EP3489588A1 - Système de chauffage d'eau sanitaire - Google Patents

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EP3489588A1
EP3489588A1 EP18208398.0A EP18208398A EP3489588A1 EP 3489588 A1 EP3489588 A1 EP 3489588A1 EP 18208398 A EP18208398 A EP 18208398A EP 3489588 A1 EP3489588 A1 EP 3489588A1
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EP
European Patent Office
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heat
transfer liquid
tank
heat exchanger
hot
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Application number
EP18208398.0A
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German (de)
English (en)
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EP3489588B1 (fr
Inventor
Roland BAVIERE
Cédric Paulus
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication of EP3489588B1 publication Critical patent/EP3489588B1/fr
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1051Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00Details
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    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1069Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water regulation in function of the temperature of the domestic hot water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/02Fluid distribution means
    • F24D2220/0235Three-way-valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04Sensors
    • F24D2220/042Temperature sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/04Sensors
    • F24D2220/048Level sensors, e.g. water level sensors
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    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/08Storage tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2240/00Characterizing positions, e.g. of sensors, inlets, outlets
    • F24D2240/26Vertically distributed at fixed positions, e.g. multiple sensors distributed over the height of a tank, or a vertical inlet distribution pipe having a plurality of orifices

Definitions

  • the domestic hot water mouth is used to rapidly deliver a domestic hot water to a user, even if the heat source is remote from the point where the domestic hot water is withdrawn.
  • the tank is used to store the hot coolant that can not be immediately cooled. Thanks to this, the temperature, called return temperature and noted T R , of the heat transfer liquid returned to the heat source is lower. This is advantageous because the efficiency of the heat source is better when the return temperature T R is low.
  • the hot coolant stored in the tank can also be used to preheat the cold sanitary water before it is introduced into the domestic hot water loop.
  • this limits the amount of thermal energy to be produced by the heat source when domestic hot water is withdrawn.
  • this allows to cut peaks of thermal energy production.
  • GB2451019A describes the control of a valve to connect and, alternately, isolate a heat source and a tank from the hot water network
  • the invention aims to improve the efficiency of the heating system of the application DE102008014204 .
  • the invention aims to limit the occurrence and duration of situations where the return temperature T R can not be lowered because the tank is completely filled with hot heat transfer liquid, while effectively clipping peaks of production. thermal energy. It is recalled that a high temperature TR is detrimental to the proper functioning of the heat source.
  • the invention therefore relates to such a heating system according to claim 1.
  • Embodiments of this heating system may include one or more of the features of the dependent claims.
  • the invention also relates to a control method of the claimed heating system.
  • the invention also relates to an electronic control unit of a bypass valve for producing the claimed heating system.
  • the invention also relates to an information recording medium readable by the claimed electronic control unit, in which the medium includes the instructions necessary to execute the claimed method of command when these instructions are executed by the user. electronic unit of command.
  • connect means "fluidly connect” between two objects.
  • conduit typically refers to a pipe or pipe.
  • the figure 1 represents a system 2 for heating sanitary water.
  • a system 2 is used to produce and distribute domestic hot water consumed by users in different locations.
  • a system can produce and distribute hot water in different apartments or premises of a collective housing, such as a building or a subdivision of individual residences.
  • a collective housing such as a building or a subdivision of individual residences.
  • Such a system makes it possible to pool the production of domestic hot water used by the various inhabitants of such collective housing.
  • the temperature T min-ECS is here chosen so as to prevent the development of bacteria, such as legionellosis.
  • the temperature T min-DHW is here taken to be equal to 55 ° C.
  • High temperature means a temperature at least 3 ° C or 5 ° C higher than the temperature T min-ECS .
  • the temperature T 10 is 90 ° C.
  • the coolant is, for example, water or brine. Its function is to transport thermal energy from one point to another of the system 2.
  • Source 4 is composed of one or more heat generating units each capable of heating the heat transfer liquid.
  • this production unit may be a gas boiler, such as a condensing boiler, a wood or pellet boiler, an oil fired boiler, a solar boiler that heats the coolant with solar panels or any other known type of production unit adapted to heat the coolant.
  • the heat source comprises several heat generating units, these units can be of the same type or, conversely, of different types.
  • one of these heat generating units may be a gas boiler and another may be a solar boiler.
  • source 4 consumes renewable energies or not.
  • the source 4 is separated by several hundred meters from the hot water distribution points. In these circumstances, the time of routing of the heat energy from the source 4 to the hot water distribution point may exceed several tens of seconds. Loop 6 allows the user to draw sanitary water almost immediately and this despite the distance separating it from the source 4. For this, the loop 6 contains hot water that is maintained permanently at a temperature above the temperature T min-ECS .
  • the exchanger 20 is capable of heating the domestic hot water circulating in the loop 6 from the heat energy of the coolant.
  • the heat exchanger 20 has walls that mechanically separate the heat transfer fluid from the inlet 30 to the outlet 34, the domestic hot water flowing from the inlet 38 to the outlet 36. walls are usually on one side directly in contact with the coolant and, on the opposite side, directly in contact with the sanitary water to be heated. These walls are made of materials good thermal conductors, so that the thermal energy of the coolant is transferred to the sanitary water through these walls by thermal conduction.
  • the loop 6 has several draw points located at different locations along the conduit 22 or 24.
  • a single point 40 of withdrawal has been shown.
  • This point 40 is connected to equipment 42 which allows for the withdrawal of domestic hot water.
  • the equipment 42 is typically a faucet that can be moved manually or automatically between open and closed positions. In the open position, the domestic hot water flows out of the loop 6. In the closed position, the domestic hot water does not escape from the loop 6.
  • the temperature of the domestic hot water is higher in the duct 22 than in the duct 24.
  • the difference between the temperatures measured at the levels of the outlet 36 and the inlet 38 is generally greater than 3 ° C or 5 ° C.
  • the temperature of the domestic hot water at the inlet 38 is 55 ° C, while the temperature of the domestic hot water at the outlet 36 is 60 ° C.
  • the pump 26 is here installed on the conduit 24. However, it could have been installed elsewhere in the loop 6. For example, the pump 26 ensures a constant flow of domestic hot water in the loop 6 when there is no withdrawal of hot water.
  • the loop 6 also has an inlet 41 through which preheated sanitary water is introduced into the loop 6 to compensate for the volume of domestic hot water withdrawn via the point 40.
  • the inlet 41 is for example placed on the conduit 22.
  • the valve 44 is placed after the outlet 34. However, it could also have been placed before the entrance 30 for example.
  • the unit 46 controls the valve 44 as a function of the difference between the set point C 42 and the temperature T 42 measured by the probe 42. More specifically, when the difference between the set point C 42 and the temperature T 42 increases, the unit 46 controls the valve 44 to increase the flow of hot heat transfer liquid which circulates in the exchanger 20. Conversely, when this gap decreases, the unit 44 controls the valve 44 to reduce the flow of hot heat transfer liquid. In addition, for example, if the temperature T 42 becomes greater than the set point C 42 , the unit 46 controls the valve 44 to stop the circulation of the coolant through the exchanger 20.
  • the system 2 comprises a heat exchanger 50 preheating.
  • the structure of the exchanger 50 is for example similar or identical to that of the exchanger 20. It is therefore not described here in detail. Subsequently, the primary input, the primary output, the secondary input and the secondary output of the exchanger 50 bear, respectively, the reference numerals 52, 54, 56 and 58.
  • the inlet 56 is connected, via a conduit 60, to a source 62 of cold sanitary water.
  • cold sanitary water is at or below 20 ° C.
  • a flowmeter 64 is installed on the conduit 60 to measure the flow of cold sanitary water.
  • the outlet 58 is directly connected to the inlet 41 via a duct 66.
  • the outlet 54 is directly connected to the inlet 12 of the source 4 via a conduit 68.
  • the coolant circulates in closed loop, that is to say that the volume of coolant discharged from the outlet 10 is permanently equal, with a few losses, to the volume of coolant received on the inlet 12 of the source 4.
  • the conduit 68 therefore allows to bring the coolant used to the source 4 so that it is warmed up again.
  • the temperature of the heat transfer liquid at the inlet 12 corresponds to the return temperature T R.
  • T R The lower the temperature T R , the higher the efficiency of the source 4 is. Therefore, as explained later, here, the system 2 is designed to limit as much as possible this temperature T R.
  • the duct 68 is also equipped with a pump 70 for circulating the heat transfer liquid from the outlet 10 to the inlet 12.
  • the inlet 52 of the exchanger 50 must receive if possible heat transfer liquid still hot enough to heat the cold sanitary water to a temperature above the temperature T min-ECS .
  • the inlet 52 is connected to the outlet 34 of the exchanger 20 via, successively, going from the inlet 52 to the outlet 34, a bypass duct 74, a valve 76 bypass and a conduit 78.
  • the valve 76 is a three-way valve. It comprises an inlet 80 and two outlets 82 and 84.
  • the inlet 80 is directly connected to one end of the duct 78.
  • the other end of the duct 78 is connected to the outlet 34.
  • the valve 44 is mounted on this duct 78.
  • the outlet 82 is directly connected to one end of the duct 74.
  • the other end of the duct 74 is connected to the inlet 52.
  • the outlet 84 is directly connected to a top stitch 86 of a tank 88.
  • the valve 76 distributes the coolant received at its inlet 80 between the outlets 82 and 84.
  • the sum of the outgoing flows at the outlets 82 and 84 is permanently equal to the incoming flow via the inlet 80.
  • the valve 76 is controllable. More precisely, the valve 76 modifies the distribution of outgoing flows between the outlets 82 and 84. Here, the valve 76 makes it possible to vary each of these outgoing flows between a zero value and a maximum value where it is equal to the incoming flow.
  • the valve 76 is controlled by an electronic control unit 90.
  • This unit 90 is configured to implement the method of the figure 2 .
  • it comprises a programmable microprocessor 92 and a memory 94 comprising the instructions and the data necessary for the execution of the method of the figure 2 .
  • the unit 90 is able to acquire the measurements of the flow meters such as the flow meter 64 and an apparatus for measuring a state of charge of the tank 88.
  • the reservoir 88 is used to cleave the thermal energy production peaks by the source 4 and also to keep the temperature T R as low as possible.
  • hot heat transfer liquid is stored in the upper part of the tank 88 and cold coolant is stored in its lower part.
  • cold coolant is stored in its lower part.
