Brevet FR2542426A1 — publié le 19840914

Procédé de régulation d'une installation de chauffage central d'une enceinte La présente invention concerne un procédé de régulation du fonctionnement d'une installation de chauffage central d'une enceinte, par circulation dans des éléments d'échange de chaleur disposés dans différentes pièces de l'enceinte d'un fluide de chauffage préalablement réchauffé dans une chaudière et/ou un échangeur d'un cycle de pompe à chaleur, dans lequel a/ on mesure la température extérieure et la température de retour du fluide de chauffage, b/ on effectue le réchauffage du fluide lorsque la température extérieure est très basse à l'aide de la seule chaudière, c/ on effectue le réchauffage du fluide dans une zone intermédiaire de températures à l'aide de la chaudière et de la pompe à chaleur, d/ on effectue le réchauffage du fluide dans une zone de températures extérieures relativement douees à l'aide du seul cycle de pompe à chaleur, e/ on détermine à intervalles réguliers en fonction de la température extérieure et de la tempe rature de retour du fluide de chauffage un taux de charge de la chaudière et/ou de la pompe à chaleur, f/ on passe du mode de chauffage par la seule chaudière au mode de chauffage mixte, et réciproquement, lorsque la température extérieure dépasse une valeur déterminée. Dans les installations connues, on passe du fonctionnement de la chaudière seule au fonctionnement simultané de la chaudière et du cycle de pompe à chaleur, puis à celui de la pompe à chaleur seule, et inversement, lorsque la température extérieure franchit des seuils successifs. On risque toutefois de passer de l'un des modes de fonctionnement à un autre lorsque la température extérieure s'élève ou s'abaisse, pour une raison temporaire, ou bien de passer alternativement de l'un des modes de fonctionnement à un autre lorsque la température extérieure est voisine de l'un de ces seuils. Ceci peut entrainer un fonctionnement de la source de chaleur, notamment de la pompe à chaleur, dans de mauvaises conditions, et augmenter la consommation de combustible et/ou d'énergie par rapport à celle qui serait strictement nécessaire pour obtenir la température intérieure souhaitée. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que gX lors du passage du mode de chauffage par la seule chaudière au mode de chauffage mixte, et réciproquement, on fixe le taux de charge initial dans le nouveau mode de chauffage à une valeur mise en mémoire, h/ l'on passe du mode de chauffage mixte au mode de chauffage par la seule pompe à chaleur lorsque, d'une part le taux de charge calculé en mode de chauffage mixte est nul, et d'autre part la température de retour du fluide de chauffage a augmenté au-delà d'une valeur de seuil déterminée d'un intervalle minimal, et i/ l'on passe du mode de chauffage par la seule pompe à chaleur au mode de chauffage mixte lorsque, d'une part le taux de charge calculé en mode de chauffage par la seule pompe à chaleur est égal à 1, et d'autre part la température de retour du fluide de chauffage est descendue au-dessous de la même valeur de seuil d'un intervalle minimal. Il répond en outre de préférenee à au moins l'une des caractéristiques suivantes - On détermine le taux de charge pendant une période de fonctionnement donnée en fonction de la moyenne des taux de charge des deux périodes précédentes, de l'écart entre une température de consigne de retour du fluide de chauffage et une température moyenne de retour du fluide de chauffage observée pendant le court intervalle de temps le plus proche de la période précédente, et de l'écart entre les températures de retour du fluide de chauffage observées pendant les deux courts intervalles de temps les plus proches de la période précédente - Pour les taux de charge relativement faibles on se fixe une durée minimale de fonctionnement de la chaudière et/ou de la pompe à chaleur, et règle le taux de charge en faisant varier la durée de l'arrêt, et pour les taux de charge élevés on se fixe une durée minimale d'arrêt et règle le taux de charge en faisant varier la durée de fonctionnement. - A la mise en route du chauffage, on effectue un chauffage accéléré sans déterminer le taux de charge jusqu'à zen ce que la température de retour du fluide de chauffage atteigne une valeur inférieure d'un écart déterminé à la température de consigne. - On interrompt en tout état de cause le fonctionnement de la pompe à chaleur et augmente le taux de charge de la chaudière si la température du fluide du cycle de la pompe à chaleur à la sortie du compresseur dépasse une valeur maximale fixée. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence à la figure unique du dessin, une installation de chauffage central d'une habitation munie d'unerégulation selon l'invention. Dans la figure schématique, la chaudière 1 est munie d'un brûleur de combustible liquide ou gazeux et de tubes de circulation d'eau de chauffage (non représentés). L'eau réchauffée sortant de la chaudière par le conduit 2 est refoulée par le circulateur 3 vers des dérivations telles que , 4, 5, dans les pièces de l'habitation, munies de radiateurs tels que 6, 7. L'eau refroidie dans les radiateurs par échange de chaleur avec l'air des pièces revient par le conduit 8 à l'alimentation de la chaudière. Elle peut revenir directement à la chaudière par le conduit 9, muni de la vanne 10, alors ouverte, puis le conduitv11. Elle peut aussi passer en échange de chaleur avec le fluide frigorifique d'un cycle de pompe à chaleur.Elle passe alors par le conduit 12, la vanne 10 étant fermée et les vannes 14 et 15 ouvertes, dans la zone d'échange de chaleur, représentée schématiquement en 13, du cycle de pompe à chaleur. L'eau réchauffée dans la zone d'échange 13 revient alors par le conduit 11 à la chaudière. La chaudière 1 est en fonctionnement ou non, suivant les besoins de chauffage. Elle est munie d'un thermostat de température de sortie d'eau réglé à 800C, la dosage de son apport de chaleur s'effectuant par la durée des périodes du fonctionnement de son brûleur. La régulation de l'installation s'effectue à l'aide du microprocesseur-régulateur 16. Celui-ci est relié à la sonde de température extérieure 17 par la liaison 18, et à la sonde 19 de température de retour de l'eau refroidie dans les radiateurs par la liaison 20. Le microprocesseur-régulateur 16 contrôle les périodes de fonctionnement du brûleur de la chaudière par le câble 21, et celles de la pompe à chaleur par le câble 22. Il détermine cet effet pour des périodes successives de fonctionnement des taux de charge de la chaudière et/ou de la pompe à chaleur, définis comme le rapport de la durée de marche pendant une période à la durée totale de cette période, d'après des relations prédéterminées. Le microproprocesseur reçoit à tout instant de la sonde 17 la valeur instantanée T1 de la température extérieure. Il calcule la valeur moyenne de celle-ci sur une durée D1. Il reçoit par ailleurs de la sonde 19 la valeur instantanée T2 de la température de retour de l'eau de chauffage et calcule sa valeur moyenne TM2 sur la durée D1, ainsi que deux valeurs moyennes sur les durées les plus récentes s'étendant sur 1/16 de la durée d'un cycle. On détermine un taux de charge initial en fonction des puissances respectives de la pompe à chaleur et de la chaudiere, et pour un coefficient de déperdition thermique par unité de volume déterminé, par exemple de 600 Kw par degré d'écart thermique. Ce taux de charge est ensuite corrigé par un algorithme du type proportionnel-dérivée en fonction des écarts observés entre les températures intérieures de consigne et mesuree, de la forme : C c (n) + C (ne1) + k1 (Tc - T + 2 2 6 k2 (T7 T6) C étant le taux de charge que l'on veut réaliser lors de la période d'itération (n + 1) C(n) le taux de charge réalisé lors de la période d'itération n. C (n-l) le taux de charge réalisé lors de la période d'itération (n-l). T la température de consigne de l'eau de chauffage en retour, fonction de la température extérieure, T6 et T7 les températures de retour de l'eau de chauffage en valeur moyenne sur des durées égale à la période du cycle de marche-arret précédent0 T6 et T7 sont décalées dans le temps de façon à prendre en compte la variation de la valeur