Domotiser son chauffage electrique

Nous allons exposer dans cet article les deux principales méthodes de domotisation d'un chauffage électrique avec des box domotiques Z-Wave.

La gestion par fil pilote n'étant actuellement pas correctement intégrée dans la plupart des box domotiques Z-Wave, elle nécessite généralement l'utilisation de scénarios personnalisés en lieu et place de la fonction officielle de gestion du chauffage. Nous la traiterons donc ultérieurement dans un article dédié.

Le chauffage par plancher chauffant électrique peut être géré de la même façon que les convecteurs électriques mais leur inertie très élevée (4h environ) nécessite d'utiliser la solution de type "PID" et surtout pas "tout ou rien" ! Ce cas est traité dans la deuxième partie de cet article (avec le thermostat ZWave Secure SRT321). 

[Cas 1] La régulation de type "tout ou rien" (par Hystérésis) via le logiciel de la box domotique.

Il s'agit de la méthode la plus simple et abordable car elle ne nécessite pour chaque zone qu'une sonde de température comme un Fibaro FGK101 + sonde DS18B20 et d'un module de puissance comme un Fibaro FGS212 (ou le AEOTEC by AEON LABS ZW078 "Heavy Duty") pour chaque radiateur / convecteur à commander. 

 

Régulation de type "tout ou rien" via le logiciel de la box domotique

La partie intelligente du thermostat est gérée par le logiciel de la box. Malheureusement celui-ci utilise généralement une régulation de type tout ou rien par hystérésis :

Lorsque la température mesurée descend sous la température de consigne (généralement 0,5° en dessous), la box commande l'allumage du chauffage. Lorsque la température est supérieure à la consigne (généralement 0,5°), la box demande alors l'arrêt du chauffage. 

Ce système de régulation du chauffage peut créer des écarts / oscillations de température d'autant plus importants que vos radiateurs et votre pièce auront d'inertie, ce qui risque d'occasionner un manque de confort pour les habitants et une sur-consommation.

Le thermostat interne du radiateur doit être réglé au maximum (la régulation est gérée par le logiciel de la box).

Régulation thermostatique de chauffage de type tout ou rien
Principe de régulation en "tout ou rien"

[Cas 2] La régulation par un thermostat dédié, de type "PID" connecté sans-fil à une box domotique Z-Wave.

Il s'agit de la solution la plus confortable et la plus intelligente pour réguler un chauffage par radiateurs / convecteurs électrique.

Nous conseillons le thermostat Z-Wave Secure SRT321 (Horstmann HRT4-ZW) qui inclut une sonde de température ainsi qu'un système de régulation très évolué de type "PID" (Proportionnelle-Intégrale-Dérivée).

Celui-ci va gérer les radiateurs / convecteurs électriques via des cycles dont la durée peut varier en fonction de leur inertie (paramètre configurable).

Plus la température mesurée sera en dessous de la température de consigne, plus le radiateur / convecteur sera activé un grand pourcentage du temps de chaque cycle. Plus la température mesurée se rapprochera de la température de consigne, plus le pourcentage de temps ou le radiateur / convecteur sera activé diminuera. C'est ce que l'on appelle le système proportionnel.

Le système est aussi capable de s'auto-corriger grâce à des formules "Intégrale" et "Dérivée" et ainsi améliorer la régulation en "apprenant" le comportement du radiateur et de la pièce afin de stabiliser le plus possible la température.

De ce fait, ce système est à la fois plus économique et surtout plus confortable que le système de type "tout ou rien" à hystérésis. 

Régulation thermostatique du chauffage de type PID - Proportionnel Intégrale Dérivée
Principe de régulation "PID"

Autre point positif du thermostat Z-Wave Secure SRT321, celui-ci possède une molette permettant de changer la température de consigne par une simple rotation.

Celui-ci affiche également alternativement sur son écran LCD rétro-éclairé la température mesurée ainsi que la température de consigne via un simple appui sur la molette.

Lorsque la consigne est changée via la molette, celle-ci est transmise à la box et/ou à d'autres thermostats liés comme par exemple des vannes thermostatiques Z-Wave Danfoss Living Connect Z (014G0013).

Lorsque la température de consigne est changée sur la box via une programmation horaire pré-établie ou via une action locale ou distante sur l'interface Web / Smartphone / Tablette, celle-ci est récupérée par le thermostat lors de son réveil suivant (cela peut prendre de 1 à 30 minutes suivant le moment du précédent réveil, l'intervalle de réveil pouvant être configuré afin de trouver un bon compromis entre réactivité et autonomie des piles. Nous recommandons toutefois de préférer un réveil toutes les 20 à 30 minutes.

[Cas 2a] sans fil pilote, via relais 2,5kW ou 9kW

Attention : le thermostat Z-Wave Secure SRT321 ne possède pas de sortie de puissance, il faut lui associer un module "ON/OFF" par radiateur à gérer dans cette zone (4 maximum).

