Brevet FR2465164A1 — publié le 19810320

L'invention concerne une installation de chauffage avec un fluide caloporteur en circulation dans un réseau de chauffage, comportant un appareil de chauffe à passage direct chauffé au gaz ou au mazout en tant que source de chaleur et une soupape à trois voies par laquelle la source de chaleur peut être reliée sélectivement à des corps de chauffe des locaux ainsi qu'à un échangeur de chaleur disposé dans un accumulateur d'eau de consommation, l'installation comportant en outre un dispositif de commande fournissant un signal continu en fonction des besoins de chaleur des locaux chauffés déterminés par un premier thermostat, ce signal commandant en continu la puissance de chauffe de la source de chaleur, en agissant sur l'amenée du combustible,entre la puissance nominale et une valeur limite inférieure, ce dispositif agissant en outre, d'après la donnée d'un second thermostat, associé a l'accumulateur d'eau de consommation, sur la soupape à trois wies de telle manière, que si l'accumulateur d'eau de consommation a besoin de chaleur, le fluide caloporteur sXécoule par priorité dans l'échangeur de chaleur de cet accumulatéur. On connait déjà des installations de chauffage de ce type dans lesquelles le dispositif de commande donne par principe la priorité au chauffage de l'eau de consommation, sur le chauffage des locaux sans tenir compote de l'importance des besoins de chaleur pour ce chauffage des locaux. Ces installations fonctionnent de façon satisfaisante si la source de chaleur est déterminée au moins suivant les besoins maximaux en énergie pour le chauffage des locaux et que ces besoins dépassent les besoins en énergie pour le chauffage de l'eau de consommation ou, du moins, ne leur sont pas notablement inférieurs.Dans ce cas, les temps de coupure du chauffage des locaux lors du chauffage de l'accumulateur d'eau de consomma tion sont en général assez courts pour que la température des locaux ne iscende pas de façontable, même pendant la saison froide. Cependant, par suite du meilleur isolement des bâtiments d'habitation, d'une part, et des besoins d'eau chaude accrus dus à une demande croissante d'autre part, les besoins en énergie pour le chauffage des locaux soient devenus sensiblement plus faibles que les besoins en énergie pour la préparation de l'eau de consommation.Dans le cas d'une installation comportant une source de chaleur déterminée suivant les besoins en énergie du chauffage des locaux et avec une priorité sans compromis de la préparation de liteau de consommation, il peut donc arriver, dans certaines circonstances que les périodes de chauffage de l'accumulateur d'eau de consommation deviennent si grandes que la température des locaux s'abaisse notablement. Pour pallier ce défaut, dans les installations de chauffage comportant une chaudière et des circuits de chauffage distinctes, avec une pompe dans chacun d'eux, pour les corps de chauffe des locaux et un échangeur de chaleur disposé dans un accumulateur d'eau de consommation, il est déjà connu d'ouvrir un contact de contrôle supplémentaire dans le circuit électrique de la pompe associée à l'accumulateur d'eau de consommation lorsqu'une soupape de mélange disposée dans le circuit de chauffage des corps de chauffe des locaux est actionnée dans le sens d'un envoi de chaleur accru aux corps de chauffe des locaux (DE-OS 27 03 036).Par leur nature, ces installations s'écartent cependant des installations correspondant au préambule, d'autant plus que la sonde thermique ou le thermostat commandant la puissance de chauffage des corps de chauffe des locaux ne fournit pas un signal continu et qu'il n'est pas prévu de montage de priorité pour la préparation d'eau de consommation sur le chauffage des locaux. Pour raccourcir les temps d'arrêt du chauffage des locaux en cas de préparation prioritaire d'eau de consommation, il est en outre connu d'envoyer de la chaleur au chauffage des locaux même pendant le chauffage de l'accumulateur d'eau de consommation, dès que l'énergie calorifique fournie par le brûleur ne peut plus être entièrement absorbée par