Brevet FR2875291A1 — publié le 20060317

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GESTION DE LA PUISSANCE FRIGORIFIQUE D'UN OU DE PLUSIEURS APPAREILS DE REFROIDISSEMENT PLACES DANS UNE PIECE MUNIE D'UNE OUVERTURE SUR L'EXTERIEUR DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé pour gérer la puissance frigorifique d'un ou de plusieurs appareils de refroidissement placé(s) dans une pièce ayant au moins une ouverture sur l'extérieur. Elle concerne également le dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. L'invention trouve des applications dans le domaine de la climatisation par abaissement de la température et, en particulier, de la climatisation électrique chez les particuliers ou dans les entreprises, où les fenêtres et/ou portes donnant sur l'extérieur sont susceptibles de rester un long moment ouvertes. ETAT DE LA TECHNIQUE L'habitude sociale veut que les particuliers aèrent régulièrement leur logement, pour en renouveler l'air. Des études montrent que les fenêtres (ou les portes) sont ouvertes quotidiennement pour aérer, au moins une heure chaque jour, été comme hiver. Lors de ces ouvertures, les appareils de refroidissement munis de thermostats se mettent à fonctionner à une puissance supérieure à la normale, pour compenser l'air chaud entré dans la pièce. Cela entraîne une surconsommation d'énergie de refroidissement. Ce phénomène est encore amplifié lorsqu'il s'agit d'un appareil de refroidissement électrique. En effet, l'appareil de refroidissement électrique présente une bonne dynamique de régulation. Autrement dit, lors de l'ouverture d'une fenêtre ou d'une porte, cet appareil se met à sa puissance frigorifique maximale très rapidement, ce qui entraîne une surconsommation électrique inutile. Pour éviter ces surconsommations, la plupart des personnes préfèrent couper la climatisation lors de l'ouverture d'une fenêtre ou d'une porte, puis la remettre en marche lors de la fermeture de la fenêtre ou de la porte. Cette nécessité de couper, puis de remettre en marche l'appareil de refroidissement est une contrainte pour les utilisateurs. Pour éviter cette contrainte aux utilisateurs, il est possible de munir chaque ouverture (fenêtre ou porte) donnant sur l'extérieur de contacteurs du type contacts de feuillure. Ceux-ci détectent, mécaniquement, l'ouverture d'une porte ou d'une fenêtre et commandent alors l'arrêt de l'appareil de refroidissement, c'est-à-dire la coupure de son alimentation électrique. Ce système présente l'inconvénient de nécessiter des liaisons filaires entre les contacteurs et l'appareil de refroidissement, ce qui, d'une part, est inesthétique et, d'autre part, entraîne des coûts d'installation importants. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a justement pour objet de remédier aux inconvénients de la technique décrite précédemment. A cette fin, elle propose un procédé et un dispositif intégré (c'est-à-dire sans fil ) permettant de détecter l'ouverture, puis la fermeture d'une porte ou d'une fenêtre donnant sur l'extérieur et de commander la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement en fonction de ce qui a été détecté. De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de gestion de la puissance frigorifique d'au moins un appareil de refroidissement situé dans une pièce munie d'au moins une fenêtre ou porte. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: - choisir un écart de température seuil; - mémoriser la température de la pièce pendant un intervalle de temps t0; - déterminer un écart de température entre l'instant présent et le début de l'intervalle de temps t0; - dès que l'écart de température devient supérieur à l'écart de température seuil, alors considérer qu'il y a ouverture d'une porte ou fenêtre et diminuer la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement; - surveiller l'évolution de la température dans la pièce pendant un intervalle de temps te; et - si la température diminue pendant ce temps te, alors considérer que la porte ou fenêtre est refermée et augmenter la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement. Avantageusement, le procédé comporte les étapes consistant à : - choisir un second écart de température seuil, inférieur au premier écart de température; et - vérifier si l'écart de température après le temps te est compris entre le premier et le second écart de température seuil et, si c'est le cas, à attendre un temps