Brevet FR2580792A3 — publié le 19861024

FR 2580792 A3 19861024 FR 8605718 A 19860421 L'invention concerne un procédé pour mettre en service ou débrancher d'une manière commandée en fonction de la puissance, des chaudières de chauffage, qui sont raccordées respectivement à un circuit collecteur aller commun et à un circuit collecteur de retour commun d'un réseau de chauffage. On connaît des procédés pour brancher de façon additionnelle et débrancher des générateurs de chaleur et selon lesquels le critère nécessaire de commutation est dérivé d'écarts de la température dans le circuit aller par rapport à la valeur de consigne (brevet allemand n" 3 112 220). Ces procédés n'offrent aucune garantie que chaque chaudière de chauffage puisse fonctionner d'une manière aussi proche que possible de sa plage optimale de fonctionnement Le rendement de la chaudière de chauffage diminue en général lorsque la charge de la chaudière diminue, mais il existe des chaudières de chauffage, dont le rendement maximal est atteint pour une charge inférieure à leur pleine charge, tandis que le rendement est à nouveau inférieur en pleine charge. L'invention a pour but d'indiquer un procédé permettant de brancher de façon additionnelle ou de débrancher au moins deux chaudières de chauffage, d'une manière optimale du point de vue énergétique. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait qu'un bilan de la puissance totale est établi à partir du produit de la puissance maximale connue pour chaque chaudière de chauffage par le taux de branchement} mesuré en permanence, du brûleur respectif et que des chaudières de chauffage sont branchées de façon additionnelle ou sont débranchées en fonction de ce bilan. Selon une caractéristique de l'invention, le bilan de la puissance globale est établi au moyen d'un calculateur qui branche de façon additionnelle ou débranche des chaudières de chauffage, dans un ensemble de chaudières en cascade. Selon une autre caractéristique de l'invention,le bilan de la puissance totale est établi au moyen d'un calculateur qui sélectionne,sur la base des valeurs du bilan,la ou les chaudières de chauffage qui permettent de fournir à long termwe la chaleur nécessaire avec le rendement maximum possible. Selon une autre caractéristique de l'invention, la puissanoe globale doit avoir dépassé un point de commutation, optimal du point de vue énergétique, pendant un temps d'attente prédéterminé de branchement, avant qu'une nouvelle chaudière de chauffage soit branchée en supplément. Selon une autre caractéristique de l'invention, la puissance globale doit être tombée au-dessous du point de commutation, optimal du point de vue énergétique, pendant un temps prédéterminé de blocage de branchement, avant qu'une chaudière de chauffage soit débranchée. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsqu'un branchement additionnel d'une chaudière de chauffage supplémentaire est réalisé,par suite d'une chute de la température réelle dans le circuit aller au-dessous de la température de consigne dans ce circuit,uniquement après l'écoulement d'un délai de blocage et uniquement lorsqu'un accroissement minimal requis de la température ne s'est pas produit pendant le délais de blocage,la variation de la température dans le circuit aller est détectée périodiquement pendant le délai de blocage et le délai de blocage est d'autant plus bref que la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la température dans le circuit aller est faible,et est d'autant plus long que la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la température dans le circuit aller est élevée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le temps d'attente de débranchement additionnel et le délai de blocage sont rendus en outre indépendants de la différence de température entre la chaudière de cha{Eage qui doit être branchée en supplément et son choisis d'autant plus brefs que la différence de température est faible. Selon une autre caractéristique de l'invention, le taux de branchement ( ) de chaque brûleur est calculé en permanence à partir de la durée des deux états de service, intervenus en dernier, des brûleurs associés à la chaudière de chauffage, c'est-à-dire à partir d'un cycle marchearrêt, conformément à la formule Durée (marche) Durée(marche)+ Durée(arrêt) et que la valeur, déterminée en dernier lieu, est conservée en tant que base de calcul jusqu'à la commutation suivante, mais tout au plus jusqu'au moment où le