[HISTORIQUE] La régulation le pourquoi du comment?
Posté : dim. mars 08, 2015 11:50 pm
La régulation
Un petit exposé pour comprendre comment réagit un système de pompe à chaleur et par la même occasion un système de chauffage en général à eau chaude.
Il n’y aura que peu ou pas de formules histoire que cela reste accessible à tous
Le but est de comprendre comment fonctionne tel ou tel élément et pourquoi il est mal réglé et/ou défaillant
Un rapide historique sur le chauffage à eau chaude qui n’est pas si récent que cela puisque des sources d’eau ont été, sont encore utilisées pour chauffer des dalles de pierres dans des maisons inventant ainsi le plancher chauffant.
Hormis cela les premiers systèmes de chauffage à eau chaude utilisaient le principe du thermosiphon, c'est-à-dire un mouvement naturel basé sur le principe bien connu du « chaud ça monte et le froid descend ».
Ainsi c’est pour cela que beaucoup de constructions étaient faite sur sous sol ou l’on retrouvait la chaudière et un réseau de chauffage d’un diamètre très conséquent qui permettait de favoriser une circulation de l’eau plus aisée.
Le principal inconvénient était qu’on chauffait de l’eau jusqu’à 80°C et le seul réglage possible était la fermeture des vannes sur les radiateurs (oui oui des vannes) ou bien de limiter l’apport en combustible (à l’époque c’était surtout du charbon voire du bois)
Ainsi le principal réglage était surtout « très chaud » ou très « froid »
Une des révolutions est la mise en place de circulateurs (ce qui parait évident maintenant), le principal avantage est que l’ensemble des radiateurs se retrouvent irrigués et donc de chauffer un logement de façon quasi uniforme.
Le premier principe de régulation introduit est le thermostat sur le circuit de chauffage.
Le principe est que dès que l’on atteint une température donnée sur le circuit de chauffage on coupe la production de chaleur.
Ceci a été introduit avec les premières chaudières au fioul
Soit on coupait le bruleur ou, bien plus dangereux à l’époque, l’alimentation du circulateur (en priant que les sécurités fonctionnent !
Par contre pour régler la température de la pièce, c’est toujours la pifométrie en jouant sur le robinet du radiateur
Pour contrer ces inconforts l’astuce de la ménagère consiste à apposer sur les radiateurs des humidificateurs en céramique ou simplement un verre d’eau, le régime de température étant trop élevé on assèche l’air de façon très brutale.
+ Limitation de la température en point de consigne haut
- N’intègre pas la température de la pièce
Dans les années 70 apparait enfin le thermostat d’ambiance puisque les fabriquant de chaudière intègrent dans leurs câblage un contact à cet effet.
Généralement ces thermostat sont de type simple contact, mais cela génère d’autres problème puisque durant les saisons intermédiaire les besoins en chaleur sont faible, il apparait dès lors des problèmes de condensation dans les corps de chauffe et ce malgré des températures dans les circuits de chauffage toujours élevées.
Néanmoins, les économies d’énergie se font sentir !
+ On commence à régler la température de la pièce !
- Régime d’eau toujours important
Pour contrer des régimes de température d’eau dans les circuits de chauffage trop important la solution vient du fait de mélanger l’eau de retour des circuits de chauffage à celle du départ du circuit de chauffage, ce sont les premières vannes 4 voies et 3 voies, l’inconvénient et que cela reste manuel, mais il y a du mieux, cela résout aussi les problème rencontré avec les corps de chauffe des chaudière et cela permet de maintenir une température d’eau dans celle-ci assez élevé (environ 70°C).
Avec les débuts de l’électronique, et suite à des contextes énergétiques défavorables, la chasse aux économies d’énergie est ouverte !
Le bilan est simple et sans appel, plus il fait froid et plus on doit produire de chaleur !
Les premiers actionneurs font leur apparition, et le principal défit est d’apporter une réponse dite « proportionnelle » aux besoins en chaleur.
Ainsi on voit apparaitre des sondes extérieures qui vont permettre d’affiner la température de l’eau envoyée dans les circuits de chauffage, on commence à parler de loi d’eau ou de courbe de chauffe.
L’évolution va être rapide et suivra le bon technologique en termes d’électronique et d’informatique, avec notamment les automates programmables pour les grosses chaufferies, puis avec l’arrivée des PC les premières GTC (gestion centralisées du chauffage).
Les fabriquant de systèmes de chauffage intègrent peu à peu ces systèmes de régulation dans leurs machines (chaudières, pompe à chaleur, chauffage électrique, etc etc.)
