Brevet FR2536837A1 — publié le 19840601

2536837. La présente invention concerne un procédé et un dispo- sitif de régulation du chauffage de locaux. Pour effectuer une telle régulation, on se base dans l'art antérieur soit sur la température extérieure (régulation en boucle ouverte), soit sur la température ambiante à l'intérieur des locaux (régulation en boucle fermée), en comparant cette. température extérieure ou intérieure à une température de consigne, et en commandant le chauffage en fonction de cette comparaison. Selon une technique plus élaborée mais également connue, on associe purement et simplement ces deux régulations, en pratiquant une régulation basée sur la température extérieure et en la limitant par un thermostat d'ambiance. Cette association offre ccame principal avantage d'éviter les surchauffes des logements, en conservant naturellement les avantages respectifs de la régulation en boucle ouverte et de la régulation en boucle fermée, mais, selon la température intérieure désirée ou température de consigne et les règlages initialement effectués, la régulation s'effectue en fait soit sur la teapérature ambiante, soit sur la température extérieure, auquel cas les besoins des utilisateurs risquent de ne pas être satisfaits, d'o une sensation d'inconfort. Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention propose d'associer dans un même régulateur ces deux types de régulation, de manière continue sur toute la plage de fonctionne- ment, c'est-à-dire notamment quelle que soit la température extérieure, pour concilier les impératifs d'économie et de confort. A cet effet, la présente invention propose de déterminer à chaque instant, en fonction de la température extérieure mesurée à cet instant et d'une température intérieure de consigne, la puissance de base à mettre en oeuvre pour compenser les déperditions présumées des locaux et, en fonction de la température intérieure mesurée à cet instant et de la température intérieure de consigne, la correction à apporter à cette puissance de base pour satisfaire les besoins des locaux, c'est-à-dire pour amener la température 2536837. intérieure à la température intérieure de consigne ou à une valeur aussi proche que possible de la température intérieure de consigne, et de commander le chauffage par un signal représenta- tif de la smaue algébrique de ladite puissance de base et de ladite correction. De préférence, on limite en valeur absolue la valeur de la correction, de telle sorte qu'une augmentation brutale des déperditions du logement, consécutive par exemple à l'ouverture d'une fenêtre, n'entraîne pas de surconsommnation excessive d'énergie: pour une température extérieure donnée, la surconsom- mation maximale envisageable est limitée au maximum prédéterminé de correction, et la régulation joue alors le rôle de limitateur de conscaation d'énergie. Naturellement, l'intégration des apports gratuits d'énergie est réalisée. En outre, comme il apparaîtra plus loin, des erreurs de réglage peuvent être réalisées dans une certaine mesure sans induire de gêne pour les utilisateurs et sur la régulation selon invention peut mime être greffé un algorithme d'auto-réglage supprimant toute intervention manuelle des utilisateurs et évitant ainsi les erreurs évoquées ci-dessus. La régulation conforme à la présente invention peut être utilisée, avec tous ses avantages, quel que soit le système de chauffage et le type d'énergie calorifique utilisé pour celui-ci, mais elle se révèle particulièrement adaptée au cas des systèmes de chauffage central à circulation d'eau chaude dans un circuit comportant, outre des radiateurs, une chaudière munie de deux sources d'énergie calorifique susceptibles d'être utilisées séparément ou simultanément, à raison d'une source de chauffage principal et d'une source de réchauffage; on peut alors avantageusement utiliser la régulation selon l'invention pour commander le fonctionnement de ces deux sources d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-dessous, relative à des modes de 2536837. mise en oeuvre non limitatifs, ainsi que des dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 est un schéma synoptique d'un régulateur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. La figure 2 montre la courbe caractéristique de régulation en fonction de la température extérieure mesurée. La figure 3 montre la courbe caractéristique de régulation en fonction de la température intérieure mesurée ou température ambiante. La figure 4 montre la courbe caractéristique de la combinaison des deux régulations, c'est-à-dire du régulateur de la figure 1. La figure 5 illustre l'influencesur cette courbe, de la variation de la température intérieure de consigne affichée par l'utilisateur. La