Brevet FR2528549A1 — publié le 19831216

"procédé et dispositif destinés.au stockage d'énergie thermique". La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commende destinés au stockage d'énergie thermique telle que de a chaleur ou du froid dans des doyens d'accumulation en vue de sa res- titutxon, 3 l'aide de moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'accumulation. tes installations de chauffage comprennent fréquemment des moyens d'accumulation d'énergie thermique utilisant notamment comme source d'énergie l'éiectricité du réseau. En général, il est particulierevent avantageux de faire fonctionner les moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'accumulation de manière intermittente ou périodique et en particulier la nuit. Pour limiter la quantité d'énergie thermique accumulée pendant chaque période ou cycle de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique, en vue de limiter les frais de chauffage, les systèmes actuels prennent en compte la température extérieure au début de la période d'accumulation et font varier la durée de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'accumulation en fonction de cette température. Cependant, cette température mesurée qui est en général une température nocturne ne reflète que très partiellement, voire même pas du tout, les événements météorologiques qui se sont produits antérieurement. il en résulte que la quantité d'énergie thermique accumulée est peu adaptée aux conditions météorologiques du moment. La présente invention a pour but de remédier notamment a cet inconvénient et propose tout d'abord un procédé permettant d'optimiser, de manière beaucoup plus précise, l'énergie thermique a accumuler. Le procédé destiné au stockage d'énergie thermique dans des moyens d'accumulation d'énergie thermique telle que de la chaleur ou du froid en vue de sa restitution, dans lequel les moyens fournissant énergie thermique aux moyens d'accumulation fonctionnent de manière intermittente ou périodique, est en effet tel qu'il consiste a calculer a moyenne de la température extérieure sur une période de temps déterminée précédant chaque période d'accumulation et a faire fonctionner les moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'accumulation, pendant cette période d'accumulation, jusqu'à ce que la température des moyens d'accumulation, respectivement la quantité d'énergie thermique qu'ils renfer-ment, soit portée à une valeur prédeterminée dépendant de la valeur moyenne de la température extérieure calculée ou pendant une durée prédeterminée dépendant de cette yaleur vredeterminee. pe manière particulièrement avantageuse, le procédé selon la présente inyention permet, si par exemple la moyenne de la température est calculée sur une période de temps de 24 heures, de prendre en compte notamment l'ampiitûde de 'variation des températures diurnes et nocturnes qui dépendent des conditions météorologiques et en particulier de la nébulosité et les apports thermiques dus à l'ensoleillement qui sont grandement -variables, étant note en outre que la moyenne de la température extérieure calculée sur deux j journées journées~consécutivesrne varient beaucoup qu'exceptionnellement et accidentellement. Dans une variante, le procédé selon la présente invention peut consister à faire fonctionner les moyens fournissant l'éner- gie thermique aux moyens d'aecumulation pendant une durée dépendant de la, différence entre ladite valeur prédeterminée et la température des moyens d'accumulation, respectivement de la quantité d'énergie thermique qu'ils renferment, avant la période d'accumulation et de cette température, respectivement de cette quantité d'énergie thermique. Dans une autre variante, le procédé selon la présente invention peut consister à décaler le début de la période d'accumulation de telle sorte que la fin de ladite durée prédeterminée de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'ac accumulation ait lieu à un moment préfixé. De cette manière, pour un grand nombre d'installations de chauffage fonctionnant conformément au procédé selon la présente invention, la répartition des instants de mise en fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique est étalée dans le temps. Cet avantage est particulièrement intéressant notamment lorsque la source d'énergie est constituée par le réseau électrique. Notamment pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, la présente