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Qu'est-ce que le SMARTHERM?

SMARTHERM PC CardLe SMARTHERM est un système Intelligent de contrôle informatisé (PC) de la température ambiante de la maison fondé sur la technologie de l'intelligence artificielle, d'où son nom (SMARTHERM) tiré des mots intelligent ("Smart") et thermostat("Therm"). Grâce à son infrastructure reposant sur la technologie de l'intelligence artificielle, le système s'adapte de lui-même, via un processus sophistiqué d'expériences et d'apprentissage, à chacune des maisons et des environnements dans lesquels il est installé. À cet fin, le système est notamment doté d'une Station Météorologique intégrée.

Le projet a pris naissance au début des années 90 et fonctionne en laboratoire et en résidences témoins depuis plus de 25 ans. Son processus de mise au point fut relativement long et laborieux, compte tenu qu'il devait être mis à l'épreuve dans un contexte réel d'utilisation, particulièrement au cours des quelques mois où les conditions hivernales rigoureuses prévalent au nord du 49°parallèle(Canada).

Le SMARTHERM poursuit 2 objectifs bien ciblés et généralement contradictoires en matière de contrôle de la température ambiante :
 

On sait que par temps froid, plusieurs phénomènes fort complexes se conjuguent pour contribuer à la perte de chaleur accumulée dans une résidence, et par le fait même à la difficulté pour tout système de chauffage d'atteindre et de maintenir un degré de chaleur donné à l'intérieur de celle-ci. Les phénomènes les plus déterminants auxquels on peut penser à ce chapitre sont:
 

    • Heat Graphla température extérieure (la perte de chaleur croît de façon exponentielle avec l'abaissement de la température extérieure);
    • la vitesse et la direction des vents (le facteur éolien détermine sur les corps calorifiques une température effective inférieure de plusieurs degrés à la température nominale);

    • le degré ou l'absence d'ensoleillement (l'ensoleillement contribue à accroître de façon significative la température des corps qui y sont exposés, particulièrement si ces derniers se trouvent dans un endroit hermétiquement clos);

    • la température intérieure désirée (la difficulté d'atteindre et de maintenir chaque degré supplémentaire de température ambiante à l'intérieur d'une maison croît de façon exponentielle) (voir graphique ci-contre);

    • le facteur d'isolation de la maison (la qualité de l'isolant, la superficie de fenestration, l'orientation spatiale de la maison, etc.);

    • les habitudes de vie des occupants (seuil de tolérance au froid, fréquences des entrées/sorties, ouverture/fermeture des fenêtres et/ou des portes, ouverture/fermeture des rideaux ou stores vénitiens, etc.).

 

Le SMARTHERM est un système "auto-adaptatif" qui, grâce aux différents senseurs dont il est muni et à l'intelligence artificielle dont il est pourvu, s'efforce de prendre en compte la plupart des facteurs climatiques et environnementaux susceptibles d'affecter l'effort calorimétrique nécessaire pour assurer l'atteinte et le maintien du degré de confort thermique souhaité à l'intérieur d'une résidence par temps froid, et ce de la façon la plus économique possible.

Dans sa version de base, il dispose d'un senseur de température intérieure et d'un senseur de température extérieure.
Dans sa version plus évoluée (le SMARTHERM Plus), il dispose en plus d'un senseur de vent (anémomètre) et d'un senseur d'ensoleillement.

Le SMARTHERM est composé de 4 éléments fondamentaux:

      • une station météorologique qui regroupe l'ensemble des senseurs extérieurs (température, vent, soleil)

      • un thermomètre électronique intérieur (senseur)

      • une carte électronique pour PC (interface de premier niveau avec les différents senseurs et les équipements de chauffage)

      • un logiciel de contrôle thermostatique et d'affichage des conditions météoroliques pour PC (interface avec l'utilisateur)

 

Le système 'monitore' constamment les conditions environnementales existantes par l'intermédiaire de la carte électronique qui sert entre autres d'interface avec les différents senseurs. Les données climatiques et environnementales observées sont enregistrées régulièrement à toute heure du jour et de la nuit dans la base de données de l'ordinateur.

