Brevet FR2475192A1 — publié le 19810807

La Drésente invention concerne une installation de chauffage, comprenant notamment un mitigeur, un moteur de réglage, un amplificateur régulateur, un détecteur de température extérieure, un sélecteur de courbe de chat fage et une pompe de circulation ou un grouDe de pompes de circulation. Une telle disposition est usuelle et connue dans les chauffages centraux, par exemple pour des immeubles d'habitation collectifs. L'invention a pour objet de réduire la consom- mation d'énergie tar déperdition de l'installation de chauffage et, en particulier, de la pompe de circula- tion ou du groupe de pompes de circulation, dans des ins- tallations de chauffage d'une puissance d'environ 20 kW ou plus. A cet effet, suivant l'invention, la valeur effective du régulateur est une température moyenne instantanée du circuit de chauffage, la vitesse de rotation de la pompe de circulation ou le débit du grou- pe de pomDes de circulation est variable; et cette vi- tesse de rotation ou cc débit est fonction d'au moins l'un d'un certain nombre de paramètres comprenant une tempé- rature, une différence de température, une hauteur de re- foulement de Dompe(s et un temps. L'invention procure cet avantage qu'en dénit de l'utilisation d'un unique régulateur, chaque pompe de circulation fonctionne à tout moment dans son domaine de travail. nominal et, par conséquent, offre le rende- ment le plus favorable. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution comportant une pompe de circulation à deux étages. La figure unique représente le schéma de principe d'une installation de cbauffa-re suivart 'inTention, dans laquelle la commutation de la pompe de circulation est commandée en fonction de la température extérieure à l'immeuble. L'installation de chauffage d'un immeuble 1 est constituée Dar une chaudière de chauffa'e 2, par une conduite d'eau aller 3 comportant un mitGigeur 4 et une Dompe de circulation 5, par n radiateurs HI et H n et par une conduite d'eau de retour 6, le mitigeur 4 étant également relié directeimet à la conduite d'eaui de retour 6 par une dérivation 7. Le mitigeur 4 comprend un moteur de réglage 8 alimenté par un amplificateur régulateur 9 qui, de son cCté, comporte une entrée de valeur de consigne et une entrée de valeur effective. ITne valeur mesurée de température, fournie par un détecte3ur de temprrature extérieure 10 installé à l'extérieur de l'immeuble 1, est appliquee, par l'inter- médiaire d'un premier convertisseur température/tension 11 à un sélecteur de courte de chauffage 12, dont la sor- tie est à son tour conneotée à l'entrée de valeur de consigne de l'amDlif4cateur régulateur 9. Un détecteur de température de circuit aller 13 et tun détecteur de température de cirIult retour 14 sont aontés électrique- ment en série et sont constitués de préférence par des résistances C.T.P. (à coefficient de température positif). La somme des valeurs mesurées fournies par les détec- teurs de température 13 et 14 est appliquée, par l'in- termédiaire d'un second convertisseur température/tension , à l'entrée de valeur effective de l'amplificateur régulateur 9. Comme déjà mentionné, dans l'exemple représenté et décrit, la pompe de circulation 5 est à deux étages, et le signal de commande de changement de vitesse de ro- tation de la comne de circulation 5 est tiré de la tempé- rature extérieure à l'immeuble. Le signal de sortie du premier convertisseur température/tension 11 commande alors en outre l'entrée d'un premier amplificateur de commutation 16 et celle d'un second amplificateur de com- mutation 17, les deux amplificateurs de commutation 16 et 17 Présentant des valeurs de seuil d'entrée différentes. Le signal de sortie du premier amplificateur de commu- tation 16 est transmis, par l'intermédiaire d'un premier relais auxiliaire 18, à une première entrée électrique de la pompe de circulation 5 (vitesse de rotation n1) et le signal de sortie du second amplificateur de commu- tation 17 est transmis, par l'intermédiaire d'un second relais auxiliaire 19, à une seconde entrée électrique de la pompe de circulation 5 (vitesse de rotation n2). Les besoins en chaleur de l'immeuble 1 et, par conséquent, la puissance nominale de son installation de chauffage sont établis pour une température exté- rieure minimale déterminée. Toutefois, cette basse tem- pérature extérieure ne règne que pendant quelques jours de l'année et, par conséquent, l'installation de chauf- fage n'a à fournir sa pleine puissance que pendant un faible pourcentage de la période de chauffage. En Europe centrale, on peut estimer que l'installation de chauf- fage ne devra fonctionner à plus de 50% de sa