Brevet FR2404183A1 — publié le 19790420

L'invention est relative à un procédé et à un dispositif pour commander des circuits de chauffage alimentés par des collecteurs d'énergie solaire, en fonction de la température de ce collecteur et de ces circuits. La demande de brevet allemand publiée avant examen sous 1-e nO 24 31 493 décrit un procédé et un dispositif pour commander la charge d'un accumulateur d'eau chaude, dans lesquels le circuit de l'accumulateur est interrompu pour des températures du fluide accumulateur à l'intérieur du collecteur d'énergie solaire qui sont inférieures aux températures régnant dans l'accumulateur. Ceci a pour effet que, lorsque le collecteur d'énergie reçoit relativement peu d'énergie, l'énergie accumulée ne tend pas à s'échapper dans le milieu ambiant à travers le collecteur. Lorsqu 'on travaille avec un seul circuit de chauffage (par circuits de chauffage on désignera ici aussi bien des circuits auxquels sont raccordés des appareils consommant directement de la chaleur, tels que des radiateurs, des chauffe-eau ou des appareils analogues, que des circuits dans lesquels sont disposés des accumulateurs ou qui sont destinés à échauffer des accumula teurs), on se heurte à l'inconvénient qu'on ne peut extraire de chaleur du circuit que lorsque la température à l'intérieur du circuit de chauffage est supérieure à la température de consigne maximale de tous les appareils consommateurs. Ceci limite alors considérablement, notamment dans les régions tempérées, le champ d'application de l'énergie solaire pour la production de chaleur. L'invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif de commande -du genre décrit au préambule, qui permettent d'utiliser le plus complètement possible l'énergie solaire disponible sans avoir à supporter pour cela d'inconvénients dans l'utilisation pratique de la chaleur. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par un procédé selon lequel, pour la commande de plusieurs circuits de chauffage, au moins chacun de ceux-ci est raccordé au collecteur d'énergie solaire et une priorité est assignée à l'un au moins de ces circuits de chauffage. Oe préférence, cette priorité peut être commutée sélectivement sur divers circuits de chauffage. Selon un modede réalisation préférentiel de l'invention, au moins celui des circuits de chauffage bénéficiant d'une priorité peut, pour contrôler les conditions de température régnant dans le collecteur d'énergie solaire et dans ce circuit de chauffage, être raccordé périodiquement au collecteur. On évite ainsi que, lorsqu'un circuit de chauffage relativement peu important vient d'être raccordé et que la quantité de chaleur collectée est insuffisante pour alimenter complètement tous les circuits de chauffage, cet appareil consommateur relativement peu important demeure raccordé en permanence et qu'un appareil plus important ne soit pas alimenté en chaleur. De préférence, pour le contrôle périodique on attend un certain temps de contrôle. Pendant ce temps de contrôle, le collecteur d'énergie solaire peut se réchauffer, de sorte qu'une comparaison de températures permet de vérifier si les conditions de raccordement sont satisfaites pour le circuit de chauffage prioritaire. L'invention permet également de raccorder alternativement le collecteur d'énergie solaire chaque fois à deux circuits de chauffage, par exemple un circuit de chauffage d'eau de consommation domestique et un circuit de chauffage de l'eau d'une piscine. Dans ces conditions, non seulement l'importance des deux circuits de chauffage est différente (l'eau de consommation doit etre chauffée en priorité~et, ensuite seulement, la piscine avec la chaleur résiduelle), mais dans ce cas les températures de consigne présentent des valeurs différentes, celle de l'eau de consommation étant la plus élevée. Ce cas est en pratique particulièrement difficile, mais il est résolu impeccablement par l'invention.Dans le cas présent, on donne la priorité au circuit d'eau de consommation, de sorte que, meme dans le cas où le chauffage de la piscine vient d'être enclenché et que sa température maximale n'est pas encore atteinte, au bout de la période de contrôle, par exemple toutes les trente minutes, le circuit d'eau de consommation est exploré pour vérifier qu'il présente encore sa température de consigne (en tenant compte d'une certaine hystérésis réglable) et que la température du collecteur d'énergie solaire est suffisante pour élever la température de ce circuit de chauffage prioritaire. Pour les circuits de chauffage, qui ne peuvent être utilisés qu'après dépassement d'une valeur de consigne déterminée, le dernier contrôle peut signifier que la température du collecteur d'énergie solaire doit être supérieure à cette valeur de consigne.Il pourrait alors se faire que la température du collecteur d'énergie solaire soit très basse, par exemple parce que l'eau de la piscine a été chauffée immédiatement auparavant à une valeur d'environ 2O0C, tandis qu'on aurait besoin d'au moins 400C pour l'eau de consommation. C'est pour cette raison qu'on attend le temps de contrôle de manière que le collecteur d'énergie