FR3138682A1

FR3138682A1 - Procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire ainsi que dispositif et système mettant en œuvre ledit procédé

Info

Publication number: FR3138682A1
Application number: FR2208127A
Authority: FR
Inventors: Jacques Allard; Joris Costes; Pierre COSTINI; Elena MAGLIARO; Nadège MIQUEY; Paul Rossines
Original assignee: Eco Co2
Current assignee: Eco Co2
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2024-02-09

Abstract

PROCEDE D’OPTIMISATION DE LA PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE AINSI QUE DISPOSITIF ET SYSTEME METTANT EN ŒUVRE LEDIT PROCEDE Procédé (200) d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire produite par un chauffe-eau (10) piloté au moyen d’un dispositif (30) comportant des capteurs de température (40a, 40b, 40c) ainsi qu’un capteur de puissance (37), un relais électromécanique (36), ledit procédé étant mis en œuvre par un système d’information (500), ledit procédé comportant les étapes suivantes : (210) initialisation de paramètres, lesdits paramètres étant dans le groupe comportant : une puissance, une température de consigne Tconsigne et une constante de refroidissement Cr du chauffe-eau (10), des débits caractéristiques ainsi que des usages d’occupants d’un bâtiment dans lequel ledit chauffe-eau est installé ;(230) détection et d’horodatage de tirages d’eau chaude sanitaire au moyen de données provenant du capteur de température (40c) mesurant la température au niveau d’un conduit de sortie (13) d’eau chaude ;(240) calcul de volumes, consommé et restant, d’eau chaude sanitaire ; et(250) recommandation pour maîtriser la consommation énergétique du chauffe-eau (10) ou la consommation d’eau chaude sanitaire. Figure de l’abrégé : figure 2

Description

Procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire ainsi que dispositif et système mettant en œuvre ledit procédé

La présente invention appartient au domaine général des équipements produisant de l’eau chaude sanitaire (ECS) à destination d’habitations ainsi que de bâtiments recevant du public. Elle concerne plus particulièrement un procédé d’optimisation de la production d’ECS ainsi que son dispositif et son système le mettant en œuvre.

La présente invention trouve une application directe dans les économies d’énergie et la réduction de la consommation d’ECS.

Etat de la technique

Auparavant, et pour des usages sanitaires, l’eau était chauffée dans un récipient, en utilisant notamment du bois ou du charbon. Durant le 17^èmesiècle, des chauffe-eaux apparaissent. Certains de ces dispositifs contenaient notamment un réservoir, dans lequel l’eau chaude produite y était stockée, ainsi qu’un robinet pour se servir en quantité d’eau nécessaire. Par ailleurs, ces dispositifs ont longtemps été réservés à certaines habitations, toute la population ne pouvant en disposer, à cause notamment de leurs coûts.

En revanche, et grâce aux nombreuses innovations que la révolution industrielle a fait naître, de nouveaux systèmes chauffant l’eau apparaissent dans ce domaine.

Ainsi, le document GB190001049A décrit un exemple de chauffe-eau, tel que nous rencontrons aujourd’hui dans la plupart des habitations, et qui a été inventé au début du 20^èmesiècle. A cette époque, la source d’énergie utilisée pour chauffer l’eau dans ce système était le gaz. Les chauffe-eaux électriques sont quant à eux apparus ultérieurement, vers les années 1930, et le document US2051657A décrit un des premiers dispositifs de ce genre.

A partir de la seconde moitié du 20^èmesiècle, les ventes et installations de chauffe-eaux électriques connaissent un essor important, apportant de plus en plus de confort dans les habitations notamment, et permettant de disposer d’eau chaude à la demande et sans attendre.

Les chauffe-eaux électriques sont aujourd’hui parmi les moyens de production d’ECS les plus utilisés au monde. Il en existe trois types : le chauffe-eau électrique par accumulation, qui comprend un volume de stockage de l’eau chaude, communément appelé ballon d’eau chaude, le chauffe-eau électrique instantané et le chauffe-eau électrique thermodynamique.

Du fait de leur faible coût à l’achat et de leur facilité d’installation, les chauffe-eaux électriques par accumulation restent les dispositifs les plus installés chez les particuliers en France, les chauffe-eaux thermodynamiques, étant quant à eux plus efficaces mais beaucoup plus chers à l’achat. Un des inconvénients des chauffe-eaux électriques instantanés est de ne pouvoir répondre correctement aux demandes simultanées en eau chaude sanitaire si celles-ci nécessitent une quantité d’importante d’eau.

En revanche, le principal désavantage des chauffe-eaux électriques à accumulation est leur mauvaise performance énergétique.

Communément, un chauffe-eau électrique à accumulation est constitué d’un réservoir métallique comportant une isolation thermique, afin de minimiser les déperditions de chaleur, ledit réservoir étant équipé d’une résistance électrique chauffant par effet joule l’eau qui y est stockée, à une température généralement comprise entre 55 et 65°C. Un thermostat intégré au chauffe-eau permet de contrôler la température de l’eau en régulant le fonctionnement du chauffe-eau, la température de consigne pouvant être paramétrée par l’utilisateur.

Le chauffe-eau est raccordé au système de distribution d’eau domestique par un premier raccord correspondant au point d’entrée d’eau potable, dit eau froide sanitaire, et d’un second raccord au point de sortie d’eau, dit eau chaude sanitaire (ECS).

Lors d’un tirage d’ECS (robinet, douche, bain, …), la quantité d’eau consommée est remplacée dans le réservoir du chauffe-eau par de l’eau froide. Les chauffe-eaux à accumulation possèdent une réserve d’eau de volume défini qui est renouvelée avec de l’eau froide dès que de l’eau chaude est consommée, baissant ainsi la température de l’eau contenue dans les couches inférieures du réservoir.

Dans le cas où la température mesurée grâce à un système de type sonde de température associé au thermostat est inférieure à la température de consigne du thermostat, le chauffe-eau est alors mis en fonctionnement afin que la température de l’ECS stockée redevienne voisine de la température de consigne du thermostat.

En position verticale, les chauffe-eaux électriques à accumulation sont conçus pour favoriser le phénomène de stratification thermique qui existe entre les différentes couches d’eau, la densité de ces couches variant en fonction du gradient de température présent dans le réservoir. L’eau chaude se trouvant alors en haut du réservoir, le tirage d’ECS est effectué dans cette zone, et l’eau froide, se trouvant donc dans le bas du réservoir, l’alimentation en eau se fait alors dans cette partie du réservoir.

L’installation de chauffe-eaux électriques à accumulation va perdurer dans les années à venir. En effet, ces chauffe-eaux sont faciles d’installation (tous les logements et bâtiments ne sont pas forcément raccordés au gaz), et leurs coûts à l’achat est faible.

En parallèle de cet essor, les industriels ont développé des chauffe-eaux de plus en plus efficaces d’un point de vue énergétique, tout en garantissant une qualité de confort pour les utilisateurs.

Après le chauffage des habitations, l’énergie utilisée pour produire de l’ECS reste le second poste de dépenses énergétiques dans la majorité des foyers.

Afin de répondre aux enjeux énergétiques et environnementaux du 21^èmesiècle, et la part de l’énergie nécessaire pour produire l’ECS n’étant pas négligeable, d’autres solutions permettraient de diminuer la consommation d’électricité, sans dégrader le confort.

