Brevet FR3036485A1 — publié le 20161125

Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé et un système de détermination du comportement thermique d'un bâtiment. Etat de la technique Aujourd'hui, il peut s'avérer intéressant de connaître simplement le comportement thermique d'un bâtiment, c'est-à-dire si celui-ci est isolé thermiquement ou non et si celui-ci dispose d'un système de régulation thermique de type chauffage ou climatisation. Ce comportement thermique est notamment influencé par la présence d'un process mis en oeuvre dans le bâtiment et potentiellement générateur de chaleur ou de froid. En effet, selon le comportement thermique du bâtiment, il est possible d'adapter la puissance des dispositifs de dissipation thermique employés dans le bâtiment, notamment dans les armoires électriques. Aujourd'hui, les dispositifs de dissipation thermique installés pour refroidir les appareils électriques situés dans une armoire électrique sont souvent surdimensionnés car il n'est pas tenu compte de l'environnement thermique dans lequel l'armoire électrique est destinée à être installée. Le but de l'invention est de proposer un procédé pour déterminer et connaître de manière simple et rapide le comportement thermique d'un bâtiment, de manière à mieux dimensionner les dispositifs de dissipation thermique à installer dans ledit bâtiment, notamment ceux pour refroidir les appareils électriques employés dans un process mis en oeuvre dans le bâtiment. Exposé de l'invention Ce but est atteint par un procédé de détermination du comportement thermique d'un bâtiment, comportant les étapes suivantes : - obtention de premières valeurs de température par mesure à l'intérieur du bâtiment à plusieurs instants successifs sur une période de temps choisie, - obtention de deuxièmes valeurs de température à l'extérieur du bâtiment auxdits instants successifs sur ladite période de temps choisie, - comparaison de l'évolution des premières valeurs de température avec l'évolution des deuxièmes valeurs de température sur ladite période de temps choisie pour déterminer un régime thermique associé au bâtiment, entre un premier régime thermique dans lequel le bâtiment n'est pas isolé thermiquement et ne dispose pas d'un système de régulation thermique et 3036485 2 un deuxième régime thermique dans lequel le bâtiment est isolé thermiquement et dispose d'un système de régulation thermique. Selon une particularité, le procédé comporte une étape d'élimination des 5 fluctuations transitoires sur les valeurs de température obtenues à l'intérieur du bâtiment. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de découpage de la période de temps choisie en plusieurs sous-périodes et de détermination d'une valeur moyenne des températures sur chaque sous-période en vue de réduire le 10 nombre de valeurs de températures à considérer. Selon une autre particularité, le procédé comporte : - une étape de détermination du signe de l'évolution de la température à l'intérieur du bâtiment entre deux sous-périodes successives, 15 - une étape de détermination du signe de l'évolution de la température à l'extérieur du bâtiment entre lesdites deux sous-périodes successives, - une étape de comparaison entre le signe de l'évolution pour la température à l'intérieur du bâtiment et le signe de l'évolution pour la température à l'extérieur du bâtiment. 20 Selon une autre particularité, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, le procécé comporte : - une étape de détermination de la constante de temps du bâtiment à partir de la formule suivante : r(i) = -1 Ln[Tim(1)-Text(1) Tim(1)-Tex,(1) 25 Dans laquelle : - 2-0 représente la constante de temps du bâtiment, - T,'(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'intérieur du bâtiment sur une sous-période, - Text(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'extérieur du 30 bâtiment, sur ladite sous-période. Selon une autre particularité, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, le procédé comporte : 3036485 3 - une étape de détermination de l'échauffement maximum et de l'échauffement minimum ayant eu lieu dans le bâtiment sur la période de temps choisie. 