Brevet FR3046664A1 — publié le 20170714

Système de climatisation d'un bâtiment comprenant une boîte de contrôle susceptible de recevoir des consignes d'effacement de la consommation électrique en provenance d'un agrégateur extérieur. Le domaine de l'invention est celui de la conception de systèmes de 5 climatisation de bâtiments. Plus précisément, l'invention concerne un système de climatisation d'un bâtiment destiné à être intégré au sein d'un réseau d'électricité public dans lequel la production d'électricité doit être rationalisée. De manière classique, on connaît les systèmes de climatisation de 10 bâtiments composés d'au moins une unité de climatisation externe au bâtiment et d'au moins une unité de climatisation interne au bâtiment, destinées à coopérer de manière à chauffer ou à refroidir le bâtiment. On retrouve en général des capteurs de température dans chaque pièce du bâtiment où une unité de climatisation interne au bâtiment est 15 installée. Ces capteurs de température coopèrent alors avec un dispositif de commande unique au bâtiment ou avec plusieurs dispositifs de commande situés dans chaque pièce où est installée une unité de climatisation interne. Ces dispositifs de commande sont programmés de manière à mettre en 20 fonction les unités de climatisation interne et externe pour maintenir le bâtiment, ou chaque pièce, à une température prédéterminée par un opérateur (une personne située dans la pièce ou un gestionnaire du bâtiment). Ces systèmes de climatisation sont néanmoins énergivores. En effet, 25 la consommation électrique d'un bâtiment équipé d'un système de climatisation est impactée lors du fonctionnement de ce système. Cette hausse de la consommation électrique est doublement problématique dans le cas où l'approvisionnement en électricité à partir d'un réseau public de distribution d'électricité est limité ou soumis à des aléas de 30 production. Par exemple, on peut citer les réseaux publics d'électricité alimentés par des éoliennes dans le cas où il n'y a pas suffisamment de vent pour 3046664 2 produire de l'électricité et où de faibles ou de fortes températures entraînent la mise en fonction des systèmes de climatisation. On peut encore citer l'exemple des réseaux publics de distribution d'électricité dépendants de l'énergie nucléaire en période de grande chaleur. En effet, les grandes chaleurs peuvent entraîner une baisse de la production d'électricité pour ne pas entraîner la surchauffe des centrales nucléaires, et une hausse de la consommation d'électricité du fait des systèmes de climatisation. La consommation électrique des systèmes de climatisation pose aussi des problèmes de coût d'exploitation. En effet, les périodes pendant lesquelles ces systèmes de climatisation sont utilisés peuvent correspondre à des périodes où le coût de l'électricité en provenance d'un réseau public de distribution d'électricité est élevé. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un système de climatisation d'un bâtiment qui est adapté pour être connecté à un réseau public de distribution d'électricité dans lequel la consommation d'électricité doit être rationalisée. L'invention a également pour objectif de proposer un tel système de climatisation qui est adapté aux aléas de production d'électricité. L'invention a encore pour objectif de proposer un tel système qui soit plus économique à mettre en oeuvre par son propriétaire que ce qui est permis par l'art antérieur. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un système de climatisation d'un bâtiment, le système comprenant : - des sources d'électricité comprenant un réseau public de distribution d'électricité et au moins une autre source alternative ; - des moyens de gestion de l'électricité fournie par les sources d'électricité, ces moyens de gestion étant destinés à centraliser 3046664 3 l'électricité en provenance des sources et à distribuer l'électricité en provenance d'au moins une source sélectionnée ; - des moyens de climatisation du bâtiment ; - des moyens de contrôle et de pilotage, couplés aux moyens de 5 gestion de l'électricité et aux moyens de climatisation, ces moyens de contrôle et de pilotage comprenant un boitier de contrôle situé dans le bâtiment, le boitier de contrôle comprenant : - des moyens de saisie d'une température de consigne 10 minimale et/ou maximale ; - une programmation maintenant le bâtiment à ladite température de consigne, caractérisé en ce que le boitier de contrôle est programmé pour sélectionner l'une et ou l'autre des sources d'électricité, 15 et en ce que le système comprend un agrégateur extérieur de gestion énergétique du réseau public de distribution d'électricité, comportant des moyens de saisie et d'émission de consignes prioritaires de réduction de consommation électrique, et en ce que le boitier de contrôle comporte un module de communication 20 avec l'agrégateur extérieur apte à recevoir les consignes prioritaires en provenance de l'agrégateur, le module de communication étant couplé avec un processeur du boitier de contrôle programmé pour forcer le remplacement, dans la programmation, de la température de consigne minimale et/ou maximale par les consignes prioritaires. 