Brevet FR2356092A1 — publié le 19780120

L'invention concerne un procédé de régulation du chauffage par partie de bâtiment. Les installations de chauffage collectif courantes comportent la plupart du temps une régulation centrale unique pour ltensemble de l'immeuble. Ces installations sont très correctement calculées (surfaces de chauffe, canalisations etc,..) et bien équilibrées, de sorte que, par temps couvert, la température interne des locaux est sensiblement la meme partout. Il n'en reste pas moins vrai que lorsqu'il y a ensoleillement, les locaux exposés à cet ensoleillement seront surchauffés, d'où inconfort et gaspillage d'énergie. Les bâtiments exposés est-ouest, verront les lo caux est surchauffés le matin et les locaux ouest surchauffés le soir. Dans le cas d'un immeuble dont les façades sont exposées nord-sud, la façade sud sera surchauffée toute la journée.Dans tous les cas, si la régulation centrale prend en compte ltensoleil- lement, les locaux exposés à cet ensoleillement seront chauffés correctement et les autres n'auront pas la température voulue. A ces inconvénients, il y a deux solutions - soit faire une régulation par façade - soit monter des robinets thermostatiques sur les radiateurs. Cette dernière solution ntest pas sans inconvénient. Elle oblige à intervenir dans les appartements, et on connait les diffi cultés que cela entraine, et des précautions sérieuses doivent être prises pour éviter des troubles causés dans les circuits de distribution par la fermeture presque simultanée de l'ensemble des robinets thermostatiques des locaux situés sur la façade exposée à un fort ensoleillement. Une régulation par façade nécessite une distribution distincte par façade. Iwans les installations existantes, le circuit de distribution est pratiquement réalisé de la façon suivante A la sortie de la chaufferie, une canalisation horizontale constituée par la tuyauterie principale de départ et la tuyauterie principale de retour, traverse en sous-sol tout l'immeuble. Sur cette canalisation horizontale, viennent se raccorder plusieurs colonnes montantes alimentant chacune la série de radiateurs disposés sensiblement à la même verticale sur toute la hauteur de l'immeuble. Une colonne montante comprend un tuyau de départ et un tuyau de retour, les radiateurs étant montes en dérivation entreles deux tuyaux. On pourrait réaliser une distribution distincte par façade en rajoutant en sous-sol, une deuxième canalisation horizontale sur laquelle viendraient se raccorder, par exemple, dans le cas d'un immeuble orienté nord-sud, toutes les colonnes de la façade sud, les colonnes de la façade nord restant branchées sur la canalisation horizontale d'origine. Cela nécessite en fait des modifications plus importantes - Installation d'un groupe de pompes supplémentaire (chaque groupe comportant toujours deux pompes, dont l'une de secours) pour le circuit de distribution de la façade sud. - Modification ou remplacement du groupe existant (le débit et les pertes de charge ne sont plus les mêmes. - Le rééquilibrage de toute l'installation (opération toujours longue, délicate et coûteuse). Dans la demande française n076 13726 du 7/5/1976 de la de manderesse, est décrit un procédé de régulation centrale basée sur l'intégration continue des bilans thermiques instantanés d'un bâtiment. Le bilan thermique est obtenu 10) En mesurant la température d'ensoleillement et la tem pérature extérieure ; l'ensoleillement est obtenu en faisant la dif férence entre ces deux résultats. Ceci permet de déterminer d'une part les apports de calories dûs à celui-ci et d'autre part les déperditions dûes à l'encart entre la température intérieure (de consigne) et la température extérieure. 20) En mesurant la température de depart et la température re de retour de l'eau dans les circuits de chauffe, la différence étant proportionnelle aux apports dûs au chauffage. 30) En faisant la somme algébrique des apports et des déperditions, on obtent le bilan thermique instantané et en l'intégrant dans le temps on obtient le bilan thermique cumulé. Les bilans thermiques instantanés sont cumulés dans une mémoire. Si le bilan cumulé est négatif, la fourniture de calories est avance sur les besoins ; s'il est positif la fourniture de calories est en retard. La memoire intérrogée périodiquement émet donc un signal commandant une vanne à trois voies qui dose, la quantité d'eau chaude à envoyer aux corps de chauffe. Un bilan thermique négatif entrazne donc une réduction ou l'arrêt de la circulation d'eau chaude et un bilan positif entraîne donc une augmentation de la circulation d'eau chaude ou son redémarrage. Lorsque le dispositif agît en coupant ou en remettant l'eau chaude en circulation, on parle de fonctionnement en "tout ou rien" . Le but de l'invention est de procurer une régulation efficace du chauffage, par