Brevet FR2354519A1 — publié le 19780106

L'invention concerne un procédé poar régler la quantité de chaleur fournie à une installation de chauffage dans laquelle an transporteur de chaleur liquide est mis en circulation forcée au moyen d'une pompe entre un générateur de chaleur (chaudière) et au moins un utilisateur de chaleur (radiateur). Le réglage de la quantité de chaleur fournie par les ins tallations de chauffage connues à ce jour est en général réalisé de façon qu'aussi bien la calalisation de départ venant de la chaudière que la canalisation de retour aboutissant à la chaudière traversent un mélangeur à quatre voies auquel sont reliées de fa çon correspondante la canalisation de départ et la canalisation de retour de l'installation de chauffage.Dans le cas d'installations de chauffage simples, ce mélangeur ne peut être actionné qu'à la main, de sorte que le thermostat qui se trouve au voisinage de l'utilisateur de chaleur, c'est-à-dire dans l'espace à chauffer et affecte la forme d'un régulateur à deux positions provoque une arrivée de chaleur, c'est-à-dire met en marche le brftleur de la chaudière, lorsque la température de la pièce s'abaisse au-dessous de la valeur désirée prévue, de sorte que le transporteur de chaleur est chauffé jusqu'd ce que la température désirée prévue soit atteints, après quoi le brtleur est à nouveau mis hors de fonction nement par le thermostat. Dans le cas d'un réglage plus complet, le mélangeur est muni d'an moteur de réglage qui modifie la position du mélangeur à quatre voies en fonction de l'écart mesuré par le thermostat par rapport à la température désirée. Dans le cas ot la température baisse, le mélangeur est déplacé de façon qu'une plus grande quantité de transporteur de chaleur soit envoyée à travers la chau dière et paisse ainsi titre immédiatement chauffée, Un thermostat de chaudière agissant directement sur le brftleur assure le mainv tien de la température désirée par la chaudière.Dans les deux modes de réalisation précités, la pompe de circulation qui pro durit la circulation forcée fonctionne en permanence et tourne à une vitesse constante. Dans an autre mode de réalisation conna, on prévoit une pompe de circulation fonctionnant à deux vitesses différentes, à laquelle est associé an mélangeur à quatre voies qui est muni au débouché de la canalisation ;=venant de la chaudière d'une son- pape de décharge soamise à l'action d'an ressort. Dans ce mode de réalisation, le thermostat agit sur le moteur d'actionnement de la pompe de circulation de façon qu'à la température désirée, la pompe tourne lentement et que le transporteur de chaleur ne circule en circuit fermé qu'à travers les radiateurs, jusqu'à ce que, par suite du prélèvement d'une quantité correspondante de chaleur, la température désirée ne soit plus atteinte.La pompe tourne alors à sa vitesse maximale, de sorte que la différence de pression ainsi produite à l'intérieur du mélangeur ouvre la soupage d'é happement et que du transporteur de chaleur chauffé qui suivait jusque là le circuit de la chaudière, est amené au système de chauf- fage et assure ainsi une fourniture de chaleur correspondante. L'inconvénient commun à tous ces systèmes de réglage rési- de dans le fait qu'ils représentent des réglages en deux points, qui aboutissent obligatoirement, en raison de la force d'inertie de l'ensemble du système de réglage ,à des oscillations de réglage appréciables, c'est-à-dire que lorsque la température dans l'utilisateur de chaleur tombe au-dessous de la valeur désirée prévale, le transporteur de chaleur est chauffé par le dispositif d'aimée de chaleur et, en conséquence, pompé à travers l'installation de chauffage, jusqu'd ce que la température désirée soit atteinte à nouveau.Si le brftleur s'éteint alors, ou, dans le cas du système décrit en dernier lieu, Si la pompe revient à sa vitesse minimale, le transporteur de chaleur amené à une température élevée est néan- moins conduit à travers l'installation de chauffage en grande quantité par unité de temps, et fournit donc une grande quantité de chaleur. Il en résulte que la température désirée prévue est dépassée, et qu'il n'y a aucune possibilité d'empocher cette surchauffe par une technique de réglage.Un autre inconvénient des systèmes décrits précédemment est particulièrement perceptible lors de l'utilisation de