puissance totale que pendant environ 854 de la période de chauffage, de sorte que le débit de la pompe de circulation pour- rait rester, en-movenne pendant environ 92% de la période de chauffage, au-dessous de 50% de sa valeur maximale. Etant donné eue toute machine et, par conséquent, également une pompe de circulation, présente une courbe de rendement déterminée dans son domaine de charge de fonctionnement, et que le rendement est toujours plus faible dans la région de charge partielle qu'au point de charge nominale, la pompe de circulation 5, pour con- server un bon rendement et, par conséquent pour réduire sa consommation d'énergie, devrait fonctionner pendant environ 929' de la période de chauffage à une vitesse de rotation plus faible. L'idéal serait une adaptation con- tinuelle de la vitesse de rotation de 1F ou des pompes de circulation à la température extérieure. Cela exige, soit l'utilisation d'une pompe de circulation 5, dont la vitesse de rotation est variable dans une gamme continue ou par échelons, soit l'utilisation de plusieurs pompes de circulation montées hydrauliquement en parallèle ou en série et présentant des vitesses de rotation ou des débits constants mais différents L'utilisation d'une pompe de circulation 5 à plusieurs étages présente en particulier mun grand intérêt technique, car cette solution offre, d'une part, l'avanrtae d'une commande numériquede changement de vitesse de rotation et, d'autre part, l'avantage d'une tenue de stocks plus favorable par réduction de la multiplicité des pompeso La commutation de la vitesse de rotation ou du débit de la ou des pompes s'effectue en fonction de l'un des paramètres suivants: a) un temps t (par exemple commutation jour/nuit au moyen d'un interrupteur horaire), b) une hauteur de refoulement de pompe(s) h, - c) une température extérieure à l'immeuble TA (par exemple commutation été/hiver), d) une température de circuit aller du chauffage THv, e) la différence entre une température de circuit aller du chauffage et une température de circuit retour du chauffage (THV - THR), et f) une température moyenne du circuit de chauffage Tm ou moyenne arithmétique (THV + THR)/2 de la température de circuit aller du chauffage et de la température de cir- cuit retour du chauffage. On obtient une économie d'énergie maximale tout en conservant le même confort en tenant compte de b), éventuellement en combinaison avec a) pourr la réduction de chauffage nocturne, et en combinaison avec c) pour la commutation été/hiver. Malheureusement, le débit extrêmement variable du chauffage rend impossible l'utilisation d'une simple régulation de la température aller en fonction des conditions météorologiques (valeur de consigne = TA) et, dans le cas de l'utilisation de pompes de circulation à deux ou plus de deux étages, il était jusqu'à présent nécessaire de prévoir deux ou plus de deux régulateurs avec une sélection différente de la courbe de chauffage pour chacun d'eux. Pour chaque pompe d'un groupe de pompes de circulation ou pour chaque étage de pompe, le régulateur approprié doit alors être choisi et mis en service. De telles installations sont par con- séquent très complexes et exigent un nombre indésirable- menr; grand d'éléments constituants. Par contre si, au lieu de la régulation jus- qu'à prgesent usuelle de la température de circuit aller du chauffage, on prévoit une régulation de la température moyenne des radiateurs, alors on peut éviter la multipli- citt des -égulateurs et un seul régulateur suffit pour faire fonctionner correctement l'installation de chauf- fage en déDit du débit variable de la pompe de circula- tion. Etant donné que la température moyenne des radia- teurs est difficile à mesurer et que la température mo- yenne du circuit de chauffage Tm correspond sensiblement à cette température moyenne des radiateurs, il suffit d'utiliser au lieu de celleci la moyenne arithmétique de la température de circuit aller et de la température de circuit retour du chauffage (THV + THR)/2 comme valeur effective pour le régulateur. Le détecteur de température de circuit aller 13 mesure la température aller THV et le détecteur de température de circuit retour 14 mesure la température de retour THR. Les deux détecteurs de température 15 et 14 contiennent chacun deux résisteaces ^.T.;P. identiques branchées en narelJèle. Au lieu de résistances C.T.P., on -eut bien entendu également utiliser d'autres compo- sants sensibles à la température et, entre autres, des résistances C.T.N. (à coefficient de température négatif), ou encore des thermocouples. Pour cette raison, et du fait eue les deux détecteurs de température 13 et 14 sont montés électriquement en