invention concerne également un dispositif de commande, en vue du stockage d'énergie thermique telle que de la chaleur ou du froid dans des moyens d'accumulation d'énergie athermique, des moyens fournissant lténergie thermique à ces moyens d'accumulation, permettant de faire fonctionner les moyens fournissant l'énergie thermique de mani re,intérmittente-ou périodique.Selon la présente invention, ce dispositif de commande comprend des moyens pour mesurer la température exterieure, des moyens pour calculer la moyenne de la température extérieure sur une période de temps déterminée, des moyens pour déterminer la tem pérature des moyens d'accumulation à atteindre en fonction de la moyenne de la température extérieure calculée, des moyens pour mesurer la tem pérature des moyens d'accumulation, des moyens pour calculer la diffé- rence entre la. température axes moyens d'accumulation à atteindre et leur tewpératuKe mesurée, des moyens pour déterminer une durée de foncttonnement des moyens fournissant l'énergie thermique en fonction te cette différence en yue d'atteindre ladite température et des moyens pour faire fonctionner les moyens fournissant l'énergie thermique pendant cette durée déterminée. Le dispositif de commande selon la présente invention peut avantageusement comprendre des moyens de mémorisation de la carac téristique de chauffe des soyens d'accumulation en vue de la détermination de la température des moyens d'accumulation à atteindre, des moyens pouvant en outre être prévus pour modifier cette caractéristique de chauffe enregistrée. Le dispositif de commande selon la présente invention peut également comprendre des moyens de memorisation de la vitesse de variation de la température des moyens d'accumulation sous l'effet des moyens fournissant l'énergie thermique en vue de la détermination de ladite durée de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique, des moyens pouvant en outre être prévus pour modifier la vitesse de variation de la température des moyens d'accumulation enregistrée. Le dispositif de commande selon la présente invention peut également comprendre des moyens pour décaler le début de la période de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique, des moyens pouvant être prévus pour déterminer le décalage en fonction d'un moment préfixé d'arrêt du fonctionnement des moyens fournissant énergie thermique et de ladite durée déterminée de fonctionnement de ces moyens. Le dispositif de commande selon la présente invention peut également comprendre des moyens pour stopper le fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique dès que la température des moy ena d'accumulation atteint ladite température déterminée. La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'une installation de chauffage par accumulation comprenant des moyens d'accumulation et des moyens de commande des moyens fournissant l'éner- gie thermique à ces moyens d'accumuiationdécrite à titre d'exemple non limitatif et illustrée schématiquement sur le dessin sur lequel - la figure I représente cette installation de chauffage ; - la figure 2 représente une courbe de températures extérieures relevées sur cinq jours consécutifs ;; - la figure 3 représente, -sr ces cinq jours et sous. la forme de créneaux les périodes de fonctionnement des moyens fournissnt l'énergie thermique - et la figure 4 représente la courbe de variation de la tempéra.ture des moyens d'accumulation sur ces cinq jours. En se reportant à la figure 1, on voit que l'instal- lation de chauffage par accumulation représentée repérée d'une manière générale par la référence 1 comprend un accumulateur de chaleur repéré d'une manière générale par la référence 2, des moyens de chauffage capable de fournir de la chaleur à l'accumulateur 2 repéré d'une manière générale par la référence 3 ainsi qu'un dispositif de commande des moyens fournissant la chaleur 3 repéré d'une manière générale par la réf é- rence 4. Dans l'exemple représenté, l'accumulateur 2 est formé par un ballon 5 rempli d'eau susceptible de circuler à 11 extérieur de ce ballon par exemple dans des radiateurs non représentés. Tout autre moyen d'accumulation aurait pu être prévu. Les moyens 3 capables de réchauffer l'eau contenue dans le ballon 5 sont formés, dans l'exemple, par une résistance chauffante 6 plongée dans le ballon 5, cette résistance chauffante 6 étant reliée au réseau électrique 7 par l'intermédiaire d'une