INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Demande chaud dominante par rapport à la demande froid Auxiliaire production chaud éteint Mode combiné + mode chaud pur (configuration utilisée par le niveau 2 de calcul) Hydraulique du système déterminé par le niveau 2 de calcul Auxiliaire production chaud allumé Mode froid pur (configuration supplémentaire pour le niveau 3 de calcul) Hydraulique du système par défaut (configuration change, donc le débit déterminé par le niveau 2 de calcul n’est plus valable) Demande froid dominante par rapport à la demande chaud Auxiliaire de production froid éteint Mode combiné + mode froid pur (configuration utilisée par le niveau 2 de calcul) Hydraulique du système déterminé par le niveau 2 de calcul Auxiliaire de production froid allumé Mode chaud pur (Configuration supplémentaire pour le niveau 3 de calcul) Hydraulique du système par défaut (configuration change, donc le débit déterminé par le niveau 2 de calcul n’est plus valable)
Les figures 9 à 11 illustrent la finesse et le comportement qualitatif du contrôleur décrit plus haut.
Le procédé selon l’invention a été mis en œuvre sur un modèle numérique représentatif d’un système de production à travers d’une plateforme de co-simulation.
En fonction des données d’entrée à savoir la prévision sur la demande (demande en chaud et en froid, consignes de température chaud/froid) et la prévision sur les prix d’énergie (prix d’électricité et du gaz), le contrôleur 70 calcule les consignes en débit et démarrage des auxiliaires en tout ou rien en mettant en œuvre le procédé selon l’invention, puis les transmet au système de simulation pour être appliquées.
Les figures 9 et 10 décrivent le comportement du champ géothermique sur une période hivernale de deux semaines.
La décrit l’évolution de la température du sol à la fois en utilisant les modèles établis dans le cadre de la présente invention et les modèles d’un système de simulation fin complexe.
Concernant la température du sol : la courbe a ) correspond à l’évolution de la température dans le simulateur physique fin et la courbe b ) représente la température par le modèle établi dans la présente invention.
Concernant la température du fluide en entrée du champ géothermique, la courbe d) est celle du simulateur physique fin et la courbe e) correspond à celle obtenue dans le cadre de la présente invention.
Concernant la température du fluide en sortie du champ géothermique : la courbe f) correspond au simulateur physique fin et la courbe g) est celle obtenue en utilisant le modèle établi dans le cadre de la présente invention.
La illustre l’évolution des températures du sol et de sortie du fluide sur une durée plus longue que celle de la .
En appliquant les consignes optimales calculées par le contrôleur (débit, découplage hydraulique et activation des auxiliaires de production) sur le système énergétique, on remarque que la prédiction optimale du comportement du champ géothermique par le contrôleur est très proche de celle du simulateur physique fin (‘jumeau numérique’) du système de production.
La correspond à la puissance en W extraite du champ géothermique durant ladite période hivernale. La courbe a) correspond à l’évolution de la puissance modélisée à l’aide du simulateur physique fin et la courbe b) correspond à l’évolution de puissance prédite par le procédé selon l’invention.
Cette observation conforte le fait que le procédé de commande selon l’invention permet de modéliser le comportement attendu du système réel.
Autrement dit, le contrôleur évaluera à chaque pas de temps de supervision la configuration la plus judicieuse à opérer par le système en fonction des prévisions sur l’horizon de prévision fournies en entrée et en tenant compte des retours sur l’état du système. Cela permet de corriger à chaque pas de supervision le pilotage du fonctionnement système afin de s’adapter au mieux aux besoins des utilisateurs.
On va maintenant décrire le fonctionnement du contrôleur 70. Comme illustré à la , le contrôleur présente trois niveaux de contrôle.
Niveau 1 : Répartition des demandes A partir de la demande énergétique et des températures de consigne, le contrôleur détermine laquelle des demandes en chaud ou en froid est dominante.
A cette fin, un coefficient de performance de la pompe à chaleur en mode équilibré est calculé à partir des températures de consigne de production de chaud ou de froid.
Ensuite un facteur d’équilibre donné par la formule est calculé.
