Comment régler sa pompe à chaleur pour une consommation optimale d'électricité
Auteur: Jean-Bernard Boichat
Belfaux – Suisse
Date de la dernière modification: 19 avril 2024
Dernières adaptations:
Et arriva le printemps 2024 en refroidissant le sol via la PAC
Utilisation d’un Poêle à Bois
Et pourquoi pas développer un outil de mesure et de contrôle à des fins de réglage pour son chauffage constitué d’une PAC.
Ce qui suit, c’est en fait la suite logique de mes articles
Électricité – Utilisation d’un compteur intelligent pour régler sa consommation
et de
Comment réduire sa consommation d’électricité.
Environ 2 semaines de tergiversation après la réception de mon compteur intelligent, fin 2023, j’ai enfin compris qu’il fallait penser différemment!
Un autre article en travail va consolider mes opinions et remarques sur ces sujets:
Analyse de ma facture d’électricité du Groupe E – 2024
Comme nous n’avons ni les kWh, ni la production photovoltaïque pour calculer l’autoconsommation, ni les tarifs par période, il faute autrement. Cependant j’ai quand même utilisé les graphiques de ce compteur intelligent pour analyser les données en références croisées. Ces dernières sont pas exemple les données journalières ou bimensuelles en kWh que j’ai notées à la main dans mon vieux cahier de 40 ans d’âge sont incontournables! J’y reviendrai …
Pour moi, fun de Raspberry Pi (un micro-ordinateur), d’Arduino, d’ESP8266, d’ESP32 (donc tous des objets connectés) et de programmation Java et Python, ce fut un jeu d’enfant. J’avais déjà un Pi installé avec WiFi et un serveur Web me retournant la température ambiante, les minimums et maximums, etc.
Quelques-uns de mes nombreux articles: Systèmes embarqués .
J’ai donc installé et alimenté un nouveau Pi dans ma buanderie équipé d’un DS18B20 (capteur digital de température). Il faut juste bricolé un long câble scotché sur le tuyau d’arrivée du chauffage (avant le distributeur par secteurs). J’ai modifié mon logiciel Java pour déposer régulièrement la température dans un fichier délimité journalier qu’on importe facilement dans Excel! Trop cool!
Ce 9 novembre 2023 (2 degrés Celcius à l’extérieur à 6:00 le matin), c’est un premier résultat. Je vais pouvoir effectuer mes nouveaux réglages pour 2024, car le tarif de reprise stagne et les bas et haut tarifs commencent à péter les fusibles des consommateurs!
Les pointes à 40 degrés et les minimum à 21-22 dépendent du réglage du chauffage (nuit ou jour pour le confort) et de la météo. En janvier ce sera une autre histoire et une autoconsommation fortement diminuée!
Sur ce graphe, différent des jours précédents, j’ai déjà adapté ma pompe à chaleur pour chauffer moins la nuit. Tout est basé économie, avec les période de bas et de hauts tarifs (7:00 – 21:00) et la production photovoltaïque entre 7:00 et 17:00. Les graphique du Groupe E aide bien pour visionner les pics de reprise, mais les totaux journaliers, je l’ai fait à la main (impossible d’obtenir ces chiffres du distributeur).
J’ai évidemment adapté mon premier Pi et j’ai à présent la température ambiante dans ma maison (vestibule) dans un graph Excel équivalent, à des fins de vérifications et d’éventuelles adaptations!
La partie la plus complexe à analyser, c’est sans doute la thermodynamique de la chose. Je donne quelques exemples:
- Pour l’eau sanitaire, c’est assez simple. Plus la température de l’eau du boiler est élevée, plus elle baissera rapidement, et plus elle sera énergivore lors du prochain chauffage (jour, nuit, autoconsommation, … c’est compliqué).
- Dans le graphique ci-dessus, qui fait yoyo entre 21 et 40 degrés, peut-on améliorer le temps passer en kW, c’est à dire les moments où le chauffage fonctionne. C’est l’impact sur la facture.
