Les différentes régulations de chauffage

Pour adapter son confort thermique et réaliser des économies d'énergie, il existe différentes solutions plus ou moins performantes, que l'on nomme « régulation de chauffage ». C'est un dispositif des plus importants sur une installation de chauffage, qui doit être choisi avec soin notamment en fonction du type de générateur et de son habitat, chaque degré supplémentaire au-dessus de 19°C engendrant 7% de plus sur la facture énergétique !

La régulation, c'est « le cerveau » ou le tableau de bord de l'installation de chauffage. Elle gère tous les organes électriques ou de combustion de l'installation pour garantir dans l'ensemble du bâtiment, selon les habitudes et les besoins de l'utilisateur, le confort de chaleur demandé, en permettant d'économiser le combustible et de l'électricité. Par exemple, elle agit sur le brûleur de la chaudière pour faire varier sa puissance et optimiser ses performances (rendement), sur les pompes de circulation de l'eau chaude dans votre circuit de chauffage ou pour l'eau chaude sanitaire. Elle fait ainsi intervenir les composants de votre installation au moment opportun pour réaliser le maximum d'économies d'énergie. Certaines régulations modernes calculent même la température juste nécessaire de la chaudière (ou température d'eau de départ) à partir de la température extérieure pour éviter de chauffer de l'eau inutilement.

On retrouve principalement 4 types de régulations, utilisés seuls ou de manière combinée :

• le simple aquastat : l'utilisateur règle la température de l'eau circulant dans le réseau de chauffage directement sur le générateur de chaleur pour obtenir une température d'air.
• le thermostat d'ambiance : il permet de maintenir une température ambiante constante selon une température de consigne choisie, le générateur adaptant son fonctionnement suivant les ordres qu'elle reçoit du thermostat ; il peut être mécanique ou électronique, programmable ou non, disposer d'un pilotage à distance (thermostat dit « connecté ») avec un fonctionnement « tout ou rien », « modulant » ou « PID », monozone ou multizone.
• la régulation en fonction de la température extérieure : en complément ou non d'un thermostat d'ambiance, elle complète le système de chauffage en mesurant la température extérieure afin de prendre en compte les variations météorologiques et permettre au générateur (telle une chaudière ou une pompe à chaleur) réagir avant que le logement n'ait eu le temps de se refroidir.
• le robinet ou vanne thermostatique fixé sur les radiateurs : il permet d'ajuster la température pièce par pièce en fonction de l'usage (chambre, séjour …) et de valoriser les apports de chaleur gratuits dans le logement ; il peut être mécanique ou électronique et être alors programmable ou piloté à distance.

Une régulation peut être :

• monozone : la température sera « théoriquement » la même dans le logement sans distinction de pièces ; en pratique cette solution permet d'avoir la température que vous souhaitez dans la pièce où se trouve le thermostat ; pour les autres pièces vous aurez un delta de température allant de ±0,5°C à ±2°C en fonction de la superficie du logement et de l'exposition / isolation de chaque pièce.
• multizone : cette régulation permet de piloter la température pièce par pièce ; des sondes de températures ou robinets thermostatiques programmables sont placées dans chacune des pièces dont l'utilisateur souhaite maîtriser la température et un retour d'information peut être fait à une régulation centralisée ; dès qu'une température descend sous la consigne, l'ordre est donné à la chaudière de s'allumer.

Thermostat d'ambiance « tout ou rien »

Solution la plus basique, elle est aujourd'hui plutôt adaptée par exemple aux chaudières « basse température », ou pour des logements à un seul niveau équipés de radiateurs. C'est à minima la régulation que l'on devrait retrouver (ce n'est malheureusement pas toujours le cas) sur toutes les installations même « entrée de gamme » ou « chantier » ! Le thermostat d'ambiance peut être raccordé au générateur par fil ou par une liaison radio lorsque le passage d'un câble n'est pas possible ou difficile.