Si , alors la demande en chaud est dominante par rapporte à la demande en froid. les demandes de chaud et froid ne peuvent alors être équilibrées sur la pompe à chaleur 10 fonctionnant uniquement en mode combiné. Dans ce cas, une partie du fonctionnement de la pompe à chaleur consistera à fournir simultanément (en mode combiné) la totalité de la demande en froid et une partie de la demande en chaud, dite « demande en chaud équilibrée ». Une autre partie du fonctionnement de la pompe à chaleur 10 sur le pas de supervision assurera une production de chaleur uniquement, avec extraction d’énergie sur le champ géothermique (mode chaud pur) pour satisfaire la partie restante de la demande en chaud non produite par le mode combiné, dite « demande en chaud non équilibrée ».
la demande en chaud équilibrée correspond à avec , et la demande en froid correspond à la totalité de la demande en froid . La demande en chaud non équilibrée correspond à
La illustre un exemple de production sollicitant la pompe à chaleur et le champ géothermique sur une période de 30 min quand la demande en chaud est dominante.
Si , alors la demande en froid est dominante par rapport à la demande en chaud. Dans ce cas, une partie du fonctionnement de la pompe à chaleur consistera à fournir simultanément (en mode combiné) la totalité de la demande de chaud et une partie de la demande de froid, appelée « demande de froid équilibrée ». Une autre partie du fonctionnement sur la période concernée assurera une production de froid uniquement, avec dissipation d’énergie dans le champ géothermique (mode froid pur).
la demande en chaud équilibrée correspond avantageusement à la demande en chaud , et la demande en froid équilibrée peut correspondre à avec . la demande en froid non équilibrée, désignée peut correspondre à .
Un exemple de production sollicitant la pompe à chaleur et le champ géothermique sur une période de 30 min quand la demande en froid est dominante est donné à la .
Les séries temporelles calculées à ce niveau 1 de contrôle, à savoir , permettent de décrire le comportement de base du système.
Comme mentionné plus haut, le système est capable d’opérer selon au moins quatre configurations pour répondre à une demande énergétique donnée.
Afin de permettre au système 1 de sélectionner parmi les différentes configurations possibles celle présentant un intérêt économique et environnemental tout en respectant les contraintes imposées sur la source thermique, le contrôleur doit traiter un problème d’optimisation dans lequel le comportement hydraulique du système de production 1 ainsi que la gestion des auxiliaires sont à gérer.
Comme mentionné précédemment, l’optimisation conjointe du fonctionnement hydraulique et de la gestion de démarrage des auxiliaires conduit à la résolution d’un problème d’optimisation non linéaire à variables mixtes (MINLP) qui est par nature très difficile à résoudre et coûteux en temps de calcul.
Pour contourner cette difficulté, le contrôleur 70 traite ce problème d’optimisation sur deux niveaux de contrôle. Tout d’abord, un niveau de calcul 2 dans lequel les auxiliaires de production sont supposés désactivés.
La consommation électrique instantanée de la pompe à chaleur est de préférence reliée respectivement aux puissances thermiques instantanées dans les circuits du condenseur et de l’évaporateur de la pompe à chaleur au moyen du coefficient de performance selon les formules suivantes : et , avec et , les puissances thermiques instantanées au niveau du condenseur et de l’évaporateur, respectivement.
Le coefficient de performance de la pompe à chaleur peut être donné par la formule suivante :
et correspondent respectivement aux températures de sortie du condenseur et de l’évaporateur.
De préférence, les puissances thermiques instantanée précitées sont reliées aux débits hydrauliques aux bornes de l’évaporateur et du condenseur par les formules suivantes :
et correspondent aux débits passant au niveau du condenseur et de l’évaporateur, et sont les températures de sortie et d’entrée dans le circuit évaporateur, et sont les températures de sortie et d’entrée dans le circuit condenseur , et CP la capacité thermique du fluide circulant.
Dans un mode de réalisation préféré, les différences en température et aux bornes de l’évaporateur et/ou du condenseur correspondent à des valeurs constantes prédéfinies.
Afin de minimiser la première fonction de coût, le problème d’optimisation non linéaire peut utiliser l’un au moins des modèles suivants :
un modèle de la source thermique, notamment un modèle décrivant au moins une température du fluide caloporteur en entrée et/ ou en sortie de la source thermique, ce modèle reliant avantageusement l’une des températures précitées au débit hydraulique circulant dans le circuit de la source thermique ; Optionnellement, un modèle relatif à la bouteille de découplage, renseignant notamment sur le comportement thermo-hydraulique de celle-ci, ledit modèle décrivant de préférence les débits et les échanges thermiques ; un modèle d’au moins une pompe hydraulique ; en particulier un modèle reliant le débit de la pompe à sa consommation électrique ; un modèle de la pompe à chaleur.
Afin de respecter la contrainte thermique imposée sur la source thermique, une pénalité de violation de ces contraintes est de préférence imposée dans le problème d’optimisation à résoudre.