interface de puissance 8 comprenant par exemple un relai. Le dispositif de commande 4 comprend une sonde ou capteur de température extérieure 9 reliée à un moyenneur 10 par l'intermédiaire d'un amplificateur 11, ce moyenneur 10 étant capable de calculer la moyenne de la température extérieure sur une période de temps déterminée à partir des températures extérieures que lui fournit la sonde 9. En outre, ce moyenneur 10 est capable de prendre en compte, en ponderant les températures extérieures qu'il reçoit ou la moyenne qu'il calcule, d'autres paramètres physiques qui lui sont fournis par exemple par une ou plusieurs sondes auxiliaires 12, ces paramètres physiques étant par exemple le vent ou l'ensoleillement. Le dispositif de commande 4 comprend également un calculateur 13 qui reçoit du moyenneur 10 une information correspondant à la moyenne de la température extérieure calculée et qui est capable de fournir à sa sortie une information correspondant à une température de l'accumulateur 2 à atteindre en fin de période d'accumulation en interrogeant un ensemble de mémoire 14 renfermant une courbe de chauffe dépendant des paramètres thermiques du local à chauffer tel que par exemple son coefficient de déperdition et s-capacite calorifique et du système de chauffe utilisé et associé.au ballon 5, ces parcmètres pouvant être wodiXxes grâce à un circuit 15 en vue d'adapter la courbe de chauffe enregistree u local considéré. Cette courbe de chauffe représente la tePrpérature de l'accumulateur à atteindre en fonction de la température moyenne extérieure et est en générale une fonction sensiblement linéaire et décrqis5ante. L'information sortant du calculateur 13 et correspondant à la température de l'accumulateur 2 à atteindre est transmise à un soustracteur 16 qui reçoit en outre une information correspondant à la température de l'accumulateur 2 qui lui est fournie par une sonde ou capteur 17 au travers d'un amplificateur 18. Ce soustracteur 16 est capable de fournir à sa sortie une information correspondant à la différence entre la température de l'accumulateur à atteindre et la température de ce dernier mesurée par la sonde 17. L'information sortant du soustracteur 16 et l'infor ration correspondant à la température de l'accumulateur 2 fournie par la sonde 17 sont transmises à un multiplicateur 19. Ce multiplicateur 19 est capable dé fournir à sa sortie une information correspondant à une durée qu'il détermine à l'aide d'une courbe enregistrée dans l'en- semble de mémoire 20 et représentant la vitesse de chauffe de l'accumulateur 2 en fonction de sa température, cette vitesse de chauffe dépendant de paramètres tels que la puissance de chauffe, la rapidité énergétique des moyens de chauffage 3 et en particulier de la résistance 6 et de la capacité d'accumulation de l'accumulateur 2.Ces paramètres peuvent être modifiés grâce à un circuit 21 en vue d'adapter la courbe de vitesse de chauffe à l'accumulateur et aux moyens de chauffage considérés. L'information provenant du multiplicateur 19 et correspondant à une durée est transmise à un soustracteur de temps 22. Ce soustracteur de temps 22 reçoit également, en provenance d'un circuit 23, une première information correspondant au début de chacune des périodes de temps au cours desquelles on désire faire fonctionner les moyens de chauffage 3 et une deuxième information correspondant à la fin -de chacune de ces périodes.Le soustracteur 22 est capable de faire fonctionner les moyens de chauffage 3, en agissant sur l'interface de puissance 8, en décalant la mise en route de ces moyens de chauffage 3 par rapport au moment où il reçoit du circuit 23 la prémière information d'une durée correspondant à la différence entre la longueur de la pério de de temps séparant la première-et lss deuxième informations et l'in formation qutil reçoit du multiplicateur 19 correspondant à la durée calculée. Le soustracteur 22 est également capable de stopper le fonc tionnement des moyens de chauffage 3 dès qutil reçoit du circuit 23 la deuxième information.Entre le soustracteur 22 et l'interface de puissan ce 8, on a prévu une porte ET 24 qui reçoit également une information provenant d'un comparateur 25 en vue d'arrêter les moyens de chauffage 3 dès qu'il y a coincidence entre les informations que ce comparateur 25 reçoit de la sonde 17 et du calculateur 13, c'est à dire dès qu'il y à coincidence entre la température de l'accumulateur 2 