Dès lors on arrive à un système capable de calculer en temps réel les besoins en chaleur
Ainsi de nos jours nous avons des systèmes qui fonctionnent comme suit :
On mesure une température d’ambiance et une température extérieure
En fonction de cela la machine va déterminer une température d’eau (aller ou retour à la machine)
Chaque fabriquant à une approche particulière ainsi on va distinguer 2 grandes tendances :
- La première est de fonctionner avec une loi d’eau, mais on n’intègre pas de température d’ambiance, à la place on va mettre un thermostat qui enverra à la machine un ordre ON/OFF à la machine. Ce thermostat réagissant plus ou moins vite. Cela permet de bloquer la machine en cas d’apport de chaleur « gratuit » important. Néanmoins la température de l’ensemble se refroidit de façon importante et à la remise en route l’ensemble du réseau doit être remis en température avant d’être efficace. Pour les connaisseurs c’est un peu le choix technique de Daikin avec leur thermostat d’ambiance ou l’on peut paramétrer le temps de réaction.
- La deuxième est l’intégration de la température d’ambiance dans le calcul de la température d’eau dans le réseau, ainsi la valeur calculée est variable pour une température extérieure donnée et ce, par l’intégration dans la formule de calcul de la différence entre la consigne demandée et la valeur réel mesurée. Ce système est sur les PAC Atlantic entre autre grâce au régulateur SIEMENS qui équipe les alféa entre autre. Néanmoins lorsque la consigne est atteinte on peut constater l’arrêt du calcul du régulateur. D’autre comme CIAT entre autre on choisit d’assurer, malgré une température d’ambiance atteinte, de maintenir une température minimum dans le circuit de chauffage afin de limiter la remontée en température dès que le logement sera en demande.
A ces différents principe il y a aussi la gestion de l’occupation des bâtiments qui est une source d’économie mais pas pour tous les systèmes de chauffage, mais la c’est quasiment du cas par cas et il faut intégrer l’intermittence des bâtiments en distinguant bien l’usage (logement, bâtiments tertiaires)
Pour conclure, mais il est difficile de conclure sur quelque chose qui est en perpétuelle évolution, quel est le meilleur principe ?
Celui qui répond au mieux aux besoins ! Mais la seule limite au développement de ces systèmes est l’imagination !
Un petit exposé pour comprendre comment réagit un système de pompe à chaleur et par la même occasion un système de chauffage en général à eau chaude.
Il n’y aura que peu ou pas de formules histoire que cela reste accessible à tous
Le but est de comprendre comment fonctionne tel ou tel élément et pourquoi il est mal réglé et/ou défaillant
Un rapide historique sur le chauffage à eau chaude qui n’est pas si récent que cela puisque des sources d’eau ont été, sont encore utilisées pour chauffer des dalles de pierres dans des maisons inventant ainsi le plancher chauffant.
Hormis cela les premiers systèmes de chauffage à eau chaude utilisaient le principe du thermosiphon, c'est-à-dire un mouvement naturel basé sur le principe bien connu du « chaud ça monte et le froid descend ».
Ainsi c’est pour cela que beaucoup de constructions étaient faite sur sous sol ou l’on retrouvait la chaudière et un réseau de chauffage d’un diamètre très conséquent qui permettait de favoriser une circulation de l’eau plus aisée.
Le principal inconvénient était qu’on chauffait de l’eau jusqu’à 80°C et le seul réglage possible était la fermeture des vannes sur les radiateurs (oui oui des vannes) ou bien de limiter l’apport en combustible (à l’époque c’était surtout du charbon voire du bois)
Ainsi le principal réglage était surtout « très chaud » ou très « froid »
Une des révolutions est la mise en place de circulateurs (ce qui parait évident maintenant), le principal avantage est que l’ensemble des radiateurs se retrouvent irrigués et donc de chauffer un logement de façon quasi uniforme.
Le premier principe de régulation introduit est le thermostat sur le circuit de chauffage.
Le principe est que dès que l’on atteint une température donnée sur le circuit de chauffage on coupe la production de chaleur.
Ceci a été introduit avec les premières chaudières au fioul
Soit on coupait le bruleur ou, bien plus dangereux à l’époque, l’alimentation du circulateur (en priant que les sécurités fonctionnent !
Par contre pour régler la température de la pièce, c’est toujours la pifométrie en jouant sur le robinet du radiateur
Pour contrer ces inconforts l’astuce de la ménagère consiste à apposer sur les radiateurs des humidificateurs en céramique ou simplement un verre d’eau, le régime de température étant trop élevé on assèche l’air de façon très brutale.