5 Selon une autre particularité, lorsque le bâtiment est sous le deuxième régime thermique, le procédé comporte : - une étape de détermination d'une température de consigne appliquée au système de régulation thermique par analyse de l'évolution des valeurs de température à l'intérieur du bâtiment. 10 Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination de la présence ou de l'absence d'un process à l'intérieur du bâtiment, par analyse de l'évolution de la température sur chaque sous-période. 15 L'invention concerne également un système de détermination du comportement thermique d'un bâtiment, comportant : - des moyens de mesure de premières valeurs de température à l'intérieur du bâtiment à plusieurs instants successifs sur une période de temps choisie, 20 - des moyens d'obtention de deuxièmes valeurs de température à l'extérieur du bâtiment auxdits instants successifs sur ladite période de temps choisie, - des moyens de comparaison de l'évolution des premières valeurs de température avec l'évolution des deuxièmes valeurs de température sur 25 ladite période de temps choisie pour déterminer un régime thermique associé au bâtiment, entre un premier régime thermique dans lequel le bâtiment n'est pas isolé thermiquement et ne dispose pas d'un système de régulation thermique et un deuxième régime thermique dans lequel le bâtiment est isolé thermiquement et dispose d'un système de régulation 30 thermique. Selon une particularité, le système comporte des moyens d'élimination des fluctuations transitoires sur les valeurs de température obtenues à l'intérieur du bâtiment. Selon une autre particularité, le système comporte des moyens de découpage 35 de la période de temps choisie en plusieurs sous-périodes et de détermination d'une 3036485 4 valeur moyenne des températures sur chaque sous-période en vue de réduire le nombre de valeurs de températures à considérer. Selon une autre particularité, le système comporte : - des moyens de détermination du signe de l'évolution de la température à 5 l'intérieur du bâtiment entre deux sous-périodes successives, - des moyens de détermination du signe de l'évolution de la température à l'extérieur du bâtiment entre lesdites deux sous-périodes successives, - des moyens de comparaison entre le signe de l'évolution pour la température à l'intérieur du bâtiment et le signe de l'évolution pour la 10 température à l'extérieur du bâtiment. Selon une autre particularité, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, le système comporte : - des moyens de détermination de la constante de temps du bâtiment à partir de la formule suivante : 15 r(i) = -1 Ln[Tlle(i)-Text(i) Tin,(1)-Te,(i) Dans laquelle : - r(i) représente la constante de temps du bâtiment, - Tint(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'intérieur du bâtiment sur une sous-période, 20 - Text(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'extérieur du bâtiment, sur ladite sous-période. Selon une autre particularité, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, le système comporte : - des moyens de détermination de l'échauffement maximum et de 25 l'échauffement minimum ayant eu lieu dans le bâtiment (B) sur la période de temps choisie. Selon une autre particularité, lorsque le bâtiment est sous le deuxième régime thermique, le système comporte : 30 - des moyens de détermination d'une température de consigne appliquée au système de régulation thermique par analyse de l'évolution des valeurs de température à l'intérieur du bâtiment. 3036485 5 Selon une autre particularité, le système comporte des moyens de détermination de la présence ou de l'absence d'un process à l'intérieur du bâtiment, par analyse de l'évolution de la température sur chaque sous-période. 5 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente de manière schématique un bâtiment pour lequel le 10 procédé de l'invention est mis en oeuvre. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation L'objectif de l'invention est de déterminer le comportement thermique d'un 15 bâtiment B. notamment d'une usine. Ainsi, il sera possible de mieux dimensionner les systèmes de dissipation thermique à utiliser dans le bâtiment B. notamment ceux employés dans les armoires électriques pour refroidir les appareils électriques logés dans l'armoire. Dans la suite de la description, on entend par bâtiment, une structure 20 délimitant un volume fermé. La figure 1 montre de manière schématique un tel bâtiment B. Le procédé de l'invention présente l'avantage d'être simple et rapide à mettre en oeuvre. Le procédé de l'invention est mis en oeuvre principalement par des moyens de 25 traitement UC tels que ceux présents dans un ordinateur. Le procédé de l'invention consiste d'abord à obtenir des valeurs de température Tint à l'intérieur du bâtiment B. Pour cela, il s'agit de placer une sonde de température dans le bâtiment. Selon l'invention, la sonde de température est activée sur une période de 30 temps choisie. La période de temps doit être la plus courte possible. Avantageusement, la période de temps est limitée à 24 heures. Le procédé de l'invention consiste également à obtenir des valeurs de température Text à l'extérieur du bâtiment B sur la même période de temps. Avantageusement, les valeurs de température Text à l'extérieur du bâtiment B sont 3036485 6 obtenues à partir de relevé météo de la zone géographique dans laquelle est implanté le bâtiment. Dans la suite de la description, nous considérerons que les données de température à l'extérieur du bâtiment sont obtenues par les relevés météos sur la période de temps considérée. 5 Les mesures des températures à l'intérieur (et à l'extérieur du bâtiment si celles-ci sont obtenues par mesure) sont réalisées préférentiellement à intervalle de temps constant, cet intervalle étant assez court. Il sera par exemple de 10 secondes. Le procédé de l'invention sera particulièrement efficace pour un bâtiment B de petite ou moyenne taille, c'est-à-dire d'un volume ne dépassant pas 100000m3. 10 Les valeurs de température recueillies sont chargées dans l'ordinateur afin d'être traitées par ses moyens de traitement UC. Après l'obtention des températures, le procédé de l'invention comporte plusieurs étapes successives : 15 - Première étape La première étape consiste à obtenir un profil de température le plus propre possible. Pour cela, le procédé met en oeuvre une méthode pour supprimer les fluctuations transitoires. Par exemple, il s'agit de calculer des moyennes glissantes sur des groupes de 20 valeurs de température. Préférentiellement, les moyennes glissantes sont chacune calculées sur une durée assez large afin de lisser les perturbations générées par le process mis en oeuvre à l'intérieur du bâtiment B. La formule employée pour déterminer la moyenne glissante est bien connue et suit la relation suivante : 1 N Tint T int = - N 25 Dans laquelle : correspond à la moyenne glissante des températures mesurées à l'intérieur du bâtiment pour la température référence Tint, , - T correspond à la température référence, - N correspond au nombre de valeurs successives sur lequel on souhaite 30 déterminer la moyenne glissante, 3036485 7 - k représente le rang. En choisissant par exemple de calculer la moyenne glissante sur 15 minutes, une valeur de température étant par exemple générée toutes les 10 secondes, on obtient alors que la moyenne glissante est déterminée sur N=15X6=90. 5 - Deuxième étape 10 La première étape permet un lissage de la courbe de température. Cependant, pour un traitement plus efficace, il est nécessaire de réduire le nombre de points de cette courbe de température. Pour cela, une solution consiste par exemple à déterminer des moyennes successives sur les valeurs de température. La période de temps de mesure est par 15 exemple découpée en plusieurs sous-périodes et une valeur moyenne de température est calculée pour chaque sous-période. Par exemple, la sous-période est choisie égale à 15 minutes, ce qui, avec une mesure toutes les 10 secondes, correspond à 90 valeurs de température sur la sous-période. La moyenne est donc calculée sur ces 90 valeurs de la sous-période. 