence, etc.).

Solutions de régulation disposant de certifications et labels de performance (eubac, etc.) : Thermozyklus, Rothelec, Siemens, etc.

Plus la variation temporelle est faible plus le potentiel d’économies d’énergie est important.

Exemples de radiateurs électriques performants (selon la norme NF électricité Performance 3 étoiles) :

• Radiateur chaleur douce connecté à façade chauffante + corps de chauffe aluminium INGENIO thermor : Variation temporelle excellente de 0.10
• Panneau rayonnant Solius Atlantic Amadeus 2 Thermor (de 500w à 2000W) : Variation temporelle excellente de 0.11
• Radiateur Super Fonte active® à Chaleur Douce Intégrale Calidou NOIROT : Variation temporelle excellente de 0.11
• Radiateur chaleur douce à inertie DIVALI Atlantic : Variation temporelle excellente de 0.11
• Panneau rayonnant Solius Atlantic Amadeus 2 Thermor digital : Variation temporelle excellente de 0.07
• anneau rayonnant Solius Ecodomo Atlantic : Bonne variation temporelle de 0.20
• Radiateur chaleur douce fluide caloporteur ACCESSIO Atlantic : Bonne variation temporelle de 0.20
• Panneau rayonnant Tatou Atlantic : Bonne variation temporelle de 0.25

La réglementation thermique RT2012 impose une valeur minimale par défaut de 1.8K (ou 1.8°C). Cela signifie que pour une valeur de température cible de 20°C, la régulation (le thermostat) détectera la nécessité de chauffer dès 18,2°C et stoppera à 20°C+1.8°=21.8°C. Une telle régulation sera donc (étonnement) peu performante.

La norme NF Performance 3* impose une amplitude de régulation (i.e. l’oscillation de la mesure autour de la consigne) inférieure à 0.3 K (équivalent à 0.3°C) et une dérive inférieure à 1K (équivalent à 1°C).

Les standards du marché se situent aux alentours de 0.4 K ou 0.4°C, alors que les meilleurs produits permettent d’atteindre 0.10°C.

Dans tous les cas les gains de consommation annoncés sont mettre en parallèle de la différence de prix des différentes technologies…