Dans le cours normal de son fonctionnement, le logiciel se sert de la base de connaissances accumulées pour prédire le comportement calorimétrique de la résidence dans laquelle il est installé et ce, à tout moment où un apport calorifique est requis (maintien de confort thermique) ou sur le point de l'être (planification anticipée de l'effort calorifique à fournir pour supporter un accroissement de température programmé imminent). Au moment jugé opportun, suite à l'analyse des différentes données, le logiciel passe les commandes appropriées au système de chauffage, encore une fois par l'intermédiaire de la carte électronique qui sert également d'interface avec la fournaise électrique, à l'huile, au gaz, à une thermopompe ou tout autre système.

Au terme de chaque effort fourni (cycle de chauffage), le système auto-évalue la performance atteinte par rapport à la prévision qu'il avait préalablement faite de l'effort requis et ajuste automatiquement s'il y a lieu ses critères prévisionnels en fonction de l'écart (déviation) ou de l'absence d'écart (performance optimale) observé, afin de parfaire son éducation (auto-apprentissage). Ainsi, peu importe dans quel milieu il est installé, le système s'adapte continuellement à son environnement et améliore constamment sa performance. Même si des modifications importantes sont apportées à l'environnement (agrandissement de la résidence, amélioration de l'isolation de la résidence, amélioration du système de chauffage, etc.), le système se réadaptera de lui-même avec le temps. Nul besoin de reprogrammer le système, ni de changer certains paramètres. C'est ce qu'on entend par un système "auto-adaptatif".

 

Caractéristiques fondamentales du SMARTHERM?

Comment le SMARTHERM réussit-il à maximiser l'économie de chauffage tout en maximisant le confort au foyer ?

Fondamentalement, de 4 façons:

 

A)  Optimisation de l'heure de remise en marche du système de chauffage suite à un arrêt ou un abaissement de température (Système 'SRAS (Smart Restart After a STOP))'

Contrairement à la plupart des thermostats programmables pour lesquels l'utilisateur doit déterminer lui-même l'heure de remise en marche du système de chauffage suite à un arrêt programmé (le matin par exemple suite à un abaissement de la température durant la nuit ou en fin de journée, avant le retour à la maison), le SMARTHERM, grâce à son système ''SRAS', détermine lui-même l'heure optimale de remise en marche, basé sur un ensemble de conditions environnantes (température intérieure, température extérieure, vitesse du vent, pourcentage d'ensoleillement, les habitudes de vie des occupants de la maison, la puissance du système de chauffage, la qualité de l'isolation thermique de la maison, etc.).

Dans le cas du SMARTHERM, l'utilisateur n'entre pas sa programmation en fonction de l'heure à laquelle il veut que le système se remette en marche suite à un arrêt programmé ou un abaissement de température. Il entre l'heure à laquelle la température ambiante désirée doit être effective (heure "cible") (par exemple 22°C à 8h00 AM). Le système ''SRAS' se chargera de déterminer lui-même, suite à l'analyse des conditions climatiques et environnementales, l'heure exacte à laquelle il doit remettre le système de chauffage en marche pour faire en sorte que la température ambiante de la maison soit à la température désirée, à l'heure fixée par l'utilisateur (22°C à 8h00 AM). Pour une même heure cible, l'heure de remise en marche calculée par le SMARTHERM variera beaucoup d'une journée à l'autre, surtout en hiver ou les écarts de température et de conditions météorologiques (vent, soleil, etc.) varient grandement et fréquemment. Ainsi, pour une programmation de 22°C à 8h00 AM par exemple, l'heure de remise en marche du système de chauffage pourrait tout aussi bien être de 10 ou 15 minutes avant l'heure cible (7h45 AM) à l'automne ou au printemps, alors qu'elle pourrait être de 4h00 AM et même 3h00 AM en plein hiver à des températures extérieures de -20°C ou -25°C.