20 Sur la période de temps considérée pour la mesure, cela permet d'obtenir un profil de température avec un nombre réduit de points. Si la période de temps correspond à 24 heures, on obtient alors un profil ayant 96 points (4 points par heure). Sur cette période de temps, on obtient ainsi un profil de température composé de 96 valeurs moyennes de température pour l'intérieur du bâtiment B. La même 25 procédure pourra également être mise en oeuvre pour les valeurs de température à l'extérieur du bâtiment et on obtiendra donc également 96 valeurs moyennes de température pour l'extérieur du bâtiment B. - Troisième étape 30 Une fois les deux profils de température obtenus, le procédé de l'invention est agencé pour estimer le régime thermique du bâtiment. Le procédé est ainsi agencé 3036485 8 pour déterminer si le bâtiment B suit l'un des deux régimes thermiques transitoires suivants : 5 - Régime transitoire S1 : le bâtiment B n'est pas isolé thermiquement et ne dispose pas d'un système de régulation thermique (chauffage ou climatisation), - Régime transitoire S2: le bâtiment B est isolé thermiquement et dispose d'un système de régulation thermique (chauffage ou climatisation). Pour déterminer quel est le régime thermique du bâtiment, le procédé de 10 l'invention analyse l'évolution des deux profils de température, interne et externe. Si le bâtiment suit le régime transitoire Si, le profil d'évolution des valeurs de température pour l'intérieur du bâtiment et le profil d'évolution des valeurs de température pour l'extérieur du bâtiment doivent se suivre. Dans ce régime, comme le bâtiment n'est pas isolé et ne comporte pas de système de régulation thermique, une 15 augmentation de la température à l'extérieur du bâtiment engendre forcément une augmentation de la température à l'intérieur du bâtiment. Dans le régime transitoire S2, comme le bâtiment est isolé thermiquement et dispose d'un système de régulation thermique, une augmentation de la température à l'extérieur du bâtiment ne doit pas avoir d'influence sur la température à l'intérieur du bâtiment. Pour cela, le procédé de l'invention compare, pour chaque sous-période définie ci-dessus, sur toute la période de temps choisie, chaque valeur moyenne des températures mesurées à l'intérieur du bâtiment avec la valeur moyenne correspondante des températures sur la même sous-période pour l'extérieur du bâtiment. Si Tint/i+1)-Tint(i) est de même signe (positif ou négatif) que la différence Text(i+1)-Text(i) alors les moyens de traitement incrémentent un compteur X d'une valeur de 1. Si Tint(i+1)-Tint(i ) est d'un signe différent la différence Text(i+1)-Text(i) alors les 30 moyens de traitement incrémentent un compteur Y d'une valeur de 1. De manière plus précise, voici l'algorithme mis en place par les moyens de traitement UC : 20 25 5 10 3036485 9 lnitialisation: X = O et Y = O Pour i = 2 à i = 96 Si Tint(i) -T=(-1\ > O et Text(i) - Texel) > O Alors X = X + 1 Si Tint(i) -Tin/-1\ = O et Text(i) - Texel) 0 Alors Y = Y + 1 Une fois toute la période de température analysée, les moyens de traitement déterminent quel est le régime transitoire du bâtiment en comparant les deux compteurs X et Y : 15 - Si le compteur X est suffisamment plus grand que le compteur Y (X>Y+e), alors le régime transitoire du bâtiment est 51, avec e correspondant à un écart de 20%. - Si le compteur Y est plus grand que le compteur X (Y>X), alors le régime transitoire du bâtiment est S2. 20 - Si le compteur X est plus grand que le compteur Y, tout en étant proche du compteur Y. alors les moyens de traitement ne peuvent aboutir à une conclusion. Une fois le régime transitoire déterminé, les moyens de traitement sont 25 agencés pour estimer les paramètres thermiques liés à ce régime. Pour le régime transitoire 51 : - Constante de temps Pour i=1 à i=96 r(i) = -1 LriTim(i)-Texi(i) 5 10 3036485 10 On peut ensuite déterminer la moyenne des constantes de temps obtenues : 1 r = -r) 96 Dans laquelle : - r(i) représente la constante de temps du bâtiment, - Tint(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'intérieur du bâtiment sur une sous-période, - Text(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'extérieur du bâtiment, sur ladite sous-période. - Echauffements maximum et minimum Les moyens de traitement sont agencés pour déterminer, sur la période de temps considérée, la température maximum à l'intérieur du bâtiment et la température minimum à l'intérieur du bâtiment. 