atteinte et la température à atteindre déterminée par le calculateur 13. En se reportant aux figures 2 à 3, on va maintenant décri re un exemple de fonctionnement de 11 installation de chauffage 1 repré senté sur la figure 1 en vue de comprendre son intérêt. Tout d'abord, on considère qu'on va calculer la moyenne de la température extérieure sur 24 heures, tous les jours, à partir de 21 heures, et qu'on souhaite faire fonctionner les moyens de chauf fage à l'intérieur d'une période de temps démarrant à 21 heures et-se terminant obligatoirement à 7 heures, les périodes de temps successives étant fournies par le circuit 23. Sur la figure 2 est représentée une courbe de la tempéra- ture extérieure mesurée sur 5 jours consécutifs. Au cours de chaque journée de 24 heures, à partir de 21 heures, le moyenneur enregistre la température extérieure. A 21 heures, il calcule la moyenne de la température extérieure pour la fournir au calculateur ]3. Dans exemple représenté sur la figure 2, on voit que successivement sur les trois premiers jours la moyenne de la températu- re extérieure diminue légéreinent et progressivement tandis que le qua trième jour elle est sensiblement plus haute et le cinquième jour sensi blement plus basse, les moyennes ayant été reprdsentes, pour chaque journée, en traits continus forts. Chaque jour, à 21 heures, le calculateur 13 détermine à l'aide de la courbe de chauffe contenue dnas d'ensemble de mémoire 14 la température que doit atteindre l'accumulateur 2 à 7 heures le jour 5 suivant, le soustracteur 16-mesure la température de l'accumulateur 2 grâce à la sonde 17 et calcule la différence entre la température à atteindre fournie par le calculateur 13 et la température de l'accumu lateur, le multiplicateur calcule la durée de fonctionnement des moyens de chauffage nécessaire pour échauffer l'accumulateur -2 jusqu'à la température qu'il doit atteindre à 7 heures et le soustracteur de temps 22 calcule le décalage par rapport à 21 heures pour qu'à 7 heures la durée de fonctionnement des moyens de chauffage soit écou lée, à ce décalage correspondant un moment de mise en route des moyens de chauffage 3 plus ou moins éloigné de 21 heures. Au bout du décalage déterminé par rapport à 21 heures, le multiplicateur met en route les moyens de chauffage 3 en agissant sur l'interface de puissance 8 au travers de la porte ET 24 qui est passante puisque la température de l'accumulateur 2 est inférieure à la température qu'il doit atteindre. - A 7 heures, quand il reçoit la deuxième information du circuit 23, le multiplicateur stoppe les moyens de chauffage 3 impérativement. Si la température de l'accumulateur 2 arrive à la tem pératureaqutil doit atteindre avant 7 heures, le comparateur 25 bloque la porte ET et les moyens de chauffage 3 sont alors stoppés plus tôt. En se reportant à la figure 3, on voit que les durées de fonctionnement des moyens de chauffage 3 dans les trois périodes al-t lant de 21 heures à 7 heures, consécutives aux trois premières journées se terminant à 21 heures, sont en augmentation du fait que la moyenne de la température extérieure diminue,les décalages allant, en conséquence en décroissant. Par contre, comme la moyenne de la température extérieure de la quatrième journée est sensiblement plus élevée, la durée de fonctionnement des moyens de chauffage 3 dans là période de 21 heures à 7 heures suivante est sensiblement plus courte, le décalage de mise en route des moyens de chauffage par rapport à la fin de cette quatrième journée étant en conséquence sensiblement plus important. Le cinquième jour, la moyenne de la température extérieure étant beaucoup plus basse, le décalage de mise en route des moyens de chauffage 3 est nettement plus faible et en conséquence la durée de fonctionnement de ces moyens de chauffage 3 est nettement plus longue. En se reportant à la figure 4, on voit qu'en fin des périodes de fonctionnement des moyens de chauffage 3, consécutives res pectiyement aux trois premiers Jours, les températures qu'atteint l'accumulateur 2 Vont en croissant tandis qu'à la fin de la période de fonctionnement des moyens de chauffage 3 consécutive-:à la quatrième journée, la température de l'accumulateur 2 est nettement plus basse, la température de l'accumulateur diminuant entre toutes ces périodes du fait qu'il cède plus ou moins sa chaleur accumulée en fonction de la température extérieure. La présente invention ne se