Brevet FR2436337A1 — publié le 19800411

La présente invention a trait à un dispositif de régulation de la température d'un local par commande d'un appareil de chauffage du local. L'invention est utilisable avec des appareils de chauffage de types très divers : chaudière de chauffage central à eau chaude fonctionnant au fuel, au gaz ou à l'électricité, générateur d'air chaud, pompe à chaleur, convecteurs électriques, planchers chauffants,. On connait des dispositifs de régulation à sonde intérieure qui commandent la puissance de l'appareil de chauffage en fonctionde la différence entre la température intérieure réelle et la température intérieure désirée. Toutefois, la précision de ces dispositifs laisse à désirer du fait de phénomènes de dérive et de pompage, ces derniers pouvant engendrer des oscillations de la température réelle d'une amplitude de plusieurs degrés C autour de la valeur de consigne. En outre, les dispositifs à sonde intérieure ne peuvent éviter le gaspillage résultant, par temps froid , de l'ouverture du local chauffé et de la commande de fonctionnement à plein régime qui en résulte pour l'appareil de chauffage. Ces inconvénients des dispositifs de régulation à sonde intérieure n'existent pas avec les dispositifs de régulation à sonde extérieure qui commandent la puissance de chauffage en fonction de la température extérieure. Ces derniers ne présentent toutefois pas que des avantages puisqu'ils ne prennent en compte ni les apports "gratuits", ni l'inertie thermique du bâtiment contenant le local chauffé. Les apports gratuits sont les calories dis sipées dans le local en plus de celles fournies par l'installation de chauffage. Ces apports sont produits notamment par les appareils de cuisson et appareils électriques en fonctionnement et par les personnes pré sentes Dans un local d'habitation moyen normalement occupé, ces apports peuvent représenter environ 30 C par rapport à la température du meme local inoccupé, ce qui est loin d'être négligeable La non prise en compte de l'inertie du bâtiment se traduit, à l'intérieur du local, par des coups" de chaleur ou de froid dûs à des baisses ou hausses brusques de la température extérieure. Aussi, la présente invention a pour but de fournir un dispositif de régulation offrant, d'une part, le confort résultant de l'absence de variations brusques ou d'oscillations de la température intérieure et, d'autre part, l'économie résultant de la prise en compte des apports gratuits et d'une sensibilité très réduite à l'ouverture d'une fenetre. Ce but est atteint .par un dispositif comportant une sonde extérieure fournissant un premier signal de mesure représentatif de la température à l'extérieur du local, un organe de réglage fournissant un signal de consigne représentatif de la température intérieure ddsi- rée et un circuit de commande par tout ou rien de l'appareil de chauffage recevant le premier signal de mesure et le signal de consigne pour commander, au cours de cycles successifs de durée prédéterminée, le fonctionnement de l'appareil de chauffage pendant une durée inférieure ou égale à celle d'un cycle et fonction de la température extérieure et du signal de consigne, dispositif qui comporte, conformfmwent à l'invention, une sonde intérieure fournissant un second signal de mesure repré- sentatif de la température intérieure réelle et un circuit de correction faisant partie du circuit de commande, recevant le second signal de mesure et délivrant un signal de correction pour, au cours de chaque cycle, modifier d'une quantité inférieure à une valeur maximale déterminée la durée de fonctionnement de l'appareil de chauffage lorsque l'écart entre la température inté- rieure réelle et la température intérieure désirée dépasse une valeur déterminée. Les avantages des dispositifs à sonde extérieur? (stabilité de la température 'intérieure et insensibilité à l'ouverture des fenêtres) sont dans une très grande mesure conservés grâce à la limitation de la correction apportée, et les inconvénients de ces dispositis (pas de prise en compte des apports gratuits et de l'inertie des bâtiments) sont éliminés par une compensation au moyen d'une sonde intérieure. Le circuit de correction est agencé de manière que l'amplitude du signal de correction varie sensiblement proportionnellement à l'écart entre les températures intérieures réelle et désirée lorsque cet écart est, en valeur absolue, inférieur ou égal à une valeur prédéterminée de différence de température, et conserve, en valeur absolue, une valeur maximale sensiblement constante lorsque cet écart est, en valeur absolue, supérieur à ladite valeur prédéterminée de différence de température Selon une particularité avantageuse du dispositif conforme à l'invention, le circuit de commande comporte un générateur délivrant, au cours de chaque cycle, une tension variable par paliers, et un comparateur recevant sur ses entrées respectivement le signal de consigne et un signal résultant formé par la somme de ladite tension variable, du premier signal de mesure et du signal de correction, le comparateur délivrant un signal de sortie pour commander, au cours de chaque