Brevet FR2503863A1 — publié le 19821015

La présente invention concerne un équipement de mesure des quantités de chaleur pour détermination de la quote-part des divers corps de chauffe qu'une centrale commune alimente en caloporteur et dont chacun comporte au moins un point de mesure pour détermination du débit de caloporteur et des points de mesure pour détermination de la différence de température entre une canalisation d'aller et une canalisation de retour, avec un calculateur central pour le calcul continu de la quantité de chaleur de chaque corps de chauffe. Un tel équipement est décrit dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le no 27 22 485, mais exige un appareillage relativement important et présente une trop faible sécurité contre les fraudes possibles. L'expérience montre en outre que de tels équipements présentent souvent aussi une stabilité à long terme insuffisante, car les débitmètres mécaniques s'encrassent relativement vite. L'invention a pour objet un équipement qui comprend un appareillage réduit, présente une plus grande stabilité a long terme sans entretien et décèle instantanément les manoeuvres frauduleuses. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, au moins un point de mesure commun à tous les corps de cauffe détermine la tem pérature d'aller, tandis que les points de mesure insérés dans les canalisations de retour de chaque corps de chauffe déterminent la température de retour et les débits individuels; chaque point de mesure fait partie d'une tête de mesure compacte et plombable, reliée au calculateur; une pompe de circulation commandée par le calculteur est prévue pour le caloporteur; et le calculateur comprend un dispositif d'équilibrage qui, lors d'un arrêt périodique de la pompe de circulation et le caloporteur etant au repos, vérifie individuellement le comportement des points de mesure du débit et fixe de nouveaux facteurs de correction pour chacun des points de mesure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel la figure 1 représente le schéma d'une installation de chauffage; la figure 2 représente le schéma d'une tête de mesure; et les figures 3 à 5 représentent chacune un montage possible du système de mesure du débit. Sur la figure 1, une chaudiere 1 constitue la source de chaleur pour plusieurs corps de chauffe 2, 3, 4. La chaudière 1 peut être remplacée par une source de chaleur quelconque, telle qu'une centrale de chauffe ou un poste de transfert du chauffage urbain. Une canalisation d'alimentation 5 et une canalisation de retour 6 sont reliées par la dérivation 7 d'une vanne mélangeuse à trois voies 8 insérée dans la canalisation de retour 6. Le prolongement de la canalisation d'alimentation au-delà du point de mélange avec la dérivation 7 constitue une canalisation d'aller commune aux corps de chauffe, dont la canalisation de retour 10 commune est raccordée à la vanne mélangeuse à trois voies 8. Cette dernière détermine la proportion du caloporteur circulant dans les corps de chauffe 2, 3, 4, c'est-à-dire généralement de l'eau circulant dans la chaudière 1.La vanne mélangeuse à trois voies 8 peut être commandée d'une façon quelconque, en fonction de la température extérieure par exemple, et constitue alors une prérégulation commune à tous les corps de chauffe. Les canalisations d'aller 9 et de retour 10 sont dans l'exemple représenté des colonnes montantes verticales, auxquelles sont raccordes les divers corps de chauffe 2 à 4, représentés par des circuits horizontaux. Un radiateur 11, 12, 13 de chaque corps de chauffe représente schématiquement un système de chauffe complet, tel qu'un étage. La canalisation de retour 10 commune comprend, en amont de la vanne mélangeuse à trois voies 8, une pompe de circulation 14 et une vanne 15 dont le rôle sera décrit ci-après. La canalisation d'aller 9 commune comprend en outre un point de mesure 16 commun à tous les corps de chauffe 2, 3, 4 pour détermination de la température d'aller. Deux points de mesure ou plus peuvent être prévus dans le cas d'un vaste réseau de distribution. Un second point de mesure 16a est représenté en tireté sur la figure 1. La température d'aller précise de chaque corps de chauffe 2, 3, 4 est avantageusement déterminée dans ce cas par interpolation linéaire des valeurs mesurées aux points 16, 16a. Un circuit de retour 17, 18, 19 de chaque corps de chauffe 2, 3, 4 comprend en outre un point de mesure 20, 21, 22 qui détermine simultanément la température de retour et le débit. Un calculateur central 23 est prévu pour le dépuillement de toutes les valeurs mesurées, puis le calcul des quantités de chaleur par corps de chauffe 2, 3, 4. Chaque point de mesure 16, 16a, 20, 21, 22 fait partie d'une tête de mesure