Brevet FR2747765A1 — publié le 19971024

La présente invention concerne un procédé de régulation automatique de la courbe de chauffe pour un bâtiment donné, en fonction d'une température ambiante, et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour maintenir une température ambiante de consigne constante de l'ordre de 18 à 200C, dans un bâtiment donné, il est nécessaire de fournir de l'énergie pour compenser les déperditions de chaleur avec l'extérieur. Ces déperditions de chaleur étant variables en fonction de la température externe, une méthode dite de régulation a priori, consiste à anticiper sur les pertes en faisant varier la température de départ d'eau dans l'installation de chauffage en fonction de la température externe mesurée au cours de la journée. On voit sur la figure 2 des dessins annexés, une courbe rectiligne de chauffe C pour un bâtiment donné représentant l'évolution de la température de départ d'eau Td dans l'installation de chauffage en fonction de la température externe Te, pour une température ambiante de consigne Tc = 200C. Toutefois, cette courbe de chauffe est théorique, et pour une température externe donnée, la température de départ d'eau ne correspond pas forcément aux besoins réels en énergie du bâtiment, qui dépendent de nombreux autres paramètres difficilement mesurables et quantifiables. En effet, d'une part, la quantité de chaleur émise par les radiateurs dans le bâtiment dépend de la puissance des émetteurs qui n'est pas linéaire en fonction de la température de départ d'eau, ainsi que de l'équilibrage hydraulique initial du circuit caloporteur dans le bâtiment, notamment au niveau des colonnes d'eau et des robinets, les canalisations pouvant s'embouer au cours du temps provoquant un déséquilibre hydraulique, ce qui réduit le débit d'eau dans le circuit et donc la quantité d'énergie émise. D'autre part, chaque bâtiment a des besoins spécifiques qui dépendent de l'exposition au soleil ou au vent du site, ainsi que de la structure même du bâtiment, à savoir le nombre de pièces, de fenêtres, l'état d'isolation thermique du bâtiment et sa vêtusté. Il est extrêmement difficile, voire impossible, de prendre en compte tous ces différents paramètres lors de l'établissement de la courbe de chauffe théorique d'un bâtiment donné, de sorte qu'il peut se reproduire une surconsommation d'énergie par rapport aux besoins réels ou un chauffage insuffisant selon les périodes de l'année. On connaît également des régulateurs dont la courbe de chauffe a un point d'inflexion intermédiaire pour affiner la régulation de la température de départ d'eau en fonction de la température externe, mais cette régulation reste également insuffisante. Une autre méthode dite de régulation a postériori consiste à mesurer la température dite ambiante dans le bâtiment et à réguler la courbe de chauffe en fonction de celle-ci. On connaît à cet effet, des régulateurs auto-adaptatifs permettant de modifier automatiquement la courbe de chauffe de l'installation en fonction de la température ambiante mesurée. Toutefois, une telle mesure de la température ambiante n'est praticable que dans certains types de bâtiments notamment dans le secteur tertiaire, comme les écoles ou les gymnases, car dans ces derniers la température ambiante reste sensiblement constante à l'intérieur de tout le bâtiment. En revanche, dans les bâtiments à habitations multiples du type logement locatif, la température ambiante varie d'un appartement à l'autre en fonction de la taille des appartements, du nombre de meubles et des occupants, elle varie même d'une pièce à l'autre en fonction du degré d'ouverture des robinets de radiateur par chaque occupant et de l'état ouvert ou fermé des fenêtres. Pour toutes ces raisons, les régulateurs autoadaptatifs en fonction de la température ambiante sont actuellement difficilement applicables à ce dernier type de bâtiment, ou en tout cas pas de manière efficace et précise. En conséquence, la régulation de la courbe de chauffe pour un bâtiment donné se fait en général au coup par coup à la suite des plaintes des occupants. En cas de chauffage insuffisant, on effectue la régulation à la hausse parfois avec quelques jours de décalage en raison des délais de transmission de l'information, mais en cas de chauffage excessif, une régulation à la baisse s'effectue rarement, ce qui a pour conséquence, une surconsommation inutile d'énergie et rend ainsi le chauffage très coûteux. Au surplus, il se produit parfois un phénomène pervers, car les plaintes remontent généralement à l'opérateur contrôlant l'installation de chauffage avec un certain retard, ce qui peut provoquer des régulations à contre-temps car entre-temps les besoins du bâtiment ont pu évoluer dans une autre direction. La présente invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un nouveau procédé de régulation automatique de la courbe de chauffe d'un bâtiment donné en fonction d'une température ambiante, qui permet de garder le ratio de consommation réel constant et égal au ratio théorique prédéterminé dans le contrat de chauffage par exemple. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de régulation automatique de la courbe de chauffe pour un bâtiment donné en fonction d'une température ambiante, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à mesurer la température externe actuelle Te du site, calculer la quantité d'énergie consommée du jour par le bâtiment, lire une température ambiante de consigne Tc dans le bâtiment, et un ratio théorique de consommation Rt défini par la quantité d'énergie à fournir par degré-jour, calculer le nombre de degrés-jour en fonction des valeurs de température externe mesurées du jour, le ratio de consommation réel Rr du jour défini par le rapport entre la quantité d'énergie consommée calculée et le nombre précité de degrés-jour, l'écart E en % entre le ratio théorique Rt et le ratio réel Rr, défini par la formule suivante E % = (Rr - Rt)/Rt et une température ambiante virtuelle Tv définie par la formule suivante Tv = Tc + E/K où K est une constante fixée arbitrairement par l'expérience, fournir à un régulateur auto-adaptatif de la courbe de chauffe en fonction d'une température ambiante, les valeurs mesurées de la température externe, et la valeur calculée de la température ambiante virtuelle en tant que température ambiante. Bien entendu, l'ordre de ces étapes peut être modifié de toute manière adaptée. Le principe de l'invention peut également s'appliquer à la régulation de la courbe de chauffe pour plusieurs bâtiments ou groupe de bâtiments alimentés en réseau par une centrale de production de chaleur. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour mesurer la température externe actuelle Te du site, un moyen de comptage de chaleur pour calculer la quantité d'énergie consommée du jour par le bâtiment, un moyen pour lire une température ambiante de consigne Tc dans le bâtiment et un ratio théorique de consommation Rt défini par la quantité d'énergie à fournir par degré-jour, un calculateur pour calculer le nombre de degrés-jour en fonction des valeurs de température externe mesurées du jour, le ratio de consommation réel Rr du jour défini par le rapport entre la quantité d'énergie consommée calculée et le nombre de degrés-jour précité, l'écart E en % entre le ratio théorique Rt et le ratio réel Rr, défini par la formule suivante E % = (Rr - Rt)/Rt et une température ambiante virtuelle Tv définie par la formule suivante Tv = Tc + E/K où K est une constante fixée arbitrairement par l'expérience, un régulateur auto-adaptatif de la courbe de chauffe en fonction d'une température ambiante, recevant les valeurs de la température externe mesurées, et la valeur calculée de la température ambiante virtuelle en tant que température ambiante. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la constante K est comprise entre 5 et 15, de préférence 7 et 13 et égale encore de préférence à 10. On peut également prévoir que la valeur maximale autorisée de l'écart E soit plafonnée à 20, pour éviter une modification importante de la courbe de chauffe sans renégocier le contrat de chauffage, car autrement des variations significatives de températures pourraient se produire au sein des bâtiments sans que les occupants en soient informés. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels - La figure 1 est un schéma synoptique fonctionnel représentant une installation de chauffage pour un bâtiment - La figure 2 est un graphique représentant une courbe de chauffe en fonction de la température de départ d'eau et de la température externe - La figure 3 est une vue en deux parties supérieure et inférieure montrant de manière schématique et partielle le dispositif de régulation de l'invention. Sur la figure 1 est représentée une installation de chauffage de type classique pour un bâtiment donné 1. Cette installation comporte de manière connue en soi un système de production de chaleur 2 comprenant une chaudière et un brûleur, un circuit caloporteur 3 véhiculant un fluide tel que eau chaude en boucle fermée entre le système de production de chaleur 2 et le bâtiment 1, et des corps de chauffe ou émetteurs 4 tels que des radiateurs dans le bâtiment 1. Un sous-circuit de recyclage 5 muni d'un circulateur 6 est prévu entre la ligne de départ primaire 7 et la ligne de retour primaire 8 de la chaudière 2 pour la raison qui sera indiquée plus loin. Le circuit caloporteur 3 comporte une vanne mélangeuse 9 à trois voies 9a, 9b, et 9c commandée par un régulateur 10 (voir figure 3). La vanne mélangeuse 9 est reliée à la ligne de départ primaire 7 par la voie 9a, à une ligne de départ secondaire 11 vers le bâtiment 1 par la voie 9b, et à une ligne de dérivation 12 par la voie 9c. En effet, la ligne de retour secondaire 13 depuis le bâtiment 1 s'embranche à la fois sur la ligne de retour primaire 8 vers la chaudière 2 et sur la ligne de dérivation 12 vers la vanne 9. On voit également sur la figure 1 