cycle, le fonctionnement de l'appareil de chauffage tant que l'é- cart.entre le signal de consigne et le signal résultant reste supérieur ou inférieur à une valeur prédéterminée. La durée d'un palier constitue la durée minimale de marche ou d'arrêt de l'appareil de chauffage lorsque celui-ci fonctionne à très faible puissance ou au voisinage de sa puissance maximale. Cette durée pourra alors être choisie à une valeur convenable dans le cas par exemple d'appareils de chauffage qui, comme les pompes à chaleur, ne doivent pas être remis en marche avant plusieurs minutes lorsqu'ils ont été arrêtés. D'autres particularités et avantages du dispositif conforme à l'invention ressortiront à la lecture de la description d'un mode particulier de réalisation, description faite ci-après à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins joints qui illustrent - figure 1 : un schéma de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention pour la régulation de la température intérieure d'un local, - figure 2 : des courbes représentatives des variations d'amplitude de diSférentes tensions produites dans le circuit représenté par la figure 1, - figure 3A et 3B : deux courbes représentant les variations d'amplitude de la tension à la sortie du circuit représenté par la figure 1, et, - figure 4 : des courbes représentant les variations de la puissance fournie par l'appareil de chauffage en fonction de la température extérieure. Le dispositif de régulation représenté par la figure 1 comporte un circuit de commande 10 qui reçoit un signal de consigne 8c fourni par un.organe de réglage 20 et représentatif de la température intérieure désirée dans le local, un premier signal de mesure & fourni par une sonde extérieure Se et représentatif de la température extérieure du local et un second signal de mesure Si fourni par une sonde intérieure Si et représentatif de la température intérieure réelle régnant dans le local. Le circuit de commande comporte un générateur 11 qui délivre périodiquement une impulsion V variable e non décroissante ou non croissante, de durée et période égales à T. L'impulsion Ve peut être en forme de rampe croissante ou décroissante. De préférence, comme expliqué plus loin, l1im- pulsion Ve est une tension variable par paliers, en "marches d'escalier", par exemple croissante (figure 2). Dans l'exemple illustré, le générateur 11 comporte une base de temps 12 qui délivre des impulsions de fréquence ajustable au moyen d'un potentiomètre 12a. Ces impulsions sont appliquées à un compteur binaire 13 dont les sorties binaires correspondant aux bits de poids les plus élevés sont connectées à la sortie du générateur par des résistances RI, R2,-R3, R4 R4,.... de valeurs pondérées à 1, 2, 4, 8,.... La tension Ve ainsi élaborée est la transcription analogique du mot binaire formé par les bits de poids les plus élevés en sortie du compteur 13. La hauteur des marches est ajustable au moyen d'un potentiomètre 14 dont le curseur est relié à une borne d'alimentation du compteur 13. Le nombre de ces bits determine celui des marches d'escalier de chaque impulsion Ve. Dans l'exemple illustré, la tension Ve comporte 16 paliers identiques. La fréquence des impulsions délivrées par la base de temps 12 et la capacité du compteur 13 déterminent la durée T de chaque impulsion Ve Cette durée T peut être choisie égale à une valeur comprise entre environ 10 et 30 minutes. Dans certains cas, cette durée pourra être supérieure. Un point.commun O est relié à la sortie du ge- négateur 11, à la sonde extérieure par un interrupteur Il et à la sortie d'un circuit de correction 15 qui délivre un signal de correction 0 r. Un comparateur 16 a une première entrée reliée à l'organe de réglage 20, une deuxième entrée reliée au point O et sa sortie reliée à la sortie du circuit de commande 10 par un amplificateur 17. Le comparateur 16 délivre une impulsion de sortie rectangulaire de période T et dont la durée t est le temps pendant lequel la relation suivante est vérifiée #nc étant la température dite de non chauffage et étant inférieure à la température intérieure désirée #ic d'une quantité fixe, correspondant aux apports gratuits et égale par exemple à 3" C. L'organe de réglage 20 est gradué en valeur de eic pour permettre à un utilisateur d'ajuster aisément la valeur de la température intérieure qu'il désire. La tension délivrée par l'organe de réglage 20 peut correspondre à e nc et, dans ce cas, le comparateur 16 délivre une impulsion tant que le signal sur sa première entrée est supérieur à celui présent sur sa deuxième entrée. A titre de variante, la tension délivrée par l'organe de réglage correspond à a ìc Dans ce cas, soit on effectue une compensation sur V e ou ee pour les augmenter d'une quantité correspondant à la différence entre oic et 9 nu soit le comparateur délivre une impulsion tant que le signal sur sa première entrée excède celui présent sur sa deuxième entrée d'une quantité correspondant à la différence entre 0ic et enc. Le circuit de correction 15 a deux entrées bran chées respectivement à l'organe de réglage 20 et à la sonde intérieure Si. Ce circuit 15 délivre un