Brevet FR2969285A1 — publié le 20120622

PROCEDE DE DETERMINATION DE L'ENERGIE CONSOMMEE PAR COMPTAGE ELECTRIQUE La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la quantité d'énergie thermique cédée par un réseau de fluide à un système, qu'il est destiné à réchauffer ou à refroidir. Le terme « système » est général, et peut désigner toutes sortes d'installation, pouvant être d'origine industrielle ou domestique, ou peut concerner des machines, des équipements ou des espaces. Généralement, la consommation d'énergie transportée par un réseau de fluide caloporteur conçu pour modifier la température d'un système, soit par chauffage, soit par refroidissement, est mesurée par l'intermédiaire d'un calorimètre, qui est un appareil venant se connecter audit réseau. Un calorimètre est un système thermodynamique isolé, conçu pour comptabiliser l'énergie thermique à partir des mesures continues de température et de débit de fluide dans le réseau. C'est donc un équipement devant répondre à certaines exigences de conception, ce qui en fait un produit cher à l'achat. Il doit, de plus, nécessiter une maintenance régulière, impliquant des coûts supplémentaires et des périodes d'arrêt de fonctionnement dudit calorimètre, lors de ces phases de maintenance. Les procédés selon l'invention, permettant la détermination de la quantité d'énergie consommée dans un réseau de fluide caloporteur, sur un temps donné, mettent en oeuvre une pompe électrique, et des moyens de mesure usuels et stables dans le temps, ne nécessitant aucune maintenance particulière. De ce fait, ces moyens de mesures ne perturbent jamais le réseau. Ils sont, de plus, peu coûteux, bien maîtrisés et peu encombrants. Enfin, les procédés de détermination selon l'invention, s'appuient sur la présence d'éléments déjà mis en place sur le réseau de fluide, et nécessaires au bon fonctionnement de celui-ci, comme la pompe électrique, évitant l'intrusion d'un appareillage spécifique et additionnel sur ledit réseau, comme un calorimètre. L'invention a pour objet un procédé de détermination de la quantité d'énergie cédée par un réseau de fluide caloporteur destiné à modifier la température d'un système, ledit réseau comprenant un système de production de fluide caloporteur, un canal d'alimentation, un canal de retour et une pompe électrique installée sur ledit canal d'alimentation pour faire circuler le fluide vers le système, ledit procédé comprenant une étape de mesures des températures du fluide dans le canal d'alimentation et dans le canal de retour. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention, est qu'il comprend une étape de mesure de la consommation électrique de la pompe, la quantité d'énergie thermique cédée par le réseau étant déterminée à partir de la consommation électrique de la pompe, et à partir de la différence de température du fluide entre le canal d'alimentation et le canal de retour. De cette manière, le procédé de détermination de la quantité d'énergie cédée par le réseau, s'appuie sur des éléments déjà existants sur le réseau, comme par exemple la pompe électrique, et ne nécessite donc pas la mise en place d'un appareillage additionnel de mesures, tel qu'un calorimètre, pour déterminer ladite quantité d'énergie thermique. Il est à noter, que la détermination de la consommation électrique de la pompe peut s'effectuer, soit à partir de l'énergie électrique consommée par la pompe, soit à partir de la puissance électrique instantanée de la pompe. En effet, l'énergie électrique et la puissance électrique sont deux grandeurs liées, et suivant les configurations rencontrées et les informations disponibles, la détermination de l'énergie thermique cédée par le réseau, pourra donc se faire indifféremment, soit à partir de l'énergie électrique consommée par la pompe, soit à partir de la puissance électrique appelée par la pompe. De façon préférentielle, l'étape de mesure de la quantité d'énergie électrique consommée par la pompe, s'effectue au moyen d'un compteur électrique raccordé au fil d'alimentation de ladite pompe, et relevant directement la consommation électrique de la pompe. Un compteur électrique ne nécessite aucune source énergétique