Deuxième fonction de coût De préférence, la deuxième fonction de coût tient compte de la consommation électrique des auxiliaires de production.
De préférence, la deuxième fonction est en outre représentative d’un coût environnemental associé à l’émission des gaz à effet de serre par le système.
L’invention a encore pour objet un contrôleur configuré pour commander le fonctionnement d’un système de production de chaud et de froid pour satisfaire une demande énergétique en chaud et en froid, ce système comportant au moins :
Un circuit de source thermique, une pompe à chaleur couplée audit circuit de source thermique, la pompe à chaleur comportant un évaporateur et un condenseur, la pompe à chaleur étant capable d’opérer selon au moins un premier mode de production de chaud pur, un second de production de froid pur et un troisième de production combinée de froid et de chaud, des auxiliaires de production de froid et de chaud, une pompe hydraulique dans un circuit évaporateur pour la circulation du fluide caloporteur dans le circuit évaporateur ; une pompe hydraulique dans un circuit condenseur de la pompe à chaleur pour la circulation du fluide caloporteur,
lorsque la demande en chaud est dominante par rapport à la demande en froid, le contrôleur étant configuré pour commander le système selon au moins:
On comprend ici que le terminal de communication permet d’effectuer le lien entre le système de pilotage et d’autres systèmes, par exemple un système de climatisation d’un bâtiment associé au réservoir d’eau et/ou à la zone d’arrosage. Selon encore une conception, le terminal de communication sert d’intermédiaire à la réalisation de l’étape de transmission décrite ci-avant en permettant la connexion du système de pilotage à un ou plusieurs appareils du réseau de domotique affichant des informations à destination de l’utilisateur.
Ainsi, par les différentes caractéristiques techniques fonctionnelles et structurelles ci-dessus, le Demandeur propose un procédé et un système permettant un pilotage d’un réservoir d’eau tenant compte des conditions locales à un instant donné ainsi que de prévisions météorologiques sur une période future.
Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous en référence aux figures 1 à 5 annexées illustrant une pluralité d’exemples de réalisation qui sont dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquelles :
La représente une vue schématique d’un système de pilotage d’un réservoir d’eau selon un premier exemple de réalisation de la présente invention ;
La représente une vue schématique d’un système de pilotage d’un réservoir d’eau selon un deuxième exemple de réalisation de la présente invention ;
La illustre schématiquement un dispositif configuré pour piloter un réservoir d’eau, par exemple un réservoir d’eau conforme à la ou à la ;
La illustre un organigramme des différentes étapes d’un procédé de pilotage d’un réservoir d’eau, par exemple un réservoir d’eau conforme à la ou à la ; et
La illustre un organigramme des différentes phases d’une étape de traitement d’un procédé conforme à la .
Description détaillée La présente invention va maintenant être décrite dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 5 annexées à la description. Des mêmes éléments sont identifiés avec des mêmes signes de référence tout au long de la description qui va suivre.
Comme indiqué dans le préambule de la description, les solutions actuelles de pilotage d’un réservoir d’eau, en particulier lorsque celui-ci est associé à une zone d’arrosage, se limitent à une programmation horaire éventuellement ajustée selon la saison et/ou complétée d’un capteur d’humidité, sans tenir compte de la variété et de l’instabilité des conditions météorologiques au cours du temps.
Un des objectifs de la présente invention consiste à permettre le pilotage d’un tel réservoir d’eau en tenant compte à la fois des conditions locales et des prévisions météorologiques, compte-tenu des besoins d’eau de la zone d’arrosage.
Ceci est rendu possible dans l’exemple décrit ci-après.
Selon l’exemple des figures 1 et 2, un système de pilotage développé dans le cadre de la présente comprend un réservoir d’eau 1, une source 2 de récupération d’eau pluviale et une zone d’arrosage 3. Le réservoir d’eau 1, la source 2 et la zone d’arrosage 3 sont avantageusement reliés les uns aux autres par un circuit d’alimentation en eau, permettant au moins l’alimentation du réservoir 1 par la source 2, par exemple par l’intermédiaire du tuyau d’approvisionnement 11’, et l’alimentation de la zone d’arrosage 3 par le réservoir 1, par exemple par l’intermédiaire d’au moins un tuyau d’arrosage 21’. L’emploi du réservoir 1 et du circuit d’alimentation en eau permet, de manière évidente, de tamponner et de redistribuer les eaux pluviales pour l’arrosage contrôlé de la zone d’arrosage 3.