LXaccumu- lateur d'eau de consommation (DE-OS 23 21 548). Cette disposition ne supprime pas, cependant, l'inconvénient mentionné précédemment dans le cas d'une détermination trop faible de la puissance de la source de chaleur par rapport aux besoins en énergie de la préparation d'eau de consommation. Dans des installations de chauffage à circuits de chauffe à basse température et à grande capacité d'accumulation il est connu, dans un but d'optimisation de l'installation, de couper ces circuits de chauffe lorsqu'un circuit de chauffe prioritaire à plus faible capacité d'accumulation doit être mis en action (DE-OS 26 10 471). L'invention a pour but d'éviter les inconvénients des réalisations connues et concerne à cet effet une installation du type ci-dessus caractérisée en ce que le signal continu du premier thermostat est envoyé à un commutateur à valeur de seuil déterminant la grandeur de ce signal et supprimant, au-dessus dtune valeur de seuil déterminée du sisal continu, l'action prioritaire du second thermostat associé à l'accumulateur d'eau de consommation. Par rapport aux réalisations connues, l'intallation de chauffage conforme à l'invention a pour avantage que, même dans le cas d'installations de chauffage avec une source de chaleur constituée par un chauffe-eau à passage direct ou à circulation à réglage continu, et avec deux circuits de chauffe à haute température, on peut déterminer la source de chaleur de façon optimale. On peut obtenir avec des moyens simples que, dans des installations comportant des accumulateurs d'eau de consommation de 90 à 120 litre de capacité, la puissance de chauffe de la source de chaleur ne doive atteindre que 1,1 à 1,2 fois environ la valeur correspondant aux besoins en énergie du chauffage des locaux, pour éviter un abaissement notable de la température de ces locaux pendant les phases de chauffage de l'accumulateur d'eau de consommation. Il est particulièrement avantageux que le montage de priorité pour la préparation d'eau de consommation soit coupé également lorsque les besoins de chaleur des locaux varient avec une vitesse supérieure à une valeur de seuil prédéterminée et cela, indépendamment de l'importance de la valeur absolue des besoins de chaleur pour le chauffage des locaux. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant deux exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente sous forme de schéma la construction et le circuit logique du premier exemple de réalisation, - la figure 2 est une vue schématique, similaire correspondant au second exemple de réalisation. L'installation de chauffage suivant la figure 1 comporte en tant que source de chaleur un appareil de chauffe, chauffé au gaz par exemple, à passage direct ou à circulation, dont le brûleur 11 chauffe un échangeur de chaleur 12 relié par une conduite d'amenée 13 à des corps de chauffe 14 des locaux, un seul de ces corps de chauffe étant représenté sur les dessins. A partir des corps de chauffe 14, une conduite de retour 16 revient à:l'échangeur de chaleur 12 en passant par une soupape à trois voies 17 et par une pompe 18. Une conduite de branchement 21 est raccordée au point 20 de la conduite d'amenée 13, cette conduite de branchement allant à un échangeur de chaleur 22 disposé dans un accumulateur d'eau de consommation 24. Comme d'habitude, cet accumulateur comporte un raccord d'eau froide 25 et un raccord ddeau de consommation 26.Du cté du retour, l'échangeur de chaleur 22 est relié par une conduite de branchement 27 au troisième raccord de la soupape à trois voies- 17. Le brûleur 11, la soupape à trois voies 17 et la pompe 18 sont contrôlés par un appareil de commande dont le circuit de consommation logique est représenté de façon simplifiée sur les dessins. Cet appareil de commande comporte une sonde de température ambiante, non représentée, dont le signal analogique continu X1, correspondant à la température effective des locaux, est envoyé à un générateur de caractéristiques (générateur de fonction) 30. Ce générateur est soumis à l'action d'une horloge de commutation 31 servant à commander un abaissement de