brûleurs à gaz, car en raison de la présence d'un mélangeur, le transporteur de chaleur suit toujours obligatoirement deux circuits séparés, à savoir le circuit de la chaudière, c 'e st-à-dire pairie immédiatement de la sortie à l'entrée de celle-ci, et un circuit de chauffage ne comprenant que les radia- teurs, et la répartition quantitative du transporteur de chaleur entre les circuits individuels est déterminée par le réglage du mélangeur.Mais étant donné que lors de l'utilisation de brftleurs à gaz, pour empocher la formation de produits de condensation à l'intérieur de la chambre de chauffe, la température de la chau dière ne doit pas titre inférieure à une température donnée, le thermostat de la chaudière en tant que régulateur auxiliaire, met le brûleur en fonctionnement ou au repos à une fréquence correspon danse0 En meme temps, en particulier dans des installations de chauffage à mélangeur actionné par moteur, il est obligatoire qu'en raison de l'augmentation de la quantité de chaleur arrivant dans le circuit de chauffage, le mélangeur s' ouvre et se ferme à une fréquence correspondante. L'invention a pour objet un procédé de réglage gracie auquel les inconvénients décrits précédemment sont évités. Ce problème est résolu suivant l'invention gr ce au fait que la vitesse de rotation de la pompe est modifiée en fonction de la différence entre une température réelle mesurée au voisinage de l'utilisateur de chaleur et une température désirée de telle façon que lorsque cette différence augmente, la vitesse de la pompe augmente également, et que lorsque la différence décrits, la vitesse de la pompe soit également réduite.Ce procédé présente l'avantage qu'il évite la présence d'un mélangeur avec tous loe inconvénients qu'elle entraine et que le réglage de la température peut être réalisé de façon à éliminer pratiquement une oscillation du régulateur, c' est-à-dire un dépassement appréciable de la température désirée. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la vitesse de rotation de la pompe varie de façon continue. Dans un autre mode de réalisation on fixe une vitesse minimale de rotation de la pompe suffisamment élevée pour qu'il se produise encore une circulation du transporteur de chaleur. Dans cette façon de procéder, on peut par suite renoncer à un circuit de chaudière particulier et aux soupapes correspondantes nécessaires pour répartir le transporteur de chaleur entre un circuit de chauffage et un circuit de chaudière. Dans un mode de réalisation avantageux, il est en outre prévu d'actionner élecsriquement la pompe et de régler la variation de la vitesse du moteur d'actionnement par un dispositif, connu en soi, de réglage de retard de phase. Ce réglage de la vitesse se, connn pour le réglage sans pertes de la vitesse de rotation d'une machine, présente dans une installation de chauffage l'avez tage qu'il offre la possibilité de conserver, sans pertes et en fl fonctionnement permanent, des vitesses de rotation mimes faibles, la modification de la vitesse, qui se fait à la main dans les applications connus à l'aide d' un commutateur de pré-réglage,permet une commande manuelle directe à distance méme dans une installation de chauffage. I1 est particulièrement avantageux, d'après un autre aspect de l'invention, que la commande du retard de phase de la tension de charge se fasse au moyen d'une tension continue proportionnelle à la différence entre une température désirée réglable et une température réelle.De cette façon, on utilise au maximum les avantages du procédé suivant l'invention, car en dehors du montage du régula-teur facile à réaliser, l'effet avantageux de la limitation des oscillations du régulateur autour deba tempéra~ ture théorique peut être pratiquement complètement conservé. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'arrivé deila chaleur au transporteur de chaleur est en outre réglée en fonction d'une température désirée donnée du transporteur de chaleur (température de la chaudière). Ceci présente l'avantage qu'indépendamment de la transmission de chaleur par les radiateurs, la température de la chaudière peut rester pratiquement constante. L'invention vise en outre une installation de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé précité, qui possède comme dispositif d'amenée de chaleur une chaudière aiimentée par des combustibles fluides,dans laquelle le départ et le rebur d'un transporteur de chaleur liquide sont reliés à au moins un radiateur jouant le rôle d'un utilisateur de chSleur,et dans laquelle une pompe disposée dans la canalisation de départ produit une circalation forcée du transporteur de chaleur à travers la chaudière et le radiateur. D'après l'invention, la pompe est munie d'un moteur d'en traSnement à vitesse de rotation variable qui est relié à un rdgulateur pour régler la vitesse de rotation en fonction de la saleur d'une différence de température. I1 est particulièrement avanta gueux, suivant un autre détail de réalisation, que le moteur d'env tra$nement soit un moteur à courant alternatif. Ceci présente l'a vannage que l'on peut utiliser des moteurs sans bagues qui peuvent entre reliés directement, en formant bloc, au carter de la pompe, ce qui supprime les problèmes d'étanchéité des passages de l'arbre. Un autre avantage réside dans le fait que des moteurs à courant alternatif de ce genre, qu'ils soient du type assynchrone ou du tgpe à courant triphasé, peuvent avoir une vitesse de rotation ré- glée: sans pertes à l'aide d'une commande de retard de phase fonctionnant éle c troniquement. Dans une installation de chauffage suivant l'invention, dans laquelle au moins deux dérivations reliées chacune à au moins un radiateur se détachent d'une "colonne montantes à des hauteurs différentes au dessus de la pompe ou présentent des résistances à l'écoulement différentes, et débouchent chacune dans une "colonne descendante", un organe d'étranglement de préférence réglable est disposé dans chaque dérivation.Cette réalisation présente l'avantage que lors d'une diminution de la vitesse de la pompe correspondant à une faible vitesse d'écoulement à travers le circuit de chauffage d'une installation de chauffage, par exemple pour un immeuble à plusieurs étages, on a la certitude que dans toutes les dérivations, aussi bien en tenant compte de la hauteur statique au-dessus de la pompe quten tenant compte de la résistance propre à l'écoulement de la dérivation, la résistance à l'écoulement peut être réglée uniformément, et qu'ainsi pour wu chaque vitesse de la pompe un écoulement égal correspondant est assuré dans toutes les dérivations. Dans une installation de chauffage suivant 1' invention,il est en outre prévu de disposer en arrière i de la pompe (si l'on considère le sens d'écouLement) un by-pas Saboutit directement à la canalisation de retour de la chaudière. Dans une réalisation de ce genre, on peut conserver un circuit de chaudière sans qu'il se produise un écoulement à travers les radiateurs, lorsque la limite inférieure de la vitesse de la pompe est réglée par le régulateur. Etant donné que, dans le cas de faibles vitesses de la pompe, on n'obtient qu'une vitesse d'écoulement faible, le by-pass peut avoir des dimensions relativement faibles. Pour empêcher que lorsque la vitesse de rotation de la pompe devient élevée, c'est-à-dire au coimencement de la période de circulation à travers les radiateurs, il se produise un court circuit" à travers le by-pass, il est a avantageux de prévoir également dans le by-pass un dispositif d'étranglement correspondant. Il est particulièrement avantageux de disposer une soupape réversible au voisinage de la dérivation. L'inversion de cette soupape peut alors se faire en fonction de la pression ou en fonction de la vitesse de rotation, c'est-à-dire à partir du moment où les radiateurs sont traversés par le transpor- teur de chaleur en fonction du signal de réglage, et la dérivation vers la chaudière est bloquée par la soupape, de sorte que le trans- porteur de chaleur doit obligatoirement s'écouler uniquement à travers la chaudière et les radiateurs. On va maintenant décrire l'invention plus en détail avec référence aux dessins annexés. La figure 1 montre schématiquement une installation de chauffage pour un immeuble à plusieurs étages. La figure 2 est un schéma d'un exemple de réalisation du dispositif de réglage. La figure 2a est un schéma de principe d'un retard de phase. Dans l'installation de chauffage de la figure 1, une chau dière 1 munie d'un brûleur 2 à mazout ou à gaz est raccordée à une canalisation de départ 3 et à une canalisation de retour 4. Dans la région de la chaudière, une pompe 5 pour le transporteur de chaleur