Brevet FR2795491A1 — publié le 20001229

La présente invention concerne un procédé d'équilibrage d'une installation de chauffage/refroidissement de locaux de type à circulation d'eau bitube, ainsi qu'un appareil destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. On sait que l'équilibrage d'une installation de chauffage central à circulation d'eau chaude consiste à ,assurer une répartition du débit des pompes de circulation d'eau qui soit en correspondance avec la puissance des radiateurs irrigués. Dans ce type d'installation on sait que les radiateurs sont disposés en dérivation entre une ligne d'arrivée d'eau chaude et une ligne de retour. Chaque radiateur est pourvu d'un robinet d'équilibrage dont la position permet de contrôler le débit d'eau chaude qui le traverse et, en conséquence, la quantité de chaleur délivrée par celui-ci. L'une des difficultés rencontrées lors des opérations d'équilibrage de ce type d'installation provient d'une 'mauvaise répartition des débits entre les différents radiateurs qui engendre des écarts de chauffage, qui se creusent d'ailleurs lorsque la température extérieure décroît. Une telle situation est extrêmement fréquente, notamment dans les installations anciennes et se traduit par un inconfort pour l'usager et par une surconsommation. La recherche d'un bon équilibre de l'installation est rendue difficile en raison de ce que, lorsque l'on effectue une correction de débit sur l'un des radiateurs d'une installation, on modifie du même coup le débit des autres radiateurs de cette installation. Pour éviter cet inconvénient on a proposé, dans l'état antérieur de la technique, de précalculer la position de réglage de l'ensemble des robinets de l'installation. Une telle opération, délicate en raison de sa complexité, imposait de plus au concepteur de disposer de l'ensemble des plans exacts de l'installation ce qui, dans le cas d'installations anciennes, imposait le plus souvent de refaire un relevé complet de la distribution. on a proposé également de réaliser un tel équilibrage en mesurant, sur des robinets spéciaux, le débit d'eau ,chaude traversant chaque radiateur et en corrigeant le débit de celui-ci de façon appropriée. Cette mesure de débit est habituellement réalisée par la mesure de la perte de charge qui existe sur le robinet de réglage. En appliquant ensuite diverses méthodes on converge plus ou moins rapidement, en fonction de l'installation, vers un état d'équilibre. L'inconvénient majeur de cette technique d'équilibrage est que l'installation doit disposer de robinets spéciaux permettant d'effectuer une telle mesure, et que cette mesure est difficile à réaliser dans le cas des faibles débits des radiateurs. Un premier but de la présente invention est de proposer 'une méthode d'équilibrage qui permette d'arriver rapidement à l'état d'équilibre, et ceci de façon directe ou quasi directe, tout en évitant à l'utilisateur l'astreinte de l'utilisation de robinets spéciaux sur les radiateurs, et la mise en oeuvre de relevés et de calculs complexes. La présente invention a ainsi pour objet un procédé d'équilibrage d'une installation de chauffage/ refroidissement à circulation d'eau comportant une série de radiateurs disposés en dérivation entre une canalisation d'alimentation en eau amont et une canalisation de retour aval, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à mesurer les températures des canalisations d'alimentation et de retour au niveau du radiateur situé le plus en amont de la série, et déterminer la différence de température existant entre ces deux valeurs, soit l'écart de référence, mesurer la température, en sortie de chacun des radiateurs de la série, déterminer, pour chaque radiateur de la série, la différence entre la température d'entrée du radiateur le plus en amont et la température de sortie du radiateur considéré, soit l'écart spécifique, établir, pour chaque radiateur de la série un coefficient correcteur de mesure ,égal à la différence existant entre la valeur de l'écart de référence avec une valeur constituée par la différence existant entre la susdite valeur de l'écart de référence et la susdite valeur de l'écart spécifique multipliée par un coefficient d'ajustement. Ce coefficient a été déterminé de façon empirique et est voisin de 