taux de branchement, qui a été déterminé à partir de la durée du présent état de commutation et à partir de la durée de l'état de commutation immédiatement précédent, a atteint à nouveau la valeur déterminée à partir des deux états de commutation précédents terminés, et que périodiquement un nouveau taux de branchement est calculé à partir de la durée de l'état de commutation précédent et de la duree,qui s'estécoulée jusque-là, du présent état de commutation et ce nouveau taux de branchement est utilisé pour le calcul de la puissance instantanée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ciaprès en référence à la figure unique qui représente un exemple de réalisation de l'invention. HK1 et HK2 désignent deux chaudières de chauffage branchées hydrauliquement en parallèle et qui sont raccordées à un circuit aller collecteur commun i et à un circuit collecteur retour 2 d'un réseau de chauffage non représenté de façon plus détaillée. Un premier mélangeur à trois voies 4 et une première pompe de circulation 5 sont montés dans un circuit retour 3 de la première chaudière de chauffage HK1. A partir du mélangeur à trois voies 4, une première conduite de dérivation 6 aboutit à un circuit aller 7 de la chaudière de chauffage HK1, le mélangeur à trois voies 4 étant raccordé du point de vue hydraulique de telle sorte que, dans l'une de ses positions d'extrémité, il inter rompt l'arrivée en provenance du circuit collecteur de retour 2 et, dans sa seconde position d'extrémité, il bloque la canalisation de dérivation 6. Si la chaudière de chauffage HK1 n'est pas en fonctionnement, l'arrivée à partir du circuit collecteur de retour 2 est fermée et la pompe de circulation 5 est débranchée. La seconde chaudière de chauffage SK2 est branchée en parallèle avec la première chaudière de chauffage HK1 et le raccordement correspond à celui de la chaudière de chauffage HK1. Un second mélangeur à trois voies 9 ainsi qu'une seconde pompe de circulation 10 sont montés dans un circuit de retour 8 de la chaudière de chauffage HK2. A partir du second mélangeur à trois voies 9,- une seconde canalisation de dérivation 11 aboutit à un circuit aller 12 de la chaudière de chauffage HK2, le second mélangeur à trois voies 9 étant raccordé du point de vue hydraulique de la même ma nière que le premier mélangeur à trois voies 4, de telle sorte que, dans l'une de ses positions d'extrémité; il interrompt l'arrivée à partir du circuit collecteur de retour 2 et, dans sa seconde position d'extrémité, il bloque la canalisation de dérivation 11. Si la chaudière de chauffage SK2 n'est pas en service, l'arrivée à partir du circuit collecteur de retour 2 est fermée et la pompe de circulation 10 est débranchée. Le circuit aller 7 de la chaudière de chauffage HK1 et le circuit aller 12 de la chaudiere de chauffage HK2 débouchent dans le circuit collecteur aller 1 ; le circuit collecteur de retour 2 se ramifie en le circuit de retour 3 de la chaudiere HK1 et le circuit de retour 8 de la chaudiere HK2. Un premier brûleur 13 ainsi qu'un premier capteur 14 de la température de la chaudière sont montés sur la chaudiere de chauffage HK1 et, de façon analogue, un second brûleur 15 et un second capteur 16 de la température de la chaudière sont branchés sur la chaudière de chauffage HK2. En outre un premier capteur 17 de la température du circuit de retour est monté sur le circuit de retour 3.de la chaudière de chauffage HK1 et un second capteur 18 de la température du circuit de retour est monté sur le circuit de retour 8 de la chaudière de chauffage HK2. Un appareil de commande 19 contient un calculateur 20 ainsi que les entrées et les sorties nécessaires pour la détection des valeurs de mesure et pour l'envoi des ordres nécessaires. En outre cet appareil comporte deux bornes 21 pour une tension d'alimentation. On a représenté des liaisons électriques entre l'appareil de commande 19 et les différents appareillages, par des lignes formées de tirets. La pompe de circulation 5 peut être branchée ou débranchée par l'intermédiaire d'une première ligne de commande 22 et la pompe de circulation 10 peut être branchée ou débranchée par l'intermédiaire d'une seconde ligne de commande 23. Les températures, qui sont mesurées par les capteurs 17 et 18 de la température dans les circuits de retour sont transmises à l'appareil de commande 19 respectivement par l'intermédiaire d'une première ligne de mesure 24 et d'une seconde ligne de mesure 25.Une autre ligne