De manière à permettre le contrôle de la récupération d’eau et de son utilisation, le réservoir 1 comporte au moins une première entrée 11 amont associée au tuyau d’approvisionnement 11’ et au moins une première sortie 21 aval associée au tuyau d’arrosage 21’. La première entrée 11 et la première sortie 21 comportent par exemple chacune une électrovanne dont l’ouverture et/ou la fermeture est actionnable à la réception d’une commande et/ou d’un signal électrique.
Selon une conception particulière illustrée en , l’eau circule de la source 2 au réservoir 1 par gravité, l’état de la première entrée 11 étant la seule condition au flux de circulation de l’eau, tandis que le système de pilotage comprend additionnellement une pompe 23 permettant la mise en circulation de l’eau en direction de la première sortie 21, ainsi qu’une crépine 24 servant de clapet anti-reflux à l’entrée du tuyau d’arrosage 21. Optionnellement, la première sortie 21 comporte également une pompe doseuse d’engrais et/ou un filtre permettant d’altérer les éléments contenus dans l’eau pour l’arrosage de la zone d’arrosage 3, par exemple en fonction des plants cultivés dans la zone d’arrosage 3.
Dans ce même exemple, la zone d’arrosage 3 correspond à un mur végétal, ou plus généralement à une paroi végétalisée, par exemple un mur végétal associé à un bâtiment dont le toit est employé en tant que source 2 de récupération d’eau pluviale. Cette conception permet ainsi d’intégrer l’emploi de murs végétaux aux systèmes de récupération d’eau à l’échelle d’un ou de plusieurs bâtiments. Le système de pilotage du réservoir d’eau 1 est par exemple spécifiquement adapté à la gestion de l’arrosage d’un mur végétal, de manière à piloter l’arrosage du mur végétal en tenant compte à la fois de considérations relatives à son entretien et aux avantages apportés par le mur végétal au bâtiment, notamment de manière à employer l’arrosage du mur végétal pour une climatisation adiabatique du bâtiment tel que décrit ci-après en regard de la . On conçoit également d’autres modes de réalisation dans lesquels la zone d’arrosage 3 comprend d’autres éléments en complément et/ou en remplacement de la paroi végétalisée, notamment un espace vert en pleine terre, une serre, une station de lavage, des installations sanitaires, etc.
La représente une vue en coupe d'une étape de fabrication du mode de réalisation de la .
Au cours de cette étape, les circuits 12 et 14 sont fixées sur un support temporaire 48. De même, les vias 22 sont fixés sur le support 48. Les circuits 12, 14 et les vias 22 sont par exemple fixés sur le support 48 par une couche de colle adhérente située sur le support 48.
Les circuits 12, 14 et les vias sont placés à des emplacements correspondant à leur agencement dans le capteur 10 de la , le support 48 étant situé du côté de la face inférieure du capteur 10. Ainsi, les circuits 12, 14 sont fixées de telle manière que les régions 13, 16 et 18 soient situées vers le support 48, de préférence en contact avec le support 48. De plus, les vias 22 correspondant aux vias 22 de la s'étendant de la face inférieure de la couche 20 à la face supérieure de la couche 20 sont fixés sur le support 48, de préférence en contact avec le support 48. Les vias 22 correspondant aux vias 22 de la s'étendant de la face supérieure de la couche 20 aux circuits, en particulier au circuit 12, sont fixés sur lesdits circuits.
Le support 48 est suffisamment solide pour maintenir les circuits 12, 14 et les vias 22 aux emplacements auxquels ils sont placés.
La représente une vue en coupe d'une autre étape de fabrication du mode de réalisation de la .
Au cours de cette étape, la couche 20 est formée. La couche 20 est formée sur la face supérieure du support 48, c’est-à-dire la face sur laquelle sont fixés les vias 22 et les circuits 12 et 14. La face supérieure de la couche 20 est par exemple plane. La face supérieure de la couche 20 est située au niveau de la face supérieure des vias 22. La face supérieure de la couche 20 et les faces supérieures des vias 22 sont donc coplanaires. Les faces supérieures des vias 22, et plus précisément des cœurs 22a, sont donc découvertes. La couche 20 recouvre, comme décrit précédemment, les circuits 12 et 14 et recouvre les parois latérales des vias 33.
Par exemple, la couche 20 est formée par un procédé de type boitier intégré dans une plaque (Panel Embedded Packaging, ou PEP). Par exemple, une plaque non représentée est placée sur la structure de la . La plaque non représentée est par exemple en contact avec les faces supérieures des vias 22. Ainsi, l'espace entre la plaque non représentée et le support 48 correspond à l'emplacement de la couche 20. L'espace entre la plaque non représentée et le support 48 est ensuite rempli par une résine, par exemple une résine liquide. La résine est ensuite chauffée de manière à être solidifiée et à prendre la forme de la couche 20. La plaque non représentée est ensuite retirée.