Les changements subits des conditions météorologiques sont souvent impossibles à prévoir et encore plus difficles à 'monitorer' par l'occupant de la maison afin de lui permettre de modifier constamment sa programmation manuellement, surtout lorsque ce dernier est dans son sommeil ou à l'extérieur de chez lui, au travail ou ailleurs. Il s'en suit que la programmation d'un thermostat programmable conventionnel est rarement optimale et que ce dernier permet rarement de réaliser la plus grande économie d'énergie et le plus grand degré de confort possible.

Pre-Heat Curve (-32C, 6.7 deg., 3h34min.)En effet, dans l'exemple utilisé plus haut, en supposant qu'en hiver l'occupant a réglé son thermostat programmable conventionnel à 22°C à 6h00 AM dans le but d'avoir une température confortable (22°C) lors de son réveil à 8h00 AM, son objectif sera rarement atteint au cours d'une saison. En effet, soit que la température souhaitée de 22°C aura été atteinte plusieurs minutes avant 8h00 AM, auquel cas il aura dépensé de l'énergie inutilement, soit que celle-ci sera atteinte plusieurs minutes voire même des heures plus tard, auquel cas son confort en souffrira. Le même phénomène risque de se répéter en fin de journée si la maison est innoccupée durant le jour et qu'un abaissement de température a été programmé.

C'est précisément cette problématique que le SMARTHERM vise à solutionner. Réaliser le maximum d'économies d'énergie tout en garantissant le plus grand confort aux occupants. Dans le cas du SMARTHERM, si l'utilisateur l'a programmé pour avoir 22°C à 8h00 AM, il peut être à peu près assuré qu'à son réveil à 8h00 AM, il fera 22°C dans la maison, pas avant, pas après(1).

Le graphique ci-dessus illustre une prédiction en temps réel de la courbe et du temps de pré-chauffage déterminée par le système 'SRAS' lors d'une situation de froid extrême de -30°C avec un abaissement ('setback') de 6.7°C  et un temps de pré-chauffage de 3h34min. pour atteindre la température intérieure exigée de 22°C à 8h00 AM. La courbe VERTE représente la courbe prévue au prélable par  le système 'SRAS', alors que la courbe ROUGE représente la coube effective réalisée par le système de chauffage dans la réalité. Comme on peut le constater en agrandissant l'image, les deux courbes se superposent presque parfaitement, ce qui démontre la précision du système 'SRAS' dans ce cas vécu.

Weather StationLa capacité du système 'SRAS' à prévoir avec précision la courbe et le temps de pré-chauffage requis en toute situation est attribuable en grande partie à sa Station Météorologique locale intégrée. Aucun thermostat soi-disant "intelligent"(Smart) ne peut atteindre le degré de précision du SMARTHERM à ce chapitre sans disposer d'une Station Météorologique annexée à la maison à chauffer.

Le SMARTHERM monitore constamment en temps réel (plusieurs fois par seconde) les conditions météorologiques auxquelles la maison est soumise (température, vent, ensoleillement) et recalcule continuellement l'heure de redémarrage du système de chauffage en conséquence. Il ne s'appuie pas sur de vagues prévisions météorologiques ou données provenant de stations météo mises à jour à toutes les heures (ou plus...), souvent situées à des kilomètres de distance et s'appliquant de façon générale à l'ensemble d'une région. L'expérience démontre que 2 maisons similaires situées dans le même voisinage peuvent requérir des temps de pré-chauffage fort différents selon leur orientation spatiale (face au nord, au sud, ...), leur environnement immédiat (isolée, entourrée d'arbres, d'édifices en hauteur, etc...), leur efficacité thermique (isolation, fenestration, etc...). Le SMARTHERM tient compte de tous ces facteurs et de plusieurs autres pour déterminer l'heure optimale de remise en marche du système de chauffage après un arrêt ou un abaissement de température programmé (setback).