de commande 26 transmet les signaux de commande de l'appareil de commande 19 à un premier dispositif 27 de commande de mélangeur, qui commande le mélangeur à trois voies 4. Dtune manière analogue, une seconde ligne de commande 28 transmet les signaux de commande de l'appareil de commande 19 à un second dispositif 29 de commande de mélangeur, qui commande le mélangeur à trois voies 9. D'autres lignes de mesure 30 et 31 signalent à l'appareil de commande 19 les températures mesurées par les capteurs 14 et 16 des températures des chaudières. L'appareil de commande 19 transmet des ordres au brûleur 13 par l'intermédiaire d'une autre ligne de commande 32 ; le brûleur 13 indique en retour à l'appareil de commande 19, au moyen d'une première ligne de signalisation 33, s'il est en service ou non.De façon corres pondante le brûleur 15 est relié à l'appareil de commande 19 par une autre ligne de commande 34 et par une seconde ligne de signalisation 35. Le procédé, qui va entre ici décrit, de mise en service ou de débranchement de chaudières de chauffage, d'une manière commandée en fonction de la puissance, est applicable non seulement à une installation conforme à la figure 1, mais également tout aussi bien à des montages en cascade de chaudières, comportant plus de deux chaudières de chauffage, qu'à des installations comportant un circuit hydraulique différent Chaque combinaison incluant une chaudière de chauffage et un brûleur peut délivrer une puissance maximale determinée en fonctionnement continu.La valeur de cette puissance est introduite dans le calculateur 20 en tant que pa ramètre, par exemple sous la forme dlune position d'un po tentiomètre. Nais il est également possible d'introduire, à la place de la puissance maximale de chaque chaudière, le rapport des puissances maximales des chaudières installés Il est en outre possible de réaliser le calculateur 20 de manière qu1il prenne connaissance, d'une manière auto-adaptative selon un processus d'acquisition de données, le rapport des puissances maximales des chaudieres de chauffage, sur la base des branchements et des dé branchements des différentes chaudières de chauffage et des bilans de puissance qui en résultent. Pour une charge donnée dans lew circuit de chauffage, le brûleur 13 ou 15 de la chaudière HK1 ou HK2 en service - ou au besoin des deux chaudières - est branche et est débranche par l'appareil de commande 19 avec un taux de branchement t correspondant à la charge. A partir des informations qui sont présentes dans les lignes de signalisation 33 et 35 et concernant le fait que le brûleur 13 ou 15 est en service, l'appareil de commande 19 peut determiner le taux de branchement ç 1 pour le brûleur 13 et le taux de branchement 2 pour le brûleur 15.A partir du produit de la puissance maximale connue pour chaque chaudière de chauffage HK1, HK2 par les taux de branchement déterminés en permanence, à savoir t 1 pour le brûleur 13 ou t 2 pour le brûleur 15, on determine de façon approchee périodiquement la puissance instantanée. On établit à partir de là un bilan de la puissance totale et il faut comprendre par là que la puissance nécessaire instantanément est comparée à la capacité de puissance pouvant être fournie par les différentes chaudières. Sur la base de cette comparaison, le calculateur 20 peut, en tenant compte du point de commutation optimal du point de vue énergétique, s'il faut brancher en sup plément ou débrancher une chaudière de chauffage. Le point de commutation, optimal du point de vue énergétique, se calcule de façon connue à partir des courbes du besoin en combustible des différentes chaudières et de la combinaison des chaudières. Le branchement additionnel d'une chaudière de chauffage n'est judicieux que lorsque la charge est suffisamment élevee, après le branchement pendant un intervalle de temps assez long, pour que le gain en énergie obtenu par suite du rendement supérieur après le branchement additionnel d'une chaudière de chauffage soit supérieur à la dépense d'énergie pour le chauffage de la chaudière de chauffage devant être brancheede façon additionnelle. Afin de réduire la probabilite qu'une chaudière de chauffage soit déjà branchée de façon additionnelle dans le cas d'un simple accroissement de brève durée de la charge, il faut choisir un temps d'attente relativement long de branchement additionnel, pendant lequel la charge doit avoir dépassé le point de commutation optimal du point de vue énergétique, avant qu'une