signal e r tel que e r K ( ic > et 6r 4 et K étant une constante et A le maximum, en valeur absolue, de Tant que la différence entre les températures intérieures réelle et désirée reste, en valeur absolue, inférieure à une valeur maximale ##M donnée, le signal de correction est proportion nel à ##i. Le rapport de proportionnalité K est choi- si de préférence compris entre 5 et 10 C/ C. Lorsque le signal de correction #r a, en valeur absolue, une valeur limitée à A = K ##M L'élaboration de #r est réalisée au moyen d'un amplificateur différentiel saturable 18 qui a sa première entrée reliée à la sonde S. et sa deuxième entrée reliée à l'organe de réglage 20. Une résistance 19 est branchée entre la sortie de l'amplificateur 18 et celle du circuit 15. Dans le cas où le signal oc correspond à oic l'amplificateur 18 peut recevoir directement ei et et délivre un signal correspondant à ##i. Dans le cas où le signal oc correspond à enc, on.peut régler la sonde Si de manière qu'elle délivre à l'amplificateur 18 un signal compensé d'une quantité correspondant à la différence entre eic et bnc La limitation de l'amplitude du signal de correction #r est obtenue par saturation de l'amplificateur 18 tandis que le rapport K est déterminé par la valeur de la résistance 19. La tension Vs de sortie du circuit de commande 10 est recueillie à la sortie de l'amplificateur 17 et est appliquée à un organe de commande par tout ou rien de 11 appareil de chauffage du local, par exemple un organe de commande de la marche et de l'arrêt d'un brûleur de chaudière, ou du démarrage et de l'arrêt d'une pompe à chaleur, ou de l'alimentation d'un appareil de chauffage électrique,..... Le fonctionnement du dispositif de régulation est décrit ci-apres. On se référera tout d'abord à la figure 4 qui illustre la variation de la puissance P fournie par l'appareil de chauffage en fonction de la température extérieure #e, sous la commande du dispositif de régulation. La courbe PO en trait plein montre que la puissance P décroît linéairement d'une valeur maximale Pmax jusqu'à zéro lorsque la température #e croît d'une valeur #eb jusqu'à la valeur #nc. La température #eb, ou température minimale de base, est choisie en fonction des minima de température extérieure habituels puisqu'elle provoque le fonctionnement de l'appareil de chauffage à puissance maximum. L'écart ## = #nc - #eb est la plage de température extérieure pour laquelle la puissance délivrée par l'appareil de chauffage est régulée entre la valeur nulle et la valeur Pmax. La valeur ## peut être ajustée par action sur le potentiomètre 14. Plus la va riation d'amplitude de Ve est grande, plus la plage est étendue. Le fonctionnement du dispositif de régulation est cyclique. Au cours de chaque cycle de durée T, le circuit de commande 10 délivre une impulsion de sortie de durée t dont le front arrière correspond au début du cycle et dont le front avant correspond à l'instant où la relation onc = V e + Ge + 0r est vérifiée. Comme on peut le voir sur la figure 2, le si gnal ee s'ajoute à Ve. La durée t est donc d'autant plus courte que l'amplitude du signal e est grande. Lorsqu'il existe un écart ##i entre #i et #ic, le signal #r = K ##i s'ajoute à Ve et #e (figure 2). Les figures 3A et 3B illustrent les impulsions V50 et VS1 de sortie du circuit de commande 10 respecti vement dans le cas où h ou = O et dans le cas de l'exis- tence d'un écart . positif. La durée tl des impulsions VS1 est inférieure à la durée t0 des impulsions VS0. Une correction précise est obtenue avec une valeur de K relativement élevée. Toutefois, plus K est grand, plus le risque d'instabilité de la régulation est élevé. Un bon compromis entre précision et stabilité est obtenu en choisissant pour K une valeur comprise entre 5 et 10 C/ C. Comme déjà indiqué, le signal de correction #r est, en valeur absolue, limité à la valeur de K Cette limitation correspond à la possibilité de faire évoluer la puissance P d'une quantité inférieure ou égale à une valeur maximale P en plus ou en moins de la puissance résultant, sans correction, de la température extérieure du moment. De préférence, P est compris entre environ 0,1 Pmax et 0,3 Pmax de manière à avoir une correction qui soit effectuée sans atteindre des valeurs telles que les inconvénients des régulations à sonde intérieure ressurgissent. On choisit par exemple pour AP une valeur égale environ manière que K On a alors à régler # #m de La forme en paliers, ou marches d'escalier, de la tension Ve, et donc du signal résultant V e + ee + 0r assure, pour l'appareil de chauffage, un temps minimal de mise en marche ou d'arrêt égal à la durée T0 d'un palier. La valeur To peut être choisie pour éviter un fonctionnement ou un arrêt trop court, ce qui nuirait au rendement et à la fiabilité. Dans le cas d'appareils de chauffage, tels que les pompes à chaleur, qui doivent, entre deux périodes de fonctionnement, rester à l'arrêt, pendant une durée minimale relativement longue (environ 5 minutes), l'uti lisation d'une tension ou marches d'escalier permet de satisfaire à cette condition moyennant un choix adéquat de la valeur de T et du nombre