1 J-M R. D-BTP LA REGULATION Généralités Composants des systèmes de régulation de chauffage et d’ECS Principes de la régulation de chauffage et.

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1 1 J-M R. D-BTP LA REGULATION 2006

2 2 Généralités Composants des systèmes de régulation de chauffage et d’ECS Principes de la régulation de chauffage et d’ECS Définitions Courbe de chauffe

3 3 Terminologie Définition Notion de boucle fermée Analogie avec le convecteur électrique Application au chauffage central Notion de boucle ouverte Application au chauffage central Notion de boucle ouverte compensée Application au chauffage central Généralités

4 4 Définition Réguler permet : - de maintenir automatiquement à une valeur désirée fixe une grandeur physique soumise à des variations, ou - de faire varier, en fonction d’une loi déterminée, une grandeur physique soumise à la variation d’une ou plusieurs autres grandeurs.

5 5 Terminologie Point de consigne (hauteur) Grandeur à régler (niveau)

6 6 Terminologie Grandeur perturbatrice Point de consigne Grandeur à régler (niveau) Ecart

7 7 Terminologie Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage

8 8 Terminologie Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage Organe détecteur Organe comparateur Organe donneur d’ordre Actionneur de l’organe de réglage Organe de réglage

9 9 Notion de boucle fermée Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage Organe détecteur Organe comparateur Organe donneur d’ordre Actionneur de l’organe de réglage Organe de réglage BOUCLE FERMEE

10 10 Régulation de la température ambiante W=20°C W consigne grandeur de référence température ambiante désirée X grandeur réglée température ambiante mesurée XW=W - X écart de réglage Z grandeurs perturbatrices X Z

11 11 convecteur électrique Analogie avec le convecteur électrique résistance chauffante phase neutre thermostat retour

12 12 Analogie avec le convecteur électrique Organe détecteur Organe comparateur donneur d’ordre et moteur * Organe de réglage Grandeur à régler Grandeur de réglage Point de consigne

13 13 Analogie avec le convecteur électrique  > PC

14 14 Analogie avec le convecteur électrique  < PC

15 15 Analogie avec le convecteur électrique  < PC

16 16 Analogie avec le convecteur électrique BOUCLE FERMEE

17 17 Application au chauffage central Le brûleur est piloté par l’ambiance La boucle fermée est très longue, l’inertie de l’installation rendra la régulation lente et instable.

18 18 Application au chauffage central Le circulateur est piloté par l’ambiance La boucle fermée est plus courte mais provoquera des trains de chaleur et une instabilité de la régulation.

19 19 Application au chauffage central Le débit d’eau de chaque radiateur est piloté par l’ambiance. La boucle fermée est très courte les émetteurs réagiront aussitôt qu’un écart de température d’ambiance sera détecté.

20 20 Notion de boucle ouverte Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage Organe détecteur Organe comparateur Organe donneur d’ordre Actionneur de l’organe de réglage Organe de réglage Organe détecteur

21 21 Notion de boucle ouverte Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage Organe détecteur Organe comparateur Organe donneur d’ordre Actionneur de l’organe de réglage Organe de réglage Organe détecteur BOUCLE OUVERTE On observe uniquement la grandeur de réglage et la grandeur perturbatrice.

22 22 Application au chauffage central L’installation est équipée d’une vanne trois voies. On ne contrôle pas la température ambiante, la boucle est ouverte. On notera que dans ce système, la régulation agit par anticipation avant que l’ambiance baisse. qui règle la température de départ chauffage en fonction de la température extérieure.  ext  dép v3v

23 23 Notion de boucle ouverte compensée Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage Organe détecteur Organe comparateur Organe donneur d’ordre Actionneur de l’organe de réglage Organe de réglage Organe détecteur