  • the tank 88 has a high tapping 96 directly connected by a conduit 97 to the duct 74 without passing through the valve 76.
  • This duct 97 comprises a non-return valve 98 which prevents the circulation of the coolant since the duct 74 to the high tapping 96.
  • the tapping 96 and the conduit 97 thus allow the withdrawal of coolant stored in the upper part of the tank 88 to circulate in the heat exchanger 50 and thus preheat the cold sanitary water.
  • the reservoir 88 has a low tapping 100 directly connected to the duct 68 without passing through the exchanger 50.
  • the return temperature T R is kept below 20 ° C and the hot coolant is not returned directly to the source 4.
  • the tank 88 also comprises a low tapping 102 connected to the duct 68 by a duct 104.
  • This duct 104 comprises a controllable pump 106 which makes it possible to suck at least a part of the cold heat transfer liquid rejected by the heat exchanger 50 in order to fill the lower part of the tank 88.
  • the pump 106 is controlled by the unit 90.
  • the duct 104 is also equipped with a flow meter 108 which makes it possible to measure the flow rate of heat transfer fluid in this conduit 104 and communicate these measurements to the unit 90.
  • a check valve 109 is installed in the duct 68 between the connection points, on this duct 68, ducts which lead, respectively, to the low taps 100 and 102.
  • this check valve 109 only allows the circulation of the coolant from the outlet 54 to the inlet 12 of the source 4.
  • the system 2 comprises a duct 120 which connects the outlet 10 of the source 4 directly to the primary inlet 52 of the exchanger 50 without passing through the exchanger 20 and without passing through the reservoir 88.
  • This conduit 120 is equipped with a controllable valve 122 which makes it possible to regulate the flow rate of the hot heat-transfer liquid which circulates in the conduit 120.
  • the system 2 also comprises an electronic control unit 124 for the valve 122.
  • the unit 124 is configured to regulate the flow inside the conduit 120 so as to control the temperature T 126 of the preheated sanitary water delivered via the outlet 58 to a temperature set point C 126 .
  • the set point C 126 is greater than or equal to the temperature T min-DHW and, for example, equal to the set point C 42 .
  • the set point C 126 is equal to 55 ° C or 60 ° C.
  • the system 2 comprises a probe 126 which measures the temperature T 126 and transfers these measurements to the unit 124.
  • the unit 124 controls the valve 122 as a function of the difference between the set point C 126 and the temperature measured T 126 .
  • the more unit 124 controls the valve 122 to increase the flow of hot heat transfer liquid in the conduit 120. Conversely, if the temperature T 126 exceeds the set point C 126 , the control unit 124 the valve 122 to reduce the flow in the conduit 120.
  • the probe 136 measures the temperature of the coolant at a measurement point located midway, in the vertical direction, between the measuring points of the probes 132 and 134.
  • the apparatus 130 transfers these measurements to the unit 90.
  • the unit 90 acquires the measurements of the apparatus 130 and the flow meters 64 and 108.
  • the unit 90 compares the temperature T 132 measured by the probe 132 to a low threshold S 132 .
  • the threshold S 132 is equal to 20 ° C.
  • the unit 90 controls the pump 106 so that the flow of hot heat transfer liquid which successively passes through the conduit 97, the conduit 74 and the exchanger 50 is equal to the flow rate measured by the flow meter 64.
  • the unit 90 stops the pump 106 to stop the circulation of the coolant in the conduit 97.
  • the Preheating of the cold sanitary water is then only ensured by the hot heat transfer fluid brought to the inlet 52 of the exchanger 50 via the conduit 120.
  • the unit 90 automatically adjusts the flows of the coolant entering and exiting the tank 88 to increase the probability that at any given instant, the state of charge of the tank 88 is as it contains in the upper part of the hot heat transfer liquid and, simultaneously, in its lower part, cold heat transfer liquid.
  • T r-min is equal to 20 ° C and T r-max is equal to 60 ° C.
  • the indicator I c is equal to or close to 1 when the reservoir 88 is completely filled with hot heat transfer fluid and equal to or close to 0 when it is completely filled with cold heat transfer fluid. Subsequently, it is considered that the indicator I c is equal to 1 when its value exceeds a predetermined threshold close to 1 such that 0.95. Similarly, subsequently, it is considered that the indicator I c is equal to 0 when its value is below a predetermined threshold close to 0 such that 0.05
  • the unit 90 updates the value of two durations D p and D v.
  • the durations D p and D v correspond to the accumulation, over the last 24 hours, of the time intervals where, respectively, the indicator I c is equal to 1 and the indicator I c is equal to 0.
  • step 156 is repeated once or twice a day.
  • step 156 the duration D p is compared with a predetermined threshold S p .
  • the threshold S p is price equal to 30 minutes.
  • the unit 90 controls the valve 114 to reduce by a predetermined step the flow rate. warm heat transfer liquid in the conduit 112. This therefore limits the flow of hot heat transfer liquid entering the tank 88 and thus reduce the duration D p .
  • the unit 90 controls the valve 76 to increase by a predetermined step the flow of hot heat transfer liquid in the duct 74 and, simultaneously, decreasing by the same predetermined pitch the flow of hot heat transfer liquid entering the tank 88 via the stitching 86. Since the heat transfer fluid flowing in the duct 74 is either cooled by the exchanger 50 , then stored in the lower part of the tank 88, is directed towards the inlet 12 of the source 4, this control of the valve 76 makes it possible to reduce the flow of hot heat-transfer liquid entering the tank 88.
  • the process continues with a step 164.
  • the duration D v is compared with a predetermined threshold S v .
  • the threshold S v is equal to 30 minutes.
  • the unit 90 controls the valve 76 to reduce With a predetermined pitch, the outgoing flow through its outlet 82. By doing this, the flow of hot heat transfer liquid discharged through the outlet 34 which is directed towards the reservoir 88 increases, which reduces the duration D v.
  • the unit 90 controls the valve 114 to increase by a predetermined step the flow of hot heat transfer fluid which circulates in the conduit 112. This therefore leads to increase the flow of hot heat transfer liquid entering the tank 88 and thus to reduce the duration D v.
  • the curve 188 corresponds to the flow rate in the tank 88. This flow rate is counted positively when it goes from the low tappings to the high tappings.
  • This graph shows that in the system 2, the peaks of thermal energy production by the source 4 are clipped, that is to say less important than the peaks of thermal energy consumption.
  • the figure 6 represents a heating system 200 substantially identical to the system 2, except that it further comprises a space heating circuit 202.
  • the circuit 202 comprises a heat exchanger 204 and a duct 206 which connects the secondary outlet of the exchanger 204 to its secondary inlet and which passes through one or more radiators 208.
  • radiator is meant here any heat emitter that be fixed on a wall or housed in the ground as in the case of a heated floor.
  • a single radiator 208 has been shown. Each radiator 208 heats a room or a room.
  • the heating liquid circulates inside this heating circuit by means of a pump 209.
  • the primary inlet of exchanger 204 is directly connected to the outlet 10 of source 4.
  • the primary outlet of exchanger 204 is connected via, successively, a conduit 210 and a valve 212 to high point 86.
  • the duct 210 is also equipped with a controllable valve 214 able to adjust the flow rate that circulates in the duct 210.
  • the valve 214 is controlled by a control unit 216 to control the temperature of the heating liquid flowing in the conduit 206 to a heating setpoint.
  • a temperature probe 218 measures the temperature of this heating liquid.
  • the heating liquid is a heat transfer liquid such as water.
  • the valve 212 has an inlet 220 connected to the end of the duct 210, an outlet 222 connected to the inlet 52 of the exchanger 50, without passing through the tank 88, and an outlet 224 connected to the high point 86
  • the valve 212 is for example identical to the valve 76. It is controlled by the unit 90.
  • the control method executed by the unit 90 is, for example, identical to that described with reference to FIG. figure 2 , except that in addition, the valve 212 is controlled.
  • this valve 212 is controlled in the same way as that described in the particular case of the valve 76.
  • the operation of the system 200 is therefore deduced from the explanations given for the system 2.
  • the loop 272 is identical to the loop 6, except that the end of the duct 66 is connected to the duct 24 and no longer to the duct 22.
  • the duct 284 is equipped, for example, with a non-return valve 286 which only allows the circulation of the heat-transfer liquid in this duct from the outlet 82 to the duct 68.
  • the tank 282 is for example identical to the tank 88, except that the high tapping 96 is omitted.
  • the conduit 284 is used to deflect part or all of the hot heat transfer fluid to the inlet 12 of the source 4 without passing through the reservoir 282 and without passing through the exchanger 50. , the hot heat transfer liquid circulating in the duct 284 is not cooled before reaching the duct 68. On the other hand, it is possible to circulate in the duct 68 a cold heat transfer liquid pulsed in the lower part of the tank 282 and / or from the primary outlet 54 of the exchanger 50. Thus, the hot heat transfer liquid that arrives in the conduit 68 is mixed with the cold heat transfer liquid to reduce the temperature T R.
  • valves 292 and 284 are controlled so that at each instant, the sum of the flow rates leaving the outlets 82 and 84 is equal to the flow rate entering through the inlet 80.
  • valve 300 By controlling the opening of the valve 302 and adjusting the pressure at the outlet 84, it is possible to operate the valve 300 as the valve 76 except that the flow at the outlet 84 can not be completely canceled. .
  • conduit 120, the valve 122, unit 124 and probe 126 are omitted.
  • a non-return valve can be installed in the duct 74 to prevent the circulation of the heat transfer liquid from the inlet 52 to the quilting 86.
  • the exchanger 50 comprises two primary inlets and the ends of the ducts 74 and 120 are each connected to a respective primary inlet of the exchanger 50.
  • the measuring point of the probe 136 is not necessarily halfway between the measuring points of the probes 132 and 134.
  • the temperature T m can still be calculated from the measured temperatures T 132 , T 134 and T 136 , but each of these measurements is weighted by a weighting coefficient to take account of the fact that the measuring point of the probe 136 is not halfway between the measuring points of the probes 132 and 134.
  • the apparatus 130 may be made differently. For example, it may have more than three temperature probes. In other embodiments, it comprises, in addition to or instead of temperature probes, a thermal camera which makes it possible to obtain a physical quantity representative of the temperature at any point of a vertical plane intersecting the tank 88. The state of charge of the tank 88 can also be obtained from measurements of flow meters measuring the inflow and outflow rates of the heat transfer liquid and the temperature measurements of these incoming and outgoing flows.