25 Le système selon l'invention permet ainsi de réaliser un « effacement de la consommation électrique ». Cet effacement de la consommation électrique consiste à réduire provisoirement la consommation électrique d'un client d'un réseau de distribution d'électricité lors d'un déséquilibre entre la production et la consommation d'électricité. Cet effacement est plus 30 spécifiquement répercuté sur le système de climatisation du bâtiment. 3046664 4 Avantageusement, les sources alternatives comprennent des panneaux photovoltaïques, et la programmation du boitier de contrôle est paramétrée pour sélectionner prioritairement les sources alternatives. Le système de climatisation selon l'invention permet ainsi de 5 diminuer la demande en électricité du bâtiment à partir du réseau public de distribution d'électricité. En conséquence, le système de climatisation est plus économique à mettre en oeuvre dans le temps, et notamment si le coût d'achat de l'électricité à partir du réseau public de distribution d'électricité est élevé. 10 Selon un mode de réalisation préférentiel, les sources alternatives comprennent des accumulateurs électriques destinés à suppléer en électricité les besoins d'électricité en cas d'intermittence de production des panneaux photovoltaïques, et les moyens de gestion de l'électricité rechargent les accumulateurs électriques en cas de surproduction 15 d'électricité par les panneaux photovoltaïques par rapport à la consommation électrique du bâtiment. Un tel mode de réalisation permet de favoriser encore plus la consommation de l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques du bâtiment. Aussi, les besoins en électricité à partir du réseau public de 20 distribution d'électricité pour l'alimentation des moyens de climatisation sont encore diminués. Préférentiellement, les accumulateurs électriques sont en LiFePO4. De tels accumulateurs sont particulièrement adaptés pour combler un soudain manque de production d'électricité des panneaux 25 photovoltaïques du fait qu'ils permettent de fournir beaucoup de puissance très rapidement. Selon une solution avantageuse, les moyens de contrôle et de pilotage comprennent des moyens informatisés de suivi et de saisie situés dans le bâtiment, couplés au boitier de contrôle par l'intermédiaire d'un 30 module de liaison à distance du boitier de contrôle. Ces moyens informatisés de suivi et de saisie peuvent consister en des ordinateurs disposant d'un programme ou d'une interface internet 3046664 5 conçus spécifiquement pour le système de climatisation. Ils permettent de prendre en main aisément le système de climatisation et de modifier de manière simple des paramètres de fonctionnement du système de climatisation. 5 Préférentiellement, les moyens de contrôle et de pilotage comprennent des moyens informatisés de supervision situés hors du bâtiment, couplés au boitier de contrôle par l'intermédiaire du module de liaison à distance. Une telle supervision réalisable à distance permet une prise en main 10 par l'occupant du bâtiment ou par l'installateur du système de climatisation. Cette supervision à distance permet de s'assurer du bon fonctionnement du système de climatisation ou encore d'effectuer des modifications du fonctionnement de l'installation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 15 plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du système de climatisation d'un bâtiment selon l'invention ; 20 - la figure 2 est une représentation schématique d'un boitier de contrôle d'un système de climatisation d'un bâtiment selon l'invention. Tel qu'on peut l'observer sur la figure 1, le système de climatisation selon l'invention est destiné à climatiser un bâtiment 1. 25 Ce système de climatisation comprend : - des sources d'électricité 2 ; - des moyens de gestion 3 de l'électricité ; - des moyens de climatisation 4 du bâtiment 1 ; - des moyens de contrôle et de pilotage 5 couplés aux moyens de 30 gestion de l'électricité et aux moyens de climatisation. Les sources d'électricité 2 sont multiples et comprennent : - un réseau public de distribution d'électricité 20 ; 3046664 6 - des sources alternatives, propres au bâtiment et indépendantes du réseau public, comprenant : - des panneaux photovoltaïques 21 ; - des accumulateurs électriques 22, préférentiellement en 5 LiFePO4. Les accumulateurs électriques 22 permettent de suppléer les besoins en électricité du système en cas d'intermittence de production des panneaux photovoltaïques et/ou d'intermittence d'approvisionnement en électricité à partir du réseau public de distribution d'électricité. 