autre chaudière de chauffage soit branchée de façon additionnelle. D'autre part, lors du debranchement dune chaudiere de chauffage, la charge pendant un temps d'attente de dé branchement doit avoir été inférieure au point de commutation optimal du point de vue énergétique, avant que la chaudière de chauffage soit débranchée. Le calculateur 20 peut déclencher le branchement additionnel ou le débranchement de la chaudière de chauffage selon une séquence fixée. Mais il est également possible de programmer le calculateur 20 de manière qu'il sélectionne, sur la base du bilan de la puissance globale, la chaudière de chauffage qui peut apporter la chaleur requise, pendant un intervalle de longue durée, avec le rendement maximal possible. Dans le cas d'installations comportant plus de deux chaudières de chauffage, le calculateur 20 peut également brancher de façon additionnelle ou débrancher plus d'une chaudière de chauffage, en tenant compte du rendement maximal possible. Pour un fonctionnement optimal du point de vue énergétique, il faut prendre en compte la variation du rendement des chaudières en fonction de la charge de chaque chaudière de chauffage. La prise en compte de la variation du rendement des différentes chaudières de chauffage peut être réalisée de différentes manières. Il est possible d'enregistrer, dans une mémoire associée au calculateur 20, la variation des courbes de rendement en fonction de la charge, par exemple en mémorisant, pour chaque chaudière de chauffage, un nombre de couples de valeurs, entre lesquels le calculateur 20 est à même de réaliser une interpolation. Le calculateur 20 peut calculer les points de commutation eux-mêmes, optimaux du point de vue énergétique, à partir des courbes de rendement des différentes chaudières de chauffage. Une autre solution consiste à calculer de façon connue, à partir des données de chaudières de chauffage installées, les points de commutation, optimaux du point de vue énergétique, pour les différentes chaudières de chauffage avant la mise en service de l'installation et à enregistrer dans le calculateur 20 ou dans sa mémoire ces points de commuta tion optimaux du point de vue énergétique. Le temps d'attente relativement long de branchement additionnel doit alors être considéré comme trop long lorsque la chaudière de chauffage en service fonctionne à pleine charge et ne peut plus satisfaire le besoin en puissance. C'est pourquoi, dans le cas du fonctionnement à pleine charge, on prévoit, à la place du temps d'attente de branchement additionnelle, un délai de blocage qui est dimensionné à une valeur nettement plus faible afin de garantir le maintien de la température requise dans le circuit aller. Etant donné que dans un circuit de chauffage, des charges importantes peuvent apparaître de façon transitoire, par exemple lors de la commutation d'un programme de nuit avec une température ambiante réduite à un programme de jour avec une température ambiante réglée en fonction du confort, il n'est pas judicieux, dans de nombreux cas, de mettre en fonctionnement une autre chaudière de chauffage, dans le cas d'une installation comportant plus de deux chaudières, et même plusieurs chaudières de chauffage uniquement pour couvrir cette pointe de charge de brève durée. Une telle pointe de charge se manifeste par le fait que la température du circuit aller tombe au-dessous de la température de consigne et peut être en outre également identifiée au fait que la chaudière de chauffage actuellement en service fonctionne à pleine charge.Dans le cas où la température du circuit aller tombe au-dessous de la valeur de consigne, il est prévu un délai de blocage qui empêche en premier lieu le branchement additionnel d'une autre chaudière de chauffage. A cet effet on peut mesurer la température de la chaudière de chauffage en service ou même la température présente dans le circuit aller commun 1, dans le cas où un capteur de température s'y trouve installé, et un branchement additionnel d'une chaudière de chauffage supplémentaire peut être empêché après l'écoulement du délai de blocage lorsque la variation dans le temps de la chute de la tempé rature au-dessous de la valeur de consigne est telle qu'il est probable que la valeur de consigne sera à nouveau atteinte dans un laps de temps prédéterminé. Avantageusement la variation de la température est détectée périodiquement pendant le délai de blocage empêchant un branchement additionnel. Plus la chute de la valeur