Une de ces solutions est de produire l’ECS au plus juste, afin de répondre aux réels besoins des occupants. En effet, la plupart des chauffe-eaux électriques à accumulation vont garantir un stock d’eau chaude toute la journée en mesurant la température de l’ECS disponible dans le chauffe-eau. Comme évoqué préalablement, le chauffe-eau a pour consigne de chauffer l’eau si la température mesurée au niveau de la sonde associée au thermostat est inférieure à une température de consigne. Le problème qui se pose alors est que la température de l’ECS stockée dans le chauffe-eau diminue au cours du temps sans qu’il n'y ait eu de consommation d’ECS. Cette diminution de température se produit du fait des pertes thermiques du chauffe-eau. En effet, et malgré l’isolation plus ou moins efficace du chauffe-eau, l’énergie stockée décroît avec le temps.

Ainsi, selon s’il est installé dans une pièce chauffée, non chauffée ou encore peu, les pertes thermiques du chauffe-eau varient d’une installation à une autre tout au long de l’année : un chauffe-eau installé dans un local qui n’est pas isolé verra ses pertes thermiques augmenter en hiver, tandis qu’en été, celles-ci seront plus faibles. Autrement dit, tous les chauffe-eaux électriques à accumulation consomment de l’énergie pour compenser leurs pertes thermiques, et non pas uniquement pour renouveler la réserve d’ECS à la suite d’un tirage d’eau qu’un utilisateur aurait réalisé.

De manière générale, il n’y a aucune nécessité à autoriser de manière continue la chauffe, sauf si la contenance du chauffe-eau est inférieure aux besoins quotidiens des occupants.

Ainsi, il est tout à fait pertinent de pouvoir piloter les chauffe-eaux à accumulation en corrélant la production avec la consommation d’ECS.

Pour ce faire, et afin de produire la quantité d’ECS adaptée aux besoins des consommateurs, il est important de mesurer cette dernière le plus précisément possible. Or, il s’agit d’une donnée qui est difficile à quantifier autrement que par des moyens de mesures qui sont intrusifs. De plus, l’ECS consommée (douche, bain, cuisine, etc.) est une combinaison entre une quantité d’eau froide et une quantité d’eau chaude (sortant du réservoir du chauffe-eau), combinaison qui sera différente en fonction de la température souhaitée par le consommateur.

Le document EP3846108A1 présente un dispositif et un procédé de détermination de profils de consommation pour des besoins d'hygiène corporelle, en utilisant un débitmètre, et permettant de détecter les tirages d’eau chaude et d’en déduire les usages à partir de la classification de profils de consommations.

Dans le document US2016010878A1, un contrôleur intelligent de chauffe-eau est présenté. Ce contrôleur utilise un réseau de capteurs, dont un débitmètre, et optimise le fonctionnement du chauffe-eau en se basant sur un apprentissage automatique qui est réalisé sur les données acquises.

Ces solutions présentent l’avantage de mesurer précisément des débits horodatés, permettant alors d’évaluer la consommation d’ECS et d’en déduire les profils de consommateurs afin d’identifier les plages de consommation d’ECS pour optimiser le pilotage des chauffe-eaux.

Cependant, ces solutions sont souvent onéreuses et nécessitent l’intervention d’un technicien afin d’installer le système de pilotage. Au final, et à la vue des coûts, il est souvent préférable d’investir dans un chauffe-eau électrique thermodynamique, qui est plus efficace.

Il existe d’autres solutions de contrôle des chauffe-eaux ne faisant pas appel à des débitmètres intrusifs.

Le document WO2019006461A1 présente un système ainsi qu’un procédé de commande de chauffe-eaux électriques à accumulation où notamment, les tirages d’ECS sont déduits de mesures provenant des variations de température observées.

En revanche, le bilan énergétique estimé dans le procédé est basé sur une estimation constante des pertes thermiques par installation, qui, comme évoqué précédemment peuvent varier selon les locaux d’installations ainsi que les saisons. De plus, la mesure de la température de l’ECS stockée est réalisée en positionnant un capteur de température sur une soupape de sécurité (T&P valve), se trouvant en paroi du chauffe-eau, constituée d’une tige qui est immergée dans l’ECS stockée. Le capteur de température peut également être positionné sur un conduit de sortie d’eau chaude situé en haut du chauffe-eau.

Ainsi, et par conduction thermique cette configuration permet de mesurer en continue, ou de manière proche, la température d’ECS stockée dans le chauffe-eau. Ce type de conception n’étant présent que sur certains modèles de chauffe-eau, la solution décrite dans le document WO2019006461A1 ne peut être utilisée sur toutes les installations d’ECS à accumulation.

Présentation de l’invention

La présente invention vise à pallier tout ou partie de ces inconvénients.

A cet effet, la présente invention vise un procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire produite par un chauffe-eau piloté au moyen d’un dispositif comportant des capteurs de température ainsi qu’un capteur de puissance et un relais électromécanique, ledit procédé étant mis en œuvre par un système d’information. Ce procédé d’optimisation est remarquable en ce qu’il comporte les étapes suivantes :

initialisation de paramètres, lesdits paramètres étant dans le groupe comportant : une puissance, une température de consigneT _consigne et une constante de refroidissementCrdu chauffe-eau, des débits caractéristiques ainsi que des usages d’occupants d’un bâtiment dans lequel ledit chauffe-eau est installé ;
détection et d’horodatage de tirages d’eau chaude sanitaire au moyen de données provenant du capteur de température mesurant la température au niveau d’un conduit de sortie d’eau chaude ;
calcul de volumes, consommé et restant, d’eau chaude sanitaire ; et
recommandation pour maîtriser la consommation énergétique du chauffe-eau ou la consommation d’eau chaude sanitaire.

Ce procédé présente l’avantage d’optimiser énergétiquement et économiquement la production d’eau chaude sanitaire, sans dégrader le confort des occupants et sans nécessiter de changer leurs habitudes de consommation.

Plus particulièrement, la puissance du chauffe-eau est déterminée lors de l’étape d’initialisation au moyen de mesures réalisées par le capteur de puissance.

Avantageusement, la température de consigneT _consigneest obtenue lors de l’étape d’initialisation grâce à l’analyse des variations des valeurs mesurées des températures provenant du capteur de température positionné sur le conduit de sortie du chauffe-eau.

De façon avantageuse, la constante de refroidissementCr, calculée lors de l’étape d’initialisation, est calculée à partir de la température de consigneT _consigne et d’une température de l’air ambiantT _amb mesurée par le capteur de température positionné à proximité dudit chauffe-eau et du calcul de l’énergie thermique apportée audit chauffe-eau, entre au moins deux cycles de chauffe consécutifs sans période de tirage.

Grâce à ce calcul, la constante de refroidissementCr,propre à chaque chauffe-eau et installation, est correctement connue et permet une meilleure optimisation de la production d’eau chaude sanitaire par la suite.

De façon avantageuse, l’étape d’initialisation des débits caractéristiques est réalisée en se fondant sur un débit moyen unique calculé à partir d’un bilan d’énergie, ou en effectuant un calcul de façon automatique, au moyen d’un algorithme, des débits s’appliquant à des catégories de tirages d’eau chaude sanitaire.