 

B)  Optimisation du degré auquel la température intérieure peut être abaissée la nuit ou le jour lorsque la maison est inoccupée (Système 'SMART SetBack')

Un des problèmes de base en rapport avec l'abaissement de la température domiciliaire la nuit ou le jour lorsque la maison est inoccupée, c'est de déterminer le seuil optimal auquel la température peut être abaissée pour réaliser le maximum d'économies d'énergie, tout en ne compromettant pas le confort des occupants.

Essentiellement pour les mêmes raisons que celles exposées précédemment, il s'avère fort difficile de déterminer ce seuil optimal. C'est pour cette raison que la plupart des propriétaires de thermostats programmables conventionnels se contentent d'un abaissement de température fixe de quelques degrés seulement (typiquement 3°C ou 5°C, rarement plus), sans savoir si cet abaissement est le plus économique qui soit pour les circonstances ou s'il permettra une remontée efficace et économique de la température au réveil ou au retour à la maison en fin de journée.

Le système 'SMART SetBack' du SMARTHERM est doté de l'intelligence requise pour déterminer ce seuil optimal et économique d'abaissement de la température. Pour s'en prévaloir, il suffit de programmer une température réellement minimale (par exemple 10°C ou 5°C) pour ces occasions, et laisser le SMARTHERM gérer lui-même le seuil optimal d'abaissement. En pratique, la température n'atteindra probablement jamais le seuil 'plancher' programmé (à moins d'une absence particulièrement prolongée). Encore là, dépendant des conditions climatiques et environnementales, le seuil optimal d'abaissement pourra se situer à 18°C, 15°C ou même 13°C pour une journée donnée et être de 2°C ou 3°C plus élevé ou moins élevé le lendemain. En dépit du seuil optimal déterminé par le système, l'utilisateur peut toujours fixer un seuil 'plancher' (par exemple 17.5°C) que le système se chargera de respecter, même s'il n'est pas le plus économique.

Pour ceux qui douteraient de l'efficacité économique de la logique d'abaissement de température inhérente au SMARTHERM, ce dernier dispose d'un témoin d'efficacité de la performance des cycles de chauffage visible en tout temps. Ainsi, l'utilisateur peut vérifier en tout temps l'économie d'énergie réalisée (en KiloWatts et en argent($)).

 

C)  Maintien d'une température constante (Système 'SMART COMFORT')

En matière de maintien de la température ambiante, le problème de base pour la plupart des thermostats, c'est de maintenir une température aussi constante et stable que possible.

On sait que dépendant de leur degré de qualité, les thermostats disposent tous d'un certain écart entre leur point de contact et leur point de relâche. Cet écart communément appelé le 'swing' varie grandement d'un thermostat à l'autre. Il peut facilement être de 1°C ou plus dans le cas des thermostats mécaniques et de 0.1°C ou plus dans les cas des meilleurs thermostats électroniques.

Par ailleurs, on sait également qu'à chaque fois qu'un système de chauffage se met en marche, une certaine inertie fait en sorte que la température continue de descendre pendant plusieurs minutes (3 à 5 min.) avant d'amorcer sa remontée. Dans le cas d'un système de chauffage à air pulsé, ce phénomène de chute de la température est amplifié par la sensation de froid provoquée par la circulation d'air froid poussée par le système de ventilation avant que celui-ci ait atteint une chaleur au moins légèrement supérieure à celle de la pièce (sans compter que la plupart des fournaises retardent la mise en marche de leur soufflerie jusqu'à ce que chacun des éléments chauffants (parfois 3, souvent 5 ou plus) démarrés séquenciellement et de façon différée (plusieurs secondes) aitatteint leur chaleur maximale). Un phénomène d'inertie similaire mais inversé fait en sorte que la température continue de monter pendant plusieurs minutes après que le thermostat ait interrompu le système de chauffage. Le résultat net de ces phénomènes d'inertie ajoutés au manque de précision de la plupart des thermostats peut facilement résulter en des variations effectives de 1°C à 2°C et parfois même davantage.