réelle de la température du circuit aller ou de la chaudière au-dessous de la valeur de consigne est importante, plus le délai de blocage est bref ; plus la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle est faible, plus le délai de blocage est important. Le délai de blocage devient par conséquent variable. En outre il est avantageux du point de vue économique de tenir compte également de la température de la chaudière de chauffage qui doit être au besoin mise en service, pour la prise de la décision d'un branchement additionnel. C'est pourquoi aussi bien-le délai de blocage que le temps d'attente de branchement additionnel dépendent en outre de la différence de température entre la chaudière de chauffage en service et la chaudière de chauffage devant être branchée de façon additionnelle. Le délai de blocage et le temps d'attente de branchement additionnel sont d'autant plus faibles que cette différence de température est faible. On aboutit par conséquent à ce qu'une chaudière de chauffage encore chaude est à nouveau branchée plus rapidement qu'une chaudière de chauffage totalement refroidie. Comme cela a été indiqué précédemment, pour déterminer la puissance de la chaudière, il est nécessaire de connaître les taux de branchement 1, t2 des brûleurs 13, 15. Il est important de toujours disposer, comme bases de calcul, des valeurs les plus récentes des taux de branchement 1, & 2. Les taux de branchement 1, 2 sont par conséquent déterminés en permanence à partir de la durée des états de service, qui sont intervenus en dernier lieu, du ou des brûleurs, c'est-à-dire à partir d'un cycle marche-arrêt, con formément à la formule = durée(marche) durée (marche ) +durée (arrêt) Les valeurs de i et t 2, déterminées en dernier lieu, sont conservées comme bases de calcul jusqu'à l'opération de commutation suivante, mais ce tout au plus jusqu'au moment où les taux de branchement 1 et e2, qui ont été obtenus à partir de la durée du présent état de commutation et à partir de la durée de l'état de commutation directement précédent, ont à nouveau atteint les valeurs déterminées à partir des deux états antérieurs de commutation terminés. Si aucune nouvelle opération de commutation n'est apparue jusqu'alors, de nouveaux taux de branchement 1 et t2 sont calculés periodiquement à partir de la durée de l'état de commutation antérieur et de la durée, qui s'est écoulée jusqu'alors, du présent état de commutation, et on utilise ces nouveaux taux de commutation 1 et t pour le calcul de la puissance ins tantanée de la chaudière.Ceci garantit que la puissance instantanée de la chaudière est déterminée à partir des données actuelles. En outre, afin d'empêcher une corrosion des chaudières, le calculateur 20 est programmé de telle sorte qu'une chaudière de chauffage branchée de façon additionnelle atteint de façon sûre une température minimale et conserve cette température pendant au moins un cycle de commutation avant d'être prise à nouveau hors service par exemple en raison d'une chute très rapide à partir d'une pointe de charge. L'exemple de réalisation expliqué concerne deux ou un plus grand nombre de chaudières de chauffage comportant des brûleurs à un étage. Mais le procédé peut être également appliqué de façon judicieuse à des chaudières de chauffage comportant des brûleurs à deux étages, les instructions décrites de branchement et de débranchement de l'appareil de commande 19 concernant le fonctionnement n'uti lisant qu'un des étages des brûleurs ou utilisant les deux étages des brûleurs. De même dans le procédé décrit on peut utiliser des chaudières de chauffage comportant un brûleur produisant une modulation. Au lieu de déterminer le taux de branchement, le calculateur 20 détermine les positions d'ouverture de chaque mécanisme, qui détermine la quantité combustible/air conformément à la puissance de la chaudière. A cet effet on peut utiliser par exemple un potentiomètre qui est réglé par le mécanisme indiqué précédemment. Le procédé décrit permet de commander, avec une faible dépense, une installation de chaudière en cascade, dans laquelle on peut tenir compte non seulement d'un rendement optimal, mais également des exigences visant à empêcher une corrosion des chaudières en raison d'un fonctionnement à une température trop basse. Ce procédé est également applicable dans le cas du fonctionnement d'installations en cascade d'autres générateurs de chaleur ou de froid, dont la puissance ne peut pas être réglée de façon permanente, par exemple des pompes à chaleur ou des machines frigorifiques à deux ou à un plus grand nombre d'étages. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mettre en service ou débrancher, d'une manière commandée en fonction de la puissance, des chaudières de chauffage (HK1, HK2), qui sont raccordées respectivement à un circuit collecteur aller commun (1) et à un circuit collecteur de retour commun (2) d'un réseau de chauffage, caractérisé en ce qu'un bilan de la puissance totale est établi à partir du produit de la puissance maximale connue pour chaque chaudière de chauffage (HK1, HK2) par le taux de branchement ( 1, 2),mesuré en permanence, du brûleur respectif (13, 15) et que des chaudières de chauffage (HK1, HK2) sont branchées de façon additionnelle ou sont débranchées en fonction de ce bilan. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bilan de la puissance globale est établi au moyen d'un calculateur (20) qui branche de façon additionnelle ou débranche des chaudières de chauffage (HK1, HK2), dans un ensemble de chaudières en cascade. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bilan de la puissance globale est établi au moyen d'un calculateur qui sélectionne, sur la base des valeurs du bilan, la ou les chaudières de chauffage (HKî, HK2) qui permettent de fournir à long terme la chaleur nécessaire avec le rendement maximum possible. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la puissance globale doit avoir dépassé un point de commutation, optimal du point de vue énergétique, pendant un temps d'attente prédéterminé de branchement, avant qu'une nouvelle chaudière de chauffage (HK2 HKl) soit branchée en supplément. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la puissance globale doit être tombée au-dessous du point de commutation, optimal du point de vue énergétique, pendant un temps prédéterminé de blocage de débranchement, avant qu'une chaudière de chauffage (HK2 ; HK1) soit débranchée. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, selon lequel un branchement additionnel d'une chaudière de chauffage (HK1, HK2) supplémentaire est réalisé, par sui- te d'une chute de la température réelle dans le circuit aller au-dessous de la température de consigne dans ce cir cuit,uniquement après l'écoulement d7un délai de blocage et uniquement lorsqulun accroissement minimal requis de la température ne s'est pas produit pendant le délai de blocage, caractérisé en ce que la variation de la temperature dans le circuit aller est détectée périodiquement pendant le délai de blocage et que le délai de blocage est d'autant plus bref que la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la température dans le circuit aller est faible, et est dlautant plus long que la différence entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la température dans le circuit aller est élevés. 7. Procédé selon les revendications 4 à 6 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que le temps d'attente de branchement additionnel et le délai de blocage sont rendus en outre dépendants de la différence de température entre la chaudière de chauffage {Xl ; HK2), qui est en service, et la chaudière de chauffage tHK2 ; HK1) qui doit être branchée en supplément et sont choisis dlautant plus brefs que la différence de température est faible. 8. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le taux de branchement ( Li, 2) de chaque brûleur (13, 15) est calculé en permanence à partir de la durée des deux états de service, intervenus en dernier, des brûleurs {13 153 associés à la chaudière de chauffage (HK1, HK2), c'est-a-dire à partir d'un cycle marche-arrêt, conformément à la formule Durée (marche) #= Durée(marche)+Durée (arrêt) et que la valeur {5 l, 2), déterminée en dernier lieu, est conservée en tant que base de calcul jusqu'à la commutation suivante, mais tout au plus jusqu'au moment oû le taux de branchement (#1, #2), qui a été déterminé à partir de la durée du présent état de commutation et à partir de la durée de l'état de commutation immédiatement précédent, a atteint à nouveau la valeur déterminée à partir deys deux états de commutation precédents terminés, et que périodiquement un nouveau taux de branchement (1, 2) est calculé à partir de la durée de l'état de commutationprécédent et de la durée,gui s'est écoulée jusque là, du présent état de commutation et ce nouveau taux de branchement (#1, #2) est utilisé pour le calcul de la puissance instantanée.