complémentaire tc, puis à vérifier, à la fin de ce temps tc, l'évolution de la température; et - si la température n'a pas diminué pendant ce temps tc, alors diminuer la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement. Dans un mode de réalisation préféré, le procédé de l'invention comporte les étapes consistant à . - choisir une durée d'ouverture de sécurité d, avec d te; et - lorsqu'aucune diminution de l'écart de température n'a été détectée après cette durée d, alors augmenter la puissance frigorifique pendant un temps imposé tf et vérifier alors si l'écart de température diminue: si ce n'est pas le cas, alors diminuer à nouveau la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement. Selon ce procédé, il est possible de déterminer une puissance frigorifique maximale en fonction de la puissance frigorifique moyenne calculée sur un large intervalle de temps. Les étapes d'augmentation de la puissance frigorifique peuvent alors consister à porter l'appareil de refroidissement à sa puissance frigorifique maximale et les étapes de diminution de la puissance frigorifique à mettre l'appareil de refroidissement à l'arrêt. L'invention concerne également le dispositif de mise en uvre de ce procédé. Ce 10 dispositif comporte: - une sonde fixée sur l'appareil de refroidissement pour mesurer la température ambiante de la pièce; - des moyens de calcul d'au moins un écart de température pendant un intervalle de temps te; et - des moyens de commande de la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement, en fonction de l'écart de température déterminé. Avantageusement, l'appareil de 20 refroidissement est un appareil électrique. Selon un mode de réalisation, les moyens de calcul consistent en un microcontrôleur intégré sur chaque appareil de refroidissement. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de calcul consistent en un ordinateur pilotant les moyens de commande d'un ou de plusieurs appareils de refroidissement. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - La figure 1 représente schématiquement un dispositif de l'invention; la figure 2 représente le diagramme fonctionnel montrant les différentes étapes du procédé de l'invention; et - les figures 3A et 3B représentent, sous forme de signaux électriques, des exemples d'ouverture et de fermeture d'une porte et d'une fenêtre, ainsi que le fonctionnement de l'appareil de refroidissement en fonction de ces ouvertures et fermetures de fenêtre et porte. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention propose un dispositif intégré, c'est-à-dire sans fil , permettant de gérer la puissance frigorifique d'un appareil de refroidissement, ou de plusieurs appareils de refroidissement, lors de l'ouverture et de la fermeture des fenêtres et/ou portes d'une pièce d'un logement. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le dispositif de base de l'invention. Ce dispositif comporte un appareil de refroidissement 1, muni d'une sonde 2 permettant de mesurer la température ambiante de la pièce dans laquelle est placé l'appareil de refroidissement. Toute la description qui va suivre sera donnée pour un dispositif de refroidissement de type électrique. La sonde de ce dispositif est une sonde isolée dans une gaine plastique, c'est-à-dire présentant un double isolement, telle qu'une sonde CTN 10k à double isolement. De préférence, la sonde est placée en bas de l'appareil de refroidissement à une extrémité latérale, de façon à ne pas subir le flux d'air froid émis par l'appareil de refroidissement. Le dispositif de l'invention comporte, en outre, des moyens de commande de la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement. Comme on le verra plus en détail par la suite, ces moyens de commande peuvent être simplement un dispositif de marche/arrêt 3, ou bien un variateur 4, ou les deux. Le dispositif comporte également des moyens de calcul permettant de calculer l'écart de température entre l'instant présent et un instant t0, et de vérifier si cet écart de température est inférieur, supérieur ou bien égal à un écart de température prédéterminé, appelé écart seuil . Le détail des calculs effectués par ces moyens de calcul sera décrit ultérieurement, lors de la description du procédé de l'invention. Ces moyens de calcul peuvent être, comme c'est le cas sur la figure 1, un microcontrôleur 5, intégré sur l'appareil de refroidissement. Ce microcontrôleur est connecté directement