24 24 Notion de boucle ouverte compensée Grandeur à régler (niveau) Point de consigne Grandeur perturbatrice Grandeur de réglage Organe détecteur Organe comparateur Organe donneur d’ordre Actionneur de l’organe de réglage Organe de réglage Organe détecteur BOUCLE OUVERTE COMPENSEE On observe également la grandeur à régler. Organe détecteur

25 25 Application au chauffage central En plus de la température extérieure, Ce système permet d’anticiper les déperditions et également de prendre en compte les apports gratuits du local à chauffer. on prend en compte la température ambiante, pour peaufiner le réglage de la température de départ au moyen de la vanne trois voies.  ext  dép v3v  amb

26 26 Régulateurs Système de régulation Sonde extérieure Sonde d’ambiance Sonde de température Composants des systèmes de régulation Aquastats

27 27 Système de régulation Le régulateur qui gère l’ensemble du système à partir des instructions qu’on lui a données et des informations qu’il reçoit. Le système de régulation est composé par : Les sondes ou détecteurs qui donnent au régulateur des informations sur des états ou des valeurs.. Des actionneurs ou appareils électriques qui sont directement ou indirectement commandés par le régulateur. M

28 28 Système de régulation Régulateur de chauffage, d’eau chaude sanitaire, de cascade de chaudières, de climatisation… Le système de régulation est composé par : Sonde d’ambiance, sonde extérieure, sonde de départ, sonde de retour, aquastat, thermostat… Moteur de vanne, pompe, brûleur, résistances électriques, ventilateur… M

29 29 Régulateurs

30 30 Régulateurs Rôle Régulation de la température de départ en fonction de la température extérieure. Commander le fonctionnement d’un organe de réglage ou d’un appareil en fonction d’une consigne et de mesures relevées sur le bâtiment et/ou sur l’installation. Action des régulateurs Régulation de la température de départ en fonction de la température ambiante. Régulation de la température d’un fluide en fonction d’une consigne. Régulation du fonctionnement des générateurs de chaleur en fonction des besoins et ou de la température extérieure.

31 31 Régulateurs Différents types de régulateurs Numérique. Analogique.

32 32 Sonde extérieure On utilise la variation de sa résistance électrique en fonction de la température pour déterminer la température extérieure. Elle mesure la température extérieure du site. Elles sont en fonction du fabricant de deux types : Thermistance à coefficient négatif (CTN). Résistance à fil bobiné (élément de mesure à signal de sortie linéaire sur toute la plage de mesure). Fil nickel (ex: Ni 1000 = 1000  à 0°C) Fil platine (ex: Pt 100 = 100  à 0°C)

33 33 Sonde extérieure Emplacement de la sonde extérieure La placer pour mesurer la moyenne des températures extérieures des façades les plus froides, y compris effet de vent. Placer sur la façade nord ou nord ouest de préférence. Proscrire les façades ensoleillées même le matin (est). Emplacements proscrits. La placer dans la partie haute de la zone habitée.

34 34 Sonde d’ambiance Sonde ambiante On utilise la variation de leur résistance électrique en fonction de la température pour déterminer la température ambiante. Elle mesure la température ambiante du bâtiment. Elles servent : soit d’élément de base au régulateur, soit de correction sur un régulateur en fonction de la température extérieure (possibilité de régler le pourcentage d’intégration de la température ambiante dans la détermination du point de consigne).

35 35 Sonde d’ambiance Emplacement de la sonde d’ambiance Dans une pièce sans robinet thermostatique. A l’opposé du radiateur, à une hauteur de 1.5 mètre. Sur un mur intérieur de préférence. Éloignée de 1.5 m de toute source de chaleur. Sur un mur qui n’est pas exposé au soleil et au courant d’air.

36 36 Appareils d’ambiance On peut effectuer les réglages utilisateurs à partir de ces appareils. Ils possèdent une sonde d’ambiance intégrée. Ils fournissent les informations à l’utilisateur par affichage numérique : température ambiante. température extérieure. réglages actuels.