de marches. En fonctionnement normal, le dispositif de régulation offre une bonne souplesse d'emploi puisque l'utilisateur est parfaitement maître de la température intérieure qu'il désire. En cas de besoin, un fonctionnement forcé de l'appareil de chauffage peut être provoqué en ouvrant l'interrupteur I1, ce qui équivaut à l'annulation du signal ee e Par ailleurs, on peut pr9voir des moyens pour modifier d'une quantité prédéterminée, fixe ou réglable par l'utilisateur, la valeur de la température intérieure désirée choisie par action sur l'organe de réglage 20. Dans l'exemple illustré, un commutateur C est prévu pour brancher une, au choix, de trois résistances R5, R6, R7 en série avec un potentiomètre constituant l'organe de réglage 20, entre une source de tension +V et la masse. Selon que le commutateur C est dans la position J (jour), N (nuit) ou A absence), le signal ec représente la température intérieure désirée tic ou une température inférieure de 20 C à Q iC, ou une tem pérature inférieure de 100 C à 8 eic Bien entendu, d'autres modifications ou adjonctions pourront être apportées au mode de réalisation décrit plus haut d'un dispositif de régulation conforme à l'invention sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les revendications annexées. R E V E N D I C A T I ON S 1. Dispositif de régulation de la température intérieure d'un local par commande de la puissance d'un appareil de chauffage du local, dispositif comportant une sonde extérieure fournissant un premier signal de mesure représentatif de la température à l'extérieur du local, un organe de réglage fournissant un signal de consigne représentatif de la température intérieure désirée et un circuit de commande par tout ou rien de l'appareil de chauffage recevant le premier signal de mesure ét le signal de consigne pour commander, au cours de cycles successifs de durée prédéterminée, le fonctionnement de l'appareil de chauffage pendant une durée inférieure ou égale à celle d'un cycle et fonction de la température extérieure et du signal de consigne, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde intérieure fournissant un second signal de mesure représentatif de la température intérieure réelle et un circuit de correction faisant partie du circuit de commande, recevant le second signal de mesure et délivrant un signal de correction pour, au cours de chaque cycle, modifier d'une quantité inférieure à une valeur maximale déterminée la durée de fonctionnement de 11 appareil de chauffage lorsque l'écart entre la température intérieure réelle et la température intérieure désirée dépasse une valeur déterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude du signal de correction varie sensiblement proportionnellement à l'écart entre les températures intérieures réelle:et désirée lorsque cet écart est, en valeur absolue, inférieur ou égal à une valeur prédéterminée de difference de température, et conserve, en valeur absolue, une valeur maximale sensiblement constante lorsque cet écart est, en valeur absolue, supérieur ladite valeur predéterminée de diffe- rence de température. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de correction est représentatif d'une différence de température, et le rapport de proportionnalité entre le signal de correction et l'écart entre les températures intérieures réelle et désirée est compris environ entre 5 et 10 C/0 C. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de correction comporte un amplificateur différentiel saturable dont les entrées sont reliées respectivement à la sonde intérieure et à l'organe de réglage. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de commande comporte un générateur délivrant, au cours de chaque cycle une tension variable non décroissante ou non croissante, et un comparateur recevant sur ses entrées respectivement le signal de consigne et un signal résultant formé par la somme de ladite tension variable, du premier signal de mesure et du signal de correction, le comparateur délivrant un signal de sortie pour commander, au cours de chaque cycle, le fonctionnement de l'appareil de chauffage tant que l'écart entre le signal de consigne et le signal résultant reste supérieur ou inférieur à une valeur prédéterminée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractéri sé en ce que la tension variable est une tension variable par paliers, tension dite en "marches d'escalier". 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'amplitude des marches d'escalier est ajustable. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le générateur comporte une base de temps, un compteur binaire recevant les impulsions délivrées par la base de temps et des moyens de conversionlnumérique-analogique reliés aux sorties binaires du compteur pour fournir la tension variable par paliers. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fréquence des impulsions délivrées par la base de temps est ajustable. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un commutateur pour modifier d'une quantité prédéterminée la valeur de la température intérieure désirée choisie par action sur ledit organe de réglage.