moyenne, k1 , k2 des coefficients numériques. Le microprocesseur a enregistré en mémoire les heures de mise en marche ou d'arrêt de la pompe à chaleur et de la chaudière, et il détermine le moment de changement de régime de fonctionnement de la pompe à chaleur ou de la chaudière de façon que l'on aie : M A+M A étant la durée d'arrêt M étant la durée de marche. Pour le calcul des durées d'arrêt et de marches, on distingue trois zones de fonctionnement Première zone : température basses (par exemple inférieures à - 10C) Dans cette zone, la pome à chaleur ne fonctionne pas et la chaudière fonctionne en marche et arrêt. Afin d'éviter des battements trop importants sur les températures de départ d'eau de la chaudière et de retour d'eau, on fixe des valeurs minimales et maximales des durées de marche et d'arrêt, suivant le taux de charge. Pour un taux de charge calculé inférieur ou égal à CO, on se fixe une durée minimale de marche de la chaudière de N1 minutes. La durée d'arrêt est alors N1 1-C* minutes C La durée minimale d'arrêt est fixée à N1 Max minutes Pour un taux de charge calculé compris entre CO et 1, on se fixe une durée minimale d'arrêt de N2 minutes. La durée de marche est alors de N2 C minutes 1-C et la durée maximale de marche est fixée à N2 Max minutes. Pour le calcul des moments de mise en marche ou d'arrêt, on distingue deux cas. 1er cas - La chaudière est en marche On a mis en mémoire l'heure Ho de mise en marche. Toutes les 15 secondes, on calcule un taux de marche C*. Si ce taux est inférieure ou égal à CO , on arrête la chaudière à o l'instant H1 tel que H1 - Ho t N1 minutes et on met en mémoire l'heure d'arrêt H2 = H1. " Si le taux de marche est compris entre C et 1, on arrête la o chaudière à l'instant H2 tel que H1 - Ho > N2 1 C et on met en mémoire l'heure d'arrêt H2 = H1. 2ème cas - La chaudière est arrêtée On a mis en mémoire l'heure H2 où l'on a arrêté la chaudière. Si le tàux de marche calcule C est inférieur ou égal à C , on o remet la chaudière en marche dès que H1 - H2 #N1 N1 1 - C CI On peut considérer être à la fin d'un cycle de marche et d'arrêt de la chaudière. Si le taux de marche calculé C* est compris entre C et 1, on remet o la chaudière en marche dès que H1 - H2 > N2 On peut également considérer être à la fin d'un cycle de marche et d'arrêt de la chaudière. A la fin du premier cycle de marche et d'arrêt de la chaudière, on effectue les calculs suivants C (n-1) = C (n) H2 - H c (n) H1 - HO la durée du cycle étant H1 - Ho . Deuxième zone : températures extérieures intermédiaires (par exemple entre - 10 et + 60C) Dans cette zone, la pompe à chaleur ne suffit pas aux besoins de chauffage et fonctionne en continu. La chaudière fonctionne en marche et arrêt. Le calcul de ses durées de marche et d'arrêt s'effectue comme dans la première zone. Troisième zone : températures extérieures relativement douces (par exemple supérieures à + 6GC) La pompe à chaleur suffit alors aux besoins de chauffage et fonctionne en marche et arrêt. La chaudière ne fonctionne pas. Comme dansle cas du fonctionnement de la chaudière, afin d'éviter des battements trop importants sur les températures de départ et de retour de l'eau, on fixe des valeurs minimales et maximales des durées de marche et d'arrêt de la pompe à chaleur, suivant le taux de charge. Pour un taux de charge calcule C* inférieur ou égal à C1 , on se fixe une duréeminimale de marche de N3 minutes. La durée d'arrêt vaut alors N3- C minutes. un C'' Pour C taux de charge calculé compris entre 1 et 1, on se fixe une durée winimale de N4 minutes. La durée de marche est alors de N4 - C minutes. N4 gomme pour le fonctionnement de la chaudière, il se présente deux cas 1er cas - La pompe à chaleur fonctionne On a mis en mémoire l'heure H2 à laquelle la pompe à chaleur s'est mise en route. Si le taux de charge calculé est inférieur ou égal à C1 , on arrête la pompe à chaleur à l'instant Ha pour lequel H1 - H2 3 On considère qu'il s'agit là de la fin d'un cycle de marche-arrAt de la pompe. Si le taux de charge calculé est compris entre C# et 1, on arrête la pompe dès l'instant H1 pour lequel C H1 - H2 a N4 * Lorsque