nuit du chauffage ou un abaissement pendant des intervalles de temps réglables à volonté. Cette horloge de commutation 31 envoie pendant le jour le signal Z au générateur de caractéristiques 30 et pendant la nuit ou pendant les intervalles de temps réglés le signal Z.Le générateur de caractéristiques 30 convertit le signal d'entrée X1 en un signal analogique de sortie Y1 suivant une caractéristique correspondant au signal Z ou Z qui est appliqué. Le montage -est déterminé pour que Y1 croisse lorsque X1 décroit et inversement. Le signal Y1 est appliqué à l'entrée d'un commutateur à valeur de seuil 32 qui fournit à sa sortie le signal binaire 0 au-dessous dune première valeur de seuil de Y1, le signal Al (signal binaire L) entre la première valeur de seuil et une seconde valeur de seuil de Y1 et le signal A2 (signal binaire L) au-dessus de la seconde valeur de seuil. Dans la suite de la description, on vise essentiellement le signal binaire L par la désignation signal A, B etc..., tandis que ltabsence des signaux A, B etc... correspond au signal binaire 0. Le générateur de caractéristiques 30 est déterminé pour que son signal de sortie Y1 reste au-dessous de la seconde valeur de seuil du commutateur 32 pendant la nuit ou pendant les intervalles de temps réglés (signal Z de horloge de commutation).Pendant ces périodes, ce commutateur 32 ne peut donc fournir que les signaux de sortie O et Al. Le commutateur à valeur de seuil 32 est agencé sous forme de déclencheur de Schmitt qui, au moins pour la valeur de seuil inférieure, présente une hystérésis de commutation nettement marquée afin d'éviter les mises en actinn et les coupures trop fréquentes du brûleur 11, notamment dans le cas de besoins de chauffage réduits des locaux. Une sonde de témpérature 36 est disposée sur l'accumulateur d'eau de consommation 24, cette sonde mesurant la température X2 de l'eau de consommation dans ltaccumulateur et la transmettant en tant que signal d'entrée à un commutateur à valeur de seuil 38. Celui-ci fournit à sa sortie le signal binaire O au-dessus d'une valeur de seuil déterminée de la température X2 correspondant à la température de consigne de l' eau de consommation dans l'accumulateur. Au-dessous de cette valeur de seuil, le commutateur 38 fournit le signal A3. Pour éviter les mises en action et les coupures trop fréquentes du brûleur 11 lors du chauffage de l'eau de consommation dans l'accumulateur 24, le commutateur à valeur de seuil 38 et également réalisé avec une hystérésis de commutation de 2 à 3 OC. Pour combiner les signaux de sortie des commutateurs à valeur de seuil 32 et 38, il est prévu cinq portes ET 40 à 44, trois portes OU 45 à 47, ainsi qu'un générateur de fonction 48 et un commutateur électronique 50. Les signaux AI et A3 sont envoyés à la porte 40. La sortie de cette porte est reliée à une entrée de la porte 45. La porte 41 traite le signal A3 ainsi que les signaux inversés Al et A2 ; sa sortie est reliée à une seconde entrée de la porte 45. Le signal Al et le signal inversé A3 arrivent à la porte 42. La sortie de cette porte 42 est reliée à une entrée de la porte 46, dont la seconde entrée est reliée à la sortie du commutateur à valeur de seuil 32 fournissant le signal A2. La porte 40 fournit un signal de sortie B1 lorsque les signaux Al et A3 sont appliqués à ses deux entrées, c'est-à-dire lorsque les besoins de chauffage des locaux sont réduits et lorsque l'accumulateur d'eau de consommation 24 a besoin de chaleur. La porte 41 fournit un signal de sortie B2 lorsque règnent à ses entrées le signal A3 ainsi que les signaux inversés A2 et Al, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de besoins de chauffage des locaux et lorsque l'accumulateur d'eau de consommation 24 a besoin de chaleur. La porte 42 fournit un signal de sortie B3 lorsque l'accumulateur d'eau de consommation 24 nta pas besoin de chaleur et que ks besoins de chaleur pour le chauffage des locaux sont faibles ou élevés. La porte 45 fournit un signal de sortie C1 lorsqu'il y a des besoins de chaleur pour l'accumulateur d'eau de consommation 24, indépendamment du fait que