  • the construction of the indicator must be adapted according to the type of measurement provided by the apparatus 130.
  • the unit 90 may implement other control methods to maintain permanently or as far as possible the indicator I c between thresholds S i-min and S i-max , where S i-min is strictly greater than 0 and S i-max is strictly less than 1.
  • the durations D p and D v can be replaced by averages of the durations D p and D v computed over several previous days.
  • unit 90 may be configured to make these adjustments each time a new value of indicator I c is constructed. For example, if the indicator falls below the threshold S i min , the unit 90 controls the valves 76 and 114 to immediately increase the flow rate into the hot coolant reservoir. Conversely, if the indicator I c exceeds the threshold S i-max , the unit 90 controls the valves 76 and 114 to immediately reduce the inflow of coolant hot. In this last embodiment, the durations D v and D p are not used and their calculation can be omitted.
  • the unit 90 can also predict time intervals where the consumption of hot water is important. For this purpose, for example, the consumption of domestic hot water is measured using the flowmeter 64. In this case, just before an interval where the predicted hot water consumption is important, the unit 90 controls the valves 76 and 114 to increase the indicator I c . Then, towards the end of this interval, the unit 90 controls the valves 76 and 114 to decrease the value of the indicator I c . In this case too, the durations D p and D v are not used.
  • the conduit 120, the valve 122, the unit 124 and the probe 126 can be implemented independently of the conduit 112 and the valve 114.
  • the dynamic adaptation of the heat transfer liquid inflow also makes it possible to limit the occurrence and the duration of the extreme situations where the clipping of the thermal energy production peaks is no longer possible.
  • these adaptations of the inflow of hot heat transfer liquid can preserve for a longer time a residual stock of hot heat transfer fluid used to preheat the cold sanitary water.
  • the valve 114 and the conduit 112 make it possible to fill the reservoir with hot heat-transfer liquid with a flow rate that can be regulated independently of the flow rate of heat-transfer liquid circulating in the exchanger 20.
  • the flow rate of hot heat-transfer liquid in the exchanger 20 is regulated according to the temperature T 42 and the set point C 42 . Consequently, the valve 114 and the duct 112 make it possible to accelerate the filling of the tank 88 with hot heat-transfer liquid, independently of the temperature T 42 .
  • This additional degree of freedom makes it possible to adjust the stored volume of hot heat-transfer liquid more simply and quickly. This therefore makes it possible to maintain the stored volume of hot coolant at the required level over longer periods of time. In the end, this results in more efficient clipping of thermal energy peaks.
  • conduit 120 and the valve 122 makes it possible to preheat the cold sanitary water with the aid of the exchanger 50, even in the extreme case where the volume of hot heat-transfer liquid contained in the reservoir 88 is zero.
  • valve 212 in a manner similar to the valve 76 also makes it possible to preserve a residual stock of cold water for a longer time. This also helps to limit sudden changes in temperature T R.

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Abstract

Ce système de chauffage d'eau sanitaire comporte :- un appareillage (130) de mesure d'une grandeur physique représentative d'un volume de liquide caloporteur chaud actuellement stocké dans un réservoir,- une vanne (76) commandable de dérivation apte à ajuster le débit dans un conduit de dérivation (74) apte à dévier au moins une partie du liquide caloporteur évacué par un échangeur thermique d'appoint (20) pour l'amener à l'entrée (12) d'une source thermique (4) sans passer par l'intermédiaire du réservoir,- une unité électronique (90) de commande configurée pour :• acquérir les mesures de l'appareillage de mesure, et• commander, en fonction des mesures acquises, la vanne de dérivation pour accroître le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké dépasse un premier seuil prédéterminé strictement inférieur au volume maximal de liquide caloporteur stockable dans ce réservoir.

Description

  • L'invention concerne un système de chauffage d'eau sanitaire. L'invention concerne également :
    • un procédé de commande de ce système de chauffage,
    • une unité électronique de commande pour ce système de chauffage, et
    • un support d'enregistrement pour la mise en oeuvre du procédé de commande de ce système de chauffage.
  • Des systèmes connus de chauffage d'eau sanitaire comportent :
    • une source thermique apte à chauffer un liquide caloporteur, cette source thermique comportant une entrée pour recevoir le liquide caloporteur à chauffer et une sortie pour délivrer le liquide caloporteur chauffé,
    • une boucle d'eau chaude sanitaire comportant :
      • une pompe apte à faire circuler en boucle l'eau chaude sanitaire dans cette boucle,
      • un échangeur thermique d'appoint apte à maintenir la température de l'eau chaude sanitaire qui circule dans la boucle à une température supérieure à une température Tmin-ECS prédéterminée par échange thermique avec le liquide caloporteur chauffé, cet échangeur thermique comportant à cet effet une entrée primaire raccordée à la sortie de la source thermique et une sortie primaire par laquelle s'évacue le liquide caloporteur chaud après qu'il ait réchauffé l'eau chaude sanitaire de la boucle,
      • au moins un point de soutirage par l'intermédiaire duquel l'eau chaude sanitaire peut être soutirée de la boucle par un usager, et
      • une entrée par l'intermédiaire de laquelle de l'eau sanitaire pré-chauffée peut être introduite dans cette boucle pour compenser l'eau chaude sanitaire soutirée par l'usager,
    • un réservoir apte à stocker le liquide caloporteur chaud évacué par l'intermédiaire de la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint, ce réservoir comportant au moins un piquage haut et au moins un piquage bas permettant de soutirer directement le liquide caloporteur stocké dans, respectivement, une partie haute et une partie basse de ce réservoir, ledit au moins un piquage haut étant raccordé à la sortie primaire de l'échangeur d'appoint et ledit au moins un piquage bas étant raccordé à l'entrée de la source thermique,
    • un échangeur thermique de préchauffage apte à préchauffer de l'eau sanitaire froide, par échange thermique avec le liquide caloporteur stocké dans la partie haute du réservoir, avant de l'injecter dans la boucle d'eau chaude sanitaire par l'intermédiaire de son entrée, cet échangeur thermique de préchauffage comportant à cet effet une entrée primaire et une sortie primaire raccordées, respectivement, auxdits au moins un piquages haut et bas du réservoir,
    • un conduit de dérivation apte à dévier au moins une partie du liquide caloporteur évacué par la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint pour l'amener à l'entrée de la source thermique sans passer par l'intermédiaire du réservoir.
  • Par exemple, un tel système connu de chauffage est décrit dans la demande DE102008014204 .
  • La bouche d'eau chaude sanitaire permet de délivrer rapidement à un utilisateur de l'eau chaude sanitaire, même si la source thermique est éloignée du point où est soutirée l'eau chaude sanitaire.
  • Le réservoir est utilisé pour stocker le liquide caloporteur chaud qui ne peut pas être immédiatement refroidi. Grâce à cela, la température, appelée température de retour et notée TR, du liquide caloporteur renvoyé vers la source thermique est plus faible. Cela est avantageux car le rendement de la source thermique est meilleur quand la température de retour TR est faible.
  • Enfin, le liquide caloporteur chaud stocké dans le réservoir peut aussi être utilisé pour préchauffer l'eau sanitaire froide avant qu'elle soit introduite dans la boucle d'eau chaude sanitaire. Ainsi, cela limite la quantité d'énergie thermique à produire par la source thermique lorsque de l'eau chaude sanitaire est soutirée. Classiquement, on dit que cela permet d'écrêter les pics de production d'énergie thermique.
  • De l'état de la technique est également connu de :
  • En particulier, GB2451019A décrit la commande d'une vanne pour raccorder et, en alternance, isoler une source thermique et un réservoir du réseau d'eau chaude sanitaire
  • L'invention vise à améliorer l'efficacité du système de chauffage de la demande DE102008014204 . Par exemple, l'invention vise à limiter l'occurrence et la durée des situations où la température de retour TR ne peut pas être abaissée car le réservoir est entièrement rempli de liquide caloporteur chaud, tout en écrêtant efficacement des pics de production d'énergie thermique. On rappelle qu'une température TR élevée est préjudiciable au bon fonctionnement de la source thermique.
  • L'invention a donc pour objet un tel système de chauffage conforme à la revendication 1.
  • Les modes de réalisation de ce système de chauffage peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes.
  • L'invention a également pour objet un procédé de commande du système revendiqué de chauffage.
  • L'invention a également pour objet une unité électronique de commande d'une vanne de dérivation pour la réalisation du système revendiqué de chauffage.
  • L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations lisibles par l'unité électronique de commande revendiquée, dans lequel, le support comporte les instructions nécessaires à l'exécution du procédé revendiqué de commande lorsque ces instructions sont exécutées par l'unité électronique de commande.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et en se référant aux dessins, sur lesquels :
    • la figure 1 est une illustration schématique de l'architecture d'un système de chauffage d'eau sanitaire ;
    • la figure 2 est un organigramme d'un procédé de commande du système de chauffage de la figure 1 ;
    • les figures 3 à 5 sont des graphiques illustrant chacun l'évolution au cours du temps de différentes grandeurs physiques mesurées dans le système de chauffage de la figure 1 lorsque le procédé de la figure 2 est mis en oeuvre ;
    • les figures 6 à 9 sont des illustrations schématiques de différentes variantes de l'architecture du système de chauffage de la figure 1 ;
    • les figures 10 et 11 sont des illustrations schématiques de différentes variantes d'une vanne de dérivation utilisable dans le système de chauffage de la figure 1.
    I. Notations et définitions :
  • Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.
  • Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détail.
  • Dans cette demande, à moins d'indication contraire, le terme « raccorder » signifie « raccorder fluidiquement » entre deux objets.
  • Dans ce texte, le terme « conduit » désigne typiquement une canalisation ou un tuyau.
  • Les termes tels que « haut » et « bas » sont définis par rapport à la direction verticale. Ainsi, par exemple, une partie haute d'un objet se trouve en haut, dans la direction verticale de cet objet.
  • II. Exemples de modes de réalisation :
  • La figure 1 représente un système 2 de chauffage d'eau sanitaire. Un tel système 2 est utilisé pour produire et distribuer de l'eau chaude sanitaire consommée par des utilisateurs répartis à différents endroits. Par exemple, un tel système permet de produire et de distribuer de l'eau chaude sanitaire dans différents appartements ou locaux d'un habitat collectif, tel qu'un immeuble ou un lotissement de résidences individuelles. Un tel système permet de mutualiser la production de l'eau chaude sanitaire utilisée par les différents habitants d'un tel habitat collectif.
