Matériel technique et scientifique.

Les appareils de mesure de la valisette :

 

Guide d'utilisation des appareils (version pdf) :
Collège Sainte-Véronique - Patrick de Tiège

Enregistreur de température

1. Notions de base

1.1. Intermittence de chauffage

Image de l'économie = la température intérieure

La consommation d'une installation de chauffage est proportionnelle à la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. Plus cette différence diminue, moins on consommera.

Graphiquement, on peut représenter la consommation de chauffage comme suit :

On voit donc que plus la température intérieure chute et plus le temps pendant lequel cette température est basse est important, plus l'économie d'énergie réalisée grâce à l'intermittence est importante.

Paramètres influençant l'économie

Si l’installation est coupée la nuit et le week-end, quelles seront les économies engendrées ? La figure ci-dessous résume les différents paramètres qui influencent le bilan thermique.

L’économie est fonction du degré d’isolation

Plus le bâtiment est isolé, moins la chaleur emmagasinée s'échappera et plus la température intérieure restera stable lors de la coupure du chauffage. L’économie réalisée sera faible.

Au contraire, lorsque le chauffage est coupé dans un bâtiment peu isolé (des façades très vitrées, par exemple, avec des infiltrations d’air importantes), la température intérieure chute rapidement. C’est dans ce genre de bâtiment "passoire" que le placement d’un régulateur-programmateur sera le plus rentable.

L’économie est fonction de l’inertie de bâtiment

Imaginons un local très lourd, très inerte (anciennes constructions massives) : la température intérieure chutera peu durant la coupure de nuit, car beaucoup de chaleur s’est accumulée dans les murs. Les économies seront faibles... . Par exemple, il ne sert à rien de placer un optimiseur dans un château fort.

Par contre, si le bâtiment est du type préfabriqué, fait de poutrelles et de cloisons légères : dès que le chauffage s’arrêtera, la température chutera. Dans ce cas, la consommation est pratiquement proportionnelle à l’horaire de chauffe. C'est l'exemple de la voiture qui monte rapidement en température dès l'apparition du soleil et qui se refroidit très vite aussi dès que l'on coupe le chauffage.

L’économie est fonction de la durée de coupure

Une coupure d’un week-end est beaucoup plus efficace qu’une coupure nocturne. La coupure sur le temps de midi est sans intérêt.

L’économie est fonction du sur-dimensionnement de l’installation de chauffage

Si l’installation est très puissante (chaudière et radiateurs surdimensionnés), la relance du matin pourra se faire en dernière minute. Et donc la température intérieure de nuit pourra être plus faible.

Si l’installation est dimensionnée au plus juste, par les plus grands froids, il sera impossible de couper l’installation la nuit, sous peine de ne pouvoir assurer le confort au matin. Aucune économie ne sera possible.

L’économie est fonction du type d’installation de chauffage

Si le chauffage est assuré par un système à air chaud (chauffage très peu inerte), la mise en régime et l’arrêt du chauffage sont immédiats. Si l’installation est réalisée par un système de chauffage par le sol (chauffage très inerte), les temps de réponse seront forts longs et l'intermittence n'est guère envisageable ...

Exemple.

(Source : "Guide pour la pratique de l’Intermittence du chauffage dans le tertiaire à occupation discontinue", ADEME, 1989)

Trois bâtiments, respectivement de 500 (1 niveau), 2 000 (2 niveaux) et 4 000 m² (4 niveaux) sont chauffés 10 h par jour et 5 jours par semaine.

Le niveau de surpuissance de l’installation de chauffage est assez élevé puisqu’il atteint 2 fois les déperditions (calculées avec un taux de ventilation réduit).

Trois niveaux d’isolation ont été repris :

• Peu isolé : simples vitrages, murs non isolés.
• Très isolé : doubles vitrages, murs avec 8 cm d’isolant.
• Bien isolé : niveau intermédiaire entre les 2 précédents.