De plus, et avantageusement, l’étape de détection et d’horodatage des tirages d’eau chaude sanitaire est obtenue en prenant en compte en outre des données provenant du capteur de température mesurant des variations de température au niveau du conduit d’arrivée d’eau froide. Un renforcement de la détection et de l’horodatage des tirages d’eau chaude sanitaire est ainsi obtenu. Il n’est donc pas nécessaire d’utiliser un débitmètre sur le conduit de sortie du chauffe-eau. L’invention est donc une solution non-intrusive pour la plomberie du chauffe-eau.

Selon une caractéristique particulière, les volumes d’eau chaude sanitaire, respectivement consommé et restant, calculés lors de l’étape de calcul, sont obtenus à partir d’un débit moyen de tirage d’eau déterminé lors de l’étape d’initialisation.

Selon une autre caractéristique particulière, les volumes d’eau chaude sanitaire, respectivement consommé et restant, calculés lors de l’étape de calcul, sont obtenus en associant à chaque tirage d’eau chaude sanitaire un débit caractéristique déterminé lors de l’étape d’initialisation.

De façon avantageuse, le procédé d’optimisation comprend en outre une étape de calibration régulière des paramètres d’initialisation.

Avantageusement, le procédé d’optimisation comprend en outre une étape de classification par apprentissage supervisé ou non-supervisé des usages en vue de proposer des gestes écoresponsables aux occupants, ladite étape étant implémentée dans des moyens de calcul du système d’information.

Selon une autre caractéristique particulière, le procédé comprend en outre une étape de génération d’un planning des plages horaires d’autorisation de chauffe par le chauffe-eau.

Selon une autre caractéristique particulière, le procédé comporte une étape de sauvegarde du planning dans une base de données du système d’information.

Avantageusement, le procédé comprend une étape de simulation numérique de la température de l’eau chaude sanitaire stockée dans le chauffe-eau et dont les données sont prises en compte ensuite dans l’étape de génération du planning des plages horaires d’autorisation de chauffe par le chauffe-eau. Cette étape de simulation permet ensuite de prendre en compte une consigne de température à atteindre au niveau de l’eau chaude sanitaire stockée dans le chauffe-eau, qui est inférieure ou égale à la température de consigneT _consigne paramétrée au niveau dudit chauffe-eau. Ainsi, lors de l’étape de génération du planning des plages horaires d’autorisation de chauffe, ces plages horaires dureront moins longtemps et permettront de réaliser des économies d’énergie supplémentaires.

Un autre objet de l'invention est un système mettant en œuvre un procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire produite par un chauffe-eau, comportant un dispositif comportant des capteurs de température ainsi qu’un capteur de puissance, un relais électromécanique, un système d’information, comportant des moyens pour :

mesurer les températures de surface du conduit d’arrivée et de sortie dudit chauffe-eau ainsi que la température de l’air ambiant à proximité dudit chauffe-eau ;
mesurer la puissance consommée par ledit chauffe-eau ;
piloter l’alimentation dudit chauffe-eau ; et
transmettre des données mesurées au système d’information ainsi que recevoir des données par le système d’information.

Plus particulièrement, le capteur de puissance du dispositif permettant de mesurer la puissance du chauffe-eau, et le relais électromécanique dudit dispositif permettant le pilotage de l’alimentation du chauffe-eau, sont déportés dudit dispositif. Cet avantage permet de rendre indépendante la fonction de mesure des températures au niveau du chauffe-eau, des fonctions de mesure de la puissance et de pilotage dudit chauffe-eau, notamment lorsque le chauffe-eau est relié à un contacteur heures pleines/heures creuses. En effet, dans ce cas, le chauffe-eau n’est alimenté que durant les plages horaires correspondant aux heures creuses. De plus, ce dispositif présente l’avantage de s’adapter à l’ensemble des installations à piloter et est non-intrusif sur la plomberie du chauffe-eau.

Enfin, un autre objet de l’invention est un chauffe-eau mettant en œuvre un procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire dudit chauffe-eau.

Les concepts fondamentaux de l’invention venant d’être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d’autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés.

Présentation des dessins

Les figures sont données à titre purement illustratif pour une meilleure compréhension de l’invention sans en limiter la portée. Les différents éléments peuvent être représentés de manière schématique et ne sont pas nécessairement à la même échelle. Sur l’ensemble des figures, les éléments identiques ou équivalents portent la même référence numérique.

Il est ainsi illustré en :

: une installation mettant en œuvre un procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire selon l’invention ;

: un exemple d’architecture système selon l’invention ;

: les principales étapes d’un procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire selon un mode de réalisation de l’invention ;

: des courbes de mesures de grandeurs thermique et électrique de fonctionnement d’une installation produisant de l’eau chaude sanitaire ;

: un exemple d’interface graphique sur une application mobile de suivi et de pilotage de la consommation d’eau chaude sanitaire ;

: un schéma électrique du pilotage de l’alimentation d’un système produisant de l’eau chaude sanitaire selon un mode de réalisation de l’invention ;

: des combinaisons possibles du pilotage du système présenté à la .

Description détaillée de modes de réalisation

Il convient de noter que certains éléments techniques bien connus de l’homme du métier sont ici décrits pour éviter toute insuffisance ou ambiguïté dans la compréhension de la présente invention.

Dans le mode de réalisation décrit ci-après, on fait référence à un procédé d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire (ECS) ainsi qu‘au dispositif et au système le mettant en œuvre.

A cet effet, l'invention concerne un procédé d’optimisation basé sur des mesures, ou des estimations, de grandeurs physiques au moyen d’un dispositif transférant des données dans un système d’information qui traite, analyse ainsi que stocke ces données tout en générant un planning d’autorisation de fonctionnement du chauffe-eau, calculé sur les habitudes de consommation des occupants du bâtiment dans lequel le chauffe-eau est installé, sans dégrader le confort des occupants.

L’invention a notamment pour objectifs :

- d’adapter le fonctionnement du chauffe-eau aux besoins d’ECS des occupants ;

- de favoriser une bonne stratification thermique de l’eau stockée en évitant les mises en route inutiles du dispositif de chauffe ;

- d’économiser l’énergie en limitant les pertes thermiques, en planifiant les horaires de démarrage et les plages de fonctionnement du chauffe-eau ;

- de permettre de piloter à distance le chauffe-eau.

La représente une installation 100 comprenant principalement un chauffe-eau 10 à accumulation, préférablement électrique mais pouvant fonctionner au gaz également, un dispositif 30 pilotant ledit chauffe-eau, sur lequel sont reliés trois capteurs de température 40a-c, ledit dispositif comprenant un capteur de puissance électrique 37, et transmettant des données acquises vers des serveurs au moyen d’un routeur 700a, une passerelle 700b ou d’une antenne-relais 700c.

Le chauffe-eau 10 est un dispositif du commerce qui comporte principalement un réservoir d’eau 12, pouvant avoir une capacité de stockage d’ECS généralement comprise entre 50 et 300 L, d’un conduit d’arrivée 15 d’eau froide, d’un conduit de sortie 13 d’eau chaude et, dans sa version électrique, d’une résistance électrique chauffante 14. En fonctionnement normal, un thermostat 19 pilote la mise en chauffe de l’ECS stockée dans le réservoir d’eau 12, en mesurant la température de l’ECS stockée au moyen d’un capteur de température 192, placé dans un doigt de gant 18 et relié audit thermostat par un câble 193.