le chauffage des locaux ait besoin de chaleur ou non. La porte 46 fournit un signal de sortie C2 lorsque, indépendamment des besoins de chaleur de l'accumulateur 24, il se présente des besoins de chaleur élevés pour le chauffage des locaux ou lorsque l'accumulateur d'eau de consommation 24 n'a pas besoin de chaleur et que le chauffage des locaux en a besoin. Les deux signaux C1 et C2 règnent conjointement lorsqu'il y a des besoins de chaleur pour l'accumulateur d'eau de consommation 24 et des besoins de chaleur élevés pour le chauffage des locaux. La sortie de la porte 45 est reliée à une entrée de la porte 47 et aux deux entrées de la porte 43. La sortie de la porte 46 est reliée à la seconde entrée de la porte 47, aux deux entrées de B porte 44 et au commutateur électronique 50, de telle manière que le commutateur 50 est fermé lorsqu'il y a un signal de sortie C2 et inversement. Le signal de sortie de la porte 43- agit, par l'intermédiaire d'un dispositif de manoeuvre 52, sur une soupape disposée dans la conduite ramenée de gaz au brûleur 11, de telle manière que cette soupape soit ouverte lorsqu'il y a un signal de sortie U1 et inversement. Le signal de sortie de la porte 44 agit, par l'ttermédiaire d'un dispositif de manoeuvre et d'entraînement 54, sur la soupape à trois voies 17, de telle manière que lorsqutil y a un signal de sortie U2, la soupape à trois voies 17 établit le circuit de chauffe passant par les corps de chauffe 14 des locaux et coupe le circuit passant par l'accu- mulateur d'eau de consommation 24. Lorsqu'il n'y a pas de signal de sortie U2, la soupape à trois voies 17 revient dans sa position de base, dans laquelle elle coupe l'amenée d'eau aux corps de chauffe 14 des locaux et établit le circuit de chauffe passant par l'accumulateur d'eau de consommation 24. La porte 47 fournit un signal de sortie U3 qui met la pompe de circulation 18 en mouvement par l'intermédiaire d'organes de commutation et d'entraînement appropriés. Le commutateur 50 est branché à la suite du générateur de fonctions 48, qui est commandé par le signal analogique Y1 et qui fournit un signal de sortie analogique U11, par llintermédiaire du commutateur 50, au dispositif de manoeuvre 52 de l'amenée de gaz. La disposition est elle, que le signal de sortie U11 ouvre, par lintermédiaire du dispositif de manoeuvre 52, l'amenée du gaz pratiquement sans étranglement lorsque le signal d'entrée Y1 appliqué au générateur de fonction 48 est élevé en fonction d'un besoin de chaleur élevé du chauffage des locaux.Ce signal U11 provoque ltétranglement de l'amenée du gaz lorsque Y1 décroît, jusqu une valeur limite qui ne peut plus être franchie inférieurement si l'on veut avoir une combustion impeccable. Le signal d'entrée U1 ouvre l'amenée du gaz au brûleur 11 sans étranglement indépendamment de la grandeur du signal 11, Lorsque ni l'accumulateur d'eau de consommation 24, ni les corps de chauffe 14 des locaux ntont besoin de chaleur, aucun des signaux de sortie U1 à U3 n'est appliqué. Lorsque les besoins de chaleur pour le chauffage des locaux sont faibles et que l'accumulateur d'eau de consommation 24 n'a pas besoin de chaleur, le passage des signaux a lieu par les portes 42 et 46 vers les portes 44 et 47 et vers le commutateur 50. Par l'intrmédiaire de la porte 44, la soupape à trois voies-17 est commutée sur le fonctionnement du chauffage des locaux et la pompe 18 est mise en circuit par l'intermédiaire de la porte 47. Au moyen du commutateur 50 fermé, la soupape à gaz est commutée par le signal U11 dans une position moyenne après la prise en compte des faibles besoins de challeur des locaux détectés par le signal analogique X1. Lorsque la température des locaux s'approche de la valeur de consigne, l'amenée du gaz au brûleur 11 est de plus en plus étranglée pour avoir une régulation continue. Lorsque les besoins de chaleur du chauffage des locaux sont satisfaits, le signal C2 disparait, à la suite de quoi le brûleur 11 et la pompe 18 sont mis à I'arrêt et la soupape à trois voies 17 est ramenée dans sa position initiale. Lorsque l'accumulateur d'eau de consommation 