37 37 Thermostat d’ambiance Thermostat d’ambiance standard Thermostat d’ambiance affichage digital

38 38 Sonde de température Sondes de température Sonde à applique. Sonde à plongeur. Elles permettent de connaître la température d’un fluide. Sonde de départ. Sonde de retour. Sonde de température de stockage d’un fluide. Applications :

39 39 Sondes de température d’eau Position des sondes de température Positions de montage conseillées. Proscrire toutes les positions ou il y a risque d’entrée d’eau dans la sonde.

40 40 Sondes de température d’eau Montage des sondes de température Montage des sondes à plongeur. Prévoir un manchon suffisamment long pour tenir compte de l’épaisseur du calorifuge. Monter de préférence dans un coude. Ne pas monter à contre courant.

41 41 Sondes de température d’eau Montage des sondes de température Montage des sondes à applique: -choisir un emplacement situé sur le tuyau de départ après le circulateur. -décaper le tuyau jusqu’au brillant métallique. -enduire le tuyau de pâte thermoconductrice et fixer la sonde à l’aide du collier de serrage. Si une difficulté de serrage se présentait, utiliser un collier de serrage adapté à la tuyauterie. - Elle peut être posée sur une tuyauterie de diamètre 100 mm maximum. 100 mm

42 42 Sondes de température d’eau Préconisation sur l’emplacement des sondes Jamais après un point de mélange, elles doivent toujours être posées après la pompe pour profiter du brassage de l’eau. Posées après le by pass fixe d’un plancher chauffant Elle doivent mesurer la température exacte du fluide et à l’endroit voulu (ex température de retour mini chaudière) Elles doivent toujours être irriguées pour fournir une information correcte.

43 43 Aquastats Aquastat standard applique réglage externe Aquastat standard applique réglage sous le capot

44 44 Aquastats Aquastat à plongeur simple Aquastat limiteur avec réarmement manuel

45 45 Brûleur régulé par l’extérieur V3V régulée par l’extérieur V3V régulée par l’ambiance Brûleur régulé par l’ambiance Régulation ECS par pompe de charge Régulation ECS par vanne trois voies Principes de la régulation de chauffage et d’ECS Régulation de cascade chaudières

46 46 V3V régulée par l’extérieur La consigne de la température de départ (Tv) est régulée en fonction de la température extérieure (T A ) La relation entre la température de départ et la température extérieure est déterminé par la courbe de chauffe dont la pente est réglable La température de départ est régulée progressivement sans écart permanent par une vanne à siège ou à secteur équipée d’un servomoteur. Régulation de la température de départ en fonction de la température extérieure agissant sur la vanne 3 voies d’un circuit radiateurs

47 47 V3V régulée par l’extérieur La pente est le rapport entre la variation de la température de départ et la variation de la température extérieure. Détermination de la loi de correspondance La pente permet au régulateur de déterminer la température de départ en fonction de la valeur de la température extérieure. Ex: circuit radiateurs dont le régime de distribution est de 75/65 °C, température extérieure de base de -7 °C La forme de la loi de correspondance dépend du type d’émetteur : Calcul de la pente: (75-20) / (20- -7) = 2.03 linéaire pour un plancher chauffant incurvée pour des radiateurs ou convecteurs Sur la génération de régulateurs actuels le paramétrage s’effectue de 2 façons : à partir de la pente (installation individuelle ou petit collectif) à partir de 2 points de la valeur de la loi de correspondance (droite) -5°C et + 15°C (collectif)

48 48 V3V régulée par l’extérieur Sonde extérieure Sonde de départ Sonde de retour Appareil d’ambiance Régulateur Commande V3V Circulateur Schéma de raccordement

49 49 V3V régulée par l’extérieur La consigne de la température de départ est régulée en fonction de la température extérieure Le régime de distribution est de 45 °C / 35 °C Un by pass (BP) permet d’injecter la part de l’eau du retour entrant dans le mélange pour les conditions de base hiver BP 85 °C 45°C 35 °C 85 35 45 ∆T 50 K 10 50 40 50 Le débit du by pass représente les 40/50 du débit du circuit Température primaire 85 °C Température départ plancher chauffant 45 °C Température retour plancher 35 °C ∆T 50 K Fraction d’eau à 85 °C entrant dans le mélange Fraction d’eau à 35 °C entrant dans le mélange Régulation de la température de départ en fonction de la température extérieure agissant sur la vanne 3 voies d’un circuit plancher chauffant.