aux moyens de commande de l'appareil de refroidissement. Dans une variante de réalisation de l'invention, il est possible de placer, dans un même logement, plusieurs appareils de refroidissement munis chacun d'une sonde. Les informations relevées par chaque sonde sont alors fournies à un même moyen de calcul qui peut être un ordinateur de type PC; c'est, alors, l'ordinateur qui effectue les calculs d'écarts de température, pour chaque appareil de refroidissement, et qui pilote les moyens de commande de chaque appareil de refroidissement. Sur la figure 2, on a représenté le diagramme fonctionnel montrant les différentes étapes du procédé de l'invention. Plus précisément, on a représenté, en trait plein, les étapes essentielles au procédé de l'invention et, en pointillés, les étapes d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Le procédé de l'invention consiste, d'une façon générale, à déterminer un écart de température pendant un certain temps, à vérifier si cet écart de température est supérieur à un seuil prédéterminé et, à en déduire, s'il y a ouverture ou non d'une fenêtre ou d'une porte. Pour faciliter la description du procédé de l'invention, on considèrera que la pièce comporte une seule fenêtre ouvrant sur l'extérieur et une porte ouvrant sur un couloir intérieur au logement; on considèrera également que la pièce ne comporte qu'un seul appareil de refroidissement électrique. De façon plus précise, le procédé de l'invention consiste à choisir (étape 10) un écart de température seuil ATs, ainsi qu'un premier intervalle de temps tO permettant de déterminer s'il y a eu une ouverture sur l'extérieur et un second intervalle de temps (te) permettant de déterminer si cette ouverture a été refermée. Le procédé de l'invention consiste ensuite en une étape 11 de mémorisation de la température ambiante de la pièce T pendant l'intervalle de temps tO. Il consiste ensuite à calculer l'écart de température AT entre l'instant présent t et le début de l'intervalle de temps tO. Par exemple, tO peut être fixé à 10 minutes avec une prise de température toutes les 30 secondes ou toutes les minutes, de façon à mémoriser la température mesurée 10 minutes avant l'instant présent. Le procédé de l'invention consiste ensuite en une étape de test 13 qui consiste à vérifier si l'écart de température calculé AT est supérieur à l'écart de température seuil ATs prédéfini. Si ce n'est pas le cas, alors le procédé considère que la fenêtre est fermée (bloc 17) et le procédé se reboucle sur le début de l'étape 11. Au contraire, si le résultat du test 13 est positif, c'est-à-dire si AT > ATs, alors le procédé considère que la fenêtre est ouverte et les moyens de calculs commandent l'arrêt du refroidissement, à l'étape 14. Il est à noter que dans la description de la figure 2, on considère que lorsqu'une fenêtre est ouverte, le refroidissement doit être arrêté et lorsque la fenêtre est refermée, le refroidissement doit être remis en marche. Il est bien entendu que, comme cela a été expliqué précédemment, l'appareil de refroidissement peut simplement subir une diminution de sa puissance frigorifique (au lieu d'un arrêt total), lorsque la fenêtre est détectée ouverte et, au contraire, une augmentation de sa puissance frigorifique (au lieu d'une remise en marche) lorsque le fenêtre est refermée. Ce choix dépend de l'application envisagée. Lorsqu'une fenêtre a été détectée comme ouverte et que le refroidissement a été arrêté (ou la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement diminuée), il faut détecter la fermeture de cette fenêtre ouverte. Pour cela, le procédé prend en compte le fait que les murs ont une constante de temps importante, qui peut être de 50 heures minimum pour un bâtiment neuf et plus pour un bâtiment ancien. Ainsi, lorsqu'une fenêtre est ouverte, l'air ambiant de la pièce est rapidement réchauffé ; par contre, les murs, du fait de leur constante de temps, ne se réchauffent pas aussi rapidement. Ainsi, lors de la fermeture de la fenêtre, les murs absorbent la chaleur, ce qui donne lieu à une diminution de température dans la pièce. Le procédé de l'invention propose donc de surveiller l'évolution de la température sur un intervalle de temps te. Si la diminution en température est significative, on considère que la fenêtre a été refermée et donc que le refroidissement peut être remis en marche. Pour cela, le procédé de l'invention consiste à surveiller, à