Le thermostat d'ambiance « tout ou rien » contrôle la température ambiante par déclenchement / arrêt de la chaudière/générateur en fonction d'une température de consigne réglée par l'utilisateur : si la température dans la pièce où se trouve le thermostat descend en dessous de celle programmée, le système de chauffage va se mettre en route. Quand la température sera atteinte, il coupera le chauffage. D'où le terme « Tout ou Rien » (ToR) ou « On/Off ».

Ce système n'est pas optimal tant en terme de confort, que d'économie d'énergie, notamment avec une chaudière à condensation :

• lorsque la température dans la pièce équipée du thermostat sera atteinte (souvent la pièce de vie), la circulation de l'eau chaude dans les émetteurs sera stoppée, et ce, même si les autres pièces n'ont pas encore atteint la même température de confort ! Ce phénomène est encore aggravé si la pièce de vie dispose d'une cheminée ou de grandes baies vitrées recevant des apports solaires gratuits.
• de l'inconfort et des bruits de dilatation peuvent aussi être ressentis à cause de montées et de descentes en températures sans cesse des émetteurs (« tout ou rien » !) recevant de l'eau très chaude par à-coups.
• sur des distributions de chauffage « monotube », certains radiateurs n'ont jamais le temps de chauffer complètement, le thermostat s'étant déjà déclenché.
• suivant la précision et la réactivité du thermostat, au lieu des 20°C demandés, la température intérieure va plutôt varier de 18 à 22°C !
• la température d'eau de chauffage reste fixe tout au long de la période de chauffe, réglée à un maximum (afin de permettre de lutter à tout moment contre les déperditions maximales du logement qui arrivent lors de températures extérieures extrêmes) : c'est donc une chauffe et un maintien en température inutiles (gaspillage d'énergie, amoindrissement de la durée de vie de la chaudière, démarrages fréquents) car les températures extrêmes n'arrivent que très rarement dans un hiver.
• c'est enfin un risque de ne jamais ou très peu condenser avec une chaudière à condensation alimentant des radiateurs, le retour d'eau de chauffage restant lui aussi à une température élevée.

Cependant, si l'installation n'en possède pas, un thermostat d'ambiance bien placé (à environ 1,50 m du sol, loin d'une source de chaleur - cheminée, radiateur, télévision, etc … -, à l'abri des courants d'air et du soleil direct) et bien programmé peut déjà vous permettre de réduire votre facture de chauffage de 10 à 20%. Vous consommerez jusqu'à 10% de moins avec un thermostat simple (qui commande le chauffage en fonction d'une température choisie) et jusqu'à 20% de moins avec un thermostat programmable à horloge (programmateur d'intermittence) qui réduit la température la nuit ou en cas d'absence.

Le classement ERP de ce type de régulation est de « Classe 1 » ou « Classe 3 » (en version électronique couplé avec sonde extérieure).

Thermostat d'ambiance modulant et « PID »

Au contraire de leurs homologues « tout ou rien », les thermostats d'ambiance « modulants » permettent d'ajuster en permanence la température de l'eau circulant dans le réseau de chauffage afin d'être toujours au plus près de la température de confort désirée : c'est une régulation auto-adaptative qui se « rapproche » du fonctionnement d'une régulation sur température extérieure, sans en être bien sûr aussi performante.

Plus de marche/arrêt incessants de la chaudière, celle-ci module et offre ainsi une température intérieure parfaitement stable. On ne monte et maintient plus inutilement en température l'eau de chauffage, à une température qui ne servira peut-être jamais dans une période de chauffe : pour une chaudière à condensation, c'est aussi la certitude de pouvoir commencer à condenser même avec des émetteurs « haute température ».

La modulation peut soit s'exercer sur le brûleur (pour les chaudières en étant capable) ou bien par enclenchement/arrêt de la circulation d'eau (pour les chaudières ne pouvant moduler leur température d'eau), de manière « haché » dans le temps, permettant d'envoyer dans l'installation une sorte d'eau chaude mitigée (trains de circulation d'eau chaude plus ou moins rapprochés). Ce sont des thermostats d'ambiance chrono-proportionnel.