Le réservoir d’eau 12 est constitué d’une paroi externe 121 et d’une paroi interne 122, séparées d’un isolant thermique 123 de résistance thermiqueR _th.

Le dispositif 30 est préférablement câblé en série avec le chauffe-eau 10, sur un câble d’alimentation 11, ledit câble étant séparé en deux parties : un câble électrique amont 16 qui relie le dispositif 30 au réseau électrique du bâtiment, un câble électrique aval 17 qui relie le dispositif 30 au chauffe-eau 10.

Avantageusement, les connexions des différents câbles électriques 11, 16 et 17 peuvent être réalisées au moyen de prises de courant classiquement utilisées pour des appareils électroménagers, ou au moyen de raccords rapides situés à l’intérieur du dispositif 30, lorsque la puissance de fonctionnement du chauffe-eau 10 le permet.

Une fois le dispositif 30 relié à un réseau de distribution électrique ainsi qu’au chauffe-eau 10, un bouton de mise sous tension 301, positionné sur ledit dispositif permet de l’allumer. Avantageusement, le dispositif 30 et le chauffe-eau 10 peuvent être reliés de façon indépendante au réseau de distribution électrique au moyen de différents câbles. Le dispositif 30 peut être installé en amont ou en aval d’un éventuel contacteur heures pleines / heures creuses dont peut disposer l’installation 100. Dans le cas où le dispositif 30 est installé en aval, le chauffe-eau 10 ne sera alimenté que durant les heures creuses, le dispositif 30 pourra en revanche fonctionner car étant alimenté indépendamment.

Dans le cas où le dispositif 30 est câblé sur le même câble 11 que celui du chauffe-eau 10, et en aval du contacteur heures pleines / heures creuses dont disposerait l’installation 100, ledit dispositif comporte une batterie 38 dont la capacité est suffisante pour l’alimenter durant les heures pleines.

Préférablement, et afin de transmettre et recevoir des données à distance, un bouton d’appairage 302 permet au dispositif 30 de se connecter à un réseau Wi-Fi du bâtiment via un des routeurs 700a du réseau internet.

Le partage à distance de données entre le dispositif 30 et un système d’information 500 tel que représenté sur la peut également se faire par toute autre technologie connue par l’homme du métier, et permettant d’échanger un flux de données que ce soit par une technologie sans fil (Bluetooth, 2G/3G/4G/5G, LoRa, ZigBee, Z-Wave, etc.), via la passerelle 700b envoyant les données à l’antenne-relais 700c, ou par une technologie LPWAN sur un réseau public (NB-IoT) ou par une technologie filaire (câble Ethernet RJ45, fibre optique, courant porteur long, etc.). Le dispositif 30 est également apte à communiquer directement avec l’antenne relais 700c en étant équipé d’un module de communication, autrement dit sans utiliser le routeur 700a ou la passerelle 700b.

Afin de s’assurer de sa mise sous tension et de son appairage à un réseau d’échange de données, le dispositif 30 comporte une interface visuelle 32 pouvant comporter au moins une diode électroluminescente 321 ou un écran 322 affichant notamment des informations sur l’état de fonctionnement dudit dispositif.

Le dispositif 30 servant également à piloter l’alimentation électrique du chauffe-eau 10, l’utilisateur peut sélectionner manuellement un des trois modes de pilotage dudit chauffe-eau au moyen d’un bouton sélecteur 31 constitué de trois positions : éteint (O), continue (I) ou automatique (AUTO).

Une des fonctions principales du dispositif 30 lorsqu’il est alimenté est de mesurer des grandeurs physiques dans le but d’acquérir suffisamment de données qui seront analysées pour déterminer ensuite les profils et habitudes de consommation d’ECS dans le bâtiment. Ces mesures sont réalisées au moyen de quatre capteurs.

Le capteur de température 40a mesure la température de l’air ambiantT _amb du local dans lequel le chauffe-eau 10 est installé. Le capteur de température 40a peut-être par exemple positionné sur un mur du local en prenant soin de le tenir éloigné de sources froide ou chaude afin de ne pas fausser les mesures.

Les capteurs de température 40b et 40c mesurent respectivement la température de la paroi du conduit d’arrivée 15 d’eau froide du chauffe-eau 10, et la température de la paroi du conduit de sortie 13 d’eau chaude provenant de la strate supérieure, avant, pendant et après un tirage d’ECS.

Plus précisément, les capteurs de température 40b et 40c sont respectivement positionnés sur les parties 151 et 131 des conduits d’entrée 15 et de sortie 13 se trouvant à l’extérieur du chauffe-eau 10.

L’ensemble des capteurs de températures 40a-c sont reliés au niveau de la prise 33 du dispositif 30 au moyen des câbles 43a-c.

Avantageusement, la présente invention est entre autres basée sur la mesure de la température de surface du conduit de sortie 13 d’eau chaude, et non sur la mesure de température de l’eau chaude contenue dans le réservoir 12. En effet, lorsque le capteur de température 40c est positionné par exemple sur une soupape de sécurité (T&P valve), en comparaison avec des solutions de pilotage de chauffe-eau déjà existantes et non-intrusives, ledit capteur mesure une température qui est celle de l’ECS stockée dans ledit chauffe-eau. Ainsi, la présente invention à l’avantage de pouvoir être utilisée sur tout type d’installation d’ECS à accumulation ne disposant pas de soupape de sécurité (T&P valve) ou de conduit de sortie 13 d’eau chaude positionné sur la partie supérieure du chauffe-eau 10. Une conséquence de cette solution est que la température de l’eau stockée dans le chauffe-eau 10 ne peut être calculée que lors des tirages d’ECS, et non en continue comme pour lesdits chauffe-eaux ayant les spécificités de conception décrites auparavant.

Le capteur de puissance 37 est installé dans le dispositif 30 et mesure la puissance électrique (intensité et tension) consommée par le chauffe-eau 10 lorsque celui-ci entre en phase de cycle de chauffe de l’eau stockée dans son réservoir d’eau 12. Avantageusement, la mesure de la puissance et le pilotage du chauffe-eau 10 peuvent être déportés, et réalisés dans un second dispositif dédié (non représenté ici), positionné par exemple au niveau du câble d’alimentation dudit chauffe-eau sur un tableau électrique du bâtiment.

Comme évoqué précédemment, la transmission à distance des données mesurées peut être réalisée au moyen d’une technologie sans fil, via le routeur 700a, la passerelle 700b, l’antenne relais 700c ou en passant par le dispositif 30.

Avantageusement, l’instrumentation décrite précédemment est non-intrusive pour la plomberie reliée au chauffe-eau 10. En effet, son installation ne nécessite pas de lourds travaux tels que ceux pouvant être réalisés sur de la plomberie (découpe et perçage de conduits, etc.). Cette solution s’installe donc rapidement, à moindre coût et sans risque d’altérer le chauffe-eau 10.

La représente l’architecture globale qui s’organise essentiellement en trois parties : la collecte de données, l’exploitation de données et la présentation d’informations.