10 Les moyens de gestion 3 de l'électricité gèrent l'électricité fournie par les sources d'électricité 2. Ils permettent de centraliser l'électricité en provenance des sources, de sélectionner au moins une de ces sources et de distribuer de l'électricité en provenance de la ou les sources préalablement sélectionnées. 15 Plus précisément, les moyens de gestion 3 de l'électricité consistent en une armoire de lissage 30 et en un tableau général basse-tension 31. L'armoire de lissage a pour objectifs de recevoir l'électricité en provenance des sources, de transformer l'électricité et de l'injecter dans le tableau général basse-tension et/ou dans les accumulateurs électriques 20 et/ou dans le réseau public de distribution d'électricité. En effet, les moyens de gestion 3 de l'électricité sont conçus pour recharger les accumulateurs électriques avec un surplus de production d'électricité des panneaux photovoltaïques, c'est-à-dire quand les panneaux photovoltaïques produisent plus d'électricité que ce qui est consommé par le 25 bâtiment. Dans le cas où les accumulateurs électriques sont rechargés et que les panneaux photovoltaïques produisent toujours plus d'électricité que ce qui est consommé par le bâtiment, le surplus d'électricité peut être injecté dans le réseau public de distribution d'électricité. Le tableau général basse-tension, quant à lui, a pour objectifs de 30 recevoir l'électricité en provenance de l'armoire de lissage, de protéger les dispositifs électriques alimentés par les moyens de gestion, de répartir l'électricité et d'alimenter en électricité ces dispositifs électriques. 3046664 7 Les moyens de climatisation comprennent au moins une unité de climatisation externe 41 et au moins une unité de climatisation interne 40. Ces unités de climatisation sont alimentées en électricité par le tableau général basse-tension 31. 5 L'unité de climatisation externe 41 est une machine frigorifique à compression qui fournit l'énergie calorifique à l'unité de climatisation interne 40, qui permet de refroidir ou de réchauffer le bâtiment 1. Le système de climatisation selon l'invention comprend également un agrégateur extérieur 6 de gestion énergétique du réseau public de 10 distribution d'électricité. Cet agrégateur a pour objectif de gérer les demandes d'effacement de la consommation électrique du réseau public de distribution d'électricité 20 lors de pics de consommation d'électricité ou lors de baisses de production. Pour réaliser ces demandes d'effacement, l'agrégateur extérieur 15 6 comporte des moyens de saisie et d'émission de consignes de réduction de consommation électrique 60. De telles consignes de réduction de consommation électrique forment des consignes prioritaires 61 pour le système. Ces consignes de réduction de la consommation électrique peuvent 20 consister en une valeur maximale de consommation électrique à atteindre, ou encore à un pourcentage de réduction de la consommation électrique à atteindre. Tel qu'on peut l'observer sur la figure 1, les moyens de contrôle et de pilotage 5 du système de climatisation selon l'invention comprennent : 25 - un boitier de contrôle 50 situé dans le bâtiment 1 ; - des moyens informatisés de suivi et de saisie 51 couplés au boitier de contrôle et situés dans le bâtiment ; - des moyens informatisés de supervision 52 couplés au boitier et situés hors du bâtiment. 30 Le boitier de contrôle est un dispositif qui établit un lien entre les différents composants du système. La communication vers les moyens de climatisation s'effectue par un échange de données suivant soit un principe 3046664 8 de communication directe, soit un principe de communication au moyen d'un protocole générique de communication dans la gestion de bâtiment. Selon le présent mode de réalisation et tel qu'on peut l'observer sur la figure 2, ce boîtier de contrôle comprend : 5 - une programmation 500 destinée à maintenir le bâtiment à une température de consigne minimale et/ ou maximale ; - des moyens de saisie d'une température de consigne minimale et/ou maximale 501 ; - un module de communication 502 avec l'agrégateur extérieur ; 10 - un module de liaison à distance 503 ; - un processeur 504. Le boitier de contrôle pilote d'une part l'alimentation électrique du système de climatisation, et d'une autre part la régulation thermique du bâtiment. Pour la