l'étape 15, l'évolution de la température T dans la pièce pendant un intervalle de temps te. Si cette température T diminue pendant ce temps te, c'est-àdire si T m Le procédé, qui vient d'être décrit, correspond à un programme économique de base. L'invention propose un programme, dit de confort, qui permet d'améliorer la gestion de l'ouverture des fenêtres et des portes d'une pièce dans le sens où elle permet de ne pas détecter l'ouverture d'une porte (ou d'une fenêtre), donnant sur un couloir intérieur au logement. En effet, lorsqu'une porte s'ouvre sur un couloir, il y a détection d'un écart de température, mais celui-ci est plus faible que dans le cas d'une ouverture sur l'extérieur. Le procédé de l'invention propose donc de vérifier si l'écart de température calculé entre l'instant t et le début de l'intervalle t0 est significatif d'une ouverture sur l'extérieur, en comparant cet écart avec deux écarts seuils ATs et ATs'. Par exemple, l'écart seuil ATs peut être choisi égal à 1,5 et l'écart seuil ATs' égal à 0,5, de sorte que tout écart inférieur à 0,5 C n'est pas considéré comme significatif. Sur la figure 2, on a représenté, en pointillés, les étapes du procédé de l'invention, correspondant à cette variante. Cette variante comporte, en plus des étapes 10 à 17, une étape 20 de choix d'un second écart de température seuil 4Ts' (avec 4Ts' Les autres étapes de cette variante sont introduites après le test 13, consistant à vérifier, à l'étape 21, si l'écart de température calculé AT est supérieur au premier écart de température seuil ATs. On 30 a vu précédemment que si AT > ATs, alors on considère que la fenêtre est ouverte. On va voir maintenant que si AT n'est pas supérieur à ATs, on vérifie, à l'étape 21, si cet écart de température AT est compris entre le premier écart de température seuil ATs et le second écart de température seuil ATs'. Si ce n'est pas le cas, c'est-à-dire si l'écart de température calculé AT est à la fois inférieur à ATs et inférieur à ATs', alors on considère que la fenêtre est fermée et le procédé est rebouclé 10 sur le début de l'étape 11. Par contre, si l'écart de température AT est compris entre le second écart de température seuil ATs' et le premier écart de température seuil ATs, alors le procédé de l'invention consiste à attendre un temps tc (étape 22), puis à vérifier si la température a diminué pendant le temps tc (étape 23). Si ce n'est pas le cas, alors on considère, à l'étape 24, que l'écart de température est dû à l'ouverture de la porte donnant sur un couloir intérieur et le procédé se reboucle sur le début de l'étape 11 de mémorisation des températures. Si le test 23 est positif, alors on considère que la fenêtre est ouverte et que le procédé se poursuit par l'étape 14, comme pour le programme économique. Le procédé de l'invention propose une variante supplémentaire permettant de mettre en marche forcée le refroidissement pendant un certain temps (par exemple au-delà d'une heure), lorsque la fenêtre est ouverte depuis une durée considérée comme anormale. Autrement dit, si au bout d'une durée d (avec d te) la fenêtre est toujours considérée comme ouverte, le procédé propose de remettre en marche forcée le refroidissement pendant une courte durée, qui peut être de 5 à 10 minutes, par exemple. Plus précisément, cette variante du procédé de l'invention consiste, tout d'abord, à choisir et à mémoriser, dans un timer, une durée de sécurité d, puis à vérifier que: lorsqu'aucune diminution de l'écart de température AT n'a été détectée pendant cette durée d, alors le refroidissement est mis en marche forcée pendant un intervalle de temps imposé tf (qui peut être, par exemple, de 5 à 10 minutes) ; le procédé consiste ensuite à regarder si la température diminue pendant ce temps tf. Si la température ambiante ne diminue pas, alors on considère que la fenêtre est toujours ouverte et le refroidissement est arrêté. Au contraire, si la température diminue, alors on considère que la fenêtre a été refermée et le refroidissement reste en marche. Par exemple, on peut considérer que la diminution en température est significative, dès lors qu'elle atteint 2 C. Dans les applications où l'appareil de refroidissement est soit à l'arrêt soit en fonctionnement maximal, le procédé de l'invention propose de brider la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement, c'està-dire de limiter la puissance maximale de refroidissement de