Trois modes de coupure sont proposés :

• Un abaissement de la température de l’eau de chauffage.
• Une coupure totale du chauffage (avec maintien hors gel) par une horloge qui relance l’installation toujours au même moment le matin.
• Une coupure totale (avec maintien hors gel) avec une relance optimisée "just in time" !

Température de consigne

Le gain énergétique provient de la diminution des déperditions nocturnes. Et donc, plus la température intérieure descendra, plus l’économie augmentera. Il ne faut pas descendre sous une température de 12°C, parce que :

• Cette température correspond au point de rosée de l’ambiance et que des problèmes de condensation pourraient se poser.
• Malgré la relance du lundi matin, la température des murs serait trop froide et engendrerait de l’inconfort pour les occupants.
• Maintenir 12°C dans le local témoin (où se trouve la sonde de régulation), c’est maintenir l’ensemble du bâtiment hors gel.

Une consigne de 16°C durant la nuit (voire moins) et 14°C durant les week-ends et les périodes scolaires est donc recommandée.

Il faut en outre savoir que cette température de consigne ne sera que rarement atteinte (uniquement en plein hiver), ce du fait de l'inertie thermique du bâtiment qui ralenti la chute de température.

1.2. Abaissement de la courbe de chauffe

Ce type de programmateur est encore extrêmement répandu dans nos chaufferies.

Il est appliqué sur bon nombre de régulateurs travaillant sur base d'une sonde extérieure. Dans ces derniers, la température de l'eau de chauffage est régulée en fonction de la température via une courbe de chauffe.

Le ralenti de chauffage consiste alors en un changement de courbe de chauffe programmé (souvent en fonction d'une horloge hebdomadaire) pour les périodes d'inoccupation.

Les régulateurs proposent généralement un déplacement parallèle de la courbe de chauffe pour le ralenti via :

• un potentiomètre gradué en température d'eau. Pour des corps de chauffe dimensionnés pour un régime d'eau 90/70°, on considère souvent qu'une variation de température d'eau de 4 .. 5°C entraîne une variation de température ambiante de 1°C,
• un potentiomètre gradué en température ambiante. Cette grandeur est indicative puisque qu'aucune sonde intérieure ne permet de vérifier la température ambiante qui sera atteinte durant le ralenti,
• un potentiomètre gradué de 0 à 10,

En fonction du type de régulateur, le déplacement de ralenti proposé correspond,

• soit à une translation par rapport à la courbe réelle de jour qui a été définie,
• soit à une translation par rapport à la courbe de base du régulateur qui correspond au point pivot préréglé du régulateur.

Il est donc important de vérifier dans le mode d'emploi du régulateur le type de réglage qui est pratiqué.

Avec un tel mode de régulation, on parle de ralenti et non de coupure nocturne car, en période d'inoccupation, on continue toujours à fournir de la chaleur au bâtiment, moins qu'en période d'occupation, mais en quantité suffisante pour ne pas permettre un abaissement rapide de la température intérieure.

La relance du chauffage se fait :

• Soit avec la température d'eau définie par la courbe de chauffe de jour. Dans ce cas, la puissance maximale n'est pas appliquée, ce qui rallonge la période de remise en température du bâtiment.
• Soit avec une température dite "de régime accéléré", ce qui diminue le temps de relance.

Notons que, pour protéger de la condensation les chaudières dont la température d'eau ne peut descendre en-dessous d'une certaine valeur, des régulateurs permettent une limitation basse de la température de départ de l'eau (par exemple 50°C). Si c'est le cas et si le réglage de la température d'eau s'effectue directement au niveau de la chaudière, il n'y aura quasi plus de ralenti de nuit lorsque la température extérieure dépasse un certain seuil.