2. Suivant l'invention on établira pour chaque radiateur un coefficient de débit relatif égal au rapport de l'écart de référence sur le coefficient correcteur de mesure. on corrigera le débit fourni par un radiateur déterminé en multipliant son débit par l'inverse du coefficient de débit relatif. La présente invention a également pour but de proposer un appareil permettant de réaliser un tel équilibrage d'une installation de chauffage/refroidissement de façon rapide et facile. Elle a ainsi pour objet un appareil d'équilibrage d'une installation de chauffage/refroidissement à circulation d'eau comportant une série de radiateurs disposés en dérivation entre une canalisation d'alimentation en eau amont et une canalisation de retour aval, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à mesurer les températures des canalisations d'alimentation et de retour au niveau du radiateur situé le plus en amont de la série, des moyens de stockage de ces valeurs, des moyens aptes à déterminer la différence de température existant entre ces deux valeurs, des moyens aptes à mesurer la température, en sortie de chacun des radiateurs de la série, des moyens aptes à déterminer pour chaque radiateur de la série la différence entre la température d'entrée du radiateur le plus en amont et la température de sortie du radiateur considéré, soit l'écart spécifique, des moyens aptes à établir pour chaque ,radiateur un coefficient correcteur de mesure égal à la différence existant entre la valeur de l'écart de référence avec une valeur constituée par la différence existant entre la susdite valeur de l'écart de référence et la susdite valeur de l'écart spécifique multipliée par un coefficient d'ajustement. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en regard des dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue schématique d'une installation de chauffage à circulation d'eau chaude comportant une série ,de n radiateurs disposés en dérivation entre une canalisation d'arrivée d'eau et une canalisation de retour. La figure 2 est une vue schématique d'un exemple de mise en oeuvre d'une installation suivant l'invention. La figure 3 est une courbe représentant la variation du pourcentage de débit d'un robinet par rapport à son débit maximal en fonction du nombre de tours, dans le sens de l'ouverture, de celui-ci sous un écart de pression constant. La figure 4 est une vue schématique d'un appareil permettant de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention. On a représenté sur la figure 1 une installation de chauffage comprenant une canalisation d'alimentation en eau chaude 1 et une canalisation de retour 3. n radiateurs, respectivement R1, R2, R3,... Rn sont disposés les uns à la suite des autres, en parallèle entre ces deux canalisations 1 et 3. Chacun de ces radiateurs Rn est équipé en sortie d'un robinet ROn permettant de régler le débit d'eau chaude qui le traverse. L'opération d'équilibrage de cette installation consiste à faire en sorte que le débit spécifique de chacun de ces radiateurs Rn soit en correspondance avec leurs puissances respectives. Pour, suivant l'invention, mettre en état d'équilibre une telle installation, on procède ainsi qu'indiqué ci- après. On remarquera tout d'abord que toutes les mesures de températures effectuées dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé d'équilibrage suivant l'invention seront préférablement réalisées au moyen de thermomètres à infrarouge, qui présentent l'avantage de posséder une inertie thermique quasi inexistante et une capacité de fournir une mesure précise et instantanée. Préalablement aux mesures les organes de commande des robinets d'équilibrage ROn associés à chacun des radiateurs Rn seront disposés en position de mi-ouverture. On mesurera tout d'abord, dans un premier temps, à l'aide d'un thermomètre à infrarouge, la température TA de la canalisation 1 en un point A qui, sur le schéma de la figure 1, est situé en amont du premier radiateur R1, et la température TB de la canalisation 3 en un point B, situé en aval du radiateur R1. On peut ainsi calculer la valeur dtref-TA-TB qui sera désignée ci-après par "écart de référence". On mesurera ensuite, également au moyen d'un thermomètre à infrarouge, la température tsn de la canalisation située en sortie