1=96 MAX[Tini(j)] 1=1 1=96 15 1;111-MIN = [Tint i=1 Avec : - Tint(i)correspond à une valeur moyenne de température à l'intérieur du bâtiment sur une sous-période, - Text(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'extérieur du 20 bâtiment, sur ladite sous-période. A partir de ces valeurs, de la température maximum à l'extérieur du bâtiment et de la température minimum à l'extérieur du bâtiment, les moyens de traitement UC déterminent l'échauffement interne maximum et l'échauffement interne minimum, selon 25 les formules suivantes : Eint -MAX = int -MAX Text-MAX -Eint Z- --MIN Text-MIN 96 3036485 11 Pour le régime transitoire S2 : - Température de consigne Les moyens de traitement UC sont agencés pour détecter les paliers de température sur le profil de température à l'intérieur du bâtiment en vue d'en déduire la 5 température de consigne. Si les moyens de traitement détectent un palier de température sur une durée suffisamment longue, alors la température pourrait constituer la température de consigne. De manière plus précise, les moyens de traitement appliquent le raisonnement suivant : lnitialisation Z=0 10 Pour i=1 à i=92 Si Tint (i + - Tint (1) r Et Tint' (i + 2) - Tint' (i, > r 10 Et Tint'(i,j+3) Tint' > r Et Tin,' (i, j +1) , Tin,' (i , j + 2) , Tim ' (i, j + 3) même signe Alors : W (i, j) = MAX { Tint (i, 1 +1) , Tint' (i, 1 + 2) , Tint' (i , 1 + 3) 1- Tim (i, j) - si var T W (i, i) = MIN { Tint' (i, j +1) , lïn,' (i , j +2) ,Tinyi , j +3) 1- Tint(i, j) -si var Sinon W (i, j) = 0 15 Avec r correspondant au décalage à partir duquel la présence d'un process est détectée. On a par exemple r=5°C Les moyens de traitement décident de la présence d'un process de la manière suivante : Si W (i, j) = 0 20 Alors les moyens de traitement concluent à la non présence de process dans le bâtiment. Dans le cas inverse, les moyens de traitement concluent à la présence d'un process mis en oeuvre dans le bâtiment. Les moyens de traitement sont également agencés pour déterminer 25 l'échauffement maximum généré par le process, de la manière suivante : 3036485 13 1 REVENDICATIONS1. Procédé de détermination du comportement thermique d'un bâtiment (B), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - obtention de premières valeurs de température par mesure à l'intérieur du bâtiment à plusieurs instants successifs sur une période de temps (DT) choisie, - obtention de deuxièmes valeurs de température à l'extérieur du bâtiment (B) auxdits instants successifs sur ladite période de temps (DT) choisie, - comparaison de l'évolution des premières valeurs de température avec l'évolution des deuxièmes valeurs de température sur ladite période de temps (DT) choisie pour déterminer un régime thermique associé au bâtiment, entre un premier régime thermique (Si) dans lequel le bâtiment n'est pas isolé thermiquement et ne dispose pas d'un système de régulation thermique et un deuxième régime thermique (S2) dans lequel le bâtiment est isolé thermiquement et dispose d'un système de régulation thermique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'élimination des fluctuations transitoires sur les valeurs de température obtenues à l'intérieur du bâtiment (B). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de découpage de la période de temps (DT) choisie en plusieurs sous-périodes et de détermination d'une valeur moyenne des températures sur chaque sous-période en vue de réduire le nombre de valeurs de températures à considérer. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de détermination du signe de l'évolution de la température à l'intérieur du bâtiment entre deux sous-périodes successives, - une étape de détermination du signe de l'évolution de la température à l'extérieur du bâtiment entre lesdites deux sous-périodes successives, 3036485 16 - une étape de comparaison entre le signe de l'évolution pour la température à l'intérieur du bâtiment et le signe de l'évolution pour la température à l'extérieur du bâtiment. 5 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, il comporte : - une étape de détermination de la constante de temps du bâtiment à partir de la formule suivante : r(i) = -1 0)- Tex, (i) 10 Dans laquelle : l'intérieur du - r(i) représente la constante de temps du bâtiment, 'extérieur du - Tint(i) correspond à une valeur moyenne de température à bâtiment sur une sous-période, - Text(i) correspond à une valeur moyenne de température à I 15 bâtiment, sur ladite sous-période. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, il comporte : - une étape de détermination de l'échauffement maximum (Eint-MAX) et de l'échauffement minimum (Eint-MIN) 20 ayant eu lieu dans le bâtiment (B) sur la période de temps (DT) choisie. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lorsque le bâtiment est sous le deuxième régime thermique (S2), il comporte : 25 - une étape de détermination d'une température de consigne (Tconsigne) appliquée au système de régulation thermique par analyse de l'évolution des valeurs de température à l'intérieur du bâtiment. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il 30 comporte une étape de détermination de la présence ou de l'absence d'un process à l'intérieur du bâtiment, par analyse de l'évolution de la température sur chaque sous-période. 3036485 17 9. Système de détermination du comportement thermique d'un bâtiment (B), caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens de mesure de premières valeurs de température à l'intérieur du bâtiment à plusieurs instants successifs sur une période de temps (DT) choisie, 5 des moyens d'obtention de deuxièmes valeurs de température à l'extérieur du bâtiment (B) auxdits instants successifs sur ladite période de temps (DT) choisie, des moyens de comparaison de l'évolution des premières valeurs de température avec l'évolution des deuxièmes valeurs de température sur ladite 10 période de temps (DT) choisie pour déterminer un régime thermique associé au bâtiment, entre un premier régime thermique (S1) dans lequel le bâtiment n'est pas isolé thermiquement et ne dispose pas d'un système de régulation thermique et un deuxième régime thermique (S2) dans lequel le bâtiment est isolé thermiquement et dispose d'un système de régulation thermique. 15 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'élimination des fluctuations transitoires sur les valeurs de température obtenues à l'intérieur du bâtiment (B). 20 11. Système selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de découpage de la période de temps (DT) choisie en plusieurs sous-périodes et de détermination d'une valeur moyenne des températures sur chaque sous-période en vue de réduire le nombre de valeurs de températures à considérer. 25 12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de détermination du signe de l'évolution de la température à l'intérieur du bâtiment entre deux sous-périodes successives, des moyens de détermination du signe de l'évolution de la température à l'extérieur du bâtiment entre lesdites deux sous-périodes successives, 30 - des moyens de comparaison entre le signe de l'évolution pour la température à l'intérieur du bâtiment et le signe de l'évolution pour la température à l'extérieur du bâtiment. 3036485 18 13. Système selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, il comporte : - des moyens de détermination partir de la formule suivante : de la constante de temps du bâtiment à -1 Ln[Tmt(i) Text° Tin, (1) - Te,(i) 5 r(i) = Dans laquelle : - r(i) représente la constante de temps du bâtiment, - Tint(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'intérieur du bâtiment sur une sous-période, 10 - Text(i) correspond à une valeur moyenne de température à l'extérieur du bâtiment, sur ladite sous-période. 14. Système selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que, lorsque le bâtiment est sous le premier régime thermique, il comporte : 15 - des moyens de détermination de l'échauffement maximum (Eint-MAX) et de l'échauffement minimum (Eint-MIN) ayant eu lieu dans le bâtiment (B) sur la période de temps (DT) choisie. 15. Système selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que, 20 lorsque le bâtiment est sous le deuxième régime thermique (S2), il comporte : - des moyens de détermination d'une température de consigne (Tconsigne) appliquée au système de régulation thermique par analyse de l'évolution des valeurs de température à l'intérieur du bâtiment. 25 16. Système selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination de la présence ou de l'absence d'un process à l'intérieur du bâtiment, par analyse de l'évolution de la température sur chaque sous-période. 30