Pour sa part, le SMARTHERM dispose d'une précision de 0.01°C. De plus, pour contrer le problème des variations de température inhérent aux thermostats conventionnels aussi bien qu'électroniques, le SMARTHERM dispose d'une technologie tout à fait unique appelée SMART COMFORT. En vertu de cette technologie, le système analyse continuellement un ensemble de variables dans le but de déterminer les points optimaux de démarrage et d'arrêt du système de chauffage occasionnant le moins de variations de température ambiante possible. Ainsi, au lieu de commander le chauffage à des points fixes comme 22.5°C (démarrage et arrêt) par exemple, le SMARTHERM le fait à des points qui varient constamment selon les circonstances et qui sont inversés par rapport à la façon de fonctionner des thermostats conventionnels (démarrage à 22.62°C par exemple et arrêt à 22.38°C). Ce faisant, le système s'assure que la variation de température (swing) demeurera à l'intérieur de ces frontières, compte tenu de l'inertie à la baisse suite au démarrage du système de chauffage et de l'inertie à la hausse suite à son arrêt. Si les conditions environnantes font en sorte que la température ambiante sort de l'une ou l'autre de ces deux frontières ou même des deux, le seuil inférieur ou supérieur ou les deux seront automatiquement rajustés dynamiquement afin de maintenir la stabilité de la température ambiante à son maximum. Ce processus fait l'objet d'un 'monitoring' constant de la part du système SMART COMFORT.

Ainsi, grâce à la technologie SMART COMFORT, les variations de température ambiante sont maintenues à un niveau pratiquement imperceptible par la plupart des occupants. De plus, en supprimant les constantes variations de température ambiante, les occupants peuvent se permettre de régler la température ambiante de quelques dixièmes de degrés plus bas, ce qui se reflète encore là par une économie accrue d'énergie.

Le système SMART COMFORT dispose de 2 autres fonctions de base dans le but de maintenir un niveau de confort optimal pour les occupants et maximiser les économies d'énergie.

D'une part, dans le cas des systèmes à 2 stages, le SMARTHERM tente de maintenir la température souhaitée de la façon la plus économique possible. Ainsi, peu importe la température extérieure, le SMARTHERM prendra avantage au maximum du stage économiseur d'énergie (stage 1) pour maintenir la température ambiante. S'il sent qu'il ne pourra arriver à maintenir la température de cette manière, il fera appel au second stage le temps qu'il le jugera nécessaire pour lui permettre de maintenir ou atteindre la température ambiante souhaitée, et retournera au stage de base aussitôt qu'il aura reçu le coup de pouce nécessaire. Cet appel au second stage pourra s'effectuer plusieurs fois au cours d'un même cycle de chauffage, si requis.

D'autre part, on sait que par temps particulièrement froid ou venteux, les occupants d'une maison ressentent une sensation de froid additionnel pour un même degré de température exigé.  Plusieurs ressentent le besoin de monter la température du thermostat afin de compenser pour cette sensation de froid accrue.  Pour contrer ce phénomène, le système SMART COMFORT dispose d'un mécanisme lui permettant d'ajuster la température ambiante aux conditions météorologiques en vigueur. Ainsi, par temps particulièrement froid ou venteux, pas besoin de remonter la température désirée sur le thermostat comme dans le cas des thermostats conventionnels, le système le fera automatiquement pour vous. Même chose par temps particulièrement doux ou ensoleillé: le système abaissera automatiquement la température ambiante afin de maintenir un niveau confort acceptable et économiser par la même occasion de l'énergie. L'accroissement ou la diminution de la température ambiante dû à ce mécanisme de compensation peut être de quelques dixièmes de degrés seulement, mais est suffisant pour maintenir un niveau de confort constant de jour en jour, peu importent les intempéries ou les réchauffements subits de la température extérieure. De cette manière, plus besoin de jouer constamment avec les thermostats et subir les variations de confort qui en résultent souvent et les coûts accrus de consommation d'énergie qui en découlent presque inévitablement.