- A 6:30 et 21:30, on devine que le pics sont plus larges (il faut chauffer plus longtemps): le sol a sans doute perdu de l’énergie (inertie)!
Vraiment joli celui-ci: température à la sortie de la pompe à chaleur entre 4:50 et 5:40!
Il serait facile d’identifier quand le chauffage redémarre, pour combien de temps (heure et kWh) et l’impact sur le fait que le chauffage est resté inactif plus longtemps avant 5:00!
Ici nous sommes 1 semaine plus tard, il fait plus froid et il y a du soleil. Je montre ma courbe Excel des relevés de mon Pi et de mon compteur intelligent.
Les pics du chauffage sont plus larges et on passe en dessus de 40 degrés, donc plus de kWh.
Au moment où le chauffage démarrait, j’ai pu constater qu’il fallait environ 1 minute pour que mon capteur détecte l’augmentation de la température et pareil lorsqu’il diminue. Ce sont donc les instants où la pompe à chaleur “brûle” des kW et les relâche!
En jouant avec ma feuille Excel, le fait que les kW instantané de la pompe à chaleur sont plus où moins pareil, j’ai réussi, avec quelques formules, à calculer les kWh sur la journée. J’ai constaté que c’était correct en examinant les chiffres de mon cahier! De plus, j’ai pu déterminer les parties à haut et bas tarifs, et je vais donc pouvoir adapter les cycles de ma pompe à chaleur pour réduire ma facture 2024!
L’autoconsommation, dans la zone temporelle de la partie jaune du second diagramme, est imprévisible: juste du bonus, évidemment.
C’est clair que de telles mesures pourraient aussi être effectuées sur un radiateur électrique thermique avec mon Raspberry Pi!
Fin novembre 2023, j’ai affiné mon logiciel Java sur mon Raspberry Pi avec de nouveaux champs dans mon fichier délimité!
30.11.2023;09:53:20;39.3;19
30.11.2023;09:53:51;37.6;0;21;126;97
Les trois premiers champs sont faciles à comprendre:
– La date
– L’heure
– La température de l’eau sortant de la pompe à chaleur
Cette dernière dépend du réglage de la pompe à chaleur et, chez moi, de la température extérieure (2 degrés à midi ce jour-là).
Le chiffre 1 après le 39.3 indique que le logiciel a détecté que nous sommes en phase chauffage, où la température a soudainement augmenté, avant 9:53:20.
Dès que la température baisse, ici à 37.6, je fais passer le 1 à 0 suivi des 21;126;97 que j’arrive à calculer au moment du passage à 0:
– 21 pour 21 minutes où nous sommes restés en 1 en phase de consommation depuis le dernier enclenchement
– 126: le nombre total de minutes depuis minuit où la pompe à chaleur a été active
– 97: le nombre total de minutes en tarif réduit, entre 00:00 et 7:00 chez moi
Le programme est délicat et j’ai dû redéfinir plusieurs fois l’écart de température (vers les 0.5 degrés).
Il y a des plateaux et il faut les respecter! Mais c’est facile: dès que la pompe démarre ou stoppe, l’écart est identifiable, même dans un intervalle de 30-60 secondes!
J’ai donc tout dans les mains pour régler mon chauffage et ma facture!
Le résultat en image à présent jusqu’à 9:30:
En haut, nous avons la température à la sortie de la pompe à chaleur! A 4:30 on passe au réglage de la pompe en tarif de jour, et la température sera plus élevée et les “montagnes” plus robustes!
Le second diagramme montre quand la pompe est active, c’est grâce à ma nouvelle colonne de 0 ou 1. Donc moins de kWh avant 4:30. La largeur des colonnes montrent mieux l’impact sur les kWh!