façade ou par zone, en modifiant aussi peu que possible une installation existante. Le but est atteint selon l'invention en ce que l'on fait varier la température d'eau de départ vers les corps de chauffe en fonction du bilan thermique de la zone la plus défavorisée (par exemple la façade nord) de l'immeuble et en ce que lton corrige ensuite les fournitures de calories aux autres zones en modii8nt en stout ou rien", temporisé ou non, le débit d'eau chaude alimentant les corps de chauffe. A cet effet l'installation selon l'invention comporte - un premier régulateur effectuant le bilan thermique de la zone la moins favorisée, et qui, en fonction de ce bilan, contrôle l'ouverture d'une vanne mélangeuse à trois voies dosant la quantité de calories à envoyer dans les différentes colonnes de chauffage de l'ensemble ; et - un deuxième régulateur qui effectue le bilan thermique de la zone la plus favorisée et commande, en fonction de ce bilan l'ouverture ou la fermeture d'une ou plusieurs vannes situées au départ de la canalisation alimentant les colonnes de corps de chauffe de la zone la plus favorisée. L'invention sera mieux comprise au moyen des dessins annexés sur lesquels est représenté un exemple non limitatif de réalisation de l'invention et sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un immeuble orienté nord-sud aÇec son dispositif de chauffage et son dispositif de régulation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en plan d'une installation de chauffage sur laquelle on fait la correction de zone ; - la figure 3 montre le cas où une vanne de zone est commune à plusieurs colonnes. Sur la figure 1 un immeuble orienté nord-sud est représenté avec sont installation de chauffage. L'eau est chauffée dans une chaudière 1 et envoyée, à travers une vanne mélangeuse 2, et une pompe 3, dans une canalisation horizontale 9. Depuis cette canalisation 9 partent des canalisations verticales 11 pour la façade nord, et 19 pour la façade sud, formant des colonnes de chauffage sur lesquelles sont branchés des corps de chauffe 13 (façade nord) et 22 (façade sud) respectivement situés dans un même plan vertical. Le retour de l'eau s'effectue par la canalisation verticale 12 (colonne nord) et la canalisation verticale 20 (colonne sud). Les canalisations verticales 12 et 20 débouchent dans la canalisation horizontale 10 qui ramène l'eau vers la chaudière. La vanne mélangeuse 2 à trois voies sert à recycler l'eau de retour de la canalisation 10 dans la canalisation de départ 9 selon les besoins de la façade la plus défavorisée, ici la façade nord. Elle est commandée par un régulateur 4 réglant l'ouverture de la vanne 2 en fonction du bilan thermique effectué selon les données suivantes - la température extérieure prélevée par la sonde 6, sur la façade nord - température de départ de l'eau prélevée par la sonde 8 située sur la canalisation 9 - température de retour de l'eau prélevée par une sonde 7 située sur la canalisation 12. Le fonctionnement du régulateur est également soumis à un contact d'horloge 5 arrêtant le chauffage pendant certaines heures de la nuit. La colonne "sud" comporte également un dispositif de régulation propre. Une vanne à trois voies 14 permet ou non le passage dans la canalisation 19, de l'eau chaude en provenance de la canalisation 9. Cette vanne 14 est commandée par un servo-moteur commandé par un signal fourni par un régulateur 15 du même type que le régulateur 4 mais effectuant le bilan thermique de la façade sud en prenant en compte - la température extérieure de la façade sud - la température d'ensoleillement de la façade sud (ces deux paramètres sont foornis par une sonde dou ble 15) - la température de départ de l'eau dans la canalisa tion 19 prélevée par une sonde 16; et - la température de retour de l'eau dans la canalisa tion 20, prélevée par une sonde 17. Le fonctionnement de l'installation représenté sur la figure 1 est le suivant : Le régulateur central 4 fait varier la température d'eau au départ de la chaudière 1 en agissant sur la vanne mélangeuse 2. Cette eau alimente les radiateurs 13, branchés en parallèle sur chaque colonne (11, 12) de la façade nord, par l'intermédiaire des canalisations horizontales 9 et 10. Le régulateur 4 établit en permanence le bilan thermique de la partie de bâtiments exposée au nord en mesurant la température extérieure te à l'aide de la sonde 6 et l'écart id-tr entre la température de départ td et le retour tr de l'eau à l'aide des sondes 8 et 7. La vanne 14 (vanne de zone) à 3 voies est montée en répartition au départ de la canalisation 19. Son fonctionnement est du type "Tout ou rien", temporisé ou non et est commandé par le régulateur de zone 15 qui établit en permanence le bilan thermique des locaux exposés au sud en mesurant la température extérieure te et l'ensoleillement tS au moyen de la