50 50 V3V régulée par l’extérieur Sonde extérieure Sonde de départ Sonde de retour Appareil d’ambiance Régulateur Commande V3V Circulateur Schéma de raccordement

51 51 Brûleur régulé par l’extérieur La consigne de la température de départ est régulée en fonction de la température extérieure. Régulation de la température de départ en fonction de la température extérieure agissant sur le brûleur L’enclenchement du brûleur est réalisé en fonction de l’écart entre la consigne de température départ et la température mesurée par la sonde. La température de chaudière est régulée par l’enclenchement et l’arrêt du brûleur en fonction d’un différentiel de commutation réglable ( en général dans une plage de 1 à 20 K) Le brûleur a une durée de fonctionnement minimum de 4 ou 5 minutes pour éviter des mises en route intempestives.

52 52 Brûleur régulé par l’extérieur Schéma constructeur B9 sonde extérieure B1 sonde température chaudière B5 sonde ambiante A6 appareil d’ambiance M1 circulateur N1 régulateur Brûleur

53 53 Brûleur régulé par l’extérieur Sonde extérieure Sonde température chaudière Appareil d’ambiance Circulateur Régulateur Brûleur Schéma de raccordement

54 54 Vanne 3 Voies régulée par l’ambiance La consigne de la température de départ est régulée en fonction de la température ambiante. Régulation de la température de départ en fonction de la température ambiante par action sur vanne 3 voies La consigne de la température de départ est régulée en fonction de l’écart entre la consigne d’ambiance et la température ambiante mesurée. Généralement l’action sur vanne 3 voies est de type 3 points. La température de départ est régulée progressivement sans écart permanent par une vanne à siège ou à secteur équipée d’un servomoteur.

55 55 V3V régulée par l’ambiance B1 sonde de départ B5 sonde ambiante B7 sonde de retour A6 appareil d’ambiance M1 circulateur N1 régulateur Y1 commande V3V Schéma constructeur

56 56 V3V régulée par l’ambiance Circulateur Sonde de départ Sonde de retour Appareil d’ambiance Régulateur Commande V3V Schéma de raccordement

57 57 Brûleur régulé par l’ambiance La consigne de la température chaudière est régulée en fonction de la température ambiante. Régulation de la température de départ en fonction de la température ambiante action sur brûleur L’enclenchement du brûleur est réalisé en fonction de l’écart entre la consigne d’ambiance et la température ambiante mesurée La température de chaudière est régulée par l’enclenchement et l’arrêt du brûleur en fonction d’un différentiel de commutation réglable (en général dans une plage de 1 à 20 K) Le brûleur a une durée de fonctionnement minimum de 4 ou 5 minutes pour éviter des mises en route intempestives.

58 58 Brûleur régulé par l’ambiance B1 sonde de chaudière B5 sonde ambiante A6 appareil d’ambiance M1 circulateur N1 régulateur Brûleur Schéma constructeur

59 59 Brûleur régulé par l’ambiance Sonde température chaudière Appareil d’ambiance Circulateur Régulateur Brûleur Schéma de raccordement

60 60 Régulation ECS par pompe de charge La consigne de la température d’eau chaude sanitaire est régulée en fonction de la température d’eau chaude du ballon. Régulation de la température d’eau chaude sanitaire agissant sur la pompe de charge L’enclenchement de la pompe de charge est réalisé par un aquastat en fonction de la température du stockage de l’eau chaude sanitaire. Un différentiel de commutation fixe permet la mise en route et l’arrêt de la pompe de charge. Les régulations actuelles comportent un système anti-légionnelle désactivable, il permet d’augmenter ponctuellement la température de stockage de l’eau chaude sanitaire une fois la semaine.