Pour les personnes intéressées, et pour d’autres détails, vous pouvez volontiers me contacter! Je peux même donner le code source de la classe Java, qui gère le capteur, le calcul des données pour le fichier délimité qu’on peut importer dans Excel et les valeurs pour mon serveur Web.
Dans ma page Web de ce Raspberry Pi, j’ai par exemple:
Temperature: 39.0 ℃ >>
Today min/max: 22.1 / 42.9 ℃
la température actuelle de l’eau dans le conduit (39.0) et les extrêmes!
Le >> indique que la pompe à chaleur tourne en ce moment!
Pour hier:
Yesterday min/max: 22.6 / 43.2 ℃ … il faisait un peu plus froid (environ 3 degrés de moins)!
Et la dernière version! J’ai modifié le 0, 1 en 0, 19 pour visionner ensemble les deux colonnes et en jouant avec les couleurs!
On a donc les colonnes rouges à présent: quand la pompe à chaleur tire des kW constants.
Dans mon programme Java du Raspberry Pi, je calcule aussi les heures de fonctionnement, et on a vu que je les déposais dans le fichier délimité. C’était un jour plutôt froid avec jusqu’à -8 degrés la nuit et juste 0 en journée. Ici, je suis assez distribué sur les heures pleines et creuses: 4,65 et 4,0 heures (zones rouges). En multipliant par les tarifs 2024, nous passons à des facteurs de 5.5 et 3.4, nettement plus défavorables!
En 2024, dans mon cas, le haut tarif sera 40% plus élevé que le bas tarif. Si on “retient” trop le chauffage en bas tarif, il faudra plus “pomper” aux heures pleines! Si en journée on possède des panneaux solaires, on pourra autoconsommé, mais il faut du soleil, et en hiver, il est souvent absent et sur une période trop courte. La seconde courbe ci-dessus montre aussi les “trous” blancs en journées qui sont les moments où l’autoconsommation est impossible, et on perd beaucoup sur la facture si le tarif de reprise est faible!
Réglages fins
Ce que j’appelle réglage fin, c’est comment obtenir, sur la journée, le meilleur confort et une facture raisonnable et contrôlée! Oui, ça marche, et j’en ai fait l’expérience!
Sur le graphique ci-dessus, il y a 4 petits pics plus bas (vers les 40℃) associés à des “blocs” rouges plus court. La pompe chauffe moins en température et moins longtemps. Ce sont des heures associées à un réglage de la pompe en mode nuit. Cela se fait avec différentes positions de tranches d’heures appropriées.
Il faut jouer fin pour piquer juste les tranches de bas tarifs: 00:00 -> 7:00 et 21:00 > 24:00. Il y a 4 blocs rouges plus larges, soit on a chauffé moins longtemps et moins fort avant, soit c’est volontaire (moins chaud la nuit) ou encore forcé (le producteur coupe à midi, même si les panneaux solaires produisent le maximum (trouver l’erreur ou l’arnaque)).
En chauffant moins la nuit, il faut commencer plus tôt en réglage de jour (pics à 42.5℃)! Si on a trop chaud le matin au salon, il faudra décaler la tranche de 4:00 en la poussant un peu à droite pour piquer le soleil de 8:00 qui commencera sur les panneaux et dans les pièces (c’est clair qu’il y aura des jours sans soleil et d’autres glacials).
Bref … je m’amuse bien!
Et arriva le printemps 2024
Toutes ces dernières années je m’étais focalisé sur un chauffage la nuit, c’est à dire aux heures creuses (21:00 – 7:00 pour moi). Le raisonnement et les résultats se sont avérés correct! Malheureusement depuis 2024, la différence entre les deux tarifs, et l’ajout d’une extension de mes panneaux solaires m’ont indiqué qu’il fallait raisonner différemment! En plein hiver le mécanisme est défini ci-dessus (Réglages fin).
A partir du 1er avril 2024, j’ai passé en mode Nuit sur mon chauffage: je n’ai plus de blocs d’heure. Cela va chauffer beaucoup moins toute la journée en profitant du bas tarif la nuit et de la lumière sur les panneaux solaires en journée.