On peut aussi trouver des thermostats numériques intégrant une régulation « PI » ou « PID » (Proportionnelle - Intégrale - Dérivée). Ce modèle de thermostat PID, plus cher, apprend comment l'installation réagi à ses commandes et permet une régulation plus précise, qui 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 calcule régulièrement la durée de marche et d'arrêt du chauffage, proportionnellement à la différence entre la température mesurée et la température de consigne. La température souhaitée est ainsi rapidement atteinte, avec précision et sans variations brusques, afin d'éviter une surconsommation. Le chauffage peut aussi ne pas démarrer alors que la température ambiante est inférieure à la consigne, le thermostat estimant que la température sera atteinte sans apport d'énergie supplémentaire.

Il fait également en sorte que la température soit très stable (par exemple, en réduisant les dépassements à la fin du cycle de chauffage), de sorte que le niveau de confort est accru. Par exemple, si l'on souhaite que la température ambiante soit de 21°C à 07h du matin, un thermostat programmable « de base » va tout simplement s'enclencher à 07h pile pour atteindre progressivement les 21°C. Le contrôleur PID va quant à lui décider à quel moment le thermostat doit activer le système afin d'atteindre la température voulue au moment voulu (anticipation), en se rappelant simplement le comportement passé et la température actuelle de la pièce. On peut encore gagner jusqu'à 10% sur l'efficacité énergétique du chauffage avec ce type de thermostat.

Le classement ERP de ce type de régulation est de « Classe 4 ».

En savoir + : Comment optimiser la condensation d'une chaudière gaz, fioul, ou bois

Thermostat d'ambiance PID Multizones programmable

Ce type thermostat possède généralement les mêmes caractéristiques qu'un thermostat programmable PID « standard », sauf qu'il récupère aussi la température de chaque pièce afin de mieux la réguler. Il est donc nécessaire de le coupler avec des robinets thermostatiques électroniques programmables installés dans chaque pièce (voir ci-dessous).

Avec un réglage de la température d'ambiance pièce par pièce, la sensation de chauffe est immédiate et l'utilisateur peut encore mieux maîtriser ses dépenses énergétiques. Cette solution peut être aussi pilotée à distance via une connexion internet.

Le classement ERP de ce type de régulation est de « Classe 8 ».

Thermostat connecté

Il est basé sur un thermostat électronique avec pilotage ON/OFF ou modulant (en utilisant généralement un protocole propriétaire fabricant ou le protocole Opentherm).

La différence se trouve au niveau de la surcouche logicielle qui permet l'implémentation de nombreuses fonctionnalités ainsi que le pilotage à distance de son générateur de chauffage.

Un thermostat connecté disposent de différentes fonctionnalités supplémentaires par rapport à un thermostat d'ambiance classique :