liquide, par exemple de l'eau, est incorporée à la canalisation 3 et est entratriée par un moteur 6 à courant alternatif. En fonction du nombre des étages, des dérivations 7 à 10 partent de la canalisation 3 et comportent chacune au moins an radiateur 11 à 14. Les secondes extrémités des dérivations 7 à 10 sont reliées chacune à la canalisation 4. Le réglage de l'installation de chauffage s'effectue dans l'exemple représenté à l'aide d'un régulateur de température 15 par l'intermédiaire duquel on peut régler la température désirée dans l'espace à chauffer et qui possède un thermomètre 16 pour mesurer la température réelle. Le régulateur de température est relié à un dispositif de réglage 17 pour régler la vitesse de rotation du moteur 6 de la pompe 5.En fonction de la différence de température résultant de la comparaison, dans le régulateur 15, de la valeur désirée et de la valeur réelle, la vitesse de rotation du moteur est modifiée par le régulateur 17, de façon que plus la différence de température croit et plus la vitesse de la pompe augmente, mais que lorsque la différence décrott, la vitesse de la pompe diminue également, jusqu'à ce qu'enfin, lorsque les deux températures sont égales, la pompe tourne à une vitesse minimale constante. Pour maintenir constante la température de la chaudière, on a en outre prévu un régulateur 18 relié directement au brftleur, de sorte que lorsque la température de la chaudière descend au-dessous d'un minimum pré-détermind, une quantité de chaleur correspondante est automatiquement fournie à la chaudière.Le régulateur 18 est associé au régulateur 15 de façon que lorsqu'une vitesse supérieure pré-déterminée de rotation de la pompe est franchie, c'est-à-dire lorsque la différence entre la température désirée et la tempérabure réelle augmente, la température réelle étant inférieure à la température désirée, une quantité de chaleur correspondante soit amenée par la chaudière au transporteur de chaleur et, par suite, transmise aux radiateurs, en fonction du besoin accru de chaleur qui a été constaté. De façon connue, un thermomètre 19 peut prendre en considération, de façon connue, la température extérieure lors de la formation du signal de réglage, pour assurer une arrivée supplémentaire de chaleur aux espaces à chauffer si les températures extérieures sont faibles. Ptur assurer une circulation régulière dans toutes les dérivations dans le cas de bâtiments à plusieurs étages ou dans le cas de bâtiments agant des systèmes de canalisations très complexes,on a avantageusement prévu dans les dErivations 7 à 10, au voisinage de la dérivation depuis la canalisation 3, des dispositifs d'étranglement 20 à 23 de préférence réglables par l'intermédiaire desquei on peut ajuster les différences de hauteur par rapport à la pompe, d'une part,et d'autre part la résistance à l'écoulement propre à la canalisation de chauffage et aux radiateurs qui lui sont associés, de sorte que pour chaque dérivation le même écoulement transporteur de chaleur est assuré. L'installation de chauffage fonctionne de la manière suivante: Après que, par exemple dans l'espace où se trouve lgradia- teur 14, on a réglé le dispositif de réglage du régulateur 15 pour une température désirée de 220, la mesure deAa température réelle indiqae la différence de température effective. Etant donné que la pompe 5 a été réglée à une vitesse minimale de façon qu'indépendamment de toute mesure de température il se produise dans toutes les dérivations un écoulement faible de transporteur de chaleur, si la température réelle devient inférieure à. la température désirée prévue, la vitesse de rotation de la pompe augmente avec la différence de température, de sorte qu'une plus grande quantité de transporteur de chaleur est pompée à travers les radiateurs. Si la pièce se chauf fe alors en raison de l'écoulement plus fort du transporteur de chaleur et, par suite, de la quantité accrue de chaleur fournie, la différence entre la température réelle et la température désirée diminue. La vitesse de rotation de la pompe est réduite dans la me- me proportion et, en conséquence, il en est de meme de la quantité de chaleur offerte, de sorte que lorsque les deux températures sont égales, la circulation minimale provoquée par la pompe est maintenue La température prévue pour la chaudière est maintenue cons