solaire ait le temps d'échauffer le fluide caloporteur qu'il contient, et que l'on puisse effectuer la comparaison véritable entre la température du circuit de chauffage et celle du collecteur d'énergie solaire. Normalement, après le commencement du temps de contrôle, le collecteur d'énergie solaire est ainsi séparé des deux circuits de chauffage, de sorte qu'il a le temps de s'échauffer seul.Ensuite, lorsque les conditions mentionnées ci-dessus sont satisfaites, pendant le temps de contrôle, le circuit de chauffage prioritaire est mis en marche l autrement, à la fin du temps de contrôle, la commutation revient au circuit de chauffage non prioritaire (piscine). Le temps de contrôle peut être constitué par un intervalle de temps constant. Dans ces conditions, il pourrait alors arriver, dans certains cas, que, bien que les conditions d'enclenchement du circuit prioritaire se trouvent déjà satisfaites, celles-ci disparaissent pendant le temps de contrôle prélèvement de chaleur tres important dans le circuit d'eau de consommation). Dans ce cas, la commutation se ferait malgré tout de nouveau sur le circuit de chauffage moins prioritaire. Lorsque, en raison des conditions régnant dans les circuits de chauffage, il y a lieu de craindre une telle éventualité, il est avantageux que le temps de contrôle s'achève avec la première commutation sur le circuit prioritaire, grâce par exemple à l'émission d'un seul signal de contrôle, qui est amené à disparaitre lorsque la commutation sur le circuit de chauffage prioritaire est effectué-e. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif, mais nullement limitatif, en se référant au dessin annexé dont la figure unique représente schématiquement le circuit de fluide accumulateur et un schéma fonctionnel du dispositif de commande d'un système de chauffage alimenté par un collecteur d'énergie solaire. On distingue sur la figure un collecteur d'énergie solaire 11 dans lequel un liquide accumulateur de chaleur et caloporteur, par exemple de l'eau, est échauffé par le rayonnement solaire. Ce collecteur d'énergie solaire 11 est monté simulta nément sur deux circuits de chauffage 12, 13 dont chacun, dans le mode de réalisation représenté ici, est équipé d'une pompe de circulation particulière 14, 15 qui, lorsqu'elle est arrêtée, interrompt le circuit de chauffage correspondant. Le circuit de chauffage 12 échauffe un réservoir d'eau de consommation 16, tandis que le circuit de chauffage 13 échauffe l'eau d'une piscine 17. La commande des deux circuits de chauffage s'effectue en mettant en marche les pompes de circulation 14, 15 qui sont alimentées par le réseau de distribution d'énergie électrique de la maison, à partir des bornes de raccordement 18 et sont commandées par deux relais 19, 20. Ces relais 19, 20 sont actionnés par un dispositif de commande électronique 21, dont les entrées sont raccordées respectivement- à trois capteurs de température 22, 23 et24. Le capteur de température 22 explore la température du circuit de chauffage 12 et est disposé par exemple dans le réservoir d'eau de consommation 16 ; le capteur de température 23 se trouve dans le circuit de chauffage 13 de l'eau de la piscine 17 et le capteur de température 24 explore la température du collecteur d'énergie solaire 1t. Ces capteurs de température peuvent être constitués par des capteurs à résistance usuels. Ils sont raccordés à un pont de mesure multiple, dont chaque autre branche, dans le cas des capteurs de température 22 et 23, est constituée par des résistances fixes, tandis qu'à l'opposé du capteur de température 24 du collecteur d'énergie solaire est montée une résistance réglable, constituée par un potentiomètre 26, au moyen duquel on peut déterminer la différence de température, dont la température d'un circuit de chauffage doit être inférieure à celle du collecteur d'énergie solaire pour satisfaire la condition d'enclenchement. Le ptnt de mesure est alimenté par une tension continue us. A la branche, opposée aux capteurs de température, du pont de mesure sont raccordés deux potentiomètres 27, 28 qui servent à régler les températures de consigne des circuits de chauffage 12, 13. A cet effet, leurs curseurs sont raccordés à deux d'au total quatre comparateurs 29, 30, 31 et 32. Ce raccordement est effectué, de la façon représentée sur la figure, de manière que ces comparateurs comparent les valeurs de sortie des capteurs de température 22, 23 des circuits de chauffage 12, 13,d'une part. à la valeur de consigne, réglée par les potentiomètres 27, 28, des températures des circuits de chauffage et, d'autre part, à la température, mesurée par le capteur de température 24, du collecteur d'énergie solaire 11. Ces comparateurs satisfont alors aux conditions suivantes. Lorsque (a) la température d'un circuit de chauffage est inférieure à sa valeur de consigne, [b) la température de ce circuit de chauffage est inférieure d'au moins la valeur réglée à l'aide du potentiomètre 26 à la température du collecteur d'énergie solaire capteur de température 24) un circuit basculeur 33 enclenche le relais, qui correspond au circuit de chauffage 12, 13 