figure 6 est un schéma d'une chaudière bi-énergie fonctionnant d'une part au combustible liquide et d'autre part à l'électricité. On se référera en premier lieu à la figure 1, o l'on a désigné par 1 l'intérieur d'un local, dans lequel sont placés une sonde 2 mesurant à chaque instant la température intérieure- ou température ambiante et un dispositif 3 permettant d'afficher une température intérieure de consigne, et par 4 l'extérieur de ce local, o est placée une sonde 5 mesurant à chaque instant la température extérieure. A l'intérieur 1 du local est également placé le régulateur proprement dit 6, qui peut être placé dans un boîtier cummun à la sonde 2 et au dispositif de consigne 3, ou encore être placé dans un boîtier distinct, et relié à la sonde intérieure 2 et au dispositif de consigne 3, ainsi qu'à la sonde extérieure 5, par des conducteurs électriques. Le régulateur 6 comporte un premier régulateur proportion- nel 7 destiné à déterminer la puissance de base à mettre en oeuvre pour combattre les déperditions présumées du local. 2536837. A cet effet, ce régulateur proportionnel 7 présente une entrée de nmesure 8 reliée par un conducteur électrique à la sortie 9 de la sonde extérieure 5 pour recevoir en continu de celle-ci un signal électrique représentatif à chaque instant de la température extérieure; le régulateur proportionnel 7 comporte en outre une entrée de consigne 10 reliée par un conducteur électrique à la sortie 11 du dispositif de consigne 3 pour recevoir en continu de celui-ci un signal électrique représentatif de la température intérieure de consigne, c'est-à-dire de la température intérieure désirée par l'utilisateur. Le régulateur proportionnel 7 comporte enfin une sortie 12 par laquelle il émet un signal électrique représentatif de la puissance de base à mettre en oeuvre pour combattre les déperditions présumées du local, selon la courbe caractéristique de la figure 2, correspondant à l'équation suivante - Pb = GV (Tc Text) o Pb = Puissance de base en W G = Coefficient de déperdition volumique du logement en W/t m 3 V = Volume du local en m 3 Tc = Température intérieure de consigne en C Text = Température extérieure mesurée en C. Le régulateur 6 comporte en outre un deuxième régulateur proportionnel 13 qui présente une entrée de consigne 14 reliée électriquement, en parallèle avec l'entrée de consigne 10 du régulateur proportionnel 7, à la sortie 11 du dispositif de consigne 3 pour recevoir en permanence de celui-ci un signal électrique représentatif de la temprature de consigne, et une entree de mesure 15 reliée électriquement à la sortie 36 de la sonde intérieure 2 pour recevoir en continu de celle-ci un signal électrique représentatif à chaque instant de la température intérieure du local. Le régulateur proportionnel 13 cornporte enfin une sortie 16, par laquelle il émet un signal électrique représentatif de la 2536837. correction à apporter à la puissance de base calculée par le régulateur proportionnel 7 pour atteindre avec exactitude la puissance à mettre en oeuvre au niveau du dispositif de chauffage 17 pour satisfaire strictement les besoins des locaux, c'est-à-dire pour que la température intérieure mesurée par la sonde 2 coïncide avec la température intérieure de consigne affi- chée sur le dispositif 3 dans toute la mesure du possible. En effet, pour des raisons de puissance maximale disponible du dispositif de chauffage 17, ou pour des raisons de limitation volontaire de cette puissance maximale disponible dans un but d'économie d'énergie, la valeur absolue de la correction déterminée par le régulateur proportionnel 13 est li- mitée à un maximum, et le régulateur proportionnel 13 présente la courbe caractéristique illustrée à la figure 3, correspondant à l'équation suivante: P = 2536837. Ce signal est transmis par liaison électrique à un dispositif modulant en fonction de ce signal le fonctionnement du système de chauffage 17. La figure 4 reprend en A la courbe des déperditions présumées du local, c'est-à-dire la courbe caractéristique du régulateur proportionnel 7 telle qu'elle ressort de la figure 1, et en B la bande de correction admissible par le jeu du régulateur proportionne 13, d'o l'on déduit, pour une température extérieure donnée Text la plage de variation possible C de la puissance totale Pm mise en oeuvre par le système de chauffage 17; la figure 4 montre en outre, en D, la plage de correction possible, en tempeérature, du régulateur proportionnel 13 compte tenu du maximurm imposé à la correction apportée par celui-ci à la puissance de base déterminée par le régulateur proportionnel 7. La figure 5 montre l'influence d'une variation de la température de consigne, d'une valeur Tcl à une valeur Tc 2, sur -la courbe