l'on arrete la pompe à chaleur, on effectue les calculs suivants C (n-1) = C(n) H1 - Ho C (n) = - H1 - H2 la durée d'un cycle est H1 - Ho On met en mémoire l'heure d'arrêt H1. On remarquera que l'on fait commencer un cycle marche-arrêt de la pompe à chaleur sur un arrêt de celle-ci, alors que l'on fait commencer un cycle marche-arrêt de la chaudière sur une mise en marche. Ceci s'avère-utile lors du passage de la deuxième zone à la troisième, et vice-versa. Lors du passage de la deuxième à la troisième zone, on arrête la pompe à chaleur. On définit cet instant comme le début d'un cycle. Lors du passage de la troisième à la deuxième zone, on met en marche la chaudière. On définit cet instant comme le début d'un cycle de fonctionnement de celle-ci. 2ème cas - la pompe à chaleur ne fonctionne pas On a mis en mémoire l'heure HO à laquelle elle s'est arrêtée. Si le taux de charge est inférieur ou égal à C1 , on met en marche la pompe dès l'instant H1 tel que H1 - Ho > / N4 C minutes. C"1 i, on met en marche la Si le taux de charge est compris-entre et pompe dès l'instant H1 tel que H1 - Ho > / N4 minutes Les passages d'une zone de fonctionnement à l'autre s'effectuent comme suit 10/ Passages de la première à la deuxième zone et inversement Ce passage s'effectue-en fonction de la température extérieure. a/ Lors du passage de la première à la deuxième zone 9 on met en mémoire le taux de charge appliqué dans la première! zo t On détermine un taux de charge CO - P1 2 ,les valeurs C n et Con 1 étant calculées à partir dcun taux de charge mis en mémoire précédemment lors d'un passage de la deuxième à la première zone. b/ Lors du passage de la deuxième à la première zone9 on met en mémoire le taux de charge C1 appliqué dans la deuxième zone. n +Cnî On détermine un taux de charge C1 = 2 les valeurs C n et Cn-1 étant calculées à partir du taux de charge précédemment mis en mémoire lors du passage de la première à la deuxième zone. 20/ Passages de la deuxième à la troisième zone et inversement Ils s'effectuent d'après un critère sur le taux de charge désirée C* et d'après l'écart entre la température de consigne sur le retour de l'eau de chauffage et une valeur moyenne T2. a/ Passage de la deuxième à la troisième zone Il s'effectue lorsque le taux de charge futur de la chaudière calculé en deuxième zone est égal à O, la température de retour de l'eau de chauffage T6 dépassant par ailleurs la température de consigne d'un intervalle de S1 degrés. De façon analogue à ce qui a été indiqué erécédemment, on met en mémoire un taux de charge de la chaudière C' n n 1 2 On arrête la chaudière et met en mémoire l'heure d'arrêt H1 On calcule un taux de charge de la pompe à chaleur à partir d'un taux de charge C'2 précédemment mis en mémoire lors d'un passage de la troisième à la deuxième zone. b/ Passage de la troisième à la deuxième zone. il s'effectue lorsque le taux de charge futur de la pompe à chaleur calculé en troisième zone est égal à 1, la température de retour d'eau T6 étant inférieure à la température de consigne d'un intervalle de degrés. On met en mémoire un taux de charge de la pompe à chaleur C'2. On met la chaudière en marche et met en mémoire l'heure de départ H1. On calcule un taux de charge de la chaudière à partir d'un taux de charge C'1 précédemment mis en mémoire lors d'une passage de la deuxième à la troisième zone. Pour le démarrage du chauffage, on détermine des valeurs initiales C, Con 1 C,, C1 C'1 et C'2 ; ainsi que la durée d'une période et la zone de température extérieure de démarrage, les valeurs initiales étant déterminées en fonction de la température extérieure. On vérifie la température de l'eau du circuit de chauffage. Si celle-ci est inférieure de S3 degrés à la valeur de consigne, on effectue prioritairement une mise en chauffage accélérée jusqu'à ce que la température de l'eau atteigne une valeur située à S3 degrés au-dessous de la température de consigne. On passe alors en régulation normale d'après le taux de charge. Enfin, à titre de sécurité, une consigne prioritaire, intervenant si la température du fluide frigorifique de la pompe à chaleur à la