Il suffit de corriger le niveau de chauffe suivant la météo ou les prévisions. Ma facture électrique chute et la température du salon est identique à celle en plein hiver (le témoin absolu pour moi).
J’ai modifié le serveur Web de mon Raspberry Pi connecté à ma pompe à chaleur pour m’indiquer l’heure du dernier déclenchement. Je vois vraiment bien ce qui se passe en plus des graphiques montrés ci-dessus avec moins de rectangles et plus fins (donc moins longtemps et de kWh). Mais, mais, …. il y a des jours où il fait beaucoup trop frais à l’intérieur! Donc j’ai repassé en mode jour, donc avec des plages horaires un peu comme en hiver. La distribution est meilleure et les coûts aussi.
Mais attention, c’est compliqué! Définir des algorithmes pour un traitement avec l’intelligence artificiel (IA) me semble encore bien difficile. Pendant deux jours en avril, il a fait très très chaud avec beaucoup de soleil. Ensuite, à 5:00 du matin la température a chutée de plus de 10 degrés. Impossible de la rattraper dans la maison devenue tout à coup bien fraîche! Heureusement, le soleil est revenu in fin de matinée. La semaine qui a suivi nous a presque conduit à de la neige. Il faut donc à nouveau toucher le réglage général en montant le niveau!
Parfois on peut même chauffer sa maison sans chauffage!
Ce matin du 14 avril 2024, vers 9:00 la température de l’eau (chauffage par le sol) à la sortie de la pompe était de 20.1℃ et le soir, le chauffage n’avait pas encore démarré, à ma surprise, même avec le réglage global au minimum!
Donc je ne comprenais pas! Vers 20.1℃, cela devrait quand même démarré (j’ai un réglage jour pour profiter entre 9:00 et 18:00 de la production des panneaux). Mais c’était normal: réglage au plus bas, il fait chaud dehors et le truc que j’ai compris:
A partir de 9:00 il commence à faire chaud, au salon surtout (22-24 même volets fermés), à cause du soleil et de la température extérieure qui monte aussi.
Il y a donc échange entre la chaleur de la maison et le sol! On est monté de 20.1 degrés à 9:00 à 20.8 degrés à 17:00!
Cette énergie repasse dans la maison, en particulier dans les pièces fraîches du sous-sol! Super!
Dans une certaine mesure, c’est une pompe à chaleur (PAC) réversible!
C’est clair que dans 3-4 semaines environ, je stopperai le chauffage jusqu’en octobre, comme d’habitude!
La bricole vers 1:00 c’est au moment où la pompe à chaleur stoppe l’eau sanitaire et la vanne repasse en chauffage par le sol. Il y a une mini réserve chaude dans la pompe!
Je m’amuse bien, encore plus avec mon mini Web serveur qui me donne les températures de l’eau de chauffage, actuelle, minimum, maximum, et les 5 derniers enclenchements/déclenchements de mon chauffage!
Utilisation d’un poêle à bois par temps froid
Du point de vue énergétique, un kilo de bois de chêne, c’est vite 2,5 kWh. Donc une grosse buche dans son poêle au salon, c’est aussi vers les 5 kWh.
S’il fait vraiment frais dans la maison, il sera intéressant de “lancer” un poêle tôt le matin ou juste avant le repas de midi (et ce sera plus agréable). Mais attention si c’est plus une journée très ensoleillée.
Mais c’est compliqué, car on risque vite d’avoir trop chaud, surtout la nuit. ll faudra même penser à baisser le niveau global de son chauffage et ne pas remettre du bois, disons après 19h00, de mon expérience. Dans tous les cas il faudra consulter les prévisions météorologiques!
Cette réserve de calorie va même rester deux ou trois jours, si la durée du chauffage par le poêle a été assez longue!