• Contrôle à distance : c'est la fonction principale des thermostats connectés ; à l'aide par exemple de son Smartphone, l'utilisateur va contrôler les différentes fonctions de son thermostat en local (chez lui) via une connexion Wifi ou à distance et ceci depuis n'importe quel endroit du monde via une connexion internet ; cette fonction est intéressante lors par exemple d'un voyage, l'utilisateur pourra éteindre son système de chauffage à distance et donc faire des économies d'énergie.
• Apprentissage des habitudes : un algorithme va intégrer au fur et à mesure du temps l'ensemble des requêtes que l'utilisateur va donner au thermostat comme l'augmentation ou la diminution de température (en local ou via l'application Smartphone) ou le réglage des plages de chauffe ; couplé à un détecteur de présence, le thermostat intègre le fait que l'utilisateur est rentré plus tôt chez lui et déclenche le chauffage : si ce phénomène se répète de nombreuse fois dans le mois alors le thermostat va modifier le planning de chauffe pour que la température de confort soit atteinte lorsque l'utilisateur rentre chez lui ; ce mode demande bien sur quelques jours d'apprentissage.
• Intégration de la température extérieure : le fait de prendre la température extérieure permet d'anticiper les pertes thermiques du logement et donc d'optimiser le confort dans le logement ; la température externe peut être acquise par soit l'installation d'une sonde extérieure à environ 2m de hauteur sur la face nord ou nord-ouest en liaison directe avec le thermostat, ou soit depuis internet avec la température d'une station météo la plus proche du logement.
• Programmation Calendaire : l'utilisateur peut programmer différentes plages avec des niveaux de températures eux aussi différents ; cette programmation permet une gestion très fine des plages de chauffe en optimisant au mieux les moments où l'utilisateur est dans son logement à fin de faire des économies d'énergie.Inertie thermique : un algorithme permet de déterminer les pertes thermiques du bâtiment par itération qui de calculer le temps nécessaire entre le passage du mode Eco au mode confort et inversement pour atteindre la "bonne" température ambiante, permettant de piloter la relance optimisée.
• Relance optimisée : l'intelligence du thermostat intègre la température extérieure, la programmation calendaire et l'inertie thermique pour déterminer le temps nécessaire pour atteindre la température souhaitée; l'utilisateur aura sa température de consigne au moment exact de sa programmation (ex : 20°C à 06h00 lors de son réveille).
• Géo localisation : cette fonction remplace la programmation calendaire et il n'y a plus besoin de déterminer les plages de chauffe ainsi que les différentes températures ; il suffit d'indiquer la température de confort souhaitée, de coupler le thermostat au Smartphone de l'utilisateur ; en utilisant la puce GPS intégrée à ce dernier, le thermostat connait en permanence la distance entre l'utilisateur et son logement ; l'utilisateur détermine une distance autour de son domicile et lorsqu'il entrera dans cette zone géographique, le thermostat donnera l'ordre à la chaudière de démarrer et par conséquent d'avoir la température de confort souhaitée.

Le classement ERP de ce type de régulation peut être soit de « Classe 4 », ou de « Classe 6 » (avec intégration de la température extérieure), ou enfin de « Classe 7 » (si intégration de la température extérieure + sortie modulante).

En savoir + : Découvrez notre guide spécial « thermostat connecté »

Régulation sur sonde extérieure

C'est le système le plus performant et surtout le plus « intelligent » thermiquement parlant ! Une sonde de température (placée idéalement sur une paroi du bâtiment exposée au nord pour éviter qu'elle ne soit réchauffée par le rayonnement solaire) mesure constamment la température de l'air extérieur, anticipe les variations climatiques, et module en conséquence la température de l'eau du réseau de chauffage en fonction des variations météorologiques, en prévenant aussi les changements brusques de température extérieure. Cette modulation se fait par action sur le brûleur (pour une chaudière qui en est capable) ou sur une vanne mélangeuse. Ainsi, le générateur de chaleur réagit avant que le logement n'ait eu le temps de se refroidir.

Ce système convient bien aux maisons et bâtiments à un ou plusieurs niveaux, avec une grande surface au sol. Il est d'ailleurs plus que recommandé pour un plancher chauffant ou une installation à plusieurs circuits, et primordiale pour optimiser au maximum le fonctionnement d'une chaudière à condensation.

Une sonde extérieure va donc adapter automatiquement la température de l'eau entrant dans le ou les circuits de chauffage en fonction des conditions climatiques extérieures : par exemple, en hiver, lors de températures extrêmes, sur des radiateurs traditionnels, la température de l'eau sera plus chaude (de l'ordre de 70°C), alors qu'en demi-saison, elle pourra être bien plus basse (de l'ordre de 35°C). Ce système réduit ainsi fortement les pertes et augmente le rendement de la chaudière, notamment à condensation, qui pourra condenser pratiquement en permanence avec une eau de retour de chauffage optimale, c'est-à-dire en dessous du point de rosée du combustible (à nouveau les températures extrêmes sont rares et ne représentent seulement que quelques jours sur les 230 jours de chauffage !)