24 n'a pas besoin de chaleur et que les besoins de chaleur du chauffage des locaux sont élevés, des processus similaires se déroulent, avec la seule différence qu'au début la soupape à gaz est davantage ouverte ou que l'amenée du gaz est ouverte sans aucun étranglement. Au fur et à mesure que les besoins de chaleur du chauffage des locaux sont davantage satisfaits, le signal Y1 diminue jusqu'à ce que le signal de sortie A2 disparaisse au commutateur à valeur de seuil 32. Cela n'a cependant aucune action surl'état l'état de commutation de l'appareil, parce que la porte 46 reste ouverte par l'intermé- diaire de la porte 42 et que son signal de sortie C2 reste maintenu. Lorsque l'accumulateur d'eau de consommation 24 a besoin de chaleur, le dispositif de commutation fonctionne comme indiqué ci-après Si les besoins de chaleur du chauffage des locaux sont nuls ou faibles, la porte 49 est alors actionnée par l'intermédiaire de la porte 41 ou de la porte 40 pour fournir le signal C1, tandis que la porte 46 ne reçoit pas de signal positif à l'une quelconque de ses entrées et que le signal binaire 0 règne en conséquence à sa sortie. Par l'inter- méçiaire des pores 43 et 47, le signal C1 met en action le brûleur 11 et la pompe 18, qui fonctionnent alors tous les deux.En raison de l'absence du signal C2, le signal U2 disparait à la porte 44, de telle sorte que la soupape à trois voies 17 reste dans sa position de base, dans laquelle liteau échauffée s'écoule vers l'accumulateur d'eau de consommation 24. Cet état de commutation est maintenu jusqu'à ce que les besoins de chaleur de l'accumulateur d'eau de consommation 24 soient couverts, c'est-à-dire jusqu'à ce que le signal A3 disparaisse. Cependant, lorsque les besoins de chaleur du chauffage des locaux dépassent une valeur de seuil déterminée ou croissent au-delà de la valeur de seuil pendant le chauffage de l'accumulateur d'eau de consommation 24, l'état de commutation décrit ci-dessus est annulé par le signal A2 du commutateur à valeur de seuil. Ce signal se transmet immédiatement à la porte 44 par l'intermédiaire de la porte 46 sous forme de signal de sortie C2 de cette porte. La porte 44 provoque alors la commu tation de la soupape à trois voies 17 sur le fonctionnement du chauffage des locaux. En même temps le commutateur électronique 50 est fermé et le signal U11 est envoyé au dispositif de manoeuvre.Cela n'a cependant aucune action sur l'amenée du gaz, parce que la soupape à gaz reste maintenue complètement ouverte par le signal U1 qui est appliqué après comme avant (besoins de chaleur ininterrompus de l'accumulateur d'eau de consommation 24). Les besoins de chaleur accrus du chauffage des locaux sont donc rapidement couverts par la puissance de chauffage totale jusqu'à la valeur de seuil du commutateur 32. Lorsque cette valeur est atteinte, les signaux A2, C2 et U2 disparaissent, de sorte que la soupape à trois voies 17 est ramenée dans sa position précédente et que le brûleur 11, fonctionnant à pleine puissance, agit à nouveau sur l'accumulateur d'eau de consommation 24. De cette manière, la priorité de fonctionnement de l'accumulateur d'eau de consommation sur le chauffage des locaux est supprimée dans la zone des besoins de chaleur élevés du chauffage des locaux. Il en résulte que dans cette zone le chauffage des locaux est d'abord prioritaire et quele chauffage de l'accumulateur d'eau de consommation n'est poursuivi que lorsque la température des locaux réglée s'est approchée de la valeur de consigne avec une différence devenue imperceptible. Le montage peut aussi'être agencé de façon telle, que la régulation modulée du brûleur reste maintenue, c'est-à-dire que le signal Uli demeure sans effet lorsque, l'accumulateur d'eau de consommation 24 ayant besoin de chaleur, des besoins de chaleur élevés du chauffage des locaux sont satisfaits par priorité. Dans l'exemple de réalisation suivant la figure 2, on tient compte, à titre de paramètre supplémentaire pour la commande de l'installation, de la vitesse avec laquelle varie le signal de sortie Y1 du générateur de fonctions 30'. Pour des raisons