extérieure pour fonctionner, et constitue donc un moyen rentable, car peu coûteux. De plus, il ne nécessite aucune maintenance particulière, car il demeure d'une grande stabilité dans le temps. Enfin, leurs relevés sont très fiables. La consommation électrique de la pompe peut s'effectuer, soit par une mesure de l'énergie électrique consommée par la pompe, soit par une mesure de la puissance électrique instantanée appelée par la pompe. Le compteur électrique utilisé est standard, et ne comporte aucune singularité liée à son utilisation sur la pompe électrique. Avantageusement, le compteur électrique est électronique. Préférentiellement, les mesures de la température dans le canal d'alimentation et dans le canal de retour, s'effectuent au moyen de deux sondes, l'une implantée au niveau du canal d'alimentation, l'autre implantée au niveau du canal de retour. De façon avantageuse, les sondes de température sont constituées par des thermocouples. De façon préférentielle, l'étape de mesure des températures dans les deux canaux, et l'étape de mesure de la consommation électrique de la pompe, sont répétitives dans le temps, ledit procédé comprenant une étape d'enregistrement des mesures de températures et des mesures de consommation électrique de la pompe, au moyen d'un dispositif enregistreur. Il est à préciser que plus la fréquence d'enregistrement est élevée, plus la précision des relevés d'énergie ou de puissance électrique est importante. Avantageusement, la période d'enregistrement entre deux mesures consécutives de la puissance ou de l'énergie électrique est inférieure à l'heure. Avantageusement, l'étape de mesure des températures dans les deux canaux, et l'étape de mesure de la consommation électrique de la pompe, sont simultanées, et s'effectuent à des intervalles de temps prédéterminés. De cette manière, pour une période d'enregistrement donnée, il est aisé de corréler directement les valeurs de températures relevées, avec la consommation électrique de la pompe, pour en déduire, sur cette même période, la quantité d'énergie cédée par le réseau. Le dispositif enregistreur peut être unique pour les deux types de mesures, ou bien être scindé en deux appareils, l'un réservé à l'enregistrement des températures, l'autre à l'enregistrement de la consommation électrique de la pompe. Préférentiellement, le dispositif enregistreur est équipé d'un module de traitement de données permettant d'effectuer, en temps réel, le calcul de la quantité d'énergie thermique cédée par le réseau. Ce calcul s'effectuerait en appliquant la méthode mathématique associée au procédé de détermination selon l'invention, aux données enregistrées par le dispositif enregistreur. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, le dispositif d'enregistrement dispose d'un automate basique permettant de calculer en temps réel, l'énergie thermique cédée par le réseau. Avantageusement, l'automate basique permet l'affichage local de la quantité d'énergie cédée, comme le ferait un calorimètre standard. De façon avantageuse, la quantité d'énergie thermique LQ cédée par le réseau de fluide, se détermine à partir de la quantité d'énergie électrique AE consommée par la pompe et à partir de la différence de température AT du fluide entre le canal d'alimentation et le canal de retour, en suivant les étapes de calcul suivantes : - La valeur de AE(en J) enregistrée sur un intervalle de temps At permet de déduire la puissance électrique Pe (en W) appelée par la pompe pendant At, - La puissance Pe (en W) permet de déduire la pression P (en Pa) générée dans le réseau, soit à partir d'abaques disponibles dans des ouvrages de mécanique, soit à partir de données constructeur fournies avec la pompe, soit au moyen d'une relation simple de linéarité entre Pe et P, sans que cette liste soit limitative. - Une fois la pression P déterminée, la vitesse v(en m2/s) du fluide dans le réseau, se déduit à partir de la relation de Bernoulli : 25 P/p+gz+1/2 v2= K où p(en kg/m3) est la masse volumique du fluide, gz représente la force gravitationnelle, g (m/s2) étant la constante gravitationnelle et z(en m) la différence d'altitude (généralement ce terme gz