série, il aDparait à la sortie de ce montage en série la valeur mesurée Tm = (THV + THR)/2, qui est convertie Dar le second con- vertisseur temp4rature/tension 15 en une tension IW pro- portionnelle à la valeur mesurée et qui sert de valeur effective à l'amplificateur régulateur 9. La moyenne arithmétique (THV + TT{R)/2 peut, bi-en entendu, être éga- lement établie par un autre réseau quelconque de compo- sants sensibles à la température et, par exemple, par un montage en parallèle des deux détecteurs de température. La température extérieure à l'immeuble mesurée au moyen du détecteur de température extérieure 10 est traitée de la manière usuelle et connue Dar le premier conver- tisseur température/tension 11 (génération d'une tension proportionnelle à la température extérieure) et Dar le sélecteur de courbe de chauffage 12 (pour tenir compte de la caractéristique de régulation) et, enfin, appliquée en tant nue valeur de consigne SW à l'amplificateur ré- gulateur 9. L'amplificateur régulateur 9 vérifie si la température moyenne du circuit de chauffage Tm = (THV + THR)/2 mesurée par les détecteurs de tempé- rature 13 et 14 et la température extérieure à l'immeu- ble TA mesurée Dar le détecteur de température extérieure correspondent à la courbe de chauffage affichée sur le sélecteur de courbe de chauffage 12. En cas d'écart, l'amplificateur régulateur 9 ajuste, au moyen du moteur de réglage 8, le mitigeur 4 de telle manière qu'une quan- tité suffisante d'eau relativement froide provenant de la conduite d'eau de retour 6 se mélange avec l'eau chaude contenue dans la conduite d'eau aller 3, et cela jusqu'à ce,u' on obtienne une température moyenne du circuit de chauffage Tm adaptée à la température exté- rieure à l'immeuble. Dans l'hypothèse o l'on utilise une pompe de circulation 5 à deux étages et une commutation de la vi- tesse de rotation de la ou des pompes commandée au mo- yen de la température extérieure à l'immeuble TA, l'un des amplificateurs de commutation 16, 17 assure la sé- lection, simultanément au Drocessus de régulation, de la vitesse de rotation n1 ou n2 de la pomDe de circula- tion 5 correspondant à la gamme de température extérieure concernée et met en service, à l'aide du relais auxi- liaire approorié 18 ou 19, la pompe de circulation 5 avec la vitesse de rotation la plus favorable. Dans le cas o l'on utilise une pompe de cir- culation 5 à vitesse de rotation variable dans une gamme continue, cette vitesse de rotation est soumise à une régulation continue en fonction d'une valeur de consigne SW tirée de la température extérieure à l'im- meuble TAo R9iEND3ICATIONS 1 - Installation de chauffage comprenant notam- ment un mitigeur, un moteur de réglage, un amplifica- teur régulateur, un détecteur de température extérieure, un sélecteur de courbe de chauffage et une pompe de cir- culation ou un groure de Dompes de circulation, ladite installation de chauffage étant caractérisée en ce que la valeur effective du régulateur est une température movenne instantanée du circuit de chauffage (Tm) en ce que la vitesse de rotation de la pompe de circulation (5), ou le débit du grouDe de pompes de circulation, sont variables,.et en ce que cette vitesse de rotation ou ce débit sont fonction d'au moins l'un d'un certain nombre de paramètres comprenant une température (TA ou THV ou Tm), Une différence de température (THv - THR), une hauteur de refoulement de pompe(s) (h) et un temps (t). 2 - Installation de chauffage suivant la re- vendication 1, caractérisée en ce que la température moyenne instantanée du circuit de chauffage (Tm) est représentée Dar la moyenne arithmétique d'une température de circuit aller du chauffage (THv) et d'une température de circuit retour du chauffage (THR)' 3 - Installation de chauffage suivant-la re- vendication 2, caractérisée en ce que la moyenne.arithmé- tique de la température de circuit aller du chauffage (THV) et de la température de circuit retour du chauf- fage (THR) est établie au moyen d'un montage électrique en série ou en parallèle d'un détecteur de température de circuit aller (13) et d'un détecteur de température de circuit retour (14) constitués chacun par deux résis- tances sensibles à la température identiques et montées en Darallèle. 4 - Installation de chauffage suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pompe de circulation (5) est à plusieurs étages. - Installation de chauffage suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pompe de circulation (5) tourne à une vitesse de rotation variable dans une gamme continue et en ce que cette vi- tesse de rotation est soumise à une régulation continue en fonction d'une valeur de consigne (SW).