La sonde extérieur vous permet d'être certain de chauffer l'eau à sa plus juste valeur (basées sur les conditions climatiques réelles), afin d'être sure de condenser au maximum, notamment avec une installation sur radiateurs. Car un thermostat intérieur, même modulant, ne module la température de l'eau que sur des mesures temporelles d'élévation/diminution de 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 que la température extérieure baisse. Il demande alors à la chaudière une eau à une température de 45°C, et revérifie. Si la température se stabilise, c'est la bonne température. Et ainsi de suite … Par moment donc, avec beaucoup moins de réactivité et d'oscillation autour de la température optimale d'eau, on chauffe l'eau à une température plus que nécessaire (donc plus d'énergie, retour de chauffage plus chaud, moins de condensation).

Avec une sonde extérieure, s'il fait -10°C extérieur à 6h du matin, la courbe de chauffe (réglée pour les émetteurs et les déperditions propres du logement) indiquera à la chaudière d'envoyer par exemple une eau à 70°C pour obtenir 20°C intérieur. Et peut-être qu'à midi, il fera alors que -3°C, la régulation demandant à la chaudière de n'envoyer que de l'eau à 55°C pour toujours obtenir une température ambiante de 20°C … cette variation de température d'eau s'effectuant progressivement et en continu.

Ce système est donc le plus performant mais aussi le plus « difficile » à régler. Car il va dépendre de l'isolation du bâtiment, du dimensionnement des radiateurs, du confort souhaité, des apports gratuits potentiels … Le rapport entre la température extérieure et la température de départ est représenté par une courbe caractéristique de chauffage, appelée « loi d'eau » ou « courbe de chauffe ». Pour simplifier, plus la température extérieure est basse, plus la température de départ doit être élevée. Cette courbe doit être réglée sur le générateur.

En savoir + : Réglage et optimisation d'une courbe de chauffe

Le fonctionnement d'une régulation sur température extérieure peut être affiné à l'aide d'une correction d'ambiance qui prend en compte les apports gratuits de chaleur dans le logement. La sonde extérieure est alors associée à un thermostat d'ambiance (dénommé plus généralement sonde d'ambiance / commande déportée) et des vannes thermostatiques sur les radiateurs pour prendre en compte les apports gratuits (ensoleillement, cheminée, chaleur humaine) non mesurés par la sonde à l'extérieur. Ainsi, imaginons qu'il fasse -10°C extérieur, mais qu'un soleil d'hiver réchauffe le logement par de larges baies vitrées. La température intérieure va augmenter et dépasser la consigne, avec un risque de surchauffe intérieur et d'inconfort, la sonde extérieure continuant de demander à la chaudière de chauffer car pour elle, il fait -10°C ! Mais avec une sonde de compensation intérieure, la chaudière va être informée que malgré les -10°C extérieur, la consigne intérieure est déjà atteinte et que la chaudière doit ralentir.

A l'inverse, cette configuration permet aussi en présence de contraintes techniques de positionner exceptionnellement la sonde extérieur sur un mur extérieur non au nord (tout en essayant d'éviter quand même le mur sud) : en effet, sur un mur est ou ouest, il y a déjà peu de chance en hiver que le soleil très rasant réchauffe la sonde extérieure, et dans tous les cas, la sonde intérieure corrigera automatique l'information erronée de température de la sonde extérieure.

Le classement ERP de ce type de régulation peut être soit de « Classe 3 » (déclenchement ToR) ou de « Classe 2 » (modulation), ou voir de « Classe 6 » avec l'intégration d'une correction par un capteur d'ambiance.

Les vannes thermostatiques

Les vannes thermostatiques permettent d'ajuster la température pièce par pièce en fonction de l'usage (chambre, séjour…) et de valoriser les apports de chaleur gratuits. Une vanne thermostatique ajuste le débit d'eau chaude qui circule dans le radiateur pour atteindre la température voulue dans la pièce où elle se trouve :

• si la température de consigne n'est pas atteinte, la vanne s'ouvre pour laisser passer plus d'eau chaude ;
• si la température est dépassée, elle se ferme.