tante par le régulateur 18. Sur la figure 2 on a reprdsente plus en détail, sous le forme d'un schéma, le dispositif de réglage 17. Le moteur 6 est par exemple un moteur monophasé asynchrone, de sorte que pour son alimentation en courant, une ligne normale à 220 Volts, telle qu'on en trouve dans les locaux d'habitation, est suffisante. Un ptle A du moteur est relié directement à une phase et l'autre pôle B est relié à l'autre phase de l'alimentation par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage qui va maintenant titre décrit plus en détail. Ledispositif de réglage possède un redresseur 24 qui alimente en courant continu stabilisé un amplificateur différentiel 25. A l'amplificateur est relié une centrale de réglage 26 dans laquelle sont rassemblès les thermomètres individuels 15, 18, 19. LEamplifieateur 25 dirige un étage de commutation 27 réalisé sous la forme d'un ré- gulateur de phase. L'étage de commutation 27 fournit l'impulsion de déclenchement d'un triac 28, auquel sont reliés le p81e B du mo- teur 6, d'une part, et une phase de l'alimentation en courant, d'autre part.La synchronisation de l'tage de commutation 27 se fait à l'aide d'un émetteur d'impulsions 29 qui fournit des impulsions à une fréquence double de celle du réseau.En fonction du signal fourni par l'amplificateur différentiel 25 et venant de la centrale de réglage 26, le retard de phase pour la variation de la tension est décimé dans l'étage de commutation, comme le montre la figure 2a pour une onde entière.Ceci s'effectue de la façon suivante: en fonction de la vitesse réduite désirée, déclenchée par la tension de commande par l'intermédiaire du triac 28, une tension ne se produit dans le moteur que dans la zone hachurée dela demi-onde considérée, et la vitesse de rotation est réduite en conséquence.Si la différence entre la température désirée et la température réelle qui lui est inférieure augmente, le retard de phase est déplacé vers la gauche comme le montre la figure 2a, de sorte que la tension dans le moteur se produit dans une plus grande partie de la demionde considérée et que la vitesse de rotation augmente, ce qui permet de disposer d'une quantité de chaleur plus élevée.Mais ai la dif férence de température diminue, c' e st-à-dire Si la température réelle s'approche de la température désirée, le retard de phase se déplace vers la droite du schéma de la figure 2a, de sorte que c'est seulement dans un temps plus court de la demi-onde considérée que la tension se produit dans le moteur et le fait tourner plus lentement. il est avantageux, dans certains cas, de prévoir une limite inférieure pour la vitesse, de façon, par exemple, à maintenir dans le système de chauffage une circulation minimale du transporteur de chaleur. Sur la figure 1, on a encore représenté un complément possible, qui peut être incorporé suivant les besoins. A la canalisation 3 est relié en arrière de la pompe 5 un by-pass 30 qui aboutit immédiatement à la canalisation 4 au voisinage de la chaudière. Au voisinage de la jonction du by-pass 30 et de la canalisation 3 est placée une soupape réversible 31 qui fonctionne automatiquement ou est munie d'un dispositif de commande actionnable qui bloque le by-pass, de sorte que le transporteur de chaleur stiit uniquement la canalisation 3, les radiateurs et la canalisation 4 lorsqu'une pression minimale est dépassée ou lorsque la vitesse de la pompe est supérieure à un minimum.C'est seulement si la pompe tourne à sa vitesse la plus faible, qui, dans ce cas, est réglée de façon qu' aucune quantité de transporteur de chaleur ne circule dans le sys- tème de chauffage, que la soupape 31 s'ouvre et qu'une partie du transporteur de chaleur est amenée à la chaudière dans un circuit extrêmement court et dans une proportion correspondant à la plus lente rotation de la pompe par unité de temps, pour maintenir la température de la chaudière. La résistance à l'écoulement du reste de l'installation empoche que, lorsque la pression de la pompe est la plus faible, le transporteur de chaleur soit conduit à travers le système de chauffage.Mais dès que, dans le cas d'une différence entre la température désirée et la température réelle, il se produit une augmentation de la vitesse, la soupape 31 se ferme, le transporteur de chaleur circule exclusivement dans le système de chauffage, et la