l'appareil de refroidissement. Pour cela, le procédé de l'invention propose de stocker, dans une mémoire, différents points de fonctionnement de l'appareil, c'est-à-dire les valeurs de la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement à différents instants, pendant un intervalle de temps assez important (par exemple, de l'ordre de 2 à 3 heures). A partir de ces données, un taux de fonctionnement moyen est calculé. L'appareil de refroidissement est alors autorisé à fonctionner à un taux maximal proportionnel au taux de fonctionnement moyen. Par exemple, le taux de refroidissement maximal imposé peut être égal au taux moyen, plus 15 Un tel bridage de puissance permet de limiter la puissance de l'appareil de refroidissement en cas de non détection d'ouverture de fenêtre (par exemple en mi-saison). Sur les figures 3A et 3B, on a représenté des séquences de tests, respectivement, dans le cas du programme économique et dans le cas du programme de confort. REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion de la puissance frigorifique d'au moins un appareil de refroidissement (1) situé dans une pièce munie d'au moins une fenêtre ou porte, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - choisir (10) un écart de température seuil (ATs) ; - mémoriser (11) la température ambiante (T) de la pièce pendant un premier intervalle de temps (t0) ; déterminer (12) un écart de température (AT) entre l'instant présent (t) et le début de l'intervalle de temps (t0) ; et - dès que l'écart de température (AT) devient supérieur à l'écart de température seuil (AT > ATs), alors considérer (14) qu'il y a ouverture d'une porte ou fenêtre et diminuer la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement; surveiller (15) l'évolution de la température (T) dans la pièce pendant un intervalle de temps (te) ; et - si la température (T) diminue pendant ce temps te, alors considérer (16) que la porte ou fenêtre est refermée et augmenter la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes: - choisir (20) un second écart de température seuil (ATs'), inférieur au premier écart (ATs) ; et - vérifier (21) si l'écart de température (AT) après le temps te est compris entre ATs et ATs' et, si c'est le cas, attendre (22) un temps complémentaire (tc), puis à vérifier (23), à la fin de ce temps tc, l'évolution de l'écart de température ambiante (T) ; et - si la température (T) n'a pas diminué pendant ce temps tc, alors diminuer la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à . - choisir une durée d'ouverture de sécurité d, avec d te; et - lorsqu'aucune diminution de l'écart de température AT n'a été détectée après cette durée d, alors augmenter la puissance frigorifique pendant un temps imposé (tf) et vérifier si l'écart AT diminue: si ce n'est pas le cas, alors diminuer à nouveau la puissance frigorifique l'appareil de refroidissement. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer une puissance frigorifique maximale en fonction de la puissance frigorifique moyenne calculée sur un large intervalle de temps. 5. Procédé selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce que les étapes d'augmentation de la puissance frigorifique consistent à porter l'appareil de refroidissement à sa puissance frigorifique maximale. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les étapes de diminution de la puissance frigorifique consistent à mettre l'appareil de refroidissement à l'arrêt. 7. Dispositif de gestion de la puissance frigorifique d'au moins un appareil de refroidissement (1) situé dans une pièce munie d'au moins une porte ou 10 fenêtre, caractérisé en ce qu'il comporte: - une sonde (2) fixée sur l'appareil de refroidissement pour mesurer la température ambiante de la pièce; - des moyens de calcul (5) d'au moins un 15 écart de température pendant un intervalle de temps (te) ; et - des moyens de commande (3, 4) de la puissance frigorifique de l'appareil de refroidissement, en fonction de l'écart de température déterminé. 11. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'appareil de refroidissement est un appareil électrique. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de calcul consistent en un microcontrôleur intégré sur chaque appareil de refroidissement. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens 30 de calcul consistent en un ordinateur pilotant les moyens de commande d'un ou de plusieurs appareils de refroidissement.