+ Limitation de la température en point de consigne haut
- N’intègre pas la température de la pièce
Dans les années 70 apparait enfin le thermostat d’ambiance puisque les fabriquant de chaudière intègrent dans leurs câblage un contact à cet effet.
Généralement ces thermostat sont de type simple contact, mais cela génère d’autres problème puisque durant les saisons intermédiaire les besoins en chaleur sont faible, il apparait dès lors des problèmes de condensation dans les corps de chauffe et ce malgré des températures dans les circuits de chauffage toujours élevées.
Néanmoins, les économies d’énergie se font sentir !
+ On commence à régler la température de la pièce !
- Régime d’eau toujours important
Pour contrer des régimes de température d’eau dans les circuits de chauffage trop important la solution vient du fait de mélanger l’eau de retour des circuits de chauffage à celle du départ du circuit de chauffage, ce sont les premières vannes 4 voies et 3 voies, l’inconvénient et que cela reste manuel, mais il y a du mieux, cela résout aussi les problème rencontré avec les corps de chauffe des chaudière et cela permet de maintenir une température d’eau dans celle-ci assez élevé (environ 70°C).
Avec les débuts de l’électronique, et suite à des contextes énergétiques défavorables, la chasse aux économies d’énergie est ouverte !
Le bilan est simple et sans appel, plus il fait froid et plus on doit produire de chaleur !
Les premiers actionneurs font leur apparition, et le principal défit est d’apporter une réponse dite « proportionnelle » aux besoins en chaleur.
Ainsi on voit apparaitre des sondes extérieures qui vont permettre d’affiner la température de l’eau envoyée dans les circuits de chauffage, on commence à parler de loi d’eau ou de courbe de chauffe.
L’évolution va être rapide et suivra le bon technologique en termes d’électronique et d’informatique, avec notamment les automates programmables pour les grosses chaufferies, puis avec l’arrivée des PC les premières GTC (gestion centralisées du chauffage).
Les fabriquant de systèmes de chauffage intègrent peu à peu ces systèmes de régulation dans leurs machines (chaudières, pompe à chaleur, chauffage électrique, etc etc.)
Dès lors on arrive à un système capable de calculer en temps réel les besoins en chaleur
Ainsi de nos jours nous avons des systèmes qui fonctionnent comme suit :
On mesure une température d’ambiance et une température extérieure
En fonction de cela la machine va déterminer une température d’eau (aller ou retour à la machine)
Chaque fabriquant à une approche particulière ainsi on va distinguer 2 grandes tendances :
- La première est de fonctionner avec une loi d’eau, mais on n’intègre pas de température d’ambiance, à la place on va mettre un thermostat qui enverra à la machine un ordre ON/OFF à la machine. Ce thermostat réagissant plus ou moins vite. Cela permet de bloquer la machine en cas d’apport de chaleur « gratuit » important. Néanmoins la température de l’ensemble se refroidit de façon importante et à la remise en route l’ensemble du réseau doit être remis en température avant d’être efficace. Pour les connaisseurs c’est un peu le choix technique de Daikin avec leur thermostat d’ambiance ou l’on peut paramétrer le temps de réaction.
- La deuxième est l’intégration de la température d’ambiance dans le calcul de la température d’eau dans le réseau, ainsi la valeur calculée est variable pour une température extérieure donnée et ce, par l’intégration dans la formule de calcul de la différence entre la consigne demandée et la valeur réel mesurée. Ce système est sur les PAC Atlantic entre autre grâce au régulateur SIEMENS qui équipe les alféa entre autre. Néanmoins lorsque la consigne est atteinte on peut constater l’arrêt du calcul du régulateur. D’autre comme CIAT entre autre on choisit d’assurer, malgré une température d’ambiance atteinte, de maintenir une température minimum dans le circuit de chauffage afin de limiter la remontée en température dès que le logement sera en demande.
A ces différents principe il y a aussi la gestion de l’occupation des bâtiments qui est une source d’économie mais pas pour tous les systèmes de chauffage, mais la c’est quasiment du cas par cas et il faut intégrer l’intermittence des bâtiments en distinguant bien l’usage (logement, bâtiments tertiaires)
Pour conclure, mais il est difficile de conclure sur quelque chose qui est en perpétuelle évolution, quel est le meilleur principe ?
Celui qui répond au mieux aux besoins ! Mais la seule limite au développement de ces systèmes est l’imagination !