Comme décrit précédemment, le dispositif 30 recueille les données mesurées et les transmet via le routeur 700a, la passerelle 700b ou l’antenne relais 700c à un système d’information 500, comportant au moins un serveur 510, une base de données 520 ainsi que des moyens de calculs 530. L’envoi des données au système d’information 500 est par exemple réalisé toutes les dix minutes en dehors d’une période de chauffe ou lorsqu’aucun tirage n’a été réalisé récemment. L’envoi des données au système d’information 500 est dans un autre exemple réalisé toutes les minutes si un tirage a eu lieu récemment ou si un cycle de chauffe est en cours. Le flux de données transmis contient au moins la température de l’air ambiantT _amb , mesurée sur la période précédant l’envoi. Les températures mesurées sur les surfaces des conduits d’arrivée (15) et de sortie (13) sont elles aussi transmises si des variations ont été mesurées depuis le précédent envoi, avec des pas de temps entre chaque mesure de l’ordre de la seconde. La puissance consommée par le chauffe-eau (10) est également transmise avec un pas de temps entre chaque mesure de l’ordre de la minute si un cycle de chauffe est en cours. Préférablement, le système d’information 500 est structuré dans une architecture en nuage, communément appelée « cloud » (cloud computing), offrant audit système une agilité et une capacité de calcul avantageuses.

Une fois les données de températures et de puissance électrique transmises au système d’information 500, celles-ci sont exploitées par ledit système au moyen d’un algorithme 531.

A la fin d’une période d’initialisation et d’apprentissage des habitudes de consommation d’ECS, l’algorithme 531 génère un planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe pour chaque installation 100, ledit planning étant ensuite sauvegardé dans la base de données 510.

En parallèle, un suivi de la consommation d’ECS et de la quantité d’ECS disponible (en volume ou en quantité de douches par exemple) dans le chauffe-eau 10 sont consultables sur des terminaux tels qu’un ordinateur 600a, via une interface web, une tablette numérique 600b et un smartphone 600c, via des applications mobiles dédiées.

L’interface web et l’application permettent également de donner l’ordre de chauffe en cas de besoin inhabituel en ECS, au même titre que le sélecteur 31 du dispositif 30, et ainsi de passer outre le planning 532. Un exemple d’interface est représenté à la .

Afin de piloter l’alimentation du chauffe-eau 10, le dispositif 30 interroge toutes les 15 minutes environ le système d’information 500 pour récupérer la valeur logique (0 ou 1) du planning 532 correspondant à l’installation 100. La période entre deux interrogations du système d’information 500 peut varier d’une installation 100 à une autre, et n’est pas un aspect limitatif de l’invention. En cas de perte de connexion avec le système d’information 500, le dispositif 30 reste autonome pour adapter le planning 532 en fonction du dernier planning configuré.

La représente les principales étapes d’un procédé 200 d’optimisation de la production d’ECS, mis en œuvre par le système d’information 500 au moyen de l’algorithme 531, pour un mode de réalisation particulier.

Le procédé 200 comprend principalement :

une étape 210 d’initialisation des paramètres de l’installation qui sont une puissance, une température de consigneT _consigne _,une constante de refroidissementCrdu chauffe-eau 10, des débits caractéristiques ainsi que des usages des occupants ;
une étape 220 de calibration continue des paramètres d’initialisation, une fois l’étape 210 réalisée ;
une étape 230 de détection et d’horodatage des tirages d’ECS au moyen des données provenant des capteurs de température 40b et 40c mesurant la température des surfaces du conduit de sortie 13 d’eau chaude et du conduit d’arrivée 15 d’eau froide ;
une étape 240 de calcul du volume d’ECS consommé et restant après détection des tirages d’ECS, en mesurant leur durée, et en associant à chaque tirage un débit moyen ou un débit caractéristique ;
une étape 250 de recommandation à l’utilisateur lui permettant de maîtriser la consommation énergétique du chauffe-eau 10 ou la consommation d’eau chaude sanitaire;
une étape 255 de classification des usages en vue de proposer des écogestes à l’utilisateur ;
une étape 256 de génération d’un planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe ; et
une étape 270 de sauvegarde du planning 532 dans la base de données 510 du système d’information 500.

Pour rappel, la température de consigneT _consigneest la température en dessous de laquelle le chauffe-eau 10 a pour consigne de réaliser un cycle de chauffe afin de garantir une disponibilité d’ECS à l’usager.

De plus, la constante de refroidissementCrdu chauffe-eau 10 est une grandeur normée qui exprime (unité Wh * °C^-1* jour^-1* L^-1) la perte de chaleur à travers les parois 12 dudit chauffe-eau en fonction de la différence entre la température d’eau stockée et la température de l’air ambiant.

Une période d’apprentissage est nécessaire pour générer un premier planning 532. La durée de la période d’apprentissage est de l’ordre de deux semaines, mais peut varier en fonction de l’installation 100.

Durant cette période, l’algorithme 531 va répéter l’étape 210 :

estimer précisément les caractéristiques du chauffe-eau 10 ;
différencier les cycles de compensation dudit chauffe-eau, des cycles de chauffe liés à la consommation d’ECS ;
éventuellement calculer et définir des profils de consommation d’ECS.

L’étape 210 permet d’initialiser les caractéristiques du chauffe-eau 10 ainsi que les spécificités de l’installation (débits caractéristiques et usages) dont l’algorithme 531 a besoin pour générer le planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe.

La puissance du chauffe-eau 10 est déterminée au moyen des mesures provenant du capteur de puissance 37.

La température de consigneT _consigneest déduite de l’analyse de la température de paroi du conduit de sortie 13 d’eau chaude. Durant la période d’apprentissage, l’analyse porte sur les valeurs extrêmes mesurées lorsque des tirages d’ECS ont lieu, valeurs qui sont compensées en fonction du matériau constituant le conduit de sortie 13.

Concernant la constante de refroidissementCr, celle-ci est estimée à partir du calcul de la température de consigneT _consigneet de la mesure de la température de l’air ambiantT _amb, au moyen du capteur de température 40a.

L’estimation de la constante de refroidissementCrest effectuée pour chaque installation. En effet, les pertes thermiques varient d’un chauffe-eau à un autre (résistance thermiqueR _thde l’isolant 123), et sont également fonction du local où ils peuvent être installés (bonne isolation par rapport à l’extérieur, etc.).

Les pertes thermiques du chauffe-eau 10 sont proportionnelles à la différence de températures entre la température de l’eau stockée et la température de l’air ambiant, et dépendent du type ainsi que de l’épaisseur de l’isolant 123. Ainsi, et en dehors de tous tirages d’ECS, la température de l’eau stockée diminue à cause des pertes thermiques.

Lorsqu'aucun tirage d’ECS n’a lieu durant une durée assez longue pour que la température mesurée par le capteur de température 192 redescende naturellement sous la température de consigneT _consigne, un nouveau cycle de chauffe est déclenché. La totalité de l’énergie consommée par le chauffe-eau 10 durant ce cycle sert à compenser l’énergieQ _pertes dissipée dans l’intervalle de temps de durée∆tentre la fin du cycle précédent et la fin de ce cycle dit "de compensation".