  • Le système 2 comporte :
    • une source thermique 4 apte à chauffer le liquide caloporteur à une température élevée T10, et
    • une boucle 6 d'eau chaude sanitaire dans laquelle circule en boucle de l'eau chaude sanitaire maintenue à une température supérieure à une température minimale Tmin-ECS.
  • La température Tmin-ECS est ici choisie de manière à empêcher le développement de bactéries, telle que la légionellose. À cet effet, la température Tmin-ECS est ici prise égale à 55° C.
  • Par « température élevée », on désigne une température supérieure d'au moins 3°C ou 5°C à la température Tmin-ECS. Par exemple, ici, la température T10 est égale à 90°C.
  • Le liquide caloporteur est par exemple de l'eau ou de l'eau glycolée. Sa fonction est de transporter de l'énergie thermique d'un point à un autre du système 2.
  • La source 4 comporte :
    • une sortie 10 par laquelle est évacué le liquide caloporteur chaud à la température T10, et
    • une entrée 12 par laquelle est reçu le liquide caloporteur à réchauffer avant de l'évacuer par la sortie 10.
  • La source 4 est composée d'une ou plusieurs unités de production de chaleur apte chacune à chauffer le liquide caloporteur. Par exemple, cette unité de production peut être une chaudière à gaz, telle qu'une chaudière à condensation, une chaudière à bois ou à granulés, une chaudière au fioul, une chaudière solaire qui réchauffe le liquide caloporteur avec des panneaux solaires ou tout autre type connu d'unité de production apte à chauffer le liquide caloporteur. De plus, lorsque la source thermique comporte plusieurs unités de production de chaleur, ces unités peuvent être du même type ou, au contraire, de différents types. Par exemple, l'une de ces unités de production de chaleur peut être une chaudière à gaz et une autre peut être une chaudière solaire. Pour produire de l'énergie thermique, la source 4 consomme des énergies renouvelables ou non.
  • Généralement, la source 4 est séparée par plusieurs centaines de mètres des points de distribution d'eau chaude sanitaire. Dans ces circonstances, le temps d'acheminement de l'énergie thermique de la source 4 jusqu'au point de distribution d'eau chaude sanitaire peut dépasser plusieurs dizaines de secondes. La boucle 6 permet à l'utilisateur de soutirer de l'eau chaude sanitaire quasiment immédiatement et cela malgré la distance qui le sépare de la source 4. Pour cela, la boucle 6 contient de l'eau chaude sanitaire qui est maintenue en permanence à une température supérieure à la température Tmin-ECS.
  • En pratique, il peut exister plusieurs boucles d'eau chaude sanitaire raccordées en parallèle les unes aux autres dans le système 2. Ces boucles supplémentaires d'eau chaude sanitaire sont raccordées aux différents éléments du système 2 comme cela est décrit par la suite dans le cas particulier de la boucle 6. De plus, la structure et le fonctionnement de ces boucles supplémentaires d'eau chaude sanitaire se déduisent sans difficultés des explications données ci-dessous dans le cas particulier de la boucle 6. Ainsi, pour simplifier la figure 1, seule la boucle 6 a été représentée et décrite ci-dessous.
  • La boucle 6 comporte :
    • un échangeur thermique 20 d'appoint qui permet de réchauffer l'eau chaude sanitaire qui circule dans la boucle 6,
    • au moins un point de soutirage d'eau chaude sanitaire par l'intermédiaire duquel un usager peut soutirer de l'eau chaude sanitaire,
    • un conduit 22 d'amenée d'eau chaude sanitaire,
    • un conduit 24 de retour d'eau chaude sanitaire, et
    • une pompe 26 qui fait circuler en boucle l'eau chaude sanitaire en passant successivement, dans le sens de circulation de l'eau chaude sanitaire, dans l'échangeur 20, le conduit 22, le conduit 24, puis de nouveau l'échangeur 20.
  • L'échangeur 20 comporte :
    • une entrée primaire 30 directement raccordée à la sortie 10 de la source 4 par l'intermédiaire d'un conduit 32 pour recevoir le liquide caloporteur chaud produit par la source 4,
    • une sortie primaire 34 par laquelle s'évacue le liquide caloporteur chaud après qu'il ait transféré une partie de son énergie thermique vers l'eau chaude sanitaire qui circule dans la boucle 6,
    • une entrée secondaire 38 raccordée à une extrémité du conduit 24, et
    • une sortie secondaire 36 raccordée à une extrémité du conduit 22.
  • L'échangeur 20 est capable de réchauffer l'eau chaude sanitaire qui circule dans la boucle 6 à partir de l'énergie thermique du liquide caloporteur. À cet effet, typiquement, l'échangeur 20 comporte des parois qui séparent mécaniquement le liquide caloporteur qui circule de l'entrée 30 vers la sortie 34, de l'eau chaude sanitaire qui circule de l'entrée 38 vers la sortie 36. Ces parois sont généralement d'un côté directement en contact avec le liquide caloporteur et, du côté opposé, directement en contact avec l'eau sanitaire à réchauffer. Ces parois sont réalisées dans des matériaux bons conducteurs thermiques, de sorte que l'énergie thermique du liquide caloporteur est transférée à l'eau sanitaire à travers ces parois par conduction thermique.
  • Généralement, la boucle 6 comporte plusieurs points de soutirage situés à différents endroits le long du conduit 22 ou 24. Pour simplifier la figure 1, un seul point 40 de soutirage a été représenté. Ce point 40 est raccordé à un équipement 42 qui permet de soutirer de l'eau chaude sanitaire. L'équipement 42 est typiquement un robinet déplaçable manuellement ou automatiquement entre des positions ouverte et fermée. Dans la position ouverte, l'eau chaude sanitaire s'écoule et sort de la boucle 6. Dans la position fermée, l'eau chaude sanitaire ne s'échappe pas de la boucle 6.
  • À cause des pertes thermiques qui existent inévitablement dans la boucle 6, la température de l'eau chaude sanitaire est plus élevée dans le conduit 22 que dans le conduit 24. L'écart entre les températures mesurées aux niveaux de la sortie 36 et de l'entrée 38 est généralement supérieur à 3°C ou 5°C. Par exemple, la température de l'eau chaude sanitaire au niveau de l'entrée 38 est égale à 55°C, tandis que la température de l'eau chaude sanitaire au niveau de la sortie 36 est égale à 60°C.
  • La pompe 26 est ici installée sur le conduit 24. Toutefois, elle aurait pu être installée ailleurs dans la boucle 6. Par exemple, la pompe 26 assure un débit constant d'eau chaude sanitaire dans la boucle 6 lorsqu'il n'y a pas de soutirage d'eau chaude.
  • La boucle 6 comporte aussi une entrée 41 par l'intermédiaire de laquelle de l'eau sanitaire préchauffée est introduite dans la boucle 6 pour compenser le volume d'eau chaude sanitaire soutiré par l'intermédiaire du point 40. Ici, l'entrée 41 est par exemple placée sur le conduit 22.
  • La température de l'eau chaude sanitaire est régulée. Ici, la température au niveau de la sortie 36 est asservie sur une consigne C42. La consigne C42 est choisie strictement supérieure à la température Tmin-ECS de manière à ce que la température de l'eau chaude sanitaire en tout point de la boucle 6 soit supérieure à cette température Tmin-ECS. Par exemple, ici, la consigne C42 est égale à 60°. Pour mettre en oeuvre cet asservissement en température de la boucle 6, le système 2 comporte :
    • une sonde 42 de température qui mesure la température de l'eau chaude sanitaire au niveau de la sortie 36, et
    • une vanne 44 commandable qui permet de régler le débit du liquide caloporteur chaud qui circule dans l'échangeur 20 de l'entrée 30 vers la sortie 34, et
    • une unité 46 de commande de la vanne 44.
  • Ici, la vanne 44 est placée après la sortie 34. Toutefois, elle aurait pu aussi être placée avant l'entrée 30 par exemple. L'unité 46 commande la vanne 44 en fonction de l'écart entre la consigne C42 et la température T42 mesurée par la sonde 42. Plus précisément, lorsque l'écart entre la consigne C42 et la température T42 augmente, l'unité 46 commande la vanne 44 pour augmenter le débit de liquide caloporteur chaud qui circule dans l'échangeur 20. À l'inverse, lorsque cet écart diminue, l'unité 44 commande la vanne 44 pour diminuer ce débit de liquide caloporteur chaud. De plus, par exemple, si la température T42 devient supérieure à la consigne C42, l'unité 46 commande la vanne 44 pour arrêter la circulation du liquide caloporteur à travers l'échangeur 20.
  • Pour préchauffer l'eau sanitaire à une température typiquement supérieure à la température Tmin-ECS, le système 2 comporte un échangeur thermique 50 de préchauffage. La structure de l'échangeur 50 est par exemple similaire ou identique à celle de l'échangeur 20. Elle n'est donc pas décrite ici en détail. Par la suite, l'entrée primaire, la sortie primaire, l'entrée secondaire et la sortie secondaire de l'échangeur 50 portent, respectivement, les références numériques 52, 54, 56 et 58.
  • L'entrée 56 est raccordée, par l'intermédiaire d'un conduit 60, à une source 62 d'eau sanitaire froide. Par exemple, l'eau sanitaire froide est à une température inférieure ou égale à 20°C.
  • Ici, un débitmètre 64 est installé sur le conduit 60 pour mesurer le débit d'eau sanitaire froide.
  • La sortie 58 est directement raccordée à l'entrée 41 par un conduit 66.
  • La sortie 54 est directement raccordée à l'entrée 12 de la source 4 par un conduit 68. Dans le système 2, le liquide caloporteur circule en boucle fermé, c'est-à-dire que le volume de liquide caloporteur évacué par la sortie 10 est en permanence égal, à quelques pertes près, au volume de liquide caloporteur reçu sur l'entrée 12 de la source 4. Le conduit 68 permet donc de ramener le liquide caloporteur utilisé vers la source 4 pour qu'il soit à nouveau réchauffé. La température du liquide caloporteur au niveau de l'entrée 12 correspond à la température de retour TR. Plus la température TR est faible, plus le rendement de la source 4 est élevé. Par conséquent, comme expliqué plus loin, ici, le système 2 est conçu pour limiter autant que possible cette température TR.