compacte 25 (figure 2). Chaque tête de mesure 25 comprend un capteur 26, un circuit électronique 27 et une interface 28, un bus de donnée 29 bifilaire (figure 1) reliant l'interface 28 et par suite l'ensemble de la tête de mesure au calculateur 23. La tête de mesure 25 comprend deux bornes 30 que deux lignes 32 relient au bus de donnee 29, representé par une ligne en points et tirets sur la figure 1.La liaison du bus de donnée peut toutefois petre réalisée aussi sous forme d'une ligne circulaire, de façon que le bus de donnée 29 relié aux bornes 30 assure d'une part la connexion avec le calculateur 23 et d'autre part la connexion avec la tête de mesure 25 suivante. L'interface 28 de chaque tête de mesure 25 est constituée par une alimentation 32 et un transmetteur 33 qui permet d'assurer l'alimentation du circuit électronique 27 et la transmission de données par les mêmes lignes du bus de donnée 29. La transmission de données peut par exemple s'effectuer comme suit : le circuit électronique 27 de chaque tête de mesure 25 delivre périodiquement, toutes les 5 secondes par exemple, ses valeurs mesurées que l'interface 28 transmet au calculateur 23 dès que le bus de donnée 29 n'est pas occupé par une autre transmission. Avec le montage décrit, le calculateur 23 décèle instantanément des interventions étrangères, sur les lignes 31 par exemple. Un courtcircuit des lignes indique la défaillance de l'ensemble de l'installation de surveillance, tandis qu'une interruption de la ligne d'alimentation interdit l'arrivée de valeurs provenant de ce point de mesure. Le calculateur 23 produit dans les deux cas une indication sous une forme ou une autre. Une détection fiable des tentatives de fraude est ainsi assurée. Les points de mesure 20, 21, 22, dont chacun est disposé dans le capteur 26 de la tête de mesure 25 correspondante, sont constitués dans l'exemple de la figure 3 par une veine de mesure 34, parcourue par une partie au moins du caloporteur et dans laquelle sont disposées deux résistances 35, 36 successives et électriquement en série (figure 2), dont les valeurs sont égales dans des conditions thermiques égales. Les deux résistances 35, 36 sont parcourues par le même courant électrique, qui produit un échauffement différent selon l'intensité de l'écoulement d'eau. La différence de résistance résultant d'un courant électrique de mesure relativement intense est par suite une mesure de la vitesse d'écoulement qui, la section offerte de la vanne de mesure 34 étant connue, permet au calculateur 23 de déterminer le débit. Les résistances 35, 36 comportent trois bornes 37, 38, 39 qui sont reliées au circuit électronique 27 (figure 2) pour l'établissement des circuits nécessaires. Les résistances 35, 36 sont bien couplées thermiquement au caloporteur. Elles servent par suite simultanément à déterminer la température de l'eau dans les circuits de retour 17, 18, 19. Pour ce faire, le circuit électronique 27 coupe brièvement la tension aux bornes des résistances 35, 36 afin de déterminer leurs valeurs, avec un courant électrique de mesure très faible par rapport a celui servant à la mesure du débit, puis de les transmettre par l'interface 28 au calculateur 23, qui peut ainsi calculer la température de l'eau. Les temps d'équilibrage thermique peuvent être faibles, car la constante de temps des résistances 35, 36 est de l'ordre d'une seconde. Les résultats de mesure pour la détermination de la vitesse d'écoulement dépendent, dans le montage décrit, de dépôts sur les résistances 35, 36 et de la pollution de l'eau. La précision réalisable avec un tel dispositif de mesure est limitée, notamment parce que les dépôts varient dans le temps. Pour y remédier, le calculateur 23 comprend un dispositif d'équilibrage qui, la pompe de circulation 14 étant arrêtée périodiquement, une fois par 24 heures par exemple, et l'eau étant ainsi au repos, vérifie individuellement le comportement des points de mesure 20, 21, 22, c'est-à-dire teste leur comportement thermique modifié par des dépôts, puis fixe de nouveaux facteurs de correction, spécifiques de chaque point de mesure 20, 21, 22, pour le calcul des débits.Ces opérations sont rendues possibles par le fait que le calculateur compare la variation des valeurs de résistance par rapport à leur état neuf, de préférence avec le même courant électrique de mesure que pour la mesure de la vitesse d'écoulement, puis détermine ainsi les nouveaux facteurs de correction applicables à chaque point de mesure. Les variations peuvent être déterminées aussi bien dynamiquement, par comparaison de l'évolution des fonctions de transfert, qu'à l'aide de valeurs statiques. Le calculateur 23 commande pour ce faire la pompe de circulation 14 et l'arrête