La constante de refroidissementCrest alors déduite de la manière suivanteCr = Q _pertes / ( V _chauffe-eau *(T _ech - T _amb )*∆t), oùQ _pertes est l'énergie (Wh) apportée à l'eau stockée dans le chauffe-eau 10 durant le cycle de compensation considéré,V _chauffe-eau est le volume du chauffe-eau (L),T _ech est la moyenne volumique de la température de l'eau (°C) contenue dans le chauffe-eau (10) sur la période considérée,T _amb est la moyenne de la température ambiante (°C) sur la période considérée,Δtest la période (jour) considérée correspondant à la durée écoulée entre la fin du cycle de compensation des pertes thermiquesQ _pertes et la fin du cycle de chauffe précédent.

Par ailleurs, ces cycles de chauffe qui correspondent uniquement à la compensation des pertes thermiquesQ _pertes peuvent avantageusement être identifiés en recoupant les mesures de puissances consommées par le chauffe-eau 10 (voir courbes encadrées en pointillés sur la ) et celles mesurées par les capteurs de températures 40a-c - notamment après leur avoir appliquée l’étape 230 de détection et horodatage des tirages.

Concernant les débits caractéristiques, leur calcul requiert de connaître les caractéristiques du chauffe-eau 10 (température de consigneT _consigneet constante de refroidissementCr) ainsi que de détecter automatiquement le début et la durée des tirages d’ECS.

Ainsi, le volumeVd’ECS consommée sur une période est déduit via un bilan énergétique, estimé au moyen des étapes suivantes :

les pertes thermiquesQ _pertes sont connues entre deux cycles de chauffe ;
l'énergie apportéeQ _entrée dans le chauffe-eau entre les fins de deux cycles de chauffe est égale à l’énergie électrique consommée par le chauffe-eau ;
cette énergie sert à réchauffer l’eau froide entrée dans le chauffe-eau 10 lors des tirages ainsi qu’à compenser les pertes thermiques de sorte que les variationsΔQ _totde l’énergie thermique présente dans le chauffe-eau 10 sont données parΔQ _tot = Q _entrée - Q _pertes -Q _tirages oùQ _tirages est la variation d’énergie dans ledit chauffe-eau due au remplacement de l’eau chaude tirée par de l’eau froide ;
lorsque le chauffe-eau 10 est libre de tout contrôle, à la fin de chaque cycle de chauffe, l’énergie thermiqueQ _totprésente dans le chauffe-eau 10 peut être considérée comme étant approximativement la même, ce qui permet de déduire que la valeur deΔQ _tot est zéro entre ces deux instants ;
la quantité d’énergieQ _tirages est alors connue comme( Q _entrée - Q _pertes ), dont le volume d’ECS consommée entre deux cycles de chauffe peut alors être déduit.

A partir de ce bilan énergétique, le volumeVd’ECS consommée entre deux cycles de chauffe peut par exemple être déduit de la manière suivanteV = ( Q _entrée - Q _pertes ) / (ρ*Cp*ΔΤ), avecρ, la densité de l’eau (1000 kg * m^-3),Cp, la capacité thermique de l’eau à l’état liquide (4185 J * kg^-1* K^-1) etΔΤ, la différence moyenne de température (°C) entre la température de l’eau stockée le réservoir 12, qui est proche de la température de consigneT _consigne , et la température de l’eau froide entrée sur la période de tirage. En estimant le volumeVd’ECS consommée sur plusieurs cycles de cette manière, et en connaissant la durée totale des tirages, un débit moyen est alors calculé et permet par la suite de mesurer la consommation d’ECS lors de chaque évènement.

D'autres hypothèses permettent de déduire le volumeVd’ECS consommée à partir deQ _tirages , en combinant différemment les mesures des capteurs de température 40b et 40c avec le résultat de l’horodatage des tirages 230, qui permettent de calculer la température de l‘eau entrant et sortant du réservoir 12 à chaque tirage.

Enfin, les usages des occupants sont également appris durant cette étape d’initialisation pour identifier notamment les plages horaires et habitudes de consommation d’ECS.

L’étape 220 consiste à poursuivre la calibration des paramètres décrits précédemment de façon régulière, lorsque l’installation fonctionne de manière nominale. Cette mise à jour permet de prendre en compte les différents changements qui pourraient avoir lieu dans le bâtiment (nombre d’occupants, modifications d’équipements utilisant de l’ECS, etc.). La périodicité à laquelle l’étape 220 est réalisée est paramétrable (jours, semaines, etc.) et peut être ajustée pour chaque installation 100.

L’étape 230 permet de détecter et d’horodater les tirages d’ECS. L’eau qui est initialement au repos, est mise en mouvement dans le conduit de sortie 13 du chauffe-eau 10 lorsqu’un utilisateur réalise un tirage d’ECS. Cet écoulement, composé d’eau prélevée au sommet du chauffe-eau 10, échange de l'énergie thermique avec la paroi du conduit de sortie 13 qui se réchauffe alors rapidement.

Le début et la fin du tirage sont détectés par traitement du signal acquis préférablement par le capteur de température 40c mesurant la température au niveau du conduit de sortie 13 d’eau chaude. Ces détections peuvent être réalisées en analysant également le signal acquis par le capteur de température 40b mesurant la température au niveau du conduit d’arrivée 15 d’eau froide.

Cette détection est réalisée au moyen d'algorithmes dits "experts", basés sur des analyses conditionnelles de caractéristiques du tirage, non limitées au niveau de température, telles que sa dérivée temporelle ainsi que ses variations passées et futures.

D'autres types d’algorithmes dits "d'apprentissage automatique" peuvent être utilisés en complément ou en remplacement de l'algorithme expert.

Lorsque le tirage d’ECS dure suffisamment longtemps, la paroi du conduit de sortie 13 atteint l'équilibre thermique et se stabilise à une température équivalente à celle de l’eau contenue dans ledit conduit. Une fois le tirage terminé et l’eau de nouveau au repos dans le tuyau, l'équilibre thermique est rompu et la paroi du conduit de sortie 13 commence à refroidir vers la température d’équilibre avec l’air ambiant.

Cette dynamique crée des motifs caractéristiques dans les signaux de température mesurés par les sondes présentes sur l’installation (voir motifs signalés par des flèches sur les courbes de la ). Il est ainsi possible de détecter les tirages par les méthodes décrites précédemment. La détection consiste alors à attribuer à chaque événement identifié comme un tirage d’ECS, un instant de début ainsi qu’un instant de fin.

L’étape 240 permet de calculer le volume d’ECS consommé et restant quasi instantanément. Pour cela, il est nécessaire de connaître les débits caractéristiques de l’installation 100 ainsi que de détecter automatiquement le début et la durée des tirages d’ECS. Les volumesVd’ECS consommée sont calculés en attribuant le débit caractéristique moyen calculé pour l’installation 100 à chaque tirage détecté. Le volume restant est déduit d’un bilan de masse depuis le dernier cycle de chauffe connu à partir des volumes tirés et de la contenance du réservoir 12.

Un bilan d’énergie utilisant notamment le contenu énergétique à la fin du dernier cycle de chauffe, les pertes thermiques calculées, la consommation d’ECS calculée, peut être utilisé pour déduire la température du volume restant, afin de calculer une réserve équivalente (après le mitigeur) à température d'usage présentée à l’utilisateur.