  • Ici, le conduit 68 est aussi équipé d'une pompe 70 pour faire circuler le liquide caloporteur depuis la sortie 10 vers l'entrée 12.
  • L'entrée 52 de l'échangeur 50 doit recevoir si possible du liquide caloporteur encore suffisamment chaud pour réchauffer l'eau sanitaire froide à une température supérieure à la température Tmin-ECS. À cet effet, l'entrée 52 est raccordée à la sortie 34 de l'échangeur 20 par l'intermédiaire, successivement en allant de l'entrée 52 vers la sortie 34, d'un conduit de dérivation 74, d'une vanne 76 de dérivation et d'un conduit 78.
  • La vanne 76 est une vanne trois voies. Elle comporte une entrée 80 et deux sorties 82 et 84. L'entrée 80 est directement raccordée à une extrémité du conduit 78. L'autre extrémité du conduit 78 est raccordée à la sortie 34. Ici, la vanne 44 est montée sur ce conduit 78.
  • La sortie 82 est directement raccordée à une extrémité du conduit 74. L'autre extrémité du conduit 74 est raccordée à l'entrée 52.
  • La sortie 84 est directement raccordée à un piquage haut 86 d'un réservoir 88.
  • La vanne 76 répartit le liquide caloporteur reçu sur son entrée 80 entre les sorties 82 et 84. Ainsi, la somme des débits sortant au niveau des sorties 82 et 84 est en permanence égale au débit entrant par l'intermédiaire de l'entrée 80.
  • La vanne 76 est commandable. Plus précisément, la vanne 76 modifie la répartition des débits sortant entre les sorties 82 et 84. Ici, la vanne 76 permet de faire varier chacun de ces débits sortants entre une valeur nulle et une valeur maximale où elle est égale au débit entrant.
  • La vanne 76 est commandée par une unité électronique 90 de commande. Cette unité 90 est configurée pour mettre en oeuvre le procédé de la figure 2. Par exemple, elle comporte un microprocesseur programmable 92 et une mémoire 94 comportant les instructions et les données nécessaires pour l'exécution du procédé de la figure 2. En particulier, l'unité 90 est apte à acquérir les mesures des débitmètres tel que le débitmètre 64 et d'un appareillage de mesure d'un état de charge du réservoir 88.
  • Le réservoir 88 est utilisé pour écrêter les pics de production d'énergie thermique par la source 4 et aussi pour maintenir la température TR la plus basse possible. À cet effet, du liquide caloporteur chaud est stocké dans la partie haute du réservoir 88 et du liquide caloporteur froid est stocké dans sa partie basse. Ainsi, lorsque l'utilisateur soutire de l'eau chaude sanitaire de la boucle 6, il est possible d'utiliser le liquide caloporteur chaud stocké dans la partie haute du réservoir 88 pour préchauffer l'eau sanitaire froide utilisée pour remplir la boucle 6. Dès lors, à chaque fois que l'utilisateur soutire de l'eau chaude sanitaire, il n'est pas nécessaire d'augmenter immédiatement la production d'énergie thermique par la source 4. Cela permet donc de limiter les pics de production d'énergie thermique de la source 4.
  • À cet effet, le réservoir 88 comporte un piquage haut 96 directement raccordé par un conduit 97 au conduit 74 sans passer par l'intermédiaire de la vanne 76. Ce conduit 97 comporte un clapet anti-retour 98 qui empêche la circulation du liquide caloporteur depuis le conduit 74 vers le piquage haut 96. Le piquage 96 et le conduit 97 permettent donc de soutirer du liquide caloporteur stocké dans la partie haute du réservoir 88 pour le faire circuler dans l'échangeur 50 et donc préchauffer l'eau sanitaire froide.
  • À l'inverse, par exemple, lorsque l'utilisateur ne soutire pas d'eau chaude sanitaire, il est possible d'utiliser le liquide caloporteur froid stocké dans la partie basse du réservoir 88 pour renvoyer vers l'entrée 12 de la source 4 du liquide caloporteur froid à la place du liquide caloporteur chaud issu de la sortie 34.
  • À cet effet, le réservoir 88 comporte un piquage bas 100 directement raccordé au conduit 68 sans passer par l'échangeur 50. Ainsi, il est possible d'introduire dans la partie haute un volume prédéterminé de liquide caloporteur chaud évacué par la sortie 34 et, en même temps, de soutirer un volume identique de liquide caloporteur froid stocké dans la partie basse du réservoir 88 pour l'envoyer vers l'entrée 12 de la source 4. En faisant cela, la température de retour TR est maintenue en dessous de 20°C et le liquide caloporteur chaud n'est pas directement renvoyé à la source 4.
  • Pour remplir la partie basse du réservoir 88 avec du liquide caloporteur froid, le réservoir 88 comporte aussi un piquage bas 102 raccordé au conduit 68 par un conduit 104. Ce conduit 104 comporte une pompe commandable 106 qui permet d'aspirer au moins une partie du liquide caloporteur froid rejeté par l'échangeur 50 afin de remplir la partie basse du réservoir 88. Ici, la pompe 106 est commandée par l'unité 90. Le conduit 104 est aussi équipé d'un débitmètre 108 qui permet de mesurer le débit de fluide caloporteur dans ce conduit 104 et de communiquer ces mesures à l'unité 90.
  • Un clapet anti-retour 109 est installé dans le conduit 68 entre les points de branchement, sur ce conduit 68, des conduits qui conduisent, respectivement, aux piquages bas 100 et 102. Ainsi, le liquide caloporteur aspiré par la pompe 106 ne peut que provenir de l'échangeur 50. En effet, ce clapet anti-retour 109 autorise uniquement la circulation du liquide caloporteur depuis la sortie 54 vers l'entrée 12 de la source 4.
  • Afin de garantir que l'énergie thermique du liquide caloporteur qui traverse l'échangeur 50 est toujours suffisante pour préchauffer l'eau sanitaire froide au-delà de la température Tmin-ECS, le système 2 comporte un conduit 120 qui raccorde la sortie 10 de la source 4 directement à l'entrée primaire 52 de l'échangeur 50 sans passer par l'échangeur 20 et sans passer par le réservoir 88. Ce conduit 120 est équipé d'une vanne 122 commandable qui permet de régler le débit du liquide caloporteur chaud qui circule dans le conduit 120. Le système 2 comporte aussi une unité électronique 124 de commande de la vanne 122. Ici, l'unité 124 est configurée pour réguler le débit à l'intérieur du conduit 120 de manière à asservir la température T126 de l'eau sanitaire préchauffée délivrée par l'intermédiaire de la sortie 58 sur une consigne de température C126. Ici, la consigne C126 est supérieure ou égale à la température Tmin-ECS et, par exemple, égale à la consigne C42. Par exemple, la consigne C126 est égale à 55°C ou 60°C. Pour réaliser cet asservissement, le système 2 comporte une sonde 126 qui mesure la température T126 et transfère ces mesures à l'unité 124. L'unité 124 commande la vanne 122 en fonction de l'écart entre la consigne C126 et la température mesurée T126. Typiquement, plus cet écart augmente, plus l'unité 124 commande la vanne 122 pour accroître le débit de liquide caloporteur chaud dans le conduit 120. À l'inverse, si la température T126 dépasse la consigne C126, l'unité 124 commande la vanne 122 pour réduire le débit dans le conduit 120.
  • Le réservoir 88 est également équipé d'un appareillage 130 de mesure d'une grandeur physique représentative de l'état de charge de ce réservoir. L'état de charge du réservoir est une grandeur physique représentative du volume de liquide caloporteur chaud actuellement stocké dans le réservoir 88. Pour cela, ici, l'appareillage 130 comporte :
    • une sonde haute 132 de température qui mesure la température du liquide caloporteur dans la partie haute du réservoir 88,
    • une sonde basse 134 de température qui mesure la température du liquide caloporteur dans la partie basse du réservoir 88, et
    • une sonde intermédiaire 136 de température qui mesure la température dans une partie intermédiaire du réservoir 88, située entre les parties haute et basse.
  • Par exemple, la sonde 136 mesure la température du liquide caloporteur en un point de mesure situé à mi-distance, dans la direction verticale, entre les points de mesure des sondes 132 et 134. L'appareillage 130 transfert ces mesures à l'unité 90.
  • Le fonctionnement du système 2 et de l'unité 90 va maintenant être décrit en référence à la figure 2.
  • Lors d'une étape 140, à intervalle prédéterminé, l'unité 90 acquiert les mesures de l'appareillage 130 et des débitmètres 64 et 108.
  • En parallèle, lors d'une étape 142, l'unité 90 compare la température T132 mesurée par la sonde 132 à un seuil bas S132. Par exemple, le seuil S132 est égal à 20°C.
  • Si la température T132 acquise est supérieure au seuil S132, alors, lors d'une étape 144, l'unité 90 commande la pompe 106 pour que le débit de liquide caloporteur chaud qui traverse successivement le conduit 97, le conduit 74 et l'échangeur 50 soit égal au débit mesuré par le débitmètre 64.
  • Dans le cas contraire, c'est-à-dire si la température mesurée T132 est inférieure au seuil S132, lors d'une étape 146, l'unité 90 arrête la pompe 106 pour stopper la circulation du liquide caloporteur dans le conduit 97. Dans ce dernier cas, le préchauffage de l'eau sanitaire froide est à alors uniquement assuré par le liquide caloporteur chaud amené sur l'entrée 52 de l'échangeur 50 par le conduit 120.
  • Également en parallèle, lors d'une phase 150, l'unité 90 ajuste automatiquement les débits du liquide caloporteur entrant et sortant du réservoir 88 pour augmenter la probabilité qu'à un instant donné quelconque, l'état de charge de ce réservoir 88 soit tel qu'il contient dans sa partie haute du liquide caloporteur chaud et, simultanément, dans sa partie basse, du liquide caloporteur froid.
  • Pour cela, à intervalle prédéterminé, lors d'une étape 152, l'unité 90 acquiert les mesures de l'appareillage 130, puis construit à partir de ces mesures un indicateur de charge Ic. Par exemple, l'indicateur Ic est construit selon la relation Suivante : Ic = (Tm - Tr-min) / (Tr-max - Tr-min), où :
    • Tm est la température moyenne du liquide caloporteur à l'intérieur du réservoir 88, calculée à partir des températures T132, T134 et T136, mesurées, respectivement, par les sondes 132, 134 et 136,
    • Tr-max est une constante dont la valeur est choisie égale à la valeur de la température Tm lorsque le réservoir 88 est entièrement rempli de liquide caloporteur chaud,
    • Tr-min est une constante dont la valeur est choisie égale à la valeur de la température Tm lorsque le réservoir 88 est entièrement rempli de liquide caloporteur froid.