quantité de ce transporteur de chaleur qui circule par unité de temps à travers les différentes dérivations et les ra- diateurs augmente ou diminue suivant que la vitesse de la pompe augmente elle-même ou diminue. Au lieu de l'exemple décrit avec référence à la figure 1 d'un réglage automatique en fonction de la température, le dispositif de réglage 15 avec le thermomètre 16 et le détecteur 19 de tem pérature extérieure peut entre remplacé par un simple réglage manuel; dans ce cas, un dispositif de déplacement électronique connu en soi augmente ou réduit la tension de commande sortant de l'amplificateur différentiel 25 à destination du régulateur de phase 27, en fonction de la vitesse désirée. Ce n'est que par l'intermédiaire d'une construction et d'un montage connus d'un thermostat de chaudière qu'on est certain de maintenir une température déterminée pour la chaudière. EBVENDICATIONS 1 - Procédé pour régler la quantité de chaleur fournie à une installation de chauffage dans laquelle un transporteur de chaleur liquide est mis en circalation forcée au moyen d'une pompe en- tre un générateur de chaleur (chaudière) et au moins un utilisateur de chaudière (radiateur), caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la pompe est modifiée en fonction de la différence entre une température réelle mesurée au voisinage de l'utilisateur de chaleur et une température désirée, de telle façon que lorsque ce4- te différence augmente ,la vitesse de la pompe augmente également, et que lorsque la différence décroît, la vitesse de la pompe soit également réduite. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la pompe varie de façon continue. 3 - Procédé suivant l'une des revendications t et 2, Ca- ractérisé en ce qu'on fixe une vitesse minimale de rotation de la pompe suffisamment élevée pour qu'il se produise encore une circulation du transporteur de chaleur. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 è 3, caractérisé en ce que la pompe est actionnée par un moteur à courant al- ternatif et que la variation deAa vitesse du moteur est produite par un dispositif de réglage de retard de phase. 5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la commande du retard de phase se fait au moyen d'une tension continae proportionnelle à la différence entre une température désirée réglable et une température réelle. 6 - Procédé suivant 1' une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arrivée de la chaleur au transporteur de chaleur est en oatre réglée en fonction d'une température donnée désirée du transporteur de chaleur (température de la chaudière). 7 - Installation de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, comprenant comme dispositif d'amenée de chaleur une chaudière alimentée par des combustibles fluides, dans laquelle le départ 3 et le retour 4 d'un transporteur de chaleur liquide sont reliés à au moins un radiatear 17 à 14 jouant le rôle d'an utilisateur de chaleur et dans laquelle une pompe 5 produit une circulation forcée du transporteur de chaleur à travers la chaudière et le radiateur, et caractérisée en ce que la pompe 5 possède un moteur d'entratnement 6 à vitesse de rotation variable qui est relié à un régulateur 17 pour régler la vitesse de rotation en fonction de la valeur d'une différence de température. 8 - Installation de chauffage suivant la revendication 7, caractérise en ce que le moteur 6 est un moteur à courant alterna- tif. 9 - Installation de chauffage suivant 1' une des revendica- tions 7 et 8, dans laquelle au moins deux dérivations 7 à 10 comme prenant chacune au moins un radiateur 11 à 14 se détachent à des hauteurs différentes au-dessus de la pompe 5 d V a canalisation de départ 3 et débouchent chacune dans la canalisation de retour 4, et caractérisée en ce que dans chaque dérivation 7 à 10 est disposé un organe d'étranglement 20 à 23 de préférence réglable. 10 - Installation de chauffage suivant l'une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce qu'en arrière de la pompe 5 (ai l'on considère le sens d'écoulement) se trouve udbg-pass 30 qui aboutit directement i la canalisation 4 de retour à la chaudière 1. 11 - Installation de chauffage suivant la revendication 9, caractérisée en ce qu'une soupape réversible 31 est disposée dans le by-pass 30 au voisinage de sa liaison avec la canalisation de départ 3.