Piloter température intérieure en utilisant une vanne motorisée sur chaudière fioul et avec thermostat intelligent (Netatmo)

Problématique

• Le thermostat intelligent Netatmo permet de piloter une chaudière en envoyant des ordres simples avec un contact sec binaire : ON ou OFF.
• Le choix retenu est d’utiliser le statut du contact sec pour augmenter ou fermer la vanne motorisée du circuit d'eau de chauffage par palier plutôt que de piloter la température de la chaudière directement (plus compliqué car il faudrait par ailleurs maintenir une température minimale chaudière de 30°C). Plusieurs types de vannes motorisées existent : 3 points ou proportionnelle. Une vanne motorisée “proportionnelle” est plus adaptée à ce projet car elle permet de positionner la vanne sur une position cible quelle que soit sa position initiale. Une vanne 3 points peut uniquement tourner dans un sens ou dans l'autre sans connaissance de sa position initialle, ce qui rend le pilotage plus compliqué.
• La vanne motorisée est pilotée avec un signal analogique 2-10V.
• Le choix a été fait d’utiliser un Arduino Due avec son port DAC (Digital to Analog Converter) pour produire le signal de pilotage. Ce dernier ne pouvant générer un signal analogique que de 0.55V à 2.75V, il a fallu rajouter un module amplificateur de tension en sortie afin d’arriver à un signal 2V à 10V.

Code du programme Arduino

L’arduino n’a pas connaissance de l’écart entre la température cible et la température actuelle, nous ne pouvons donc pas utiliser un programme PID classique. L’arduino ne connait que le statut du contact sec (ON ou OFF). A partir de cela, l'objectif du code du programme est de limiter l’oscillation de la température autour de la température cible. Quelques fonctionnalités implémentées :

• Limitation de l’ouverture à 80% pour minimiser le choc thermique au retour chaudière
• Ouverture ou fermeture de la vanne de X % toutes les 10 minutes selon le statut du contact sec du thermostat
• Compensation lors des changements d'état (ON vs OFF) pour contrer les oscillations de température (ex: après une longue phase de fermeture de la vanne, on rouvre la vanne plus fort et on attend plus longtemps que 10 min pour la prochaine variation)
• En plus du circuit chauffage, la chaudière chauffe également l’eau sanitaire et lorsque c’est le cas, la température monte à 80°C et transmet donc cette chaleur au circuit chauffage en même temps si la vanne n'est pas fermée. Le script réduit l'ouverture de la vanne lorsque ce cas se produit afin de maintenir une température constante dans le circuit chauffage indépendamment du chauffe-eau qui s'active ou non.
• Mise en place d'un système anti gel avec thermomètre au sol, qui permet d'avoir une ouverture minimum de la vanne lorsque la température de la sonde au sol descend en dessous d'une valeur prédéfinie (ex: 5°C)

Intérêt du projet

• Economique par rapport aux modules constructeur de la chaudière
• Le thermostat intelligent permet de piloter la température à distance (utile pour maison secondaire peu occupée)
• Planning de chauffe précis et personnalisable à volonté sur l’application Netatmo
• Sécurité anti gel si Netatmo tombe en panne

Idées d’amélioration pour les prochaines versions

• Affiner le paramétrage du code et régler la vitesse de d’ouverture/fermeture de la vanne dynamiquement

Equipement et budget

• Netatmo Thermostat Intelligent 170€ (occasion 50€)
• Arduino Due (avec DAC 0.55-2.75V) 42€
• Chargeur micro usb 5V 10€
• Amplificateur de tension (pour atteindre 2-10V) 12€
• Vanne motorisée ESBE ARA639 158€
• Vis boulon M6 x 4cm pour fixer le moteur à la vanne 6€
• Chargeur 24V 26€
• 2 sondes température DS18B20 5€ sur Aliexpress

Budget total environ 300€

Photos dispositif