  • Par exemple, dans le cas particulier décrit ici, la température Tm peut être calculée à l'aide de la relation suivante : Tm = (T132 + T134 + T136)/3. Par exemple, Tr-min est égale 20°C et Tr-max est égale à 60°C. Ainsi, l'indicateur Ic est égal ou proche de 1 lorsque le réservoir 88 est entièrement rempli de liquide caloporteur chaud et égal ou proche de 0 lorsqu'il est entièrement rempli de liquide caloporteur froid. Par la suite, on considère que l'indicateur Ic est égal à 1 lorsque sa valeur dépasse un seuil prédéterminé proche de 1 tel que 0,95. De façon similaire, par la suite, on considère que l'indicateur Ic est égal à 0 lorsque sa valeur est en-dessous d'un seuil prédéterminé proche de 0 tel que 0,05
  • Dans ce mode de réalisation, lors d'une étape 154, à partir de la valeur courante de l'indicateur Ic et des précédentes valeurs de cet indicateur Ic construites, par exemple, pendant les dernières 24 heures, l'unité 90 actualise la valeur de deux durées Dp et Dv. Les durées Dp et Dv correspondent au cumul, sur les dernières 24 heures, des intervalles de temps où, respectivement, l'indicateur Ic est égal à 1 et l'indicateur Ic est égal à 0.
  • En parallèle de l'étape 152, l'unité 90 réitère aussi à intervalle prédéterminé une étape 156. Par exemple, l'étape 156 est réitérée une ou deux fois par jour.
  • Lors de l'étape 156, la durée Dp est comparée à un seuil prédéterminé Sp. Par exemple, le seuil Sp est prix égal à 30 minutes.
  • Si la durée Dp dépasse le seuil Sp et si la vanne 114 n'est pas déjà complètement fermée, alors, lors d'une étape 160, l'unité 90 commande la vanne 114 pour réduire d'un pas prédéterminé le débit de liquide caloporteur chaud circulant dans le conduit 112. Cela permet donc de limiter le débit de liquide caloporteur chaud entrant dans le réservoir 88 et donc de réduire la durée Dp.
  • Si la durée Dp dépasse le seuil Sp et si la vanne 114 est déjà complètement fermée, alors, lors d'une étape 162, l'unité 90 commande la vanne 76 pour augmenter d'un pas prédéterminé le débit de liquide caloporteur chaud dans le conduit 74 et, simultanément, diminuer du même pas prédéterminé le débit de liquide caloporteur chaud entrant dans le réservoir 88 par l'intermédiaire du piquage 86. Puisque le liquide caloporteur qui circule dans le conduit 74 est soit refroidi par l'échangeur 50, puis stocké dans la partie basse du réservoir 88, soit dirigé vers l'entrée 12 de la source 4, cette commande de la vanne 76 permet de diminuer le débit de liquide caloporteur chaud entrant dans le réservoir 88.
  • Seulement si la durée Dp est inférieure au seuil Sp, alors le procédé se poursuit par une étape 164. Lors de cette étape 164, la durée Dv est comparée à un seuil prédéterminé Sv. Par exemple, le seuil Sv est égal à 30 minutes.
  • Si la durée Dv est supérieure au seuil Sv et si la vanne 76 n'est pas déjà dans une position où sa sortie 82 est fermée, alors, lors d'une étape 166, l'unité 90 commande la vanne 76 pour réduire d'un pas prédéterminé le débit sortant par sa sortie 82. En faisant cela, le débit de liquide caloporteur chaud évacué par la sortie 34 qui est dirigé vers le réservoir 88 augmente, ce qui permet de réduire la durée Dv.
  • Si la durée Dv est supérieure au seuil Sv et si la sorite 82 de la vanne 76 est déjà complètement fermée, alors, lors d'une étape 168, l'unité 90 commande la vanne 114 pour augmenter d'un pas prédéterminé le débit de liquide caloporteur chaud qui circule dans le conduit 112. Cela conduit donc à augmenter le débit de liquide caloporteur chaud entrant dans le réservoir 88 et donc à diminuer la durée Dv.
  • Si la durée Dv est inférieure au seuil Sv, les réglages des vannes 76 et 114 sont laissés inchangés.
  • Le système 2 a été simulé dans les conditions suivantes :
    • T10 = 90°C,
    • la température de l'eau sanitaire froide dans le conduit 60 est égale à 5°C,
    • Tmin-ECS = 55°C,
    • l'écart de température entre la sortie 36 et l'entrée 38 est égal à 5°C,
    • la consommation journalière d'eau chaude sanitaire est de 3 500 litres, réparties sur 145 plages horaires de 90 secondes chacune,
    • le ratio k entre l'énergie thermique apportée par l'échangeur thermique 20 et celle apportée par l'échangeur thermique 50 pour compenser les pertes thermique dans la boucle 6, est égal à 0,75, et
    • le volume du réservoir 88 est égal à 3 500 litres.
  • Les résultats de cette simulation sont représentés sur les graphiques des figures 3 à 5. Dans ces graphiques, l'axe des abscisses est gradué en jours. L'axe des ordonnées des graphiques des figures 3 à 5 est gradué, respectivement, en degrés Celsius, en kg/s et en kW. Dans le graphique de la figure 3, les courbes 180, 182, 184 et 186 correspondent respectivement :
    • à la température T36 au niveau de la sortie 36,
    • à la température T132,
    • à la température T134, et
    • à la température de retour TR.
  • Ce graphique montre qu'après un régime transitoire initial de 0,25 jour, la température TR reste stable et faible dans le système 2.
  • Dans le graphique de la figure 4, la courbe 188 correspond au débit dans le réservoir 88. Ce débit est compté positivement lorsqu'il va des piquages bas vers les piquages hauts.
  • Dans le graphique de la figure 5, les courbes 190 et 192 correspondent, respectivement :
    • à l'énergie thermique produite par la source 4 pour chauffer le liquide caloporteur, et
    • à l'énergie thermique consommée par les utilisateurs.
  • Ce graphique montre que dans le système 2, les pics de production d'énergie thermique par la source 4 sont écrêtés, c'est-à-dire moins importants que les pics de consommation d'énergie thermique.
  • La figure 6 représente un système 200 de chauffage pratiquement identique au système 2, sauf qu'il comporte en plus un circuit 202 de chauffage de locaux. Le circuit 202 comporte un échangeur thermique 204 et un conduit 206 qui raccorde la sortie secondaire de l'échangeur 204 à son entrée secondaire et qui traverse un ou plusieurs radiateurs 208. Par « radiateur », on désigne ici tout émetteur de chaleur qu'il soit fixé sur un mur ou logé dans le sol comme dans le cas d'un plancher chauffant. Sur la figure 6, un seul radiateur 208 a été représenté. Chaque radiateur 208 chauffe un local ou une pièce. Le liquide de chauffage circule à l'intérieur de ce circuit de chauffage grâce à une pompe 209.
  • L'entrée primaire de l'échangeur 204 est directement raccordée à la sortie 10 de la source 4. La sortie primaire de l'échangeur 204 est raccordée par l'intermédiaire, successivement, d'un conduit 210 et d'une vanne 212 au point haut 86.
  • Le conduit 210 est aussi équipé d'une vanne commandable 214 apte à ajuster le débit qui circule dans le conduit 210. De façon similaire ce qui a été décrit dans le cas de la vanne 44, la vanne 214 est commandée par une unité de commande 216 pour asservir la température du liquide de chauffage qui circule dans le conduit 206 sur une consigne de chauffage. À cet effet, une sonde 218 de température mesure la température de ce liquide de chauffage. Le liquide de chauffage est un liquide caloporteur comme de l'eau.
  • La vanne 212 comporte une entrée 220 raccordée à l'extrémité du conduit 210, une sortie 222 raccordée à l'entrée 52 de l'échangeur 50, sans passer par l'intermédiaire du réservoir 88, et une sortie 224 raccordée au point haut 86. La vanne 212 est par exemple identique à la vanne 76. Elle est commandée par l'unité 90.
  • Le système 200 comporte aussi :
    • un clapet anti-retour 226 qui empêche le liquide caloporteur d'entrer à l'intérieur de la vanne 76 par l'intermédiaire de sa sortie 82, et
    • un clapet anti-retour 228 qui empêche le liquide caloporteur d'entrer à l'intérieur de la vanne 212 par l'intermédiaire de sa sortie 222.
  • Dans le système 200, le procédé de commande exécuté par l'unité 90 est, par exemple, identique à celui décrit en référence à la figure 2, sauf qu'en plus, la vanne 212 est commandée. Ici, à titre d'illustration, cette vanne 212 est commandée de la même manière que ce qui a été décrit dans le cas particulier de la vanne 76. Le fonctionnement du système 200 se déduit donc des explications données pour le système 2.
  • La figure 7 représente un système 250 de chauffage identique au système 2, sauf que le réservoir 88 est remplacé par un réservoir 252. Le réservoir 252 est identique au réservoir 88, sauf que :
    • les piquages hauts 86, 96 et 110 sont remplacés par un seul piquage haut 254, et
    • les piquages bas 100 et 102 sont remplacés par un seul piquage bas 256.
  • Tous les conduits qui étaient raccordé aux piquages 86, 96 et 110 dans le système 2 sont maintenant raccordés directement au piquage haut 254 dans le système 250. De même, tous les conduits qui étaient raccordés aux piquages 100 et 102 dans le système 2 sont maintenant raccordés directement au même piquage bas 256 du système 250. Le fait d'utiliser un seul piquage haut et un seul piquage bas simplifie la réalisation du réservoir 252.
  • La figure 8 représente un système 270 de chauffage identique au système 2, sauf que :
    • le conduit 120, la vanne 122 et la sonde 126 sont omis, et
    • la boucle 6 est remplacée par une boucle 272.
  • La boucle 272 est identique à la boucle 6, sauf que l'extrémité du conduit 66 est raccordée sur le conduit 24 et non plus sur le conduit 22.
  • La suppression du conduit 120 simplifie l'architecture du système de chauffage d'eau chaude sanitaire.