régulation thermique, les moyens de saisie d'une 15 température de consigne minimale et/ou maximale permettent de renseigner directement sur le boitier de contrôle une température à laquelle le bâtiment doit être refroidi ou réchauffé. Dans un premier temps, la programmation est conçue de manière à ce que le boitier de contrôle sélectionne l'une et ou l'autre des sources 20 d'électricité selon un critère de préférence prédéterminé. En l'occurrence, la programmation 500 du boitier de contrôle 50 est paramétrée pour sélectionner prioritairement les sources alternatives, donc pour sélectionner prioritairement les panneaux photovoltaïques ou les accumulateurs électrique par rapport au réseau public de distribution d'électricité. 25 Dans un second temps, le module de communication est couplé avec le processeur du boitier de contrôle qui est programmé pour forcer le remplacement dans la programmation de la température de consigne minimale et/ou maximale par des consignes prioritaires 61, lorsque ces dernières ont été émises par l'agrégateur extérieur et reçues par le module 30 de communication. La programmation 500 du boitier de contrôle 50 peut présenter plusieurs particularités. En effet, dans la programmation, des unités de 3046664 9 climatisation interne peuvent être assignées à des groupes d'appartenance prioritaires. Selon un exemple d'application, ces groupes d'appartenance peuvent être les suivants : 5 - groupe A : unités non prioritaires ; - groupe B : unités prioritaires selon un premier niveau ; - groupe C : unités prioritaires selon un deuxième niveau ; - groupe D : unités de priorité absolue. Ces unités de climatisation internes sont affectées à ces groupes 10 d'appartenance lors de la mise en service du système et, bien entendu, l'appartenance à l'un de ces groupes reste modifiable ultérieurement. La programmation comporte également des paramètres définissant un type de régulation (économie, confort, fixe) et un seuil correspondant à un coefficient d'économie d'énergie (définit par rapport à la consommation 15 nominale des unités de climatisation externes). Ainsi, lors du fonctionnement normal du système de climatisation, le boitier de contrôle compare la consommation électrique du système de climatisation, la production d'électricité par les panneaux photovoltaïques et les paramètres de la programmation. Pour atteindre le but recherché défini 20 par les paramètres (type de régulation et seuil), le boitier de contrôle va agir sur les unités de climatisation interne (extinction, diminution de la température de chauffe, augmentation de la température de climatisation, ...) pour diminuer la consommation électrique des unités de climatisation externes. 25 Les groupes d'appartenance permettent de moduler l'impact des paramètres. Ainsi, si une baisse de la consommation est nécessaire, le boitier de contrôle agit d'abord sur le groupe A, puis sur le groupe B, et enfin sur le groupe C. Le groupe D ne sera jamais impacté, il correspond par exemple à des unités de climatisation internes situées dans des lieux devant 30 absolument rester en dessous ou au-dessus d'une température donnée, ou encore à une température constante. 3046664 10 Aussi, lors de la survenue d'une consigne prioritaire en provenance de l'agrégateur extérieur, le boitier de contrôle agit sur les moyens de climatisation de manière comparable à celle expliquée précédemment, pour que la consommation électrique du système de climatisation atteigne le 5 nouveau but fixé par la consigne prioritaire. En d'autres termes, la programmation du boitier de contrôle peut être la suivante : - chauffer un bureau et un couloir pour maintenir une température minimum de 21 °C en journée, et une température minimum de 10 15°C la nuit ; - rafraichir une salle informatique à 22°C constamment. Si en journée la production d'électricité par les panneaux photovoltaïques faiblie, alors la programmation peut entraîner l'arrêt de l'unité de climatisation interne située dans le couloir, pour maintenir 15 prioritairement la température dans le bureau. Aussi, si le boitier de contrôle reçoit une consigne prioritaire en provenance de l'agrégateur extérieur, il peut être amené à ordonner la désactivation des unités de climatisations internes, à l'exception de celle située dans la salle informatique (cette salle ayant une priorité absolue de 20 manière à ne pas endommager du matériel informatique situé à l'intérieur de cette salle). Le module de liaison à distance permet au boitier de contrôle d'être couplé, tel qu'illustré par la figure 1, aux moyens informatisés de suivi et de saisie et aux moyens de supervision. 