61 61 Régulation ECS par pompe de charge M 4 pompe de boucle B31 sonde ballon 1 M3 pompe de charge B 32 sonde ballon 2 K6 résistances ballon (option) Schéma constructeur

62 62 Régulation ECS par pompe de charge Commande pompe de charge Sonde ballon Régulateur Schéma de raccordement

63 63 Régulation ECS par vanne trois voies Régulation de la température d’eau chaude sanitaire agissant sur la vanne 3 voies du réchauffeur primaire. La consigne de la température d’eau chaude sanitaire est régulée en faisant varier le débit d’eau primaire circulant dans le réchauffeur. Ce débit est fonction de l’écart entre la consigne de l’eau chaude et la température d’eau chaude mesurée. Généralement l’action sur vanne 3 voies est de type 3 points Une sonde mesure la température de l’eau chaude sanitaire.

64 64 Régulation ECS par vanne trois voies M 4 pompe de boucle B31 sonde ballon 1 Y 3 commande V3V B 32 sonde ballon 2 K6 résistances ballon (option) Schéma constructeur

65 65 Régulation ECS par vanne trois voies Commande vanne 3 voies. Sonde ballon. Régulateur. Schéma de raccordement

66 66 Régulation de cascade chaudières Régulation de cascades chaudières Régulation de la température de la boucle primaire: Commande de brûleurs 1 ou 2 allures à température constante Commande du fonctionnement des vannes d’isolement ou des pompes de charges de chaque chaudière en fonction de la température extérieure

67 67 Régulation de cascade chaudières Schéma hydraulique et fonctionnement Les 2 chaudières sont montées sur une boucle de Tichelman Le fonctionnement du circulateur de la 2ème chaudière est asservi au brûleur avec une temporisation au démarrage et à l’arrêt Le circulateur de la chaudière prioritaire doit fonctionner en permanence, il permet de faire circuler l’eau dans la boucle primaire et de fournir à la sonde l’information de température. Un clapet anti-retour est placé sur le départ de chaque chaudière il évite la circulation d’eau quand elle est à l’arrêt la corrosion (point de rosée) en réalisant une « relance contrôlée ».. Une sonde de température retour mini permet de protéger les chaudières contre la corrosion (point de rosée) en réalisant une « relance contrôlée »..

68 68 Régulation de cascade chaudières

69 69 Régulation flottante Régulation tout ou rien Actions complémentaires Système proportionnel Action complémentaire dérivée Action complémentaire intégrale Tableau récapitulatif Constante de temps Définitions Paramétrage des régulateurs P, PI, PID. Régulation proportionnelle intégrale Régulation proportionnelle intégrale dérivée

70 70 Régulation tout ou rien Principe : L’organe de réglage ou de commande ne peut occuper que deux positions extrêmes à l’exclusion de toute position intermédiaire. Exemple : marche/arrêt, ouvert/fermé Dans la variante « tout ou peu » l’une des position permet un fonctionnement intermédiaire. Le passage d'une position à l'autre, appelé "commutation" doit s'effectuer lorsque la grandeur à régler franchit le point de consigne. En fait, à cause du différentiel, la commutation s'effectue en retard. Le régulateur est dit à action discontinue à deux échelons.

71 71 Régulation tout ou rien Exemples d'organes actionnés en "tout ou rien" : - relais de brûleur, - vanne électromagnétique, - pompe ou ventilateur, - moteur tout ou rien. Pour lesquels l'ordre de commande est délivré par : - thermostat "tout ou rien" dans les régulations électromagnétiques, - un relais "tout ou rien" dans les régulations électroniques.