Nous ne conseillons pas dans le cas de radiateurs / convecteurs électriques d'utiliser le module relais Secure SSR303 proposé dans le Pack Secure SRT322, car celui-ci est conçu pour contrôler la commande de thermostat d'une chaudière et n'est pas assez puissant pour commander un chauffage.

Nous recommandons plutôt l'utilisation du micro-module de puissance Z-Wave Fibaro FGS211 / Fibaro FGS212 capable de supporter une puissance maximale de 2500W (10A) ou le tout nouveau relais de puissance AEOTEC by AEON LABS ZW078 "Heavy Duty" dont la puissance maximale peut atteindre 9600W (40A) ! 

Cette solution peut aussi s'adapter à certains chauffages au sol électriques en remplacement du thermostat d'origine (à condition qu'il n'y ait pas de sonde de température au niveau de la dalle et en vérifiant bien la puissance nécessaire).

Chauffage/Controle-domotique-module-z-wave-(zwave)-SECURE-SRT321-HRT04-FIBARO-FGS211-de-chauffage-electrique-PID
Régulation via thermostat et sans fil pilote
Cette solution peut aussi convenir à du plancher chauffant électrique.

[Cas 2b] via fil pilote

Dans certains cas, il peut être plus pratique de contrôler les radiateurs via leur fil pilote au lieu de jouer sur leur alimentation via un relais 2,5kW.

En temps normal, le fil pilote permet de demander au chauffage de changer de mode parmis :

  • Confort = température sélectionnée sur le thermostat
  • Eco = température de confort diminuée de 2,5°C
  • HG = Hors Gel, généralement 7°C
  • OFF / Délestage = Arrêt total
  • Plus, sur certains radiateurs, 2 ordres supplémentaires (confort -1°C et  confort -2°C). 

Nous ne souhaitons pas utiliser le fonctionnement normal du fil pilote car celui-ci ne permet pas de régler la température de consigne par domotique.

Par contre, nous allons détourner le fil pilote pour gérer les radiateurs de façon moins agressive que par contrôle de leur alimentation via relais de puissance 3kW.

Si vous avez plusieurs radiateurs dans une même zone (ex: salon), cela permet aussi de commander autant de radiateurs que nécessaire en regroupant les fils pilotes.

Solution 1 : Via thermostat SRT321 et actionneur SSR303

La solution à base de SRT321 + SSR303 est particulièrement adaptée si vous souhaitez l'installer au mur, près du tableau électrique ou à la place de l'ancien programmateur de chauffage. S'il est installé dans une pièce de vie, le légèr claquement de son relais ne sera pas gênant.
Pour une utilisation près d'un radiateur et/ou dans une chambre, nous recommandons plutôt la solution 2.

Pour utiliser le fil pilote avec le Secure SRT321* (thermostat Z-Wave avec régulation progressive "PID"), nous allons utiliser une particularité intéressante du récepteur Secure SSR303 : celui de posséder une sortie en mode "normalement fermée" (borne 3 "OFF") qui complétée avec une diode 1N4007 permettra d'activer le mode OFF de vos radiateurs via leur fil pilote.

L'idée est ensuite de positionner le thermostat de chaque radiateur en mode fil pilote (souvent représenté par une horloge) et de régler la température de consigne du mode confort au maximum.

Le choix de la température se fera en tournant la molette du thermostat Z-Wave Secure SRT321 ou via l'interface web ou application smartphone / tablette de la box domotique.

En configurant la programmation hebdomadaire du menu dédié au chauffage de la box domotique, il sera aussi possible d'automatiser les changements de températures de consigne.

*Le SRT321 est proposé en pack avec le récepteur SSR303 (ref: SRT322).
Nous ne recommandons pas l'utilisation sur Secure SCS317/SCS318 à cause de son système de programmation hebdomadaire intégré qui est difficile à désactiver et rentre en conflit avec la programmation hebdomadaire de la box domotique.  
FONCTIONNEMENT TECHNIQUE
Lorsque le thermostat aura besoin d'activer la chauffe, il enverra naturellement l'ordre ON au SSR303 qui sera vu comme un ordre "confort" par les radiateurs grâce au fonctionnement "normalement fermé" du SSR303 (pas de tension sur le fil pilote lorsque le SSR303 est en mode "ON"). 
Quand le thermostat jugera que la chauffe doit être arrêtée il enverra l'ordre OFF au SSR303 qui sera vu comme un OFF par les radiateurs (230V en sortie du SSR303 + diode 1N4007 = alternance positive sur fil pilote = mode OFF sur les radiateur).

Thermostat sans-fil domotique et fil pilote
Thermostat SRT321 + Actionneur SSR303

Solution 2 : Via thermostat SRT321 et module QUBINO "fil pilote" ZMNHJD1 

L'utilisation du QUBINO "fil pilote" (ZMNHJD1) à la place du SSR303 a plusieurs avantages :

  • Totalement silencieux
  • Pas besoin de diode
  • Son format "micro-module" lui permet d'être installé derrière le radiateur. 