Une option complémentaire est d’associer à chaque tirage un débit caractéristique fonction de ses caractéristiques, par exemple un usage associé. Avantageusement, cette seconde option permet d’améliorer l’estimation du volumeVd’ECS consommée. Ainsi, une étape de classification des tirages est réalisée au préalable au moyen d’un algorithme. Dès lors qu’une grande quantité de données de tirages étiquetées (associant durées et débits) est disponible, il est possible de recourir à des algorithmes associant un poids relatif à chaque tirage en fonction de ses caractéristiques mesurées, à des méthodes de classification supervisée à l’image des méthodes de régression ou des K plus proches voisins, ou encore à des méthodes de classification non-supervisée.

L’étape 250 est une étape de recommandation dans le but de permettre à l’utilisateur de maîtriser la consommation énergétique du chauffe-eau 10 et la consommation d’ECS. L’étape 250 peut être réalisée en deux temps via les étapes 255 et 256.

L’étape 255 classe les différents usages d’ECS en plusieurs catégories : douche, bain, lavage de mains, lavage de vaisselle par exemple. Cette étape permet également d’analyser les usages de manière statistique afin de déduire les principaux leviers d’économie d’eau ou d’énergie.

La classification des usages permet alors de proposer dans un second temps aux utilisateurs des écogestes via l’interface web ou l’application disponible sur les terminaux 600a-c.

A titre d’exemple, l’application peut proposer à l’utilisateur de fermer le robinet d’eau lorsqu’il se savonne lors d’une douche, de réduire leur durée, ou encore de diminuer la température de l’eau, et cela dans le but de faire des économies d’eau et d’énergie qui peuvent être quantifiées grâce à la solution.

De même, l’application peut suggérer à l’utilisateur de changer des équipements de son installation, tel que des pommeaux de douche et des robinets plus économes, ou d’apporter des modifications en ajoutant des mousseurs au niveau de robinets et d’isoler le chauffe-eau 10 dans le but d’améliorer ses performances énergétiques. Ces suggestions sont notamment basées sur l’analyse des mesures effectuées par le dispositif 30 ainsi que les résultats obtenus au moyen des calculs réalisés par l’algorithme 531 (température ambianteT _amb , débits caractéristiques, constante de refroidissementCr, etc.).

L’étape 256 consiste, suite à l’apprentissage des profils et des habitudes de consommation en ECS, à générer un planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe. Le planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe est une fonction logique dont les valeurs sont analysées par le dispositif 30 afin de piloter le fonctionnement du chauffe-eau 10.

En amont de l’étape 256, une étape 260 peut simuler au moyen d’un modèle physique l’évolution de la stratification de la température de l’ECS stockée à l’intérieur du réservoir 12 du chauffe-eau 10. Cette étape peut être réalisée par exemple au moyen d’un modèle générique à une dimension, résolvant un système d’équations aux dérivées partielles, ou d’un modèle physique spécialisé intégrant directement une forme stratification dans ses postulats.

En définissant un objectif de température à atteindre, température inférieure à la températureT _consigne , l’étape 260 va ainsi réduire la durée d’autorisation de chauffe renseignée dans le planning 532 et permettre de réaliser des économies d’énergies supplémentaires sans dégrader le confort des occupants.

L’étape 270 consiste à sauvegarder le planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe dans la base de données 510 du système d’information 500 pour que ledit planning soit consulté ultérieurement par le dispositif 30 ou envoyé au dispositif 30.

La représente des courbes de mesure :

de la températureTc de la surface du conduit de sortie 13 d’eau chaude ;
de la températureTf de la surface du conduit d’entrée 15 d’eau froide ;
de la températureT _amb de l’air ambiant à proximité du chauffe-eau 10 ;
de la puissance électriquePconsommée par ledit chauffe-eau.

Ces courbes sont des exemples de mesures obtenues lors de la période d’apprentissage. Autrement dit, le chauffe-eau 10 n’est pas encore piloté par le dispositif 30. Il est possible de voir notamment les cycles de chauffe de compensation des pertes thermiques (encadrés en traits pointillés) qui ont lieu alors qu’aucune consommation d’ECS n’a été faite.

La illustre un exemple d’interface graphique 601 de présentation d’information sur un smartphone 600 via une application mobile.

L’interface graphique 601 comporte ainsi au moins une rubrique 602 affichant de façon interactive, des informations sous forme de courbes et de graphiques 603 (plage de consommation d’ECS sur une journée, consommation d’ECS, consommation électrique du chauffe-eau 10, etc.), mais aussi le nombre de douches 604 pouvant être prises avec l’estimation du volume d’ECS stocké dans le chauffe-eau 10, ou bien divers conseils et informations 605 au sujet d’économies d’énergie (équivalent CO2 consommés/économisés, etc.) et d’eau par exemple, planning des horaires d’autorisation de chauffe 606. Enfin, un bouton 607 permet de forcer un cycle de chauffe du chauffe-eau 10 si un besoin en ECS n’a pas été identifié par l’algorithme 531 et que le volume d’ECS restant n’est pas suffisant pour un usage.

La représente un schéma électrique des composants qui pilotent l’alimentation de la résistance chauffante électrique 14 du chauffe-eau 10.

Pour rappel, en amont du chauffe-eau 10 se trouve le dispositif 30, qui est relié au réseau électrique au moyen d’un neutre 161 et d’une phase 162 du câble électrique 16. Un convertisseur 34 de courant alternatif en courant continu adapte le courant en amont, dit courant primaire, en un courant secondaire qui va alimenter un microcontrôleur 35 assurant notamment le traitement des données d’entrée et de sortie du dispositif 30 (mesures, gestion de l’envoi des données vers le système d’information 500, etc.).

En fonction de la valeur logique calculée pour un moment de la journée, le microcontrôleur 35 transmet un ordre d’ouverture ou de fermeture des contacteurs 362 d’un relais électromécanique 36 relié audit microcontrôleur au moyen d’un bornier 361. Le relais électromécanique 36 peut faire partie d’une même carte électronique que le microcontrôleur 35.

Du côté du chauffe-eau 10, le thermostat 19 comporte un contacteur 191 pouvant lui aussi être en positionouverteouferméesuivant que la température mesurée au niveau du thermostat soit supérieure ou inférieure à la température de consigneT _consigneréglée au niveau du thermostat 19 du chauffe-eau 10.

La représente les quatre combinaisons possibles entre les contacteurs 362 du relais électromécanique 36 présent dans le dispositif 30, et le contacteur 191 du thermostat 19 du chauffe-eau 10, faisant en sorte qu’un courant traverse la résistance électrique chauffante 14. Ces combinaisons ne s’appliquent pas lorsque l’étape 260 est intégrée au précédé d’optimisation.

Ainsi, lorsque la température mesurée par le thermostatT _thermostatest inférieure à la température de consigneT _consigneréglée au niveau du chauffe-eau 10, le contact 191 est en positionfermée, position qui en condition normale de fonctionnement alimente la résistance électrique chauffante 14, transformant en chaleur l’énergie électrique la parcourant.

Cette condition thermique correspond aux combinaisonsIetIIprésentées sur la .

A cette condition thermique s’ajoute celle de l’état du relais électromécanique 36, qui est fonction du planning 532 des plages horaires d’autorisation de chauffe.