s'annule car le dénivelé total du réseau est nul) et K est une constante. - La vitesse v étant connue, le débit massique m(en kg/s) du fluide dans le réseau, se déduit à partir des relations usuelles suivantes: m=pd=psv où d(en m3/s) est le débit du fluide, et s(en m2) la section des canaux du réseau, - Une fois le débit massique m connu, la quantité d'énergie LQ (en J) cédée par le réseau pendant l'intervalle de temps At, est déterminée à partir de la formule : 15 LQ= m.c.AT. At où c est la chaleur massique du fluide et AT (en K) est la température avant et après l'échange avec le système. Il est important de souligner que cette méthode de calcul est générale et complète, et que dans certaines situations, certaines étapes de calcul 20 peuvent être supprimées. En effet, certains compteurs électriques fournissent directement la puissance appelée par la pompe électrique, sans que l'on ait besoin de la calculer à partir de la consommation d'énergie. D'autre part, certains manuels de mécanique ou certains constructeurs de pompes électriques peuvent fournir des abaques donnant la relation entre la puissance 25 consommée et le débit de fluide engendré dans le réseau, en fonction d'autres paramètres tels que le diamètre des canaux ou les pertes de charges. Une fois ce débit connu, il est aisé de déduire l'énergie thermique cédée par le réseau 5 10 par l'intermédiaire des mesures de différence de température entre le canal d'alimentation et le canal de retour. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, la pompe est à débit constant, la puissance électrique appelée par la pompe pouvant être estimée en multipliant l'état de la pompe par sa puissance nominale. Pour cette configuration simplifiée, il n'est plus nécessaire d'avoir recours à un compteur électrique. En effet, ce type de pompe électrique fonctionnant en tout ou rien, la consommation électrique de la pompe s'obtient en multipliant l'état de la pompe, 1 en fonctionnement ou 0 en non fonctionnement, par la puissance électrique nominale de la pompe, qui est une donnée constructeur. Pour cette configuration, la détermination de la consommation électrique de la pompe ne nécessite pas l'installation d'un compteur électrique. Les procédés de détermination de la quantité d'énergie cédée par un réseau de fluide caloporteur selon l'invention, présentent l'avantage d'être faciles à mettre en oeuvre, dans la mesure où ils s'appuient sur des éléments déjà présents dans le réseau d'alimentation en fluide. De plus, ils ont l'avantage de ne faire intervenir que des petits appareils usuels, de type compteurs électriques ou sondes à température, qui sont peu encombrants, stables dans le temps et qui ne nécessitent donc pas de maintenance particulière. Enfin, les compteurs électriques fournissent des informations fiables et rapides. On donne ci-après, la description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, permettant de déterminer la quantité d'énergie cédée par un réseau de fluide caloporteur en se référant à la figure unique. - Cette figure est une vue schématisée d'un réseau de fluide caloporteur alimentant une installation, montrant tous les 30 éléments mis en oeuvre dans un procédé selon l'invention. En se référant à la figure, un réseau 1 de chauffage ou de climatisation d'un bâtiment 2, se compose d'un système de production 3 de fluide chaud ou froid mettant en oeuvre un fluide caloporteur tel que par exemple de l'eau, d'un canal d'alimentation 4 du bâtiment 2, d'un canal 5 de retour et d'une pompe électrique 6. Le canal d'alimentation 4 relie le système de production 3 de fluide chaud ou de froid, au bâtiment 2, la pompe électrique 6 étant implantée sur ce canal 4 pour acheminer le fluide en provenance dudit système 3 vers ledit bâtiment 2. Le canal de retour 5, achemine le fluide, qui a chauffé ou refroidi le bâtiment 2, vers le système de production 3 de fluide froid ou chaud. Le procédé de détermination de la quantité d'énergie cédée par le réseau 1 de fluide, met en oeuvre sondes à température 7,8, l'une 7 étant implantée au niveau du canal d'alimentation 4, l'autre 8 au niveau du canal de retour 5, de manière à mesurer la différence de