Un même QUBINO "fil pilote" peut être relié au fil pilote de plusieurs radiateurs (il suffit de les relier ensemble, généralement au niveau du tableau électrique, à l'aide d'un "Wago").

Si vous avez plusieurs radiateurs dans une même pièce (ou même zone de chauffage) mais que leurs fils pilotes ne sont pas regroupé, vous pouvez associer jusqu'à 4 module QUBINO "fil pilote" à un même thermostat SRT321 et ainsi gérer 4 radiateurs, sans-fil, avec un seul thermostat.

Chauffage-Cas2b-Qubino-Fil-Pilote-ZMNHJD1
Thermostat SRT321 + Qubino Fil Pilote ZMNHJD1

[Cas 3] Contrôle des radiateurs par fil pilote uniquement (choix du mode mais pas de la température)

Si vous n'avez pas besoin de gérer la température de consigne de vos radiateurs mais uniquement de programmer et/ou choisir à distance leur mode de fonctionnement à l'aide du fil pilote, vous êtes dans le cas de figure que nous allons traiter.

Jusqu'à maintenant, plusieurs solutions existaient, en utilisant des relais simples ou doubles, éventuellement accompagnés de une ou deux diodes.

Il y a maintenant beaucoup plus simple : Utiliser le nouveau micromodule QUBINO "fil pilote" (ZMNHJD1).

Celui-ci est capable nativement de produire 6 ordres différents mais est compatible avec les radiateurs ne gérant que 4 ordres (les 2 ordres supplémentaires ne devront pas être utilisés).

Autre avantage non négligeable par rapport aux solutions à base de relais (FGS212, FGS222, etc.) est que le QUBINO "fil pilote" est totalement silencieux. 

Si vous avez un chauffage au sol contrôlé par un thermostat équipé d'une entrée "fil pilote", cette solution peut aussi s'adapter très simplement en reliant le QUBINO à l'entrée fil pilote du thermostat. 
chauffage_Qubino_fil_pilote-ZMNHJD1
Contrôle via Fil Pilote uniquement 

Comme le protocole ZWave, de conception Américaine, ne sait pas gérer le franco-français fil pilote, QUBINO utilise une astuce : il fait reconnaitre sont module comme un variateur de lumière.

Chaque ordre est sélectionné par un certain pourcentage de variation (voir tableau ci-après). 

 Ordre  Z-Wave envoyé par la box domotique.  Type de signal électrique envoyé au radiateur par le QUBINO "fil pilote"  Mode de fonctionnement pris en compte par le radiateur
Variation 0 à 10% Demie-alternance positive Arrêt total
Variation 11 à 20% Demie-alternance négative Hors Gel
Variation 21 à 30% Pleine alternance Eco
Consigne du thermostat -3,5°C 
Variation 31 à 40% Absence de courant pendant 293 secondes, puis tension alternative pendant 7 secondes Confort -2°C
Consigne du thermostat -2°C
* Peut ne pas être géré par certains radiateurs.
** Le passage dans ce mode peut nécessiter plus de 5 minutes, cela est inhérent à la conception du fil pilote. 
Variation 41 à 50% Absence de courant pendant 297 secondes, puis tension alternative pendant 3 secondes Confort -1°C
Consigne du thermostat -1°C
* Peut ne pas être géré par certains radiateurs.
** Le passage dans ce mode peut nécessiter plus de 5 minutes, cela est inhérent à la conception du fil pilote. 
Variation 51 à 100% Aucun signal (absence de courant) Confort
Consigne du thermostat


Pour une utilisation plus pratique et si votre box / logiciel domotique vous le permet, il est recommandé de créer des boutons pour les modes que vous souhaitez utiliser.
Exemple : pour un bouton demandant le mode "Eco", vous pourrez envoyer l'ordre de variation de 21%

Vous pourrez aussi créer des scénarios et des programmations, suivant les possibilités offertes par votre box / logiciel domotique.

Défaut de cette solution : Avec certaines box domotiques proposant un menu spécifiquement dédié au chauffage et permettant une programmation hebdomadaire, il ne sera pas possible d'intégrer la gestion du fil pilote (en tout cas, pour le moment).

En effet, ces menus fonctionnent sur des planifications de températures de consigne, ce qui ne peut fonctionner qu'avec des thermostats.

Si vous souhaitez une parfaite intégration dans l'interface chauffage de votre box ("zone climat" de la Zipabox, "panneau chauffage" du Fibaro Home Center ...), nous vous recommandons de mettre en place le "cas2b / solution 2".


Mis à jour le : 16/12/2016 à 12:00 Auteur : Adrien, technicien domotique-store.fr



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