caractéristique du régulateur 6. Cette variation de la température de consigne entraîne, par son influence sur les deux régulateurs prcportionnels 7 et 13, un décalage de la courbe caractéristique du régulateur 6 parallè- lement à l'axe des températures (portées en abscisse); l'origine M des températures extérieures, qui constitue également l'origine de la courbe de la figure 2 et correspond à la température extérieure pour laquelle la puissance totale du système de chauffage est nécessaire pour maintenir la température de consigne -Tc à l'intérieur des locaux, subit un décalage identique à celui de la tesipérature de consigne, en passant de la valeur Tml à la valeur Tm 2 Tm 2 Tm 11 = Tc 2Tcl. Ceci permet de garder les mêmes caractéristiques de régulation sur l'ensemble de la plage de réglage possible de la température de consigne Tc. On notera que les seuls réglages à effectuer sur le 2536837. système de régulation qui vient d'être décrit consistent en un réglage de température de consigne sur le dispositif 3, à la disposition de l'utilisateur, et le réglage de Tmf -à effectuer par l'installateur en fonction de la puissance totale de chauffage disponible et des déperditions du local; on notera que cette température TM doit être différenciée de la température minimale de base, qui est une caractéristique du lieu d'implantation des locaux et non des déperditions de ceux-ci pour une puissance totale de chauffage donnée. Il ressort de l'examen des figures 4 et 5 qu'un réglage défectueux de Tm n'entraîne pas une sensation d'inconfort pour les usagers, si la courbe des déperditions du local reste dans la bande de correction admissible par le régulateur 6, c'est-à-dire dans la zone B de la figure 4, c est-à- dire dans la zone Bl ou B 2 de la figure 5 définie de façon analogue lorsque la valeur de la température de consigne est respectivement Tcl ou Tc 2. Cependant, dans la mesure o le -règlae de 'T est difficile à apprécier car il varie en fonotion du degré d'isolation des locaux, de leur implantation géographique, de leur orientation, du générateur de chaleur utilisé, etc, il est prévu,dans un mode de mise en oeuvre plus élaboré de la présente invention, un auto-réglage de Tm selon un algorithme qui détermine la valeur optimale T Mi O de Mln pour une valeur de référence Tc 0, par exemple de 19 C, de la température de consigne sur l'ensemble de la plage de variation de la temperature extérieure du lieu considéré en minimisant la valeur de la puissance de correction moyenne (apportée par le régulateur proportionnel 13); cette valeur Tin O O est fixée une fois pour toute, sauf si la puissance de correction imposée par le régulateur proportionnel 13 dépasse la valeur limite, ce qui déclenche un nouveau réglage autcaatique de Tm O. D'autres dispositifs complémentaires peuvent être associés au système de régulation décrit ci-dessus, et notamment une 2536837. horloge électromécanique ou électronique permettant une programmna tion horaire journalière ou hebdomadaire de la température de consigne T indice c sur le dispositif de consigne 3. Selon un nmode de amise en oeuvre particulièrement simple et avantageux, deux tnempératures de consigne peuvent ainsi être programmnées, à savoir d'une part une température de consigne "confort" et d'autre part une température de consigne "réduite", l'une et l'autre affichées à la valeur souhaitée par l'usager, à tout instant, sur le dispositif de consigne 3. Un dispositif manuel tel qu'un bouton poussoir de dérogation, placé sur l'horloge ainsi associée au dispositif 3, permet à l'utilisateur de forcer à volonté la température de consigne, introduite par le dispositif 3 dans le régulateur 6,en consigne "réduite" ou "confort", c'est-à-dire à la valeur autre que celle correspondant à la programnation à l'instant o la déroga- tion est demandée; l'apparition, ensuite,d'un front de signal d'horloge demandant l'état inverse de la progranmation provoque l'annulation de la dérogation. Le mode de réalisation pratique des différents disposi- tifs qui viennent d'être décrits, et notamment des sondes de tenpérature 2 et 5, du dispositif de consigne 3 et de l'horloge éventuellement associée à celui-ci, des régulateurs proportionnels 7 et 13, du dispositif de scomation 20, et des moyens de réception du signal émispar celui-ci à sa sortie 21 au niveau du système de chauffage 17 peuvent faire l'objet de nombreuses variantes, et sont du domaine des aptitudes normales de l'Homme du Métier. Bien que le système de régulation qui vient d'être décrit puisse être utilisé en association avec n'importe quel système de chauffage, il se révèle particulièrement approprié pour la ccxmande d'une chaudière de chauffage central à circulation d'eau chaude du type dit "bi-énergie", constituée