La présence de la plaque non représentée accolée aux faces supérieures des vias 22 permet d'assurer que les faces supérieures des vias ne sont pas recouvertes par la résine.
Au cours de cette étape, le support 48 est retiré et les empilements 24 et 28 sont formés avec les pistes 26 et 30.
Les empilements 24 et 28 sont de préférence formés indépendamment. Par exemple, l'étape de la comprend le retrait du support 48, la formation d'un des empilements, par exemple la formation de l'empilement 24 et des pistes 26, puis la formation de l'autre empilement, par exemple la formation de l'empilement 28 et des pistes 30. A titre de variante, le support 48 peut être retiré après la formation de l'empilement 24 et avant la formation de l'empilement 28.
La formation d'un empilement 24, 28 et des pistes conductrices 26, 30 correspondantes comprend par exemple la formation de chaque couche de l'empilement, la gravure de ladite couche à l'emplacement de la piste et le remplissage dudit emplacement avec un matériau conducteur, par exemple un métal.
A titre de variante, la formation d'un empilement 24, 28 et des pistes conductrices 26, 30 correspondantes comprend par exemple la formation des pistes conductrices d'un niveau, par exemple par croissance du métal, puis le remplissage du niveau avec un matériau isolant.
Les ouvertures 32 et 34 sont par exemple formées par gravure dans l'empilement 28 après sa formation. A titre de variante, les emplacements des ouvertures peuvent être remplis par des matériaux de remplissage temporaires gravables sélectivement par rapport aux matériaux de l'empilement 28, c’est-à-dire les matériaux des couches de l'empilement et les matériaux des pistes 30. Les matériaux temporaires sont retirés après la formation de l'empilement 28 de manière à découvrir l'ouverture.
La représente une vue en perspective d'une autre étape de fabrication du mode de réalisation de la .
L'étape de la illustre la formation de l'élément 36 et des instruments 46, 47. Cette étape est par exemple effectuée indépendamment des étapes des figures 2 à 4. Ainsi, l'étape de la peut être effectuée avant les étapes des figures 2 à 4, après les étapes des figures 2 à 4, ou simultanément.
Le premier dispositif terminal 5 comporte un premier dispositif de commande de terminal 50, une première unité de communication de terminal 51, un premier panneau tactile de terminal 52 et un premier GNSS (système mondial de navigation par satellite) de terminal 53.
Le premier dispositif de commande de terminal 50 comporte un premier processeur de terminal 500 et une première mémoire de terminal 510, et commande chaque unité du premier dispositif terminal 5. Le premier processeur de terminal 500 est un processeur tel qu’une CPU (unité centrale de traitement). Le premier processeur de terminal 500 fonctionne comme une première unité d’exécution d’app 501 par la lecture et l’exécution de la première app 511 stockée dans la première mémoire de terminal 510. La première mémoire de terminal 510 est une mémoire pour le stockage de programmes et de données. La première mémoire de terminal 510 stocke la première app 511 et des programmes autres que la première app 511 ainsi que des données devant être traitées par le premier processeur de terminal 500. La première mémoire de terminal 510 comporte une zone de stockage non volatile. Il convient de noter que la première mémoire de terminal 510 peut comporter une zone de stockage volatile et configurer une zone de travail du premier processeur de terminal 500.
Au premier dispositif de commande de terminal 50, la première unité de communication de terminal 51, le premier GNSS de terminal 53 et le premier panneau tactile de terminal 52 sont connectés. Il convient de noter que d’autres dispositifs peuvent en outre être connectés au premier dispositif de commande de terminal 50.
La première unité de communication de terminal 51 peut comporter du matériel de communication tel qu’une antenne et un circuit de communication sans fil, et communique avec le dispositif serveur 4 via le réseau de communication NW.
Le premier panneau tactile de terminal 52 est un panneau tactile. Le premier panneau tactile de terminal 52 affiche divers types d’informations sous la commande du premier dispositif de commande de terminal 50. En outre, le premier panneau tactile de terminal 52 délivre en sortie des signaux correspondant à des opérations tactiles vers le premier dispositif de commande de terminal 50.
Le premier GNSS de terminal 53 mesure l’emplacement actuel du premier dispositif terminal 5. Le premier GNSS de terminal 53 délivre en sortie une information de l’emplacement actuel mesuré vers le premier dispositif de commande de terminal 50.