Lorsque la valeur logique du planning 532 pour un moment de la journée est de 0, le relais électromécanique est alors en positionouverte, et aucun courant ne traverse alors la résistance électrique chauffante 14. Il s’agit dans la de la combinaisonI. Cette combinaison empêche les cycles de compensation du chauffe-eau 10 et permet alors de réaliser des économies d’énergie, sans compromettre le confort des utilisateurs lorsque les plages d’autorisation de chauffe sont judicieusement choisies.

Lorsque la valeur logique du planning 532 pour un moment de la journée est de 1, le relais électromécanique 36 est alors en positionfermée, et un courant électrique circule alors dans la résistance électrique chauffante 14, le contacteur 191 du thermostat 19 étant en position fermée. Il s’agit de la combinaisonIIqui permet de chauffer l’eau présente dans le chauffe-eau 10, mettant ainsi par la suite à disposition un volume d’ECS suffisant pour les différents usages des utilisateurs identifiés par l’algorithme 531.

Lorsque la température mesurée par le thermostatT _thermostatest supérieure à la température de consigneT _consigneréglée au niveau du chauffe-eau 10, le contacteur 191 est en positionouverte, aucun courant électrique ne circule alors dans la résistance électrique chauffante 14.

La combinaisonIIIreprésente le cas où la valeur logique du planning 532 pour un moment de la journée est de 0, le relais électromécanique 36 est alors en positionouverte.

La combinaisonIVreprésente quant à elle le cas où la valeur logique du planning 532 pour un moment de la journée est de 1, le relais électromécanique 36 est alors en positionfermée.

Comme évoqué précédemment, la température de l’eauT _thermostatstockée dans le réservoir, mesurée au niveau du thermostat 19, étant supérieure à la température de consigneT _consigne, il n’est donc pas possible de la chauffer.

Les combinaisonsIIIetIVpeuvent par exemple se produire à la fin d’un cycle de chauffe pour lequel une autorisation aura été donnée.

Claims

Procédé (200) d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire produite par un chauffe-eau (10) piloté au moyen d’un dispositif (30) comportant des capteurs de température (40a, 40b, 40c) ainsi qu’un capteur de puissance (37), un relais électromécanique (36), ledit procédé étant mis en œuvre par un système d’information (500), le chauffe-eau (10) comportant un conduit d’arrivée (15) d’eau froide et un conduit de sortie (13) d’eau chaude, ledit procédé étantcaractériséen ce qu’il comporte les étapes suivantes :
(210) initialisation de paramètres, lesdits paramètres étant dans le groupe comportant : une puissance, une température de consigneT _consigneet une constante de refroidissementCrdu chauffe-eau (10), des débits caractéristiques ainsi que des usages d’occupants d’un bâtiment dans lequel ledit chauffe-eau est installé ;

(230) détection et d’horodatage de tirages d’eau chaude sanitaire au moyen de données provenant du capteur de température (40c) mesurant la température au niveau du conduit de sortie (13) d’eau chaude du chauffe-eau (10) ;

(240) calcul de volumes, consommé et restant, d’eau chaude sanitaire ; et

(250) recommandation pour maîtriser la consommation énergétique du chauffe-eau (10) ou la consommation d’eau chaude sanitaire.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (210) d’initialisation de la puissance du chauffe-eau (10) est déterminée au moyen de mesures réalisées par le capteur de puissance (37).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (210) d’initialisation de la température de consigneT _consigneest obtenue grâce à l’analyse des variations des valeurs mesurées des températures provenant du capteur de température (40c) positionné sur le conduit de sortie (13) du chauffe-eau (10).
Procédé selon la revendication 1, dans lequel la constante de refroidissementCr, calculée lors de l’étape (210) d’initialisation, est calculée à partir de la température de consigneT _consigne et d’une température de l’air ambiantT _ambmesurée par le capteur de température (40a) positionné à proximité dudit chauffe-eau et du calcul de l’énergie thermique apportée audit chauffe-eau, entre au moins deux cycles de chauffe consécutifs sans période de tirage.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (210) d’initialisation des débits caractéristiques est réalisée en se fondant sur un débit moyen unique calculé à partir d’un bilan d’énergie.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (210) d’initialisation des débits caractéristiques est réalisée en calculant de façon automatique, au moyen d’un algorithme, des débits s’appliquant à des catégories de tirages d’eau chaude sanitaire.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (230) de détection et d’horodatage des tirages d’eau chaude sanitaire est obtenue en prenant en compte en outre des données provenant du capteur de température (40b) mesurant des variations de température au niveau du conduit d’arrivée (15) d’eau froide du chauffe-eau (10).
Procédé selon la revendication 5, dans lequel les volumes d’eau chaude sanitaire, respectivement consommé et restant, calculés lors de l’étape (240) de calcul, sont obtenus à partir d’un débit moyen de tirage d’eau déterminé lors de l’étape (210) d’initialisation.
Procédé selon la revendication 6, dans lequel les volumes d’eau chaude sanitaire, respectivement consommé et restant, calculés lors de l’étape (240) de calcul, sont obtenus en associant à chaque tirage d’eau chaude sanitaire un débit caractéristique déterminé lors de l’étape (210) d’initialisation.
Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (220) de calibration régulière des paramètres d’initialisation.
Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (255) de classification par apprentissage supervisé ou non-supervisé des usages en vue de proposer des gestes écoresponsables aux occupants, ladite étape étant implémentée dans des moyens de calculs (530) du système d’information (500).
Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (256) de génération d’un planning (532) des plages horaires d’autorisation de chauffe par le chauffe-eau (10).
Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre une étape (270) de sauvegarde du planning (532) dans une base de données (510) du système d’information (500).
Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (260) de simulation numérique de la température de l’eau chaude sanitaire stockée dans le chauffe-eau (10).
Procédé selon la revendication 12 et la revendication 14, dans lequel l’étape (256) de génération du planning (532) prend en compte les données obtenues à l’étape (260) de simulation numérique de la température de l’eau chaude sanitaire stockée dans le chauffe-eau (10).
Système mettant en œuvre un procédé (200) d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire produite par un chauffe-eau (10), comportant un dispositif (30) comportant des capteurs de température (40a, 40b, 40c) ainsi qu’un capteur de puissance (37), un relais électromécanique (36), un système d’information (500),caractériséen ce qu’il comporte des moyens pour :
mesurer les températures de surface du conduit d’arrivée (15) et de sortie (13) du chauffe-eau (10) ainsi que la température de l’air ambiant à proximité dudit chauffe-eau ;

mesurer la puissance consommée par ledit chauffe-eau ;

piloter l’alimentation dudit chauffe-eau ; et

transmettre des données mesurées au système d’information (500) ainsi que recevoir des données par le système d’information (500).
Système selon la revendication 16, dans lequel le capteur de puissance (37) du dispositif (30), permettant de mesurer la puissance du chauffe-eau (10), et le relais électromécanique (36) dudit dispositif permettant le pilotage de l’alimentation du chauffe-eau (10), sont déportés dudit dispositif.
Chauffe-eau (10) mettant en œuvre un procédé (200) d’optimisation de la production d’eau chaude sanitaire dudit chauffe-eau selon l’une des revendications 1 à 15.