d'une source de chauffage principal et d'une source de réchauffage. A titre d'exemple non limitatif, on a illustré à la figure 6 une telle chaudière 23, cceportant à titre de source de 2536837. chauffage principal un brûleur de combustible liquide 22 est un titre de source de réchauffage un échauffeur électrique 24, de puissance généralement inférieure à celle du brûleur 22 et dont la réalisation pratique est par exemple basée sur l'association de trois résistances chauffantes 25, 26, 27 ou groupes identiques de telles résistances; on a désigné par la référence générale 28 le circuit de l'eau dans la chaudière, entre une arrivée d'eau 29 et un départ 30 reliés par des canalisations à des radiateurs à circulation d'eau chaude de type connu en soi, non représentés. Aux possibilités déjà connues de régulation associées à ce type de chaudière, à savoir la possibilité de passage automatique d'une énergie à l'autre en fonction des périodes tarifaires du fournisseur en électricité, la possibilité de marche forcée sur une énergie ou sur l'autre par intervention manuelle, la régulation qui a été décrite ci-dessus apporte la possibilité d'adapter la puissance utilisée aux besoins et, notamment, en mode électrique, de provoquer la commande étagée de l'alimentation des trois résistances chauffantes 25, 26, 27 ou groupe de résistances chauffantes, et d'assurer le cas échéant le complément de puissance à mettre en oeuvre au moyen du brûleur 22 pour satisfaire aux besoins. Notamment dans ce cas de mise en oeuvre de la régulation selon l'invention, pour éviter des rendements médiocres du brûleur de combustible liquide 22 et des alternances rapides de branchements et de débranchements des résistances électriques , 26, 27 du réchauffeur 24, le signal électrique émis par le régulateur 6 à la sortie 21 du dispositif de sommation 20, à savoir un signal continu évoluant dans le temps, est transformé en un signal tout ou rien pendant un temps calculé grâce à un circuit connu de l'Hcmme du Métier mettant en oeuvre une base de temps dont la résolution peut être fixée par exemple à une minute et la durée par exemple à 10 minutes; alors, grâce à des moyens égale- ment connus de l'Homme du Métier; si le temps d'enclenchement calculé du brûleur 22 ou d'une résistance chauffante ou d'un groupe 2536837. de telle résistances du rêchauffeur électrique 24 doit être inférieur à trois minutes, par exemple, il n'y a pas enclenchement; s'il doit être supérieur à sept minutes, par exemple, il y a enclenchement pour toute la durée de la base de temps, c'est- à-dire dix minutes dans cet exemple; si ce temps calculé est ompris entre trois et sept minutes, valeurs incluses, dans cet exemple, il y a enclenchement pour ce temps calculé. Naturellement, cette variante de mise en oeuvre de la régulation selon invention peut également être adoptée pour tout autre système de chauffage, mettant en oeuvre une seule énergie. Dans le cas d'un système de chauffage coeportant plusieurs éléments-chauffants, comme c'est le cas de la chaudière bi-énergie 23 illustrée dont les trois résistances chauffantes 25, 26, 27 et le brûleur de combustible liquide constituent quatre élements chauffants, la comemande étagée - de ces éléments chauffants consiste à déterminer, à partir du signal émis par le régulateur 6 à la sortie 21 du dispositif de scamation , c'est dire à partir de 'la valeur de la puissance à mettre en oeuvre calculée par le régulateur 6, le nombre maximal d'éléments (résistanoes 25,26,27 et/ou brûleur 22) à enclencher pendant toute la durée de la base de temps, et à moiduler le temps d'enclenchement du dernier élément pour égaler cette puissance caltulée; une telle technique a pour effet de supprimer les problèmes d'alternance rapide de mise en service et de mise hors service des éllments chauffants, et de maintenir une puissance de chauffage de base sur toute la durée de la base de temps, et ainsi de réduire le différentiel dynamique de la régulation ce qui procure un meilleur confort aux usagers. REVNDICATIONS 1) Procédé de régulation du chauffage de locaux avec prise en compte à chaque instant de la température ambiante Ta ou température intérieure des locaux et de la température extérieure Text, caractérisé en ce que l'on détermine à chaque instant, en fonction-de la température extérieure Text mesurée à cet instant et d'une température intérieure de consigne Tc, la puissance de base Pb à mettre en oeuvre pour compenser les déperditions présumées des locaux et, en fonction de la température intérieure Ta mesurée à cet instant et de la température intérieure de consigne TC, la correction t P à apporter à cette puissance de base Pb pour satisfaire les besoins des locaux, c'est-à- dire pour amener à température intérieure:Ta à la température de consigne Te ou à une valeur aussi proche que possible de celle-ci, et en ce que l'on ccmmande le chauffage par un signal représentatif de la scmm algébrique:- PM = Pb + \P. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on limite, en valeur absolue, la correction AP à un maximum I Vtnax. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'on influe automatiquement sur la température de consigne Tc en fonction d'une programmation horaire. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'on transforme le signal représen- tatif de la somme algébrique Pm = Pb +P, conti- nu et 6 voluant dans le temps, en un signal tout ou rien pendant un temps calculé de la durée d'une base de temps, et en ce que l'on ccmmande le chauffage en fonction de ce signal tout ou rieno ) Procédé selon la revendication 4, pour la régulation d'un chauffage central à circulation d'eau chaude comportant une chau- dière munie de plusieurs éléments chauffants susceptibles d'être utilisés séparément ou simultanément, caractérisé en ce que l'on pratique une coniande étagée de ces éléments chauffants ( 25, 26, 27, 22) en déterminant, à partir du signal représentatif de la scrme algébrique Pm= Pb ±A P, le nombre maximal d'éléments chauffants ( 25, 26, 27, 22) à enclencher pendant toute la durée de la base de temps et en modulant le temps d'enclenche- ment du dernier élément chauffant pour égaler Pm. 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ccmportant une sonde de température intérieure ou température ambiante et une sonde de température extérieure, caractérisé en ce qu'il cporte: a) dispositif de consigne ( 3), pour l'affichage à volonté d'au moins une température de consigne Tc, ce dispositif de consigne ( 3) présentant au moins une sortie ( 11) et émettant à cette sortie ( 11) un signal représentatif de la température de consigne Tc, b) un premier régulateur proportionnel ( 7) présentant deux entrées dont l'une ( 10) est reliée à la sortie ( 11) du dispositif de consigne ( 3) et dont l'autre ( 8) est reliée à la sortie ( 9) de la sonde de température extérieure ( 5) pour reoe- voir de celle-ci, en continu, un signal représentatif de la température extérieure Text à chaque instant, et une sortie ( 12) par laquelle il émet un signal Pb représenta-. tif de la puissance de base à mettre en oeuvre pour combattre les déperditions présumées du local, selon l'équation: Pb = GV (Tc Text)l o Pb = puissanoe de base en W G = coefficient de déperdition volumique du logement en W/ C m 3 V = volume du local en m 3 Tc = température intérieure de consigne en C Text = température extérieure mesurée en C, c) un deuxième régulateur proportionnel ( 13), présentant deux entrées dont l'une ( 14) est reliée à la sortie ( 11)-du 2536837. dispositif de consigne ( 3) et dont l'autre ( 15) est reliée à la sortie ( 36) de la sonde de teqpérature intérieure ( 2), pour recevoir en continu de cette dernière un signal représentatif de la température intérieure Ta à chaque instant, et d'une sortie ( 16) à laquelle il émet un signal représentatif de la correction A P à apporter à la puissance de base Pb pour ajuster la puissance de chauffage à mettre en oeuvre Pm pour satisfaire les besoins des locaux, selon l'équation: AP =K (Tc Ta) o A Pmax = correction maximale en plus ou moins apportée à la puissance de base en Watts BP = bande proportionnelle du régulateur en C K = gain du régulateur en W/ C/ d) des moyens ( 20) présentant deux entrées ( 18, 19) reliées respectivement à la sortie ( 12) du premier régulateur proportionnel ( 7) et à la sortie ( 16) du deuxième régulateur proportionnel ( 13), et une sortie ( 21) à laquelle ils émettent un signal représentatif de la snomme algébrique 1 PM = Pb + P. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième régulateur proportionnel ( 13) comporte des moyens pour limiter en valeur absolue la correction A P à un maximum A Pmax, pour émettre à sa sortie ( 16) un signal: l A P K (Tc Ta) avec LP =Lt Pmax o A Pmax = correction maximale en plus ou moins apportée à la puissance de base en Watts BP = bande proportionnelle du régulateur en C f Pmax = gain du régulateur en W/z C. K = BP 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'au dispositif de consigne ( 3) est associée une horloge faisant évoluer la température de consigne Tc d'une 2536837. valeur choisie à une autre valeur choisie en fonction d'une programmation. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des aryens pour trans- former le signal Pm en un signal en tout ou rien pendant un temps calculé de la durée d'une base de temps. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comnporte des moyens de réglage automatique de sa caractéristique de régulation.