correspondant, et met en marche la pompe de circulation 14 ou 15 correspondante. Ce circuit basculeur 33 empêche que deux circuits de chauffage fonctionnent simultanément. Sur chacun des deux comparateurs associés à l'un des relais est monté en parallèle un potentiomètre 34, 35 qui permet de régler 1' hystérésis de commande de la température de consigne des circuits de chauffage 12, 13. Au circuit basculeur 33 est raccordé, par l'intermé- diaire d'un commutateur 36, un générateur de cadencement 37. Celui-ci est constitué par un oscillateur, muni d'un circuit diviseur, qui selon un cadencement lent de par exemple trente minutes [période de contrôle P), délivre un signal d'une durée déterminée, par exemple de cinq minutes [temps de contrôle T). Ce signal de cadencement peut être appliqué au circuit basculeur 33 de telle manière que ce circuit, pendant le temps de contrôle T, soit commuté sur le côté correspondant à la position du commutateur. Pendant ce temps de contrôle, dans le mode de réalisation représenté ici, les deux relais sont ouverts et, dans le circuit de chauffage (ici le circuit de chauffage d'eau de consommation 12) rendu prioritaire par la position du commutateur, s'effectue le contrôle de l'existence des conditions d'enclenchement. Le processus de commande se déroule donc de la manière suivante. Lorsque les deux conditions d'enclenchement (a) et (b) sont remplies pour l'un des circuits de chauffage, le relais correspondant est fermé, la pompe de circulation de ce circuit de chauffage est en marche et le collecteur d'énergie solaire alimente en chaleur les appareils consommateurs correspondants. Le circuit basculeur empêche qu'en même temps deux circuits de chauffage soient en service. En supposant alors que le circuit de chauffage 13 de la piscine est en service, tant que pour ce circuit les conditions d'enclenchement (a) et [b) sont satisfaites, seul ce circuit de chauffage 13 serait alimenté. Même si, dans le circuit de chauffage d'eau de consommation (ou dans la branche correspondante du circuit dérivé), la température venait à diminuer fortement, par exemple à la suite d'un prélèvement d'eau de consommation, il ne serait alimenté qu'après que le premier aurait atteint sa température de consigne, c'est-à-dire qu'une fois que l'eau de la piscine aurait atteint la température réglée. Du fait que le commutateur 36 donne la priorité au circuit de chauffage d'eau de consommation 12, une fois éc-oulée la période de contrôle P, le circuit basculeur est commuté sur le coté correspondant au circuit de chauffage prioritaire 12, la soupape 20 du circuit de chauffage de la piscine se fermant et le relais 19 étant attiré, lorsque les conditions d'enclenchement (a) et (b) pour le circuit de chauffage 12 sont satisfaites (tem- pérature du circuit de chauffage inférieure à la valeur de consigne et inférieure à la température du collecteur d'énergie solaire, en tenant compte chaque fois de l'hystérésis de commande). Dans ce cas seulement, le circuit de chauffage d'eau de consommation serait échauffé, c'est-à-dire que le réservoir d'eau de consommation serait amené à sa température de consigne. Si ensuite les conditions (a) et [b) pour le circuit d'eau de consommation 12 viennent à disparaître, c'est-à-dire par exemple si la tempé rature du circuit de chauffage dépasse la valeur de consigne ou si la tempéra- ture du circuit de chauffage se rapproche de celle du collecteur d'énergie snluirp, Jr:circuit de chauffage de la piscine se trouve réenclenché. Toutefois, au moment de la commutation de priorité sous l'action du signal du générateur de cadencement, les conditions d'enclenchement pour le circuit de chauffage prioritaire 12 pourraient ne pas encore etre réalisées, du fait par exemple que le fluide accumulateur et caloporteur contenu dans le collecteur d1 énergie solaire Il présente une température très basse parce qu'il a échauffé l'eau relativement froide de la piscine. Si dans ces conditions le contrâle ne s'effectuait que brièvement, la commande constaterait que les conditions d'enclenchement ne sont pas satisfaites pour le circuit prioritaire et enclencherait de nouveau le circuit de chauffage non prioritaire.Pour cette raison, le signal de contrôle dispose du temps de contrôle T relativement long, dont la durée est fixée de telle manière que le collecteur d'énergie solaire, dans des conditions normales, puisse s'échauffer jusqu'à une température utilisable pour le circuit de chauffage prioritaire. Du fait alors que, pendant le temps de contrôle T, les deux relais sont ouverts, c'est-àdire qu'aucune quantité de chaleur n'est enlevée au collecteur d'énergie solaire, celui-ci s'échauffe relativement rapidement, en quelque sorte à vide, et atteint ainsi le plus souvent déjà précocement, c'est-à-dire avant achèvement du temps de contrôle, la condition d'enclenchement correspondante, de sorte que le circuit de chauffage prioritaire est mis en service.On a déjà exposé qu'à ce moment peut s'effectuer un retour en arrière du signal, c'est-à-dire que, dans tous les cas, le temps de contrôle se termine avec l'enclenchement du circuit prioritaire. Ici encore, le