qu'un circulateur 14 est prévu sur la ligne de départ secondaire 11 du bâtiment 1. Le régulateur 10 est régi par la courbe de chauffe linéaire C illustrée sur la figure 2, qui fixe les valeurs de la température de départ d'eau secondaire vers le bâtiment 1 en fonction des valeurs de la température externe Te détectée par une sonde ou capteur 15 (voir figure 3). On va maintenant décrire un exemple particulier du fonctionnement de cette installation en faisant varier la température extérieure. La chaudière 2 délivre en amont de la vanne mélangeuse 9 dans la conduite de départ primaire 7 de l'eau chaude à une température constante égale par exemple à 900C et à débit variable. Pour une température externe minimale Te = - 50C environ, d'après la courbe de chauffe C, il est nécessaire que la température de départ d'eau secondaire dans la conduite 11 soit maximale et égale à 900C. A cet effet, le régulateur 10 commande la vanne mélangeuse 9 de façon à ouvrir complètement les voies 9a et 9b et fermer la voie 9c. L'eau retourne alors directement à la chaudière 2 par les conduites 13 et 8, à une température égale à environ 700C. Pour une température externe intermédiaire Te = 100C environ, il est nécessaire d'après la courbe de chauffe C de délivrer au bâtiment 1 une température de départ d'eau secondaire sensiblement égale à 50"C. A cet effet, le régulateur 10 commande la vanne mélangeuse 9 de façon à ouvrir à moitié les voies 9a et 9c et ouvrir complètement la voie 9b. Le flux d'eau qui est véhiculé par la conduite de retour secondaire 13 à une température égale environ à 400C se partage alors à moitié entre la conduite de retour primaire 8 vers la chaudière 2 et la conduite de dérivation 12 vers la vanne 9 où se mélangent l'eau de départ primaire à 900C et l'eau de retour secondaire recyclée à 400C pour délivrer une température de départ secondaire égale à 500C au bâtiment 1. Enfin, pour une température externe maximale Te = 200C environ, il n'est pas nécessaire d'après la chauffe de courbe C de délivrer de l'eau chaude au bâtiment 1. A cet effet, le régulateur 10 commande la vanne mélangeuse 9 de façon à fermer la voie 9a et ouvrir complètement les voies 9b et 9c. Ainsi, l'eau circule en boucle fermée à 200C dans le sous-circuit secondaire défini par les canalisations 13, 12 et 11 et les émetteurs 4, pour éviter que les canalisations s'embouent et conserver une mesure correcte de la température de départ d'eau Td. L'eau circule également en boucle fermée au niveau de la chaudière 2 dans le sous-circuit de recyclage 5 pour éviter que les conduites s'embouent comme dans le souscircuit secondaire précité, et pour éviter les contraintes thermiques ponctuelles au niveau du générateur de chaleur. On remarquera, que dans tous les cas de figure, le débit d'eau restera constant dans les lignes de départ secondaire 11 et de retour secondaire 13. On voit clairement sur la figure 3 que la sonde 15 de température externe Te est reliée au régulateur 10 pour qu'il puisse commander la vanne mélangeuse 9 conformément à la courbe de chauffe C, et qu'un calculateur 16 vient lire dans le régulateur les valeurs de température externe mesurées pour calculer le nombre de degrés-jour du jour. Le dispositif de l'invention comporte en outre un compteur de chaleur 17 pour calculer la quantité d'énergie consommée en kWH du jour. A cet effet, il reçoit des valeurs représentatives de la température d'eau de retour secondaire mesurée par une sonde 18 dans la conduite 13, de la température d'eau de départ secondaire mesurée par une autre sonde 19 dans la conduite 11 et du débit d'eau mesuré par un débitmètre 20 dans la conduite 13. Bien entendu, les sondes de température 18 et 19 et le débitmètre 20 pourraient en variante être agencés sur le sous-circuit primaire au lieu du sous-circuit secondaire. La valeur ainsi calculée de la quantité d'énergie consommée du jour est alors transmise au calculateur 16 comme indiqué par la flèche F1, pour calculer le ratio de consommation réel Rr du jour, défini par le rapport entre cette valeur et le nombre de degrés-jour précité. Le calculateur 16 comporte un programme ou un matériel permettant de calculer l'écart E en % entre ce ratio réel Rr et un ratio de consommation théorique Rt défini par la quantité d'énergie à fournir par degré-jour et prédéterminé dans le contrat de chauffage ou par l'homme de l'art. Le calculateur va lire dans sa mémoire les valeurs d'une température ambiante de consigne Tc prédéfinie et du ratio de consommation théorique. On pourrait prévoir en variante que la température de consigne Tc soit lue par le calculateur directement dans le régulateur. En effet, la température de consigne dans le régulateur pourrait être modifiée manuellement par l'opérateur ou automatiquement par le régulateur au cours de la journée, lorsque la température de consigne varie par exemple en passant de l'horaire diurne à l'horaire nocturne. Le ratio théorique Rt pourrait également être variable, par