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Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technolog

Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 1 sur 20 Comprendre la régulation L’occupant d’un bâtiment ne perçoit généralement de la régulation d’un système de chauffage qu’un seul équipement : la vanne thermostatique. Elle est accusée de bien des maux et subit parfois des agressions physiques si elle ne peut délivrer la chaleur attendue ! Et pourtant, seule, elle ne peut agir correctement et doit donc être associée à une régulation plus complète. Voici quelques schémas qui permettent de comprendre l'utilité et le principe de cette dernière. Ceux-ci sont purement illustratifs et ne doivent pas être considérés comme des situations universelles, chaque bâtiment pouvant faire l'objet d'une étude particulière.  Les symboles graphiques  Dimensionnement pour une situation extrême  Problème 1 : en mi-saison  Problème 2 : la température varie en permanence  Problème 3 : et s'il y a plusieurs locaux à chauffer ?  Types de régulateur : analogique et digital  La "GTC" Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 2 sur 20 Les symboles graphiques Le fonctionnement des installations de chauffage est représenté par des schémas de principe. Les différents symboles utilisés sont repris ci-contre. Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 3 sur 20 Dimensionnement pour une situation extrême Partons d’une situation de grand froid hivernal... La chaudière est dimensionnée pour vaincre les températures les plus froides en hiver, soit généralement - 10°C. Une eau à 90°C alimente le radiateur qui émet une chaleur maximale pour vaincre les déperditions (les pertes de chaleur du local vers l’extérieur). Problème 1 : en mi-saison En mi-saison, la température extérieure est plus douce; l'apport de chaleur doit être adapté. Pour alimenter le radiateur avec de l'eau à température "mitigée" (70°), on réalise un mélange entre l'eau chaude qui arrive de la chaudière (90°) et l'eau tiède qui sort du radiateur (50°). Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 4 sur 20 C'est le rôle de la vanne, appelée "vanne trois vannes mélangeuse", placée entre l'aller et le retour de l'installation. Son principe de fonctionnement est basé sur la rotation d'un secteur entre les 3 voies d'eau : Problème 2 : la température varie en permanence Problème : la température extérieure varie en permanence. Comment dès lors adapter la température de l'eau des radiateurs aux besoins ? Un régulateur va relever la température existante dans le local, va comparer celle- ci à la température de consigne, et en fonction de l'écart existant, ouvrira ou fermera la vanne trois voies mélangeuse. Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 5 sur 20 Problème 3 : et s'il y a plusieurs locaux à chauffer ? Solution 1 : tous les locaux ont des besoins identiques (par exemple, l'ensemble des locaux administratifs d'une l'école). On choisira un local témoin, fidèle des besoins en température des autres locaux. Ici, tous les locaux superposés seront régulés en fonction de la température demandée dans le local témoin au rez-de-chaussée. Solution 2 : les locaux peuvent se subdiviser en zones ayant des besoins similaires (par exemple, les locaux situés au sud et les locaux situés au nord). On réalisera deux circuits indépendants, régulés de façon autonome, chacun disposant de son local témoin. Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 6 sur 20 On constate qu'il a fallu créer une boucle "primaire", alimentée par la chaudière, nourricière des différents départs de circuits, dits "secondaires". Chaque circuit greffé sur la boucle primaire est indépendant des autres dans son fonctionnement. Solution 3 : tout est raccordé sur un seul circuit, les locaux ont des besoins différents mais il est trop coûteux de créer des zones différentes. Hydrauliquement, il n'est pas possible de créer des circuits distincts. Par exemple dans une école : au premier étage, c'est le réfectoire, au deuxième, c'est une classe et au troisième c'est la bibliothèque ! Des horaires et des températures de consigne bien différents ! Impossible de créer un local "témoin". On va dès lors se fier sur la seule variable que l'on connaît et qui est commune à tous le bâtiment : la température extérieure. Plus il fait froid dehors, plus la température de l'eau dans les radiateurs doit être chaude. On parle de "régulation en température glissante" en fonction de la température extérieure. La loi appliquée est appelée "la courbe de chauffe". Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 7 sur 20 Si la température extérieure est de 3°C, on demandera au circuit une alimentation par de l'eau à 70°C. Le schéma devient : La température d'alimentation est donc identique pour tous les radiateurs du circuit. Or les besoins de chaque pièce sont différents ... Que faire ? en plaçant des vannes thermostatiques sur chaque radiateur, on va adapter le débit d'eau chaude cette fois, en fonction des besoins. Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 8 sur 20 En effet, une vanne thermostatique est un régulateur à elle toute seule. Si elle est réglée sur 3, cela veut dire que l'on demande 20°C dans la pièce (approximativement : 1 = 16°C, 2 = 18°C, 3 = 20°C, 4 = 22°C, 5 = 24°C , mais cette correspondance varie selon les marques). S'il fait 19°C dans le local, la vanne sera ouverte, le pointeur intérieur laissant passer un maximum de débit. S'il fait 21°C, la vanne sera fermée, le pointeur bloquant le débit d'alimentation du radiateur. Exemple : Dans une école, application à la classe du 2ème étage : 7h30 : il fait 17° dans la classe, le radiateur est alimenté au débit maximum avec l'eau préparée à 55°. 8h15 : il fait 20°, les cours commencent. 9h00 : la chaleur dissipée par les 20 élèves représentent 2 000 Watts soit l'équivalent d'un gros radiateur. La température atteint 21°, la vanne thermostatique se ferme. Pendant ce temps au 3ème étage, la bibliothèque reste chauffée par le radiateur dont la vanne thermostatique reste ouverte. Simplement, vers midi, la température extérieure étant remontée à 10°, l'eau de chauffage est réglée à 43° via la courbe de chauffe du régulateur. Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 9 sur 20 On constate deux niveaux de régulation :  le réglage de base réalisé par la vanne trois voies au départ du circuit : réglage de la température de l’eau,  le réglage plus fin, réalisé par la vanne thermostatique dans chaque local : réglage du débit d’eau. Solution 4 : le bâtiment dispose de circuits différents, mais comprenant chacun des locaux avec des besoins variables (par exemple, un circuit Nord et un circuit Sud, mais avec des occupations de locaux très variées). A problème mixte, solution mixte : on associera les possibilités des solutions 2 et 3. La chaudière prépare de l’eau chaude à haute température. Deux sondes extérieures, l’une au Nord, l'autre au Sud, permettront le réglage des températures au départ des deux circuits :  une température d’eau pour le circuit Nord,  une température d’eau pour le circuit Sud. Mieux, la sonde au Sud sera complétée par une sonde d'ensoleillement qui "trompera" le régulateur : par exemple, s'il fait + 5° et qu'il y a plein soleil, la sonde dira au régulateur qu'il fait + 12° ! "Trompée", la vanne mélangeuse enverra de l'eau moins chaude au circuit Sud. Pierre Dessers Ingénierie thermique – Coordination sécurité. Cours de technologie chauffage ; Régulation : Comprendre la régulation Page 10 sur 20 De plus, des vannes thermostatiques placées dans chaque local corrigeront la température, si nécessaire (si des occupants ou des ordinateurs fournissent de la chaleur, par exemple). La vanne thermostatique ne constitue donc que le dernier maillon correcteur d’un ensemble d’équipements de régulation cherchant à apporter la chaleur au bon endroit, au bon moment, avec le bon niveau de température. Types de régulateur : analogique et digital Régulateur numérique et régulateur analogique. Pour appliquer ces différents principes, il existe deux types de régulateurs sur le marché : des régulateurs analogiques (traditionnels) et des régulateurs numériques (encore appelée régulation digitale ou DDC, Direct Digital Control). Toutes deux sont basées sur du matériel électronique. Mais la régulation analogique traite un signal électrique alors que la régulation numérique traite des signaux numériques, comme un ordinateur. Vous avez dit "analogique" ? Prenons un exemple : il existe un écart entre la demande d’une consigne (20°) et la mesure de la sonde de température (19°). Les deux valeurs sont introduites dans un comparateur électronique et l’écart en ressort sous forme d’un signal électrique. Il sera amplifié, limité par uploads/Management/ comprendre-la-regulation.pdf