de chacun des radiateurs Rn. On a déduit, de nombreuses mesures statistiques, que le débit relatif Qôn d'un radiateur Rn donné (c'est-à-dire le pourcentage du débit initial de ce radiateur par rapport à son débit à régler ) pouvait s'exprimer en fonction de l'écart de référence et de la température tsn de sa canalisation de sortie. Dans cette formule le coefficient k, dénommé coefficient d'ajustement , qui a été établi de façon empirique, est voisin de 2. On décrira ci-après, en regard de la figure 2, un exemple de mise en oeuvre de l'invention. EXEMPLE Dans cet exemple l'installation comprend une canalisation d'alimentation en eau chaude 1 et une canalisation de retour 3 entre lesquelles sont montés en dérivation trois radiateurs, respectivement R1, R2, R3. La température de la canalisation d'alimentation 1 en tête de 'la série au point A est TA = 60 C et la température de la canalisation de retour 3 au point B est TB = 50 C. Les températures en sortie des radiateurs R1, RZ et R3 sont respectivement tsl = 54 C, ts2 = 49 C et ts3 = 45 C. suivant l'invention, on mesure tout d'abord la température TA et la température TB de façon à obtenir l'écart de référence dtref = 10 C. On mesure ensuite, en sortie du radiateur R1 la température tsl puis on effectue pour le radiateur R1 le calcul suivant la formule (1). On obtient ainsi pour le radiateur R1 Radiateur R 1 Le débit relatif Q$R1 obtenu pour le radiateur R1 étant de 500%, cela signifie que le débit initial de ce radiateur est cinq fois trop élevé et que, en conséquence, on devra donc le diminuer dans un rapport de 5. Pour ce faire on fermera le robinet de réglage R01 qui lui est associé de façon que son débit soit divisé par 5. On opérera de même ensuite pour le radiateur RZ Radiateur R 2 Le débit relatif Q%R2 obtenu pour le radiateur R2 est de 83%. Cela signifie que le débit initial de ce radiateur est les 83/100 de ce qu'il devrait être et que, en conséquence, son débit devra être augmenté dans un rapport de 100/83 = 1,2. Pour ce faire on ouvrira le robinet de réglage Rot qui lui est associé de façon à amener ainsi le débit relatif à 100%. On opérera de même pour le radiateur R3 Radiateur R 3 On constate ici que le débit relatif Q%R3 du radiateur R3 est de 50%. Cela signifie que le débit initial de ce radiateur devra être doublé, si bien que l'on devra ouvrir le robinet de réglage de débit R03 qui lui est associé, de façon à doubler son débit. Lorsque le débit relatif obtenu Q$Rn sera soit négatif, soit infini on considérera que le débit initial est infiniment trop important et, en conséquence, le réglage du 'robinet ROn correspondant sera mis dans sa position de réglage minimal. Afin de réaliser cette opération, pour chacun des radiateurs Rn, de façon facile et rapide on dispose de courbes qui expriment la variation de débit relative q%Rn d'un robinet de marque et de type donné en fonction du nombre de tours N de son organe de réglage et ceci pour un écart de pression constant. Une telle courbe est représentée à titre d'exemple sur la figure 3. On connaît, pour chacun des radiateurs R1,R2 et R3, la ,position de réglage initiale du robinet. On supposera ainsi, qu'à l'origine le robinet était en position médiane ce qui correspond sur la courbe de la figure 3 à 4 tours (N=4) et à un débit de 60% du débit maximal de celui-ci. Le radiateur R1 dont on souhaite réduire le débit dans un rapport de 5 devra donc être amené à un débit de robinet de 12% et la courbe de la figure 3 nous montre que, pour ce faire, on devra tourner la commande du robinet R01 pour l'amener à 0,7 tour d'ouverture. I1 en est de même, pour le radiateur R2, dont le débit doit être augmenté dans un rapport de 1,2. Le débit de son robinet R02 devra être amené à 72% et la courbe de la figure '3 nous montre que l'on devra tourner la commande de ce robinet R02 pour l'amener à 5 tours d'ouverture. En ce qui concerne le radiateur R3 il sera nécessaire de positionner son organe de commande en grande ouverture sans pouvoir comme souhaité doubler son débit initial. On a constaté qu'une fois les réglages ainsi effectués l'installation se trouvait équilibrée et qu'il n'était pas nécessaire de revenir sur les réglages précédemment effectués si les radiateurs étaient comme il se doit correctement dimensionnés. Afin