Mais il ne fait pas confondre une vanne thermostatique avec un thermostat d'ambiance : elle ne commande pas le générateur de chauffage mais l'émetteur de chaleur (radiateur) ! Si le chauffage n'est pas en fonctionnement, la vanne n'aura aucun effet. De même, il ne sert à rien de bouger la position de la vanne quand vous avez trop chaud ou trop froid :

• si la pièce est plus froide que la température indiquée sur la vanne, la vanne est déjà grande ouverte. Il faut laisser le temps à l'eau chaude d'arriver dans le radiateur, ou vérifier la régulation centrale : le chauffage est-il en fonctionnement, la température de l'eau est-elle correcte, le thermostat est-il bien réglé ... ?
• s'il fait trop chaud dans la pièce, diminuer la position de la vanne ne sert pas plus : si la consigne est dépassée, la vanne est déjà fermée et le débit d'eau chaude est arrêté. Il faut attendre que le radiateur refroidisse.

Avec des robinetteries thermostatiques en bon état (il faut ainsi veiller à les changer régulièrement, tous les 5 à 10 ans environ), vous pouvez ainsi réduire votre facture de chauffage de 5 à 10%.

Les vannes thermostatiques doivent mesurer une température représentative de la température réelle du local. La tête de la vanne, comprenant l'élément de prise de température, ne doit donc pas être perturbée. Il faut donc éviter de les placer :

• dans les coins de murs
• devant une fenêtre ensoleillée
• en position verticale, car la chaleur du tuyau perturbera leur bon fonctionnement
• cachées derrière une tenture
• coincée dans une tablette ou un cache décoratif
• encombrée par des objets divers

Si les conditions adéquates ne sont pas réunies, il sera nécessaire d'utiliser des vannes thermostatiques avec sonde de température déportée.

Pour un bon fonctionnement, les vannes thermostatiques ne doivent pas être installés (ou du moins utilisées) dans la pièce où se situe le thermostat/sonde d'ambiance, ou alors elles doivent être grandes ouvertes en permanence pour ne pas être en conflit avec lui au risque de faire tourner la chaudière ou le circulateur inutilement

En dehors de la saison de chauffe, il faut veiller à ouvrir les vannes thermostatiques au maximum. La vanne thermostatique ajuste en effet le débit d'eau chaude dans le radiateur au moyen d'une pièce (pointeau) qui se déplace en fonction de la température atteinte dans le local. En position fermée, la pièce risque de rester bloquée/grippée quand la vanne sera ouverte à nouveau. Par contre en position ouverte, le pointeau se débloquera automatiquement quand la vanne sera manœuvrée pour être réglée.

Les têtes thermostatiques « classique » peuvent aussi aujourd'hui être facilement remplacée par des têtes thermostatiques électroniques programmables. L'électronique leur amène alors une plus grande précision en termes de réglage de par un affichage digitale de la température désirée. Il est aussi possible de les programmer tel un thermostat d'ambiance programmable : différents programmes peuvent abaisser la température durant la nuit, pendant les vacances ou seulement durant certaines heures de certains jours : ceci est par exemple utile pour éviter d'avoir sans arrêt à manipuler la vanne pour une chambre d'enfant qui peut être occupée (et donc chauffée) en fin de journée du lundi au vendredi, et toute la journée le weekend ! Enfin certaines vannes thermostatiques électroniques peuvent être aussi pilotées/gérées par une commande centrale qui leur envoie un signal radio, amenant aussi un pilotage possible de ces vannes de radiateurs directement  à distance depuis son smartphone..

En savoir + : les robinets thermostatiques de radiateurs

EN RÉSUMÉ

Quelle est la régulation idéale tant en terme d'économie d'énergie que de confort ?

• Avec un générateur ancien ou une chaudière basse température : thermostat d'ambiance (modulant si générateur sait en tirer parti) + vannes thermostatiques (si radiateurs).
• Avec un générateur récent (pompe à chaleur, chaudière à condensation) : régulation sur température extérieure + sonde d'ambiance optionnelle (fortement recommandée avec du plancher chauffant et des risques d'apports gratuits) + vannes thermostatiques (si radiateurs).

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