circuit de chauffage de la piscine n'est réenclenché que lorsque les conditions d'enclenchement pour le circuit de chauffage prioritaire disparaissent. Lorsqu'au contraire 1 contrôle constate que le circuit prioritaire, c'està-dire par exemple l'accumulateur d'eau de consommation, présente encore une température suffisamment élevée, le circuit de chauffage de la piscine est réenclenché après l'achèvement du temps de contrôle. Le procédé de commande et le dispositif pour la mise en oeuvre de celui-ci qui ont été décrits ci-dessus peuvent être modifiés d'un grand nombre de manières. Par exemple, le temps de contrôle peut être diminué ou limité à une brève impulsion de contrôle, lorsque le collecteur d'énergie solaire comprend une cellule photoélectrique, qui renferme un capteur de température et agit ainsi comme un élément marchant à vide du collecteur, duquel n'est pas prélevée de chaleur ou seulement une faible quantité de chaleur.Cette cellule de contrôle pourrait être réglée pour les conditions de rayonnement considérées et pourrait être interrogée, lors de la commutation de priorité, de manière à vérifier s'il est absolument avantageux de mettre en service le circuit prioritaire, c'est-à-dire si l'énergie -solaire disponible est suffisante pour échauffer 11 eau de consommation au-delà de la température qu'elle présente à ce moment. Le procédé à temps de contrôle présente cependant l'avantage de pouvoir être mis en oeuvre sans aucune modification apportée au collecteur d'énergie solaire. Le procédé est applicable aussi à plus de deux circuits de chauffage, cas considéré ci-dessus : il permet aussi de donner la priorité à plus d'un circuit de chauffage, auquel cas la priorité est également donnée, par exploration séquentielle, au circuit de chauffage qui en a besoin. il y a lieu de remarquer particulièrement que la priorité est commutable, de sorte que l'utilisateur peut la modifier en cours de fonctionnement. On peut encore rendre prioritaires simultanément tout un groupe de circuits de c-hauffage. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement auxmodes de réalisation qui ont été représentés ou décrits, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour commander des circuits de chauffage alimentés par des collecteurs d'énergie solaire, en fonction de la température de ce collecteur et de ces circuits, lequel procédé est caractérisé en ce que, pour la commande de plusieurs circuits de chauffage (12, 13), chacun d'eux ou un groupe de ceux-ci est raccordé alternativement et qu'une priorité est alors donnée à au moins un circuit de chauffage (12). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la priorité peut être commutée sélectivement sur divers circuits de chauffage. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins le circuit de chauffage prioritaire (12) est raccordé périodiquement au collecteur d'énergie solaire t1-13 pour contrôler les condition de température qui regnent dans ce collecteur et dans le circuit de chauffage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la période de contrôle (T) est de l'ordre de trente minutes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'au cours du contrôle périodique on attend un certain temps de contrôle (T). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le temps de contrôle (T) est d'un ordre de grandeur qui, dans les conditions normales, suffit à chauffer le collecteur d'énergie solaire jusqu'à la température de consigne du circuit de chauffage prioritaire. 7. Procédé selon 1 ' une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le temps de contrôle [T) est de l'ordre de cinq minutes. 8. Dispositif de commande de circuits de chauffage, alimentés par collecteur d'énergie solaire, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il qomprend un dispositif de commutation de priorité (33, 36, 37) qui met en service, d'une manière prioritaire, au moins un circuit de chauffage prioritaire (12). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé de manière à mettre en service alternativement les divers circuits de chauffage. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de caden cement (37) qu'à la fin de chaque période de contrôle (P) commande la commutation sur au moins un circuit prioritaire (12) pendant un temps de contrôle (T) d'une durée prédéterminée. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de commutation de priorité comprend un générateur de cadencement t373 qui, périodiquement, délivre un signal d'une durée égale à celle du temps de contrôle (T). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que sont prévus des dispositifs (27, 28) pour régler les valeurs de consigne des températures des circuits de chauffage (12, 133. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caracterisé en ce que sont prévus des dispositifs (34, 353 pour régler l'hystérésis de commande de la température de consigne des circuits de chauffage. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'est prévu un dispositif (26) pour régler la différence minimale de température entre les circuits de chauffage (12, 13) et le collecteur d'énergie solaire.