1.3. Coupure et relance à heures fixes

Ce type de programmateur assure à heures fixes (en fonction d'une horloge quotidienne, hebdomadaire ou annuelle) :

• le fonctionnement normal du chauffage en période d'occupation, régulé par exemple en fonction de la température extérieure,
• l'arrêt complet du chauffage (arrêt des chaudières, fermeture des vannes mélangeuses, arrêt des circulateurs, ...) en fin de période d'occupation,
• la relance du chauffage à allure réduite pendant la période d'inoccupation si la température intérieure, mesurée par une sonde d'ambiance, descend en dessous d'une valeur limite (par exemple 16° en semaine et 14° le week-end),
• la relance du chauffage, à pleine puissance.

Ce type de programmation permet l'arrêt complet du chauffage et la remise rapide en température du bâtiment. Un inconvénient subsiste : la coupure et la relance s'effectue à heures fixes. Or, le temps d'abaissement et de remontée de la température intérieure varie en fonction de la température extérieure, en fonction de la température atteinte pendant la coupure, en fonction de la chaleur emmagasinée dans le bâtiment durant l'occupation, ...

1.4. Optimiseurs

Par rapport aux programmateurs assurant une coupure et une relance à heures fixes, les optimiseurs font varier le moment de ces dernières en fonction de différents paramètres.

• Sur base de la température extérieure
  Le moment de la coupure et de la relance varie en fonction de la température extérieure. Lorsqu'il fait plus chaud, le refroidissement du bâtiment est plus lent. L'heure de coupure est donc avancée automatiquement. De même, la température intérieure atteinte durant l'inoccupation et l'énergie nécessaire à la relance est plus faible. L'heure de la relance est donc retardée.
  Ce type d'optimiseur ne mesurant pas la température intérieure présente une certaine imprécision en ce qui concerne le moment précis où la température intérieure d'occupation sera atteinte.
• Sur base de la température extérieure et intérieure
  L'adjonction de la température intérieure atteinte durant l'inoccupation comme paramètre de décision pour enclencher la relance permet une plus grande précision dans la définition de l'heure de relance. Cela limite les risques d'inconfort et optimalise le temps de coupure et donc l'énergie économisée.
  La paramétrisation de ce type de programmateur reste délicate, en effet, il faut procéder par essais - erreurs, puisque plusieurs paramètres importants reste inconnus de l'utilisateur : l'inertie thermique du bâtiment, le degré de surpuissance du chauffage, ....
• Autoadaptation
  On parle d'"optimiseurs autoadaptatifs".
  Le programmateur adapte automatiquement ses paramètres de réglage au jour le jour, en fonction des résultats qu'il a obtenu les jours précédents. Par rapport à l'optimiseur décrit ci-avant et bien réglé, l'optimiseur autoadaptatif n'apportera pas d'économie d'énergie complémentaire. Son rôle est de faciliter (l'utilisateur ne doit plus intervenir) et donc d'optimaliser le réglage.

Exemple.

Lors de la relance matinale, le but définit à l'optimiseur est d'atteindre la température de 20°C au moment de l'occupation du bâtiment.

Le premier jour, comme l'optimiseur ne connaît pas le bâtiment, ni la surpuissance de l'installation, il démarrera l'installation uniquement en se basant sur la température extérieure et la température intérieure.

Dès lors, il est plus que probable que la température de consigne diurne soit atteinte trop tôt.

Le lendemain, l'optimiseur décalera automatiquement le moment de la relance. Ainsi de suite, jusqu'à ce qu'il trouve seul le bon réglage.

On peut considérer qu'il faut 4 jours à un optimiseur autoadaptatif pour définir correctement la loi qui relie la température extérieure, la température intérieure et le moment de la relance.

L'optimiseur fera le même exercice pour anticiper le moment de la coupure, tout en garantissant le confort des occupants.

1.5. Comparaison de l’économie en fonction du type de programmateur

La consommation d'une installation de chauffage est proportionnelle à la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. Plus cette différence diminue, moins on consommera.

Graphiquement, on peut représenter la consommation de chauffage comme suit :

On voit donc que plus la température intérieure chute et plus le temps pendant lequel cette température est basse est important, plus l'économie d'énergie réalisée grâce à l'intermittence est importante.