température AT entre les deux canaux 4,5, et un compteur électrique 9 connecté directement au câble d'alimentation de la pompe électrique 6 et destiné à relever, en temps réel, l'énergie électrique AE consommée par ladite pompe 6. Ledit compteur électrique 9 est conventionnel. Le procédé selon l'invention met également en oeuvre un dispositif d'enregistrement 10, auquel sont reliés les sondes à température 7,8 ainsi que le compteur électrique 9, ledit dispositif 10 pouvant enregistrer simultanément, sur une plage de temps donnée, les valeurs de températures relevées par les sondes à température 7,8 ainsi que la consommation électrique de la pompe 6 relevée par le compteur 9. De cette manière, à partir des données mesurées, AT et AE, acquises par l'enregistreur 10, il est possible de déterminer la quantité d'énergie LQ cédée par le réseau 1 de fluide, en suivant les étapes de calcul suivantes : - La valeur de AE(en J) enregistrée sur un intervalle de temps At permet de déduire la puissance électrique Pe (en W) appelée par la pompe pendant At - La puissance Pe (en W) permet de déduire la pression P (en 30 Pa) générée dans le réseau, soit à partir d'abaques disponibles dans des ouvrages de mécanique, soit à partir de données constructeur fournies avec la pompe, soit au moyen d'une relation simple de linéarité entre Pe et P, sans que cette liste soit limitative. - Une fois la pression P déterminée, la vitesse v (en m2/s) du fluide dans le réseau 1, se déduit à partir de la relation de Bernoulli : P/p+gz+1/2 v2= K où p (en kg/m3) est la masse volumique du fluide, gz représente la force gravitationnelle, g(m/s2) étant la constante gravitationnelle et z (en m) la différence d'altitude (généralement ce terme gz s'annule car le dénivelé total du réseau est nul) et K est une constante. - La vitesse v étant connue, le débit massique m (en kg/s) du fluide dans le réseau, se déduit à partir des relations usuelles suivantes: m=pd=psv où d(en m3/s) est le débit du fluide, et s (en m2) la section des canaux 4,5 du réseau, - Une fois le débit massique m connu, la quantité d'énergie cédée par le réseau 1 pendant l'intervalle de temps At, est déterminée à partir de la formule : iQ= m.c.AT.At où c est la chaleur massique du fluide et AT (en K) est la température avant et après l'échange avec le bâtiment 2, cette différence de température étant mesurée avec les thermocouples, et étant accessible sur l'enregistreur 9. 25 Si le compteur électrique est en mesure de fournir la puissance électrique instantanée de la pompe, qui est relié au débit de fluide dans le réseau, la première étape de la méthode de calcul peut être supprimée. 10 15 20 Par exemple, dans un immeuble de bureaux, si l'on souhaite savoir quelles sont les quantités de froid distribuées par les différents sous-réseaux d'eau froide, alimentant par exemple les ventilo-convecteurs, les centrales de traitement d'air, ou les salles informatiques, plutôt que d'installer sur chacun desdits sous-réseaux un calorimètre coûteux, il est possible de recourir à un procédé de détermination selon l'invention, en mettant en oeuvre les éléments suivants : - Une sonde de température sur chaque canal de départ et sur chaque canal de retour desdits sous-réseaux, - Un compteur électrique sur le câble d'alimentation électrique de chacune des pompes de chacun desdits sous-réseaux, - Un dispositif d'enregistrement qui stocke les valeurs de température relevées par les sondes, les valeurs de consommation électrique de chaque pompe, relevées par les compteurs électriques, ainsi que la date et l'heure à laquelle chacune de ces valeurs est enregistrée. La précision du comptage dépend notamment de la fréquence d'enregistrement des données : plus cette fréquence est élevée, meilleure sera la précision. De cette manière, pour savoir quelle quantité d'énergie a été consommée entre deux dates, il faut récupérer les données enregistrées par le dispositif d'enregistrement, et les traiter selon la méthode mathématique décrite ci-avant. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la quantité d'énergie (AQ) cédée par un réseau (1) de fluide caloporteur destiné à modifier la température d'un système (2), ledit réseau (1) comprenant un système de production (3) de fluide caloporteur, un canal d'alimentation (4), un canal de retour (5) et une pompe (6) électrique installée sur ledit canal d'alimentation (4) pour envoyer du fluide vers le système (2), ledit procédé comprenant une étape de mesure des températures du fluide dans le canal d'alimentation (4) et dans le canal de retour (5), caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure de la consommation électrique de la pompe (6), la quantité d'énergie (AQ) cédée par le réseau (1) étant déterminée à partir de la consommation électrique de la pompe (6), et à partir de la différence de température (AT) du fluide entre le canal d'alimentation (4) et le canal de retour (5). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mesure de la consommation électrique de la pompe (6), s'effectue au moyen d'un compteur électrique (9) raccordé au fil d'alimentation de ladite pompe (6), et relevant directement la consommation électrique de la pompe (6). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les mesures de la température dans le canal d'alimentation (4) et dans le canal de retour (5), s'effectuent au moyen de deux sondes (7,8), l'une (7) implantée au niveau du canal d'alimentation (4), l'autre (8) implantée au niveau du canal de retour (5). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sondes sont constituées par des thermocouples (7,8). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de mesure des températures dans les deux canaux (7,8), et l'étape de mesure de la consommation électrique de la pompe (6), sont répétitives dans le temps, et en ce qu'il comprend une étape d'enregistrement des mesures de températures et des mesures de consommation électrique de la pompe (6), au moyen d'un dispositif enregistreur (10). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux étapes de mesure et l'étape d'enregistrement sont simultanées, et s'effectuent à des intervalles de temps prédéterminés. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le dispositif enregistreur est équipé d'un module de traitement de données permettant d'effectuer, en temps réel, le calcul de la quantité d'énergie thermique cédée par le réseau. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité d'énergie thermique LQ cédée par le réseau (1) de fluide, se détermine à partir de la quantité d'énergie électrique AE consommée par la pompe (6) et à partir de la différence de température AT du fluide entre le canal d'alimentation (4) et le canal de retour (5), en suivant les étapes de calcul suivantes : - La valeur de AE(en J) enregistrée sur un intervalle de temps At permet de déduire la puissance électrique Pe (en W) appelée par la pompe (6) pendant At - La puissance Pe (en W) permet de déduire la pression P(en Pa) générée dans le réseau (1), soit à partir d'abaques disponibles dans des ouvrages de mécanique, soit à partir de données constructeur fournies avec la pompe, soit au moyen d'une relation simple de linéarité entre Pe et P, sans que cette liste soit limitative.- Une fois la pression P déterminée, la vitesse v(en m2/s) du fluide dans le réseau (1), se déduit à partir de la relation de Bernoulli : P/p+gz+1/2 v2= K où p(en kg/m3) est la masse volumique du fluide, gz représente la force gravitationnelle, g(m/s2) étant la constante gravitationnelle et z(en m) la différence d'altitude, et K est une constante. - La vitesse v étant connue, le débit massique m(en kg/s) du fluide dans le réseau (1), se déduit à partir des relations usuelles : m=pd=psv où d(en m3/s) est le débit du fluide, et s(en m2) la section des canaux (4,5) du réseau, - Une fois le débit massique m connu, la quantité d'énergie LQ (en J) cédée par le réseau (1) pendant l'intervalle de temps At, est déterminée à partir de la formule : LQ= m.c.AT. At où c est la chaleur massique du fluide et AT(en K) est la différence de température avant et après l'échange avec le système (2). 20 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe (6) est à débit constant, la puissance électrique appelée par la pompe (2) étant estimée en multipliant l'état de la pompe (6) par sa puissance nominale. 10 15 25