de simplicité l'horloge de commutation n'a pas été représentée. Pour déterminer la vitesse de variation de Y1, il est prévu un générateur de fonctions 60 dont le signal de sortie A4 est envoyé inversé à une entrée d'une porte 40' et non inversé à une entrée d'une porte 42'. Comme la porte 40 de la figure 1, la porte 40' traite le signal Al du commutateur à valeur de seuil 32 et le signal A3 du commutateur à valeur de seuil 38. La porte 42' traite, en plus du signal A4, également le signal Al du commutateur à valeur de seuil 32. Elle se distingue donc de la;-porte 42 suivant la figure 1 en ce que le signal A4 non inversé est appliqué à l'une des entrées de la porte au lieu du signal A3 inversé.Conformément à la commande différente des portes 40 et 42',leurs signaux Bu'et B3' sont aussi différents des signaux B1 et B3 de l'exemple de réalisation décrit précédemment. Tputes les autres caractéristiques de montage et de construction coïncident avec celles des éléments correspondants de la figure 1. il en résulte au cours du fonctionnement une différence en ce que la priorité de la préparation de l'eau de consommation est, par l'intermédiaire de la porte 42', supprimée dès que la vitesse de variation de Y1 dépasse une valeur de seuil déterminée, même si la valeur absolue des besoins de chaleur du chauffage des locaux, signalée par la grandeur de X1 et Y1, est encore inférieure à la valeur de seuil supérieure du commutateur 32. Cela est rendu visible sur la figure 2 des dessins par le remplacement du. signal d'entrée inversé A3 par le signal d'entrée non inversé A4 sur la porte 42 ou 42'. La disposition de la troisième entrée pour le signal inversé A4 sur la porte 40' a pour consdquence que lorsque le signal A4 est appliqué, le signal de sortie U1 est supprimé sur la porte 43 et que le brûleur 11 ne peut donc plus être commandé que de façon modulée par 11 intermédiaire du générateur de fonctions 48, ainsi qu'il est prévu pour le fonctionnement de l'installation concernant le chauffage des locaux. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage avec un fluide caloporteur en circulation dans un réseau de chauffage, comportant un appareil de chauffe à passage direct chauffé au gaz ou au mazout en tant que source de chaleur et une soupape à trois voies par laquelle la source de chaleur-peut être reliée sélectivement à des corps de chauffe des locaux ainsi qu'à un échangeur de chaleur disposé dans un accumulateur d'eau de consommation, l'installation comportant en outre un dispositif de commande fournissant un signal continu en fonction des besoins de chaleur des locaux chauffés déterminés par un premier thermostat, ce signal commandant en continu la puissance de chauffe de la source de chaleur, en agissant sur l'amenée du combustible, entre la puissance nominale et une valeur limite inférieure, ce dispositif agissant en outre, dtaprès la donnée d'un second thermostat, associé à l'accumulateur d'eau de consommation, sur la soupape à trois voies de telle manière que si l'accumulateur d'eau de consommation a besoin de chaleur, le fluide caloporteur s'écoule par priorité dans ltéchangeur de chaleur de cet accumulateur, installation caractérisée en ce que le signal continu du premier thermostat (X1) est envoyé à un commutateur à valeur de seuil (32) déterminant la grandeur de ce signal et supprimant, au-dessus d'une valeur de seuil déterminée du signal continu (X1), l'action prioritaire du second thermostat (36) associé à l'accumulateur d'eau de consommation (24). 2.- Installation de chauffage selon la revepdication 1, caractérisée en ce que le signal continu (X1) est envoyé à un premier commutateur à valeur de seuil (32) déterminant la grandeur de ce signal et à un second commutateur à valeur de seuil (60) déterminant la vitesse de variation de la grandeur de ce signal, ces deux commutateurs à valeurs de seuil (32, 60) supprimant l'action prioritaire du second thermostat (36) associé à l'accumulateur d'eau de consommation (24) lorsque la grandeur du signal continu (X1) et/ou la vitesse de sa variation dépassent des valeurs de seuil prédéterminées.