sonde 18 et l'écart td-tr au moyen des sondes 16 et 17 montées respectivement sur les tuyaux 19 et 20 à l'endroit où le débit est constant. Suivant que le bilan cumulé par la mémoire au régulateur 15 est en retard ou en avance sur les besoins, la vanne de zone 14 fournit ou non Liteau en provenance de la chaudière aux- radiateurs 22.Si le bilan est positif (la fourni chaude ture de calories étant alors en retard) lteau/-clrcuLe oans le circuit 9, 19, 22, 2D, 10. Des calories sont donc fournies aux radiateurs 22. Si le bilan est négatif (la fourniture de calories étant alors en avance), l'eau chaude circule dans le circuit 9, 21, 10 et aucune énergie n'est fournie aux radiateurs 22. Pour éviter de perturber le circuit hydraulique général, la perte de charge du tron çon 21 est équivalente à la perte de charge du reste de la colonne 19, 22, 20. Le procédé décrit n'est qu'un exemple qui ne limite pas ltétendue de l'invention. En particulier dans le cas d'un bâtiment d'exposition EST-OUEST et en supposant-que la zone la plus défavorisée soit la zone EST, le régulateur central 4 pilotera les locaux de la façade EST en fonction, non seulement de la température extérieure mais également de l'ensoleillement. La figure 2 montre une vue en plan de l'installation de la figure 1 pour un immeuble nécessitant plusieurs colonnes de chauffage. On voir sur cette figure : la chaudière 1, la vanne 2, le régulateur central 4. Les canalisations de départ 9, 11, 19 de l'eau ont été représentées en trait plein. Les canalisations de retour de l'eau ont été représentées en trait interrompu. Chaque colonne de la façade la plus favorisée (ici la façade sud) comporte au départ une vanne de zone 14. Ces vannes sont commandées par un régulateur de zone commun 15. Sur la figure 3 on a représenté un exemple de réalisation de l'invention, dans lequel une vanne de zone 23 est commune à plusieurs colonnes 24, 25 de la façade la plus favorisée. L'ensemble étant piloté par un seul régulateur 15. Il est bien entendu que, dans un immeuble dont la régulation existante permet le chauffage de la zone la plus défavorisée en faisant varier la température d'eau au départ de la chaufferie en fonction de la température extérieure. Suivant une autre loi de correspondance, par exemple linéaire. on peut, sans sortir du domaine de l'invention, corriger le chauffage dans la zone la plus favorisée en ajoutant une régulation de zone telle que décrite plus haut. Il va de soi que lton peut varier, selon les besoins, le nombre des vannes de zone ou le type de régulateur employé, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé de régulation par partie de bâtiment, du chauffage par circulation d'eau chaude, caractérisé par le fait que lton effectue le bilan thermique de la zone la plus défavorisée, que l'on fait varier la température d'eau de départ vers les corps de chauffe en fonction de ce bilan thermique et que l'on corrige ensuite la fourniture de calories aux zones les plus favorisées en modulant en "tout ou rien", temporisé ou non, la fourniture d'eau chaude aux corps de chauffe de la zone la plus favorisée en fonction du bilan thermique de cette zone. 2. - Dispositif de régulation par partie de bâtiment, du chauffage par circulation d'eau chaude pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 dans lequel un dispositif régulateur (4) effectue le bilan thermique de la zone la plus défavorisée et contr- le l'ouverture d'une vanne dosant la quantité de calories à envoyer dans les corps de chauffe du bâtiment, caractérisé par le fait qu'il comprend - un deuxième régulateur qui effectue le bilan thermique de la zone la plus favorisée - et une vanne à trois voies commandée en "tout ou rien" par ledit deuxième régulateur de façon à contrôler le passage de l'eau chaude vers les corps de chauffe de la zone la plus favorisée. 3. - Dispositif de régulation selon la revendication2, pour bâtiment dans lequel les corps de chauffe sont répartis sur plusieurs colonnes, caractérisé par le fait que chaque colonne de corps de chauffe de la zone la plus favorisée comporte au départ une vanne commandée par le régulateur effectuant-le bilan thermique de cette zone. 4. - Dispositif de régulation selon la revendication 2, pour bâtiment dans lequel les corps de chauffe sont répartis sur plusieurs colonnes, caractérisé par le fait que plusieurs colonnes de corps de chauffe de la zone la plus favorisée ont en commun une vanne commandée par le régulateur effectuant le bilan thermique de cette zone. 5. - Dispositif de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque la vanne à trois voies de la zone favorisée interdit le passage de l'eau vers les corps de chauffe, une canalisation (21) présentant des pertes de charge égales à celles de l'en- semble des corps de chauffe de cette zone, constitue le circuit de retour de l'eau.