pendant la durée des mesures de correction. Afin d'interdire aussi toute circulation par gravité, il peut être utile de fermer la vanne 15 au moment de l'arrêt de la pompe de circulation 14. Pour augmenter encore la précision de mesure, en particulier dans de grandes installations, il est utile de prévoir un compteur de chaleur 40 supplémentaire (figure 1), qui présente une précision de mesure superieure à celle obtenue pour les divers corps de chauffe 2, 3, 4. Il peut s'agir par exemple d'un compteur de chaleur effectuant une mesure par ultrasons et influencé par les canalisations d'aller 9 et de retour 10 communes. Le compteur de chaleur 40 est également relié au calculateur 23 par une interface appropriée et le bus de donnée 29.Avant la vérification périodique des facteurs de correction des divers points de mesure 20, 21, 22, le calculateur 23 compare la somme des quantités d'eau et de chaleur déterminées pour les divers corps de chauffe 2, 3, 4 aux valeurs indiquées par le compteur de chaleur 40 commun, puis utilise les différences des résultats de mesure pour former les nouveaux facteurs de correction spécifiques des points de mesure, en vue de réduire ces différences. Il est ainsi possible d'accroître la précision réalisable pour la répartition des coûts de chauffage et de la maintenir pendant une période prolongée, sans devoir incorporer un compteur de chaleur coûteux dans chaque ciruit de chauffage. La détermination de la vitesse d'écoulement et par suite du débit d'eau peut s'effectuer d'une autre façon quelconque dans les points de mesure 20, 21, 22. La figure 4 illustre un autre exemple. Un diaphragme 41 est incorpore dans la veine de mesure 34. Un tube de dérivation 42 relie les volumes amont et aval du diaphragme 41. La serte de charge produite par le diaphragme 41 fait toujours circuler dans le tube de dérivation 42 une partie de l'eau s'écoulant dans le sens de la flèche 43. Les résistances 35, 36 sont montées de façon a n'être influencées que par le débit dans le tube de dérivation 42. Elles peuvent être constituées pour ce faire par un fil bobiné directement sur le tube de dérivation 42 ou une masse résistante déposée sur ce dernier. Le tube de dérivation 42 est avantageusement logé dans un corps isolant 44. Les lois mathématiques applicables au calcul des débits dans ce montage sont différentes de celles applicables dans l'exemple de la figure 3, mais le dépouissement s'effectue de la façon décrite pour ce dernier. L'avantage du montage selon figure 4 est purement constructif, les résistances 35, 36 se montant plus facilement sur le tube de dérivation 42 que dans le dispositif selon figure 3. Les variations dans le temps résultent davantage dans ce cas de dépôts dans le tube de dérivation 42 et de la variation résultante du rapport des débits dans la vanne de mesure 34 et le tube de dérivation 42. Au lieu d'utiliser le tube de dérivation 42 et les résistances 35, 36, il est possible de déterminer le débit à l'aide de sondes de pression montées en amont et en aval du diaphragme 41. Dans ce cas, chaque point de mesure 20, 21, 22 est constitué selon figure 5 par une veine de mesure 34 parcourue par le caloporteur et dans laquelle sont montés le diaphragme 41, un manomètre différentiel 45, qui mesure la perte de charge produite par le diaphragme 41, et une sonde de température 46. La figure 5 représente une telle veine de mesure 34, qui comporte aussi trois bornes de raccordement 37, 38 et 39; les bornes 37 et 39 sont reliées chacune à une ligne d'alimentation du manomètre différentiel 45 ou de la sonde de température 46, tandis que la borne 38 est reliée a la ligne de retour commune. La stabilité à long terme requise est garantie de la même façon que dans le cas des résistances 35 et 36, l'équilibrage du manomètre différentiel étant particulièrement simple, car la perte de charge s'annule quand l'eau nt circule pas et un équilibrage au zero est ainsi possible. Les points de mesure 20, 21, 22 décrits et les têtes de mesure 25 nécessaires a la transmission des valeurs mesurées au bus de donnée 29 représentent un appareillage plus réduit que l'emploi d'un compteur de chaleur pour chaque corps de chauffe, notamment quand de nombreux corps de chauffe sont raccordés. La comparaison périodique de toutes les valeurs mesurées lors de la formation des valeurs de correction assure en outre une surveillance constante des défauts. Des écarts soudains d'un point de mesure peuvent toujours être indiqués instantanément. Le calculateur central 23 est avantageusement constitué par un microprocesseur, qui indique sur un totalisateur ou délivre à une imprimante la quantité de chaleur consommée par corps de chauffe. Le même calculateur permet de déterminer les quantités de combustible consommées et d'effectuer un calcul de rentabilité. L'équipement décrit pour les corps de chauffe peut être étendu à la consommation d'eau chaude sanitaire. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exeples-non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Equipement de mesure des quantités de chaleur pour détermination de la quote-part des divers corps de chauffe qu'une centrale commune alimente en caloporteur et dont chacun comporte au moins un point de mesure pour détermination du débit de caloporteur et des points de mesure pour détermination de la différence de température entre une canalisation d'aller et une canalisation de retour, avec un calculateur central pour le calcul continu de la quantité de chaleur de chaque corps de chauffe, ledit équipement étant caractérisé en ce qu'au moins un point de mesure (16, 16a) commun à tous les corps de chauffe (2, 3, 4) détermine la température d'aller, tandis que les points de mesure (20, 21, 22) insérés dans les circuits de retour (17, 18, 19) de chaque corps de chauffe (2, 3, 4) déterminent la température de retour et les débits individuels; chaque point de mesure (16, 20, 21, 22) fait partie d'une tête de mesure (25) compacte et plombable, reliée au calculateur (23); une pompe de circulation (14) commandée par le calculateur (23) est prévue pour le caloporteur; et le calculateur (23) comprend un dispositif d'équilibrage qui, lors d'un arrêt périodique de la pompe de circulation (14) et le caloporteur étant au repos, vérifie individuellement le comportement des points (16, 20, 21, 22) de mesure du débit et fixe de nouveaux facteurs de correction pour chacun des points de mesure (20, 21, 22). 2. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce que la tête de mesure (25) est constituée par un capteur (26), un circuit électronique (27) et une interface (28), un bus de donnée (29) reliant au calculateur l'interface (28) et par suite l'ensemble de la tête de mesure (25), et assurant ainsi l'alimentation du circuit électronique (27) et la transmission de données. 3. Equipement selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque point de mesure (20, 21, 22) pour détermination du débit est constitué par une veine de mesure (34) parcourue par une partie au moins du caloporteur et dans laquelle sont disposées deux résistances (35, 36) fonction de la température, successives et électriquement en série, et dont les valeurs pour un faible courant électrique de mesure servent à la détermination de la température du caloporteur dans le circuit de retour (17, 18n 19), tandis que leur différence pour un courant électrique de mesure plus intense est une mesure de la vitesse d'écoulement du caloporteur; et la détermination périodique des facteurs de correction spécifiques des points de mesure s'effectue sur les résistances (35, 36), également pour un courant de mesure plus intense. 4. Equipement selon revendication 3, caractérisé en ce qu'un diaphragme (41) est incorporé dans la veine de mesure (34); un tube de dérivation (42) relie les volumes en amont et en aval du diaphragme (41); et les résistances (35, 36) sont influencées par le débit dans le tube de dérivation (42). 5. Equipement selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque point de mesure (20, 21, 22) pour détermination du débit est constitué par une veine de mesure (34) parcourue par le caloporteur et dans laquelle sont montés un diaphragme (41), un manomètre différentiel (45) mesurant la perte de charge produite par le diaphragme (41), et une sonde de température (46). 6. Equipement selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que plus d'un point de mesure (16, 16a) est prévu pour la détermination de la température d'aller; et le calcul de la température d'aller s'effectue pour chaque corps de chauffe (2, 3, 4) par interpolation linéaire des valeurs fournies par les divers points de mesure (16, 16a). 7. Equipement selon une quelconque des revendications 1 à 6, carac térisé en ce qu'un compteur de chaleur (40) est en outre prévu et influencé par les canalisations d'aller (9) et de retour (10) com- munes à tous les circuits de chauffe; et le calculateur (23) compare la somme des quantités d'eau et de chaleur déterminées pour les divers corps de chauffe (2, 3, 4) aux valeurs fournies par le compteur de chaleur (40) commun, puis tient compte des différences des resultats de mesure pour former les facteurs de correction specifiques des points de mesure, afin de réduire ces différences. 8. Equipement selon revendication 7, caractérisé en ce que la précision du compteur de chaleur (40) supplémentaire est supérieure à celle obtenue pour les divers corps de chauffe (2, 3, 4).