de favoriser la mise en oeuvre d'un tel procédé 'd'équilibrage, on peut faire appel à un appareil ayant pour effet de guider l'utilisateur au cours du processus et d'automatiser certaines des opérations. On a représenté, de façon schématique, sur la figure 4, un tel appareil d'équilibrage d'une installation de chauffage à circulation d'eau chaude. Cet appareil comprend essentiellement une unité centrale 10 qui est raccordée à des moyens d'acquisition de données, constitués d'un thermomètre à mesure infrarouge 12 ,et d'un clavier de saisie de données 14. L'unité centrale 10 est également raccordée à des moyens de stockage mémoire 16 et à un écran d'affichage 18 par lequel l'unité centrale donne ses instructions à l'utilisateur et qui permet à celui-ci de lire les résultats. L'unité centrale 10 est pourvue d'un programme, inclus par exemple dans un microcontrôleur, dont un rôle est de régler le séquencement des différentes phases du procédé. L'unité centrale 10 demande tout d'abord à l'utilisateur, par l'intermédiaire de l'écran 18, d'effectuer la mesure de la température de la canalisation 1 en A, c'est-à-dire dans la zone la plus en amont d'arrivée d'eau chaude (mesure de 'TA) puis d'effectuer la mesure de température au point B de la canalisation de retour 3 (mesure de TB). L'unité centrale 10 assure également le stockage, dans la mémoire 16, des valeurs TA et TB mesurées. Elle demande ensuite d'effectuer la mesure de température en sortie du premier radiateur à régler R1, et assure le stockage de cette valeur tsl, dans la mémoire 16. L'unité centrale 10 dispose alors des différentes valeurs qui lui sont nécessaires pour appliquer la formule (1) et afficher sur l'écran 18, la valeur Qôn représentant le débit relatif du premier radiateur R1. Après réglage de celui-ci, l'opérateur traitera successivement les robinets R2 . . . Rn . De façon intéressante l'appareil pourra comporter ou recevoir, à l'intérieur de la mémoire 16, différents fichiers se rapportant chacun à une marque et à un type de robinets déterminés les plus utilisés et qui contiendront les valeurs correspondant à la courbe de la figure 3 (qô=f(N)). L'unité centrale 10 connaîtra ainsi la loi de variation de débit du robinet ROn utilisé en fonction du nombre de tours N de son organe de commande et ceci sous un écart de pression constant. L'unité centrale 10 demande alors à l'utilisateur, par l'intermédiaire de l'écran 18, la position initiale et le type du robinet de réglage RO1, normalement positionné en mi-ouverture, ainsi que mentionné précédemment . Cette position sera entrée dans la mémoire 16 au travers de l'unité centrale 10 à l'aide du clavier 14. Au moyen d'un calcul identique à celui mentionné précédemment l'unité centrale 10 sera ainsi en mesure d'indiquer à l'utilisateur, pour chacun des robinets ROn dont la courbe est en mémoire, d'une part le sens dans lequel il convient de tourner l'organe de réglage et d'autre part le nombre de tours dont on doit tourner celui-ci. Le présent appareil peut également être en mesure, après stabilisation de l'installation, de fournir un contrôle à posteriori des opérations effectuées afin de voir s'il est nécessaire d'apporter au réglage des corrections, notamment dans le cas ou certains radiateurs auraient été mal dimensionnés. Dans une variante particulièrement intéressante de l'invention le présent dispositif sera ainsi équipé de moyens permettant de réaliser une mesure de la température de l'air, à savoir de l'air du local dans lequel se trouvent un ou plusieurs radiateurs et de la température extérieure. on a déterminé par le calcul qu'il était possible dans le cas d'une température intérieure incorrecte, de déterminer le débit Q%n en correspondance avec la température intérieure souhaitée. Préférablement ce thermomètre sera un thermomètre à mercure dont le bulbe sera ventilé par micro-ventilateur et sera intégré dans l'appareil. Bien que les exemples décrits dans cette demande soient relatifs à une installation à circulation d'eau par laquelle ,on chauffe le local, l'ensemble des opérations pourrait également être effectué dans l'hypothèse où cette installation à circulation d'eau véhiculerait de l'eau froide afin de refroidir ledit local. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'équilibrage d'une installation de chauffage/refroidissement à circulation d'eau comportant une série de radiateurs (Rn) disposés en dérivation entre une canalisation d'alimentation en eau amont (1) et une canalisation de retour aval (3), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - mesurer les températures des canalisations d'alimentation (TA) et de retour (TB) en amont de la série, 'et déterminer la différence de température (dtref) existant entre ces deux valeurs (TA, TB), soit l'écart de référence, - mesurer successivement la température, (tsn) en sortie de chacun des radiateurs (Rn) de la série, - déterminer successivement, pour chaque radiateur (Rn) de la série, la différence entre la température (TA) en amont du premier radiateur (R1) de la série et la température de sortie (tsn) du radiateur (Rn) considéré, soit l'écart spécifique, - établir, pour chaque radiateur (Rn) de la série un coefficient correcteur de mesure (A) égal à la différence ,existant entre la valeur de l'écart de référence (dtref) avec une valeur constituée par le produit d'un coefficient d'ajustement (k) par la différence existant entre la susdite valeur de l'écart de référence (dtref) et la susdite valeur de l'écart spécifique. 2 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le coefficient d'ajustement (k) est voisin de 2. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'on établit pour chaque radiateur (Rn), un coefficient de débit relatif (Q%n) égal au rapport de l'écart de référence (dtref) sur le coefficient 'correcteur de mesure (A). 4 - Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'on corrige le débit fourni par un radiateur (Rn) déterminé en multipliant son débit par l'inverse du coefficient de débit relatif. 5 - Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'on assure le positionnement de l'organe de réglage du robinet (ROn) à régler, en référence à la réponse hydraulique de ce robinet sous pression constante. 6 - Appareil d'équilibrage d'une installation de chauffage/refroidissement à circulation d'eau comportant une série de radiateurs (Rn) disposés en dérivation entre une canalisation d'alimentation en eau amont (1) et une canalisation de retour aval (3), caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens (12) aptes à mesurer les températures des canalisations d'alimentation (TA) et de retour (TB) au niveau du radiateur (R1) situé le plus en amont de la série, - des moyens de stockage (16) de ces valeurs, - des moyens (1o) aptes à déterminer la différence de température (dt Ref) existant entre ces deux valeurs (TA,TB), - des moyens aptes à mesurer la température, (tsn) en sortie de chacun des radiateurs (Rn) de la série, - des moyens aptes à déterminer, pour chaque radiateur (Rn) de la série, la différence entre la température d'entrée (TA) du radiateur (R1) le plus en amont et la température de sortie (tsn) du radiateur considéré, soit l'écart spécifique, - des moyens aptes à établir, pour chaque radiateur (Rn), un coefficient correcteur de mesure (A) égal à la différence existant entre la valeur de l'écart de référence (dtref) avec une valeur constituée par le produit d'un 'coefficient d'ajustement (k) par la différence existant entre la susdite valeur de l'écart de référence et la susdite valeur de l'écart spécifique. 7 - Appareil suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de paramétrage du coefficient d'ajustement (k). 8 - Appareil suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à établir, pour chaque radiateur (Rn), un coefficient de débit relatif (Q%n) égal au rapport de l'écart de référence (dtref) sur le coefficient correcteur de mesure (A). 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les moyens de mesure de température sont constitués d'un thermomètre à infrarouge. 10 - Appareil suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte en mémoire (16) des courbes correspondant à la variation de débit relative (q%=f(N)) des robinets (ROn) utilisés en fonction du nombre de trous relatifs de son organe de réglage, et ce à pression constante. 11.- Appareil suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un thermomètre .de mesure de la température de 1 'air, apte à mesurer notamment la température extérieure et la température dans le local é traiter.