Comparons l'évolution de la température intérieure (donc l'évolution de l'économie d'énergie) en fonction du programmateur choisi (cas de la mi-saison) :

La réduction de température intérieure est lente, de même que la relance.

Le moment où la température de consigne d'occupation est atteinte dépend de la saison.

Les moments de la coupure et de la relance sont adaptés soit automatiquement, soit par réglage de l'utilisateur. La précision du réglage et la différence d'économie entre les 3 types d'optimiseurs dépend de ce dernier.

2. Paramètres mesurés

L’enregistreur de température va mesurer la température ambiante à intervalle régulier et donner une image de l’évolution de cette mesure sur une durée déterminée.

3. Mode d’utilisation de l’enregistreur de température

L’ensemble de données collectées par l’enregistreur de température (capteur) ne peut être traité que par l’intermédiaire d’un ordinateur sur lequel aura été au préalable installer le logiciel de traitement de données lié à l’enregistreur et le « driver » nécessaire à la communication par connexion USB entre l’ordinateur et l’enregistreur. Le système comprend donc trois éléments indissociables : l’enregistreur, le logiciel de traitement et le driver.

Les enregistreurs de données testo 174 servent à l’enregistrement et à la lecture de valeurs de mesure individuelles et de séries de mesures.

Avec le testo 174, les valeurs sont mesurées, enregistrées et transmises via l’interface au PC, où elles peuvent être lues et exploitées à l’aide du logiciel testo ComSoft.

Les enregistreurs de données sont programmés via le logiciel.

Configuration :

1. Insérer la pile fournie dans l’enregistreur de données (CR2032)
2. Installation du logiciel de communication et de traitement de données sur un PC.
3. Raccordement de l’enregistreur au PC
4. Installation de la liaison
5. Configuration de l’enregistreur de données et de la prise de mesure :
   Un certain nombre de paramètres doivent être défini avant l’utilisation de l’enregistreur de données.
   • Unité de température : °C (degré Celsius) ou °F (degré Fahrenheit).
   • Critère de départ : Permet de définir la manière de débuter les mesures :
   • Soit par pression sur touche de l’enregistreur
   • Soit à une heure programmée dans le logiciel
   • Soit par commande PC.
   • Intervalle de mesure : Permet de déterminer la durée s’écoulant entre deux prises de mesures par l’enregistreur. Cet intervalle peut être défini entre 1 min et 4 heures. Sur une campagne de mesure, l’appareil peut enregistrer jusqu’à 3.900 mesures. Dans le cadre de mesure de température dans un local, il parait inutile de descendre en dessous d’un intervalle de 5 minutes (ce qui permet environ deux semaines de mesure) ;
   • Critère d’arrêt : La mémoire de l’enregistreur étant limitée, il est nécessaire de définir un mode d’arrêt.
   • Soit Mesure en boucle : lorsque la mémoire est épuisée (3.900 mesures) la mesure suivante écrase la première mesure (3.901 remplace 1)
   • Soit Mémoire totale : la mesure s’arrêtera après 3.900 mesures
   • Soit Nombre de blocs : Il est alors possible de définir le nombre de mesures voulues.
   • Titre et commentaire : Permet d’entrer le titre du programme de mesure et des commentaires sur celui-ci.
Une fois la configuration terminée, la mesure peut démarrer.

Enregistrement des données :

Le capteur est placé dans la zone à analyser. Il est important d’éviter des emplacements proches de source de chaleur (radiateurs,..) ou les zones exposées au rayonnement solaire, ce qui pourrait perturber les mesures.

Fonction d’affichage et de commande de l’enregistreur :

Un certain nombre d’informations sont reprises sur l’écran d’affichage de l’enregistreur.

Selon l’état de fonctionnement, diverses informations peuvent être visualisées sur l’afficheur.

Analyse des résultats :

Une fois la campagne de mesure terminée, il faut transférer les données enregistrées dans le logiciel de traitement.

Il est alors possible de visualiser les courbes d’évolution de température enregistrées par les capteurs.