  • La figure 9 représente un système 280 de chauffage identique au système 2, sauf que :
    • le conduit 97 et le clapet anti-retour 98 sont omis,
    • le réservoir 88 est remplacé par un réservoir 282,
    • la sortie 82 de la vanne 76 est directement raccordée au conduit 68 sans passer par l'intermédiaire de l'échangeur 50 et du réservoir 282 grâce à un conduit 284 qui les raccorde directement ensemble,
    • l'extrémité du conduit 74 est directement raccordée au piquage haut 86 sans passer par l'intermédiaire de la vanne 76.
  • Le conduit 284 est équipé, par exemple, d'un clapet anti-retour 286 qui autorise seulement la circulation du liquide caloporteur dans ce conduit en allant de la sortie 82 vers le conduit 68.
  • Le réservoir 282 est par exemple identique au réservoir 88, sauf que le piquage haut 96 est omis.
  • Dans le système 280, c'est le conduit 284 qui est utilisé pour dévier une partie ou la totalité du liquide caloporteur chaud vers l'entrée 12 de la source 4 sans passer par le réservoir 282 et sans passer par l'échangeur 50. Ainsi, le liquide caloporteur chaud qui circule dans le conduit 284 n'est pas refroidi avant d'atteindre le conduit 68. Par contre, il est possible de faire circuler dans le conduit 68 un liquide caloporteur froid puisé dans la partie basse du réservoir 282 et/ou issu de la sortie primaire 54 de l'échangeur 50. Ainsi, le liquide caloporteur chaud qui arrive dans le conduit 68 est mélangé avec le liquide caloporteur froid pour diminuer la température TR.
  • Le fonctionnement des différents modes de réalisation décrits en référence aux figures 7 à 9 se déduit des explications données en référence aux figures 1 et 2.
  • La figure 10 représente une vanne 290 commandable utilisable à la place de la vanne 76. La vanne 290 comporte l'entrée 80 et les deux sorties 82 et 84. Dans ce mode de réalisation, la vanne 290 comporte :
    • une vanne mono-voie 292 raccordée entre l'entrée 80 et la sortie 82 pour régler le débit de liquide caloporteur chaud sortant par la sortie 82, et
    • une vanne mono-voie 284 raccordée entre l'entrée 80 et la sortie 84 pour régler le débit de liquide caloporteur chaud sortant par la sortie 84.
  • Typiquement, ces vannes 292 et 284 sont commandées pour qu'à chaque instant, la somme des débits sortant par les sorties 82 et 84 soit égale au débit entrant par l'entrée 80.
  • La figure 11 représente une vanne 300 commandable, utilisable à la place de la vanne 76. Dans ce mode de réalisation, la vanne 300 comporte :
    • une vanne mono-voie 302 raccordée entre l'entrée 80 et la sortie 82 pour régler le débit de liquide caloporteur chaud qui circule dans le conduit 74, et
    • un conduit 304 dépourvu de vanne qui raccorde directement l'entrée 80 à la sortie 84.
  • En commandant l'ouverture de la vanne 302 et en ajustant la pression au niveau de la sortie 84, il est possible de faire fonctionner la vanne 300 comme la vanne 76 sauf que le débit au niveau de la sortie 84 ne peut pas être totalement annulé.
  • III. Variantes : III.1. Variantes de l'architecture :
  • Le conduit 97 peut être omis. Dans ce cas, le liquide caloporteur chaud soutiré à partir du réservoir 88 traverse la vanne 76. Dans ce mode de réalisation, il n'est dès lors pas possible, simultanément, de :
    • remplir le réservoir avec du liquide caloporteur chaud évacué par la sortie primaire 34, et
    • de soutirer du liquide caloporteur chaud du réservoir par l'intermédiaire du piquage haut 86.
  • Dans un mode de réalisation simplifié, le conduit 120, la vanne 122, l'unité 124 et la sonde 126 sont omis.
  • Dans le système 280, avantageusement, un clapet anti-retour peut être installé dans le conduit 74 pour empêcher la circulation du liquide caloporteur depuis l'entrée 52 vers le piquage 86.
  • En variantes, l'échangeur 50 comporte deux entrées primaires et les extrémités des conduits 74 et 120 sont chacune raccordées à une entrée primaire respective de l'échangeur 50.
  • Les modes de réalisation ont été décrits dans le cas particulier où les différentes unités de commande utilisées sont décentralisées. Toutefois, en variante, les différentes fonctions de ces différentes unités de commande décentralisées sont regroupées dans une seule et même unité de commande centralisée qui commande alors toutes les vannes du système de chauffage.
  • Le point de mesure de la sonde 136 n'est pas nécessairement à mi-distance des points de mesure des sondes 132 et 134. Dans ce cas, la température Tm peut quand même être calculée à partir des températures mesurées T132, T134 et T136, mais chacune de ces mesures est pondérée par un coefficient de pondération pour tenir compte du fait que le point de mesure de la sonde 136 n'est pas à mi-distance entre les points de mesure des sondes 132 et 134.
  • L'appareillage 130 peut être réalisé différemment. Par exemple, il peut comporter plus de trois sondes de température. Dans d'autres modes de réalisation, il comporte en plus ou à la place des sondes de température, une caméra thermique qui permet d'obtenir une grandeur physique représentative de la température en tout point d'un plan vertical coupant le réservoir 88. L'état de charge du réservoir 88 peut aussi être obtenu à partir des mesures de débitmètres mesurant les débits entrant et sortant de liquide caloporteur et des mesures de température de ces débits entrant et sortant.
  • D'autres méthodes de construction de l'indicateur Ic sont possibles. En particulier, la construction de l'indicateur doit être adaptée en fonction du type de mesure fourni par l'appareillage 130.
  • III.2. Variantes du procédé :
  • L'unité 90 peut implémenter d'autres procédés de commande pour maintenir en permanence ou autant que possible l'indicateur Ic entre des seuils Si-min et Si-max, où Si-min est strictement supérieur à 0 et Si-max est strictement inférieur à 1. Par exemple, les durées Dp et Dv peuvent être remplacées par des moyennes des durées Dp et Dv calculées sur plusieurs jours précédents.
  • Plutôt que d'ajuster quelques fois par jour le débit dans les conduits 74 et 112, l'unité 90 peut être configurée pour faire ces ajustements à chaque fois qu'une nouvelle valeur de l'indicateur Ic est construite. Par exemple, si l'indicateur tombe en dessous du seuil Si-min, l'unité 90 commande les vannes 76 et 114 pour immédiatement accroître le débit entrant dans le réservoir de liquide caloporteur chaud. À l'inverse, si l'indicateur Ic dépasse le seuil Si-max, l'unité 90 commande les vannes 76 et 114 pour diminuer immédiatement le débit entrant de liquide caloporteur chaud. Dans ce dernier mode de réalisation, les durées Dv et Dp ne sont pas utilisées et leur calcul peut être omis.
  • À partir d'un historique des consommations d'eau chaude sanitaire, l'unité 90 peut aussi prédire des intervalles de temps où la consommation d'eau chaude sanitaire est importante. A cet effet, par exemple, la consommation d'eau chaude sanitaire est mesurée à l'aide du débitmètre 64. Dans ce cas, juste avant un intervalle où la consommation d'eau chaude sanitaire prédite est importante, l'unité 90 commande les vannes 76 et 114 pour faire augmenter l'indicateur Ic. Ensuite, vers la fin de cet intervalle, l'unité 90 commande les vannes 76 et 114 pour faire diminuer la valeur de l'indicateur Ic. Dans ce cas aussi, les durées Dp et Dv ne sont pas utilisées.
  • Le conduit 120, la vanne 122, l'unité 124 et la sonde 126 peuvent être mis en oeuvre indépendamment du conduit 112 et de la vanne 114.
  • IV. Avantages des modes de réalisation décrits :
  • Les différents modes de réalisation décrits ici permettent tous d'adapter dynamiquement le débit entrant de liquide caloporteur dans le réservoir en fonction de l'usage qui est fait de ce système de chauffage. Grâce à cela on limite l'occurrence et la durée des situations extrêmes où la température de retour TR ne peut pas être abaissée. Plus précisément, ces adaptations du débit entrant de liquide caloporteur chaud permettent de préserver pendant plus longtemps un stock résiduel de liquide caloporteur froid qui permet de limiter de brusques variations de la température TR.
  • De façon similaire, l'adaptation dynamique du débit entrant de liquide caloporteur permet aussi de limiter l'occurrence et la durée des situations extrêmes où l'écrêtage des pics de production d'énergie thermique n'est plus possible. Plus précisément, ces adaptations du débit entrant de liquide caloporteur chaud permettent de préserver pendant plus longtemps un stock résiduel de liquide caloporteur chaud utilisable pour préchauffer l'eau sanitaire froide.
  • La vanne 114 et le conduit 112 permettent de remplir le réservoir en liquide caloporteur chaud avec un débit qui peut être réglé indépendamment du débit de liquide caloporteur qui circule dans l'échangeur 20. En effet, le débit de liquide caloporteur chaud dans l'échangeur 20 est régulé en fonction de la température T42 et de la consigne C42. Par conséquent, la vanne 114 et le conduit 112 permettent d'accélérer le remplissage de réservoir 88 avec du liquide caloporteur chaud et cela indépendamment de la température T42. Ce degré de liberté supplémentaire permet d'ajuster plus simplement et plus rapidement le volume stocké de liquide caloporteur chaud. Cela permet donc de maintenir sur des périodes de temps plus longues le volume stocké de liquide caloporteur chaud au niveau requis. En fin de compte, cela se traduit par un écrêtage plus efficace des pics de production d'énergie thermique.
  • L'utilisation du conduit 120 et de la vanne 122 permet de préchauffer à l'aide de l'échangeur 50 l'eau sanitaire froide, même dans le cas extrême où le volume de liquide caloporteur chaud contenu dans le réservoir 88 est nul.
  • Dans le système 200, le fait d'utiliser la vanne 212 de façon similaire à la vanne 76 permet aussi de préserver plus longtemps un stock résiduel d'eau froide. Cela aide donc aussi à limiter les brusques variations de la température TR.