limite pas à l'exemple ci-dessus décrit. Bien des variantes de réalisation et d'utilisation, notamment dans des installations de chauffage plus complexes ou dans des installations de réfrigération ou de climatisation, sont possibles sans sortir du cadre de la présente invention. REyENDICATIONS 1. Procédé destiné au stockage d'énergie thermique dRns des moyens d'accumulation d'énergie thermique telle que de la chaleur ou du froid en sue de sa restitution, dans lequel les moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'accumulation fonctionnent de manière intermittente ou périodique, caractérisé par le fait qu'il consiste à calculer la moyenne de la température extérieure sur une période de temps déterminée précédant chaque période d'accumulation et a faire fonctionner les moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'ac cumulation, pendant cette période d'accumulation, jusqu'à ce que la température des moyens d'accumulation, respectivement la quantité d'énergie thermique qu'ils renferment soit portée à une valeur prédéterminée dépendant de la moyenne de la température extérieure calculée ou pendant une durée prédéterminée dépendant de cette valeur prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à faire fonctionner les moyens fournissant l'éner- gie thermique aux moyens d'accumulation pendant une durée dépendant de la différence entre ladite valeur prédéterminée et la température des moyens d'accumulation, respectivement la quantité d'énergie thermique qutil renferme, avant la période d'accumulation et de cette température, respectivement de cette quantité d'énergie thermique. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à décaler le début de la période d'accumulation de telle sorte que la fin de ladite durée prédéterminée de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique aux moyens d'accumulation ait lieu à un moment préfixé. 4. Dispositif de commande, en vue du stockage d'éner- gie thermique telle que de la chaleur ou du froid dans des moyens d'ac cumulation d'énergie thermique, des moyens fournissant l'énergie thermique à ces moyens d'accumulation de manière intermittente ou périodique, caractérisé par le fiait qutil comprend des moyens pour mesurer la température extérieure, des moyens pour calculer la moyenne de la température extérieure sur une période de temps déterminée, des moyens pour déterminer la température des accumulateurs à atteindre en fonction de la moyenne de la température extérieure calculée, des moyens pour mesurer la température des moyens d'accumulation, des moyens pour calculer la dif férence entre la température des moyens d'accumulation à atteindre et leur température mesurée, des moyens pour déterminer une durée de fonc tionnement des moyens fournissant l'énergie thermique en vue d'atteindre ladite température en fonction de cette différence et des moyens pour faire fonctiqaner les moyens fournissant l'energie thermique pendant cette durée déterminée. 5. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu';l comprend des moyens de mémorisation de la caractéristique de chauffe des moyens d'accumulation en vue de la détermination de la;-température des moyens d'accumulation a atteindre. 6. Dispositif de commande sélon la revendication 5,caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour modifier la caractéristique de chauffe des moyens d'accumulation enregistrée. 7. Dispositif de commande selon ltune quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de mémorisation de la vitesse de variation de la température des moyens d'accumulation sous l'effet des moyens fournissant l'énergie ther mi que en vue de la détermination de ladite durée de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique. 8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour modifier la vitesse de variation de la température des moyens dsaccumulation enregistrée. 9. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour décaler le début de la période de fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qutil comprend des moyens pour déterminer le décalage en fonction d'un moment préfixé d'arrêt du fonctionnement des moyens fournissant l'énergie thermique et de ladite durée predéterminée. 11. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour stopper le fonctionnement des moyens fournissant énergie thermique dès que la température des moyens d'accumulation atteint ladite température déterminée.