exemple en fonction de paramètres atmosphériques pour améliorer encore le rendement de chauffage. L'écart E est donné par la formule suivante E t = (Rr - Rt)/Rt Le calculateur calcule ensuite une température ambiante virtuelle Tv par application de la formule suivante Tv = Tc + E/K où K est une constante fixée arbitrairement par l'expérience et comprise entre 5 et 15 et de préférence 7 et 13. Si on prend une valeur de K égale à 10, on obtient pour un écart E égal à 10% une valeur pour la température ambiante virtuelle supérieure de 10C à la température de consigne Tc. Cette valeur de température ambiante virtuelle Tv est alors transmise au régulateur 10 comme indiqué par la flèche F2, qui est auto-adaptatif en fonction d'une température ambiante. Le régulateur 10 modifie alors automatiquement sa courbe de chauffe en conséquence, par exemple en translatant parallèlement la courbe rectiligne C ou en l'inclinant différemment, ou en déplaçant son point d'inflexion si la courbe de chauffe en est pourvue. Le dispositif de l'invention permet ainsi de garder le ratio de consommation réel constant et égal au ratio théorique préalablement défini, avec un décalage de un jour seulement. Bien entendu, on pourrait obtenir une régulation plus fine en calculant cette température ambiante virtuelle à des intervalles de temps plus courts. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec une installation de chauffage comportant une seule chaudière, le dispositif de l'invention peut s'appliquer à tout autre installation comportant par exemple une centrale de production de chaleur à plusieurs chaudières qui alimente en réseau différents bâtiments ou groupes de bâtiments. L'invention n'est pas non plus limitée au circuit caloporteur à vanne mélangeuse tel que décrit ici, mais peut s'appliquer à tout autre circuit par exemple à vanne en répartition. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, elle n'y est nullement limitée et elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation automatique de la courbe de chauffe (C) pour un bâtiment donné (1) en fonction d'une température ambiante, comprenant les étapes consistant à mesurer la température externe actuelle Te du site, lire une température ambiante de consigne Tc dans le bâtiment (1), et un ratio théorique de consommation Rt défini par la quantité d'énergie à fournir par degré-jour, calculer la quantité d'énergie consommée du jour par le bâtiment (1), calculer le nombre de degrés-jour en fonction des valeurs de température externe Te mesurées du jour, le ratio de consommation réel Rr défini par le rapport entre la quantité d'énergie consommée calculée et le nombre précité de degrés-jour, l'écart E en % entre le ratio théorique Rt et le ratio réel Rr, défini par la formule suivante E t = (Rr-Rt)/Rt et une température ambiante virtuelle Tv définie par la formule suivante Tv = Tc + E/K où K est une constante fixée arbitrairement par l'expérience, fournir à un régulateur auto-adaptatif de la courbe de chauffe en fonction d'une température ambiante, les valeurs mesurées de la température externe Te, et la valeur calculée de la température ambiante virtuelle Tv en tant que température ambiante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'applique à la régulation de la courbe de chauffe (C) pour plusieurs bâtiments ou groupe de bâtiments alimentés en réseau par une centrale de production de chaleur. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (15) pour mesurer la température externe actuelle Te du site, un moyen de comptage de chaleur (17) pour calculer la quantité d'énergie consommée du jour par le bâtiment (1), un moyen pour lire une température ambiante de consigne Tc dans le bâtiment (1) et un ratio théorique de consommation Rt défini par la quantité d'énergie à fournir par degré-jour, un calculateur (16) pour calculer le nombre de degrésjour en fonction des valeurs de température externe Te mesurées du jour, le ratio de consommation réel Rr du jour défini par le rapport entre la quantité d'énergie consommée calculée et le nombre précité de degrés-jour, l'écart E en % entre le ratio théorique Rt et le ratio réel Rr, défini par la formule suivante E t = (Rr - Rt)/Rt et une température ambiante virtuelle Tv définie par la formule suivante Tv = Tc + E/K où K est une constante fixée arbitrairement par l'expérience, un régulateur (10) auto-adaptatif de la courbe de chauffe (C) en fonction d'une température ambiante, recevant les valeurs de la température externe Te mesurées, et la valeur calculée de la température ambiante virtuelle Tv en tant que température ambiante. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la constante K est comprise entre 5 et 15. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la constante K est comprise entre 7 et 13. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la constante K est égale à 10. 7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur maximale autorisée de l'écart E est plafonnée à 20 t.