Claims (12)

  1. Système de chauffage d'eau sanitaire comportant :
    - une source thermique (4) apte à chauffer un liquide caloporteur, cette source thermique comportant une entrée (12) pour recevoir le liquide caloporteur à chauffer et une sortie (10) pour délivrer le liquide caloporteur chauffé,
    - une boucle (6 ; 272) d'eau chaude sanitaire comportant :
    • une pompe (26) apte à faire circuler en boucle l'eau chaude sanitaire dans cette boucle,
    • un échangeur thermique (20) d'appoint apte à maintenir la température de l'eau chaude sanitaire qui circule dans la boucle à une température supérieure à une température Tmin-ECS prédéterminée par échange thermique avec le liquide caloporteur chauffé, cet échangeur thermique comportant à cet effet une entrée primaire (30) raccordée à la sortie de la source thermique et une sortie primaire (34) par laquelle s'évacue le liquide caloporteur chaud après qu'il ait réchauffé l'eau chaude sanitaire de la boucle,
    • au moins un point (40) de soutirage par l'intermédiaire duquel l'eau chaude sanitaire peut être soutirée de la boucle par un usager, et
    • une entrée (41) par l'intermédiaire de laquelle de l'eau sanitaire pré-chauffée peut être introduite dans cette boucle pour compenser l'eau chaude sanitaire soutirée par l'usager,
    - un réservoir (88 ; 252 ; 282) apte à stocker le liquide caloporteur chaud évacué par l'intermédiaire de la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint, ce réservoir comportant au moins un piquage haut (86, 96, 110 ; 254) et au moins un piquage bas (100, 102 ; 256) permettant de soutirer directement le liquide caloporteur stocké dans, respectivement, une partie haute et une partie basse de ce réservoir, ledit au moins un piquage haut étant raccordé à la sortie primaire (34) de l'échangeur d'appoint et ledit au moins un piquage bas étant raccordé à l'entrée (12) de la source thermique,
    - un échangeur thermique (50) de préchauffage apte à préchauffer de l'eau sanitaire froide, par échange thermique avec le liquide caloporteur stocké dans la partie haute du réservoir, avant de l'injecter dans la boucle d'eau chaude sanitaire par l'intermédiaire de son entrée (41), cet échangeur thermique de préchauffage comportant à cet effet une entrée primaire (52) et une sortie primaire (54) raccordées, respectivement, auxdits au moins un piquages haut et bas du réservoir,
    - un conduit (74 ; 284) de dérivation apte à dévier au moins une partie du liquide caloporteur évacué par la sortie primaire (34) de l'échangeur thermique d'appoint pour l'amener à l'entrée de la source thermique sans passer par l'intermédiaire du réservoir,
    caractérisé en ce que le système comporte également:
    - un appareillage (130) de mesure d'une grandeur physique représentative du volume de liquide caloporteur chaud actuellement stocké dans le réservoir,
    - une première vanne (76 ; 290 ; 300) commandable de dérivation apte à ajuster le débit dans le conduit de dérivation,
    - une unité électronique (90) de commande de la première vanne de dérivation configurée pour :
    • acquérir les mesures de l'appareillage de mesure, et
    • commander, en fonction des mesures acquises, la première vanne de dérivation pour accroître le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké dépasse un premier seuil prédéterminé strictement inférieur au volume maximal de liquide caloporteur stockable dans ce réservoir, et
    dans lequel :
    - le système comporte :
    • un conduit (112) d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud qui raccorde la sortie de la source thermique audit au moins un piquage haut du réservoir, sans passer par l'intermédiaire de l'échangeur thermique d'appoint, et
    • une vanne commandable (114) d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud apte à ajuster le débit dans le conduit d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud, et
    - l'unité de commande est configurée pour commander, en fonction des mesures acquises, la vanne (114) d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud de manière à accélérer le débit de liquide caloporteur chaud introduit dans le réservoir par l'intermédiaire du conduit d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud sans modifier le débit du liquide caloporteur chaud évacué par la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande (90) est également configurée pour commander, en fonction des mesures acquises, la première vanne (76) de dérivation pour diminuer le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké tombe en-dessous d'un deuxième seuil prédéterminé positif.
  3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, la première vanne de dérivation comporte :
    - une entrée (80) raccordée à la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint,
    - une première sortie (82) raccordée à une extrémité du conduit de dérivation, et
    - une seconde sortie (84) raccordée au piquage haut du réservoir,
    cette première vanne étant apte à répartir en fonction d'une commande de l'unité de commande, entre les première et seconde sorties, la totalité du liquide caloporteur entrant par son entrée.
  4. Système selon la revendication 3, dans lequel le conduit (74) de dérivation raccorde la première sortie (82) de la première vanne de dérivation :
    - à l'entrée primaire (52) de l'échangeur thermique de préchauffage, ou
    - à l'entrée (12) de la source thermique sans passer par l'intermédiaire de l'échangeur thermique de préchauffage et sans passer par l'intermédiaire du réservoir.
  5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel :
    - l'échangeur thermique (50) de préchauffage comporte une sortie secondaire (58) raccordée à la boucle d'eau chaude sanitaire et par laquelle est évacuée l'eau sanitaire préchauffée par l'échangeur thermique de préchauffage, et le système comporte :
    - un conduit (120) d'alimentation directe de l'échangeur thermique de préchauffage en liquide caloporteur chaud qui raccorde la sortie (10) de la source thermique à l'échangeur thermique de préchauffage sans passer à travers l'échangeur thermique d'appoint et sans passer à travers le réservoir,
    - une vanne commandable (122) d'alimentation directe de l'échangeur thermique de préchauffage en liquide caloporteur chaud apte à réduire et, en alternance, à augmenter le débit dans le conduit d'alimentation directe de l'échangeur thermique de préchauffage en liquide caloporteur chaud,
    - une sonde (126) de température apte à mesurer la température de l'eau sanitaire évacuée par l'intermédiaire de la sortie secondaire (58) de l'échangeur thermique de préchauffage, et
    - une unité électronique (124) de commande de cette vanne d'alimentation directe de l'échangeur thermique de préchauffage en liquide caloporteur chaud, cette unité de commande étant configurée pour commander cette vanne en fonction de la température mesurée par la sonde de température qui mesure la température de l'eau sanitaire évacuée par la sortie secondaire de l'échangeur thermique de préchauffage et d'une consigne pour cette température.
  6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système comporte :
    - un circuit (202) de chauffage de locaux, ce circuit comportant :
    • une pompe (209) apte à faire circuler en boucle un liquide de chauffage dans ce circuit de chauffage, et
    • un échangeur thermique (204) apte à maintenir la température du liquide de chauffage qui circule dans ce circuit à une température supérieure à une température Tmin-ch prédéterminée par échange thermique avec le liquide caloporteur chauffé, cet échangeur thermique comportant à cet effet une entrée primaire raccordée à la sortie (10) de la source thermique et une sortie primaire, par laquelle s'évacue le liquide caloporteur chaud après qu'il ait réchauffé le liquide de chauffage de la boucle de chauffage,
    • au moins un radiateur (208) apte à chauffer l'air d'une pièce à partir du liquide de chauffage qu'il traverse,
    - une seconde vanne (212) de dérivation comportant :
    • une entrée (220) raccordée à la sortie primaire de l'échangeur thermique du circuit de chauffage,
    • une première sortie (224) raccordée audit au moins un piquage haut du réservoir, et
    • une seconde sortie (222) raccordée au conduit de dérivation,
    cette seconde vanne de dérivation étant apte à répartir entre ses première et seconde sorties la totalité du liquide caloporteur entrant par son entrée dans des proportions variables en fonction de la commande de l'unité de commande, et
    - l'unité de commande est également configurée pour commander, en fonction des mesures acquises, la seconde vanne de dérivation pour accroître le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké dans le réservoir dépasse le premier seuil prédéterminé ou un troisième seuil prédéterminé.
  7. Système selon la revendication 6, dans lequel, l'unité de commande est également configurée pour commander, en fonction des mesures acquises, la seconde vanne (212) de dérivation pour diminuer le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké tombe en dessous du deuxième seuil prédéterminé ou en dessous d'un quatrième seuil prédéterminé positif.
  8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l'appareillage (130) de mesure comporte au moins une sonde haute (132), une sonde intermédiaire (136) et une sonde basse (134) de température aptes à mesurer la température du liquide caloporteur stocké à l'intérieur, respectivement, de la partie haute, d'une partie intermédiaire et de la partie basse du réservoir, la partie intermédiaire du réservoir étant située entre les parties haute et basse du réservoir.
  9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réservoir (88 ; 252 ; 282) est en permanence entièrement rempli de liquide caloporteur de sorte que lorsqu'un volume de liquide caloporteur est introduit dans le réservoir par l'intermédiaire dudit au moins un piquage haut, un volume identique de liquide caloporteur est soutiré par l'intermédiaire dudit au moins un piquage bas et vice versa.
  10. Procédé de commande d'un système de chauffage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comporte :
    - l'acquisition (140) des mesures de l'appareillage de mesure,
    - la commande (166, 168), en fonction des mesures acquises, de la première vanne de dérivation pour accroître le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké dépasse un premier seuil prédéterminé strictement inférieur au volume maximal de liquide caloporteur stockable dans ce réservoir, et
    - commander (168), en fonction des mesures acquises, la vanne (114) d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud de manière à accélérer le débit de liquide caloporteur chaud introduit dans le réservoir par l'intermédiaire du conduit d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud sans modifier le débit du liquide caloporteur chaud évacué par la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint.
  11. Unité électronique de commande d'une vanne de dérivation pour la réalisation d'un système de chauffage conforme à une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que cette unité électronique de commande est configurée pour :
    - acquérir des mesures de l'appareillage de mesure,
    - commander, en fonction des mesures acquises, la première vanne de dérivation pour accroître le débit dans le conduit de dérivation lorsque le volume de liquide caloporteur chaud stocké dépasse un premier seuil prédéterminé strictement inférieur au volume maximal de liquide caloporteur stockable dans ce réservoir, et
    - commander, en fonction des mesures acquises, la vanne (114) d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud de manière à accélérer le débit de liquide caloporteur chaud introduit dans le réservoir par l'intermédiaire du conduit d'alimentation directe du réservoir en liquide caloporteur chaud sans modifier le débit du liquide caloporteur chaud évacué par la sortie primaire de l'échangeur thermique d'appoint.
  12. Support d'enregistrement d'informations lisibles par une unité électronique de commande conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que le support comporte les instructions nécessaires à l'exécution d'un procédé de commande conforme à la revendication 10, lorsque ces instructions sont exécutées par l'unité électronique de commande.
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