 

D)  Grande souplesse au niveau de la programmation et de la paramétrisation (réglages)

Compte tenu que le SMARTHERM est un système basé sur ordinateur, sa souplesse de programmation est presque illimitée par rapport à celle des thermostats programmables conventionnels.

On peut y entrer plusieurs programmes par jour, par semaine, par mois et même par année. On peut créer différents scénarios ou profils de programmation et y faire appel par leurs noms (Ex.: Congé, Fin de semaine, Nuit, Jour 2, Jour 4, etc.). On peut également programmer d'avance tous les congés ou absences planifiées de l'année, y compris les congés annuels répétitifs (Ex.: **/12/25, 14/03/**, etc.).

Bref, l'utilisateur dispose de toute la lattitude pour créer sa propre programmation et attribuer des noms symboliques aux heures, jours, degrés de température, programmes et autres objets afin de faciliter leur mise à jour à la grandeur du système en effectuant le changement à un seul endroit (le symbole).

Le système SMARTHERM dispose également d'une très grande souplesse de paramétrisation afin de s'adapter aux préférences des utilisateurs.Par exemple, il est possible de paramètrer un abaissement de 1°C s'il fait plus de +7°C à l'extérieur et que le taux d'ensoleillement est de plus de 70%. De la même manière, il est possible de paramètrer une élévation de 0.5°C s'il fait moins de -15°C à l'extérieur et que le vent souffle àplus de 20 km/hr. On peutaussi ajouter ou soustraire un facteur de correction à la température intérieure et extérieure pour compenser pour une mauvaise localisation des senseurs de température, par exemple exposés au rayons du soleil face à une fenêtre ou sur un toit brûlant, près d'une source de chaleur, d'une porte ou d'un mur froid. L'utilisateur peut aussi choisir un affichage en °Fou °C, de même qu'un affichage de la vitesse des vents en Mi/hr ou en Km/hr.

 

 

SPÉCIFICATIONS


EXIGENCES MINIMALES:

      • PC en mesure de rouler Windows 98 ou plus récent
      • 1 Meg. de mémoire vive (RAM)
      • 1 Disque rigide disposant de 1 Meg. d'espace disque disponible
      • 1 Fente d'expansion de 8 bits ISA/EISA ou
        1 Fente d'expansion de 16 bits PCI (recommandé)

 

SYSTÈMES DE CHAUFFAGE SUPPORTÉS:

      • Systèmes de chauffage de type HVAC (fournaise électrique, huile, gaz, etc.)(2)
      • Pompe à chaleur murale ou intégrée au systême de chauffage(3)

 

STADE DU PRODUIT :  Pré-production

DISPONIBILITÉ :  (Hiver 2017)

 


ÉCONOMIES:

De 15% à 33% d'économies des coûts de chauffage dépendant :

    • de la puissance et du type du système de chauffage utilisé
    • des caractéristiques de la maison
    • de la localisation géographique de la maison
    • de l'orientation spatiale de la maison
    • des périodes d'absences - abaissements de la température
    • des habitudes de vie des occupants
    • de la température sélectionnée

Normalement, le système devrait se payer dès la première année d'utilisation ou à l'intérieur d'une période de 2 ans dans le pire des scénarios.

 

CONFORT:

    • uniformité de la température ambiante
    • adaptabilité aux conditions environnantes
    • anticipation des besoins de chauffage

 

 

(1)  Tenant compte d'une marge d'erreur de quelques minutes pouvant varier d'une installation à une autre.

(2)  Présentement testé sur fournaise électrique seulement.

(3)  Présentement les Pompes à chaleur sont suportées en mode 'chauffage' seukement.
      Le contröle en mode 'air climatisé (A/C)' est à venir...

Pour toute information complémentaire ou commentaire, n'hésite pas à contacter: Smartherm@sylver-tech.com  .

Les entreprises intéressées par la distribution ou la commercialisation du produit dans leur région peuvent communiquer avec notre département des Ventes à l'adresse : Sales@sylver-tech.com .



 

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