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Mon installation de chauffage
Un composant-clef: le thermostat d'ambiance
Thermostat
Lorsque j'ai acheté ma maison, il y a plus de 10 ans de cela, j'ai fait une évaluation de l'installation de chauffage central. Il s'agissait d'une installation des années 50, dont seul le circulateur avait été remplacé.

Situation originale

Landis & Gyr
Landis & Gyr
Le thermostat d'origine, qui après plus de 30 ans de bons et loyaux services restera à toujours bloqué sur 10h10.
L'intérieur du thermostat avec à droite le moteur de l'horloge et et à gauche une résistance de compensation
(rouge-rouge-jaune-doré: 220kΩ 5%)
Le schema: il est possible d'utiliser une résistance de compensation différente pour le cycle diurne et nocturne.
La valeur nominale de la résistance est de 300kΩ.

L'installation de chauffage se composait à l'origine d'une chaudière au mazout, d'un circulateur, d'un thermostat d'ambiance, d'un thermostat de chaudière et d'un thermostat de sécurité. Le thermostat d'ambiance commande directement le bruleur de la chaudière. Le circulateur tourne continuellement (ce qui fait une consommation de 75W). Le thermostat de chaudière est réglé manuellement selon la demande de chaleur et le thermostat de sécurité protège l'installation d'une surchauffe.

Thermostat d'ambiance

Le composant-clef de l'installation est le thermostat d'ambiance. C'est de lui que dépend la température dans les locaux. Soit on obtient une température bien constante, soit le système n'arrive pas à se stabiliser.

Le thermostat se compose d'un bilame qui fait un contact électrique tant que la température désirée n'est pas atteinte et coupe le circuit dès qu'elle est atteinte. Le thermostat à bilame a un hystérésis: il va se déchencher à 19° et se réenclencher à 18°. Cela permet d'éviter que le bruleur ne soit mis en route trop souvent pour un court instant (instabilité lorsque la température correcte est atteinte).

Circulateur

De toute l'installation qui date des années 1950, il n'a fallu remplacer que le circulateur. Ce n'est pas surprenant, quand on sait que le circulateur tournait nuit et jour sans interruption. Une petite amélioration de l'installation aurait été de débrancher automatiquement le circulateur quand il n'y a pas de demande de chaleur et que la chaudière est froide, cela aurait permit d'économier 100€/an. Faire commander le circulateur par le thermostat n'est pas une si bonne solution: l'eau est gardée à température dans la chaudière, ce qui n'est pas nécessaire quand il n'y a pas de demande de chaleur.

L'hystérésis du thermostat d'ambiance a comme effet une mauvaise stabilisation. Après déclenchement du thermostat à 19°, la température va continuer à monter à cause de la chaleur accumulée dans la chaudière, les tuyaux et les radiateurs (dépassement de température ou overshoot).

Thermostat à anticipation

Pour éviter les dépassements de température, le thermostat est équipé d'une résistance d'anticipation. Il s'agit d'une petite résistance de 220kΩ qui échauffe très légèrement le thermostat tant que le bruleur est enclenché. De ce fait, le bruleur va se déchencher plus tot, évitant de ce fait l'overshoot. Grace à l'inertie thermique de la chaudière en fonte et de l'eau dans l'installation, la température va continuer à monter jusqu'à la valeur désirée. Il est possible d'économiser 10% sur les frais de chauffage avec un système d'anticipation bien réglé.

Le système ne devient pas instable, car la résistance d'anticipation a également une certaine inertie thermique. Le choix du thermostat et le réglage de la résistance d'anticipation est un critère important pour obtenir une bonne régulation. Si l'effet de la résistance d'anticipation est trop faible, il y aura dépassement, si l'effet est trop important, la montée en température est trop lente car le chauffage est interrompu trop tôt.

L'anticipation existe toujours sur les appareils de chauffage individuels (électriques ou gaz): le thermostat est monté près de l'élément chauffant et va couper le chauffage avant que la température désirée ne soit atteinte.

Le thermostat dans la maison avait un double cycle: diurne et nocturne. Pour moi, ce n'est pas suffisant, j'ai besoin de 3 niveaus: jour, nuit et sortie (pas de chauffage). Cela a été la raison principale de fabriquer ma propre installation de commande.

A droite, l'évolution de la température lorsque j'utilisais encore le thermostat d'ambiance et la chaudière à mazout. Le premier graphique est repris alors que la résistance d'anticipation est débranchée: on remarque un dépassement important et une instabilité. Le second graphique reprend l'évolution de la température avec résistance d'anticipation en fonction. L'overshoot est réduit et le fonctionnement est mieux régulé. La courbe bleue reprend la température dans le boitier du thermostat.

Il est important de reprendre ces éléments dans le design de sa propre installation de chauffage. C'est pour cela qu'une analyse poussée du système existant est importante. Ce système a bien fonctionné pendant 30 ans!

Thermostats actuels

Actuellement, on n'utilise plus de thermostats mécaniques. Ce n'est pas la faute du système, qui a été développé et fonctionne parfaitement, mais c'est à cause de la rigidité du système.

Premièrement, la valeur de la résistance d'anticipation doit souvent être modifiée pour correspondre aux paramètres de l'installation de chauffage. Il faut faire appel au flair de l'installateur: dans mon cas, les propriétaires précédents ont du faire appel à un ancien technicien allemand qui avait l'expérience de tels thermostats. Non seulement le choix de la résistance est importante, mais aussi sa masse thermique: la résistance doit imiter en miniature le fonctionnement thermique de l'ensemble.

Les thermostats modernes sont tous électroniques. Ils calculent automatiquement la masse thermique de l'habitation et anticipent la montée en température. Le thermostat "apprend" de façon empirique les paramètres de la maison et les mémorise. De plus, un thermostat électronique permet un cycle de fonctionnement plus complexe, souvent avec 3 niveaux de température.

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