25 Les moyens informatisés de suivi et de saisie 51 et les moyens informatisés de supervision 52 consistent notamment en des dispositifs électroniques tels que des ordinateurs ou des tablettes électroniques. Les moyens informatisés de suivi de saisie permettent alors à une personne située dans le bâtiment de : 30 - prendre connaissance des relevés de températures dans les pièces du bâtiment où sont installés des capteurs de température et des unités de climatisation internes ; 3046664 11 - prendre connaissance des réglages de température ; - modifier la température de consigne du bâtiment. De tels moyens informatisés de suivi et de saisie permettent d'accéder aisément aux données et réglages du système de climatisation 5 selon l'invention. Les moyens informatisés de supervision autorisent, par exemple, une prise en main du système de climatisation par son installateur pour effectuer une opération de maintenance. Plus précisément, cette prise en main à distance au moyen d'un 10 dispositif électronique (ordinateur, tablette électronique, ...) peut s'effectuer par l'intermédiaire d'une application web apte à communiquer avec le boitier de contrôle grâce module de liaison à distance. Enfin, le boitier de contrôle peut être rendu directement contrôlable sur site par l'intermédiaire de moyens d'affichage et de manipulation (par 15 exemple par l'intermédiaire d'un écran tactile) couplés sur le boitier. REVENDICATIONS1. Système de climatisation d'un bâtiment (1), le système comprenant : - des sources d'électricité (2) comprenant un réseau public de distribution d'électricité (20) et au moins une autre source alternative ; - des moyens de gestion (3) de l'électricité fournie par les sources d'électricité, ces moyens de gestion étant destinés à centraliser l'électricité en provenance des sources et à distribuer l'électricité en provenance d'au moins une source sélectionnée ; - des moyens de climatisation (4) du bâtiment (1) ; - des moyens de contrôle et de pilotage (5), couplés aux moyens de gestion de l'électricité et aux moyens de climatisation, ces moyens de contrôle et de pilotage comprenant un boitier de contrôle (50) situé dans le bâtiment, le boitier de contrôle comprenant : - des moyens de saisie d'une température de consigne minimale et/ou maximale (501) ; - une programmation (500) maintenant le bâtiment à ladite température de consigne, caractérisé en ce que le boitier de contrôle est programmé pour sélectionner l'une et ou l'autre des sources d'électricité, et en ce que le système comprend un agrégateur extérieur (6) de gestion énergétique du réseau public de distribution d'électricité, comportant des moyens de saisie et d'émission de consignes prioritaires de réduction de consommation électrique (60), et en ce que le boitier de contrôle comporte un module de communication (502) avec l'agrégateur extérieur apte à recevoir les consignes prioritaires en provenance de l'agrégateur, le module de communication étant couplé avec un processeur (504) du boitier de contrôle programmé pour forcer le remplacement, dans la 3046664 13 programmation, de la température de consigne minimale et/ou maximale par les consignes prioritaires. 2. Système de climatisation d'un bâtiment selon la revendication 1, caractérisé en ce les sources alternatives comprennent des panneaux photovoltaïques (21), et en ce que la programmation (500) du boitier de contrôle (50) est paramétrée pour sélectionner prioritairement les sources alternatives. Système de climatisation d'un bâtiment selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sources alternatives comprennent des accumulateurs électriques (22) destinés à suppléer en électricité les besoins d'électricité en cas d'intermittence de production des panneaux photovoltaïques (21), et en ce que les moyens de gestion (3) de l'électricité rechargent les accumulateurs électriques en cas de surproduction d'électricité par les panneaux photovoltaïques par rapport à la consommation électrique du bâtiment. Système de climatisation d'un bâtiment selon la revendication 3, caractérisé en ce que les accumulateurs électriques (22) sont en Li Fe PO4. Système de climatisation d'un bâtiment selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de pilotage (5) comprennent des moyens informatisés de suivi et de saisie (51) situés dans le bâtiment (1), couplés au boitier de contrôle (50) par l'intermédiaire d'un module de liaison à distance (503) du boitier de contrôle. Système de climatisation d'un bâtiment selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de pilotage (5) comprennent des moyens informatisés de supervision (52) situés hors 5 10 3. 15 4. 20 5. 25 30 6. 3046664 14 du bâtiment (1), couplés au boitier de contrôle (50) par l'intermédiaire du module de liaison à distance (503). 5