sortie du compresseur dépasse une valeur déterminée (par exemple 1400C dans le cas du monochlorodifluorométhane) déclenche l'arrêt de la pompe à chaleur et une augmentation du taux de charge de la chaudière. Si l'on est en zone de fonctionnement simultané de la pompe à chaleur et de la chaudière, le taux de charge de cette dernière avant l'arrêt de la pompe à chaleur est mis en mémoire en vue du retour au fonctionnement normal. REVENDICATIONS 1/ Procédé de régulation du fonctionnement d'une installation. de chauffage central d'une enceinte, par circulation dans des éléments d'échange de chaleur (6, 7) disposés dans différentes pieces de l'enceinte d'un fluide de chauffage préalablement réchauffé dans une chaudière (1) et/ou un échangeur d'un cycle de pompe à chaleur (13), dans lequel a/ on mesure la température extérieure (17) et la température de retour (19) du fluide de chauffage, b/ on effectue le réchauffage du fluide lorsque la température extérieure est très basse à l'aide de la seule chaudière, c/ on effectue le réchauffage du fluide dans une zone intermédiaire de température à l'aide de la chaudière et de la pompe à chaleur, d/ on effectue le réchauffage du fluide dans une zone de températures extérieures relativement douées à l'aide du seul cycle de pompe à chaleur, e/ on détermine à intervalles réguliers en fonction de la température extérieure et de la température de retour du fluide de chauffage un taux de charge de la chaudière et/ou de la pompe à chaleur, f/ l'on passe du mode de chauffage par la seule chaudière au mode de chauffage mixte, et réciproquement, lorsque la température extérieure dépasse une valeur déterminée, caractérisé en ce que g/ lors du passage du mode de chauffage par la seule chaudière au mode de chauffage mixte, et réciproquement, on fixe le taux de charge initial dans le nouveau mode de chauffage à une valeur mise en mémoire, h/ l'on passe du mode de chauffage mixte au mode de chauffage par la seule pompe à chaleur lorsque, d'une part le taux de charge calculé en mode de chauffage mixte est nul, et d'autre part la température de retour du fluide de chauffage a augmenté au-delà d'une valeur de seuil déterminée d'un intervalle minimal, et i/ l'on passe du mode de chauffage par la seule pompe à chaleur au mode de chauffage mixte lorsque, d'une part le taux de charge calculé en mode de chauffage par la seule pompe à chaleur est égal à 1, et d'autre part la température de retour du fluide de chauffage est descendue au-dessous de la même valeur de seuil d'un intervalle minimal. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine le taux de charge pendant une période de fonctionnement donnée en fonction de la moyenne des taux de charge des deux périodes précédentes, de l'écart entre une température de consigne de retour du fluide de chauffage et une tampérature moyenne de retour du fluide de chauffage observée pendant le court intervalle de temps le plus proche de la période précédente, et de l'écart entre les températures de retour du fluide de chauffage observées pendant les deux courts intervalles de temps les plus proches de la période précédente. 3/ Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pour les taux de charge relativement faibles on se fixe une durée minimale de fonctionnement de la ehaudière et/ou de la pompe à chaleur et règle le taux de charge en faisant varier la durée de l'arrêt, et pour les taux de charge élevés on se fixe une durée minimale d'arrêt et règle le taux de charge en faisant varier la durée de fonctionnement. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à la mise en route du chauffage, on effectue un chauffage accéléré sans déterminer le taux de charge jusqu'à ce que la température de retour du fluide de chauffage atteigne une valeur inférieure d'un écart déterminé à la température de consigne. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ee que l'on interrompt en tout état de cause le fonctionnement de la pompe à chaleur et augmente le taux de charge de la chaudière Si la température du fluide du cycle de la pompe à chaleur à la sortie du compresseur dépasse une valeur maximale fixée