72 72 Régulation tout ou rien Analyse du fonctionnement : Par exemple, prenons la régulation de la température d'un ballon d'eau chaude sanitaire à accumulation. L'alimentation du ballon est assurée par une vanne "tout ou rien". Un thermostat du type "aquastat" commande la vanne. Eau chaude sanitaire Eau froide sanitaire Point de consigne = 55°C

73 73 Régulation tout ou rien Eau chaude sanitaire Eau froide sanitaire Point de consigne = 55°C  > 55°C Secteur 220 V Vanne électromagnétique Thermostat

74 74 Régulation tout ou rien 1er cas : On suppose nul le différentiel du thermostat, pas de retard. Au temps 0, au démarrage, la température du ballon est en dessous du point de consigne : - la vanne d'eau chaude chaudière est grande ouverte, - la température du ballon est en train de croître.

75 75 Régulation tout ou rien Temps 56 54 55  Organe de réglage Ouvert Fermé Point de consigne Grandeur réglée t 1 t 2t 3 t 4 t 5 T

76 76 Régulation tout ou rien Après t1, la température atteint le point de consigne, puis le dépasse. - La vanne se ferme, mais la température continue à croître durant un certain temps du fait de la capacité du serpentin chauffant. - La température de l'eau du ballon passe par une valeur maximale au temps t2, puis décroît. A t3, la température descend au-dessous du point de consigne. - La vanne s'ouvre, mais la température du ballon continue à décroîte un certain temps correspondant au réchauffage du serpentin, jusqu'à un mini au temps t4, avant de croître à nouveau ; puis le cycle recommence à t5 comme de t1 à t5. Le cycle est caractérisé : - par une période : temps T de t1 à t5. - par une amplitude : variation de la température autour du point de consigne.

77 77 Régulation tout ou rien 2ème cas : en réalité, le régulateur possède un différentiel. Dans ce cas on remarquera : - l'amplitude du cycle est augmentée de la valeur du différentiel propre au régulateur. Le résultat s'appelle différentiel résultant ou différentiel total. - la période du cycle est augmenté de deux fois le temps T que met la variable pour franchir le différentiel; Elle devient T'. On voit donc que le différentiel : - augmente l'amplitude : l'écart sur la grandeur réglée est plus grand. - augmente la période : les organes de régulation fonctionnent moins souvent ce qui prolonge leur durée de vie.

78 78 Régulation tout ou rien Temps 55 53 54  Différentiel total Grandeur réglée Temps Organe de réglage Ouvert Fermé t 1t 3t 5 T' 57 56 tt

79 79 Régulation tout ou rien 3ème cas : le thermostat régulateur est du type à "anticipation". Le thermostat possède une résistance R qui est mise sous tension à chaque demande de chaud (contact froid). Cette résistance chauffe l'élément détecteur qui est ainsi "trompé" et la commutation s'effectue avec "anticipation". Le cycle de régulation prend l'allure suivante : R Thermostat T < 55°C T > 55°C Secteur 220V Vanne électromagnétique

80 80 Régulation tout ou rien Temps 55 53 54  Organe de réglage Ouvert Fermé Différentiel total Grandeur réglée t 1t 3t 5 T' 57 56

81 81 Régulation tout ou rien Remarques : On voit que dans ce cas l’amplitude a diminué (ce qui est bien). Par contre, la période T’ est légèrement plus courte (les organes fonctionnent plus souvent, ce qui peut abréger leur durée de vie). De plus, la valeur moyenne de réglage PC1 est légèrement abaissée par rapport à la valeur fixée PC0. Cette diminution est d’autant plus importante que la puissance de la résistance anticipatrice est élevée.

82 82 Régulation tout ou rien Condition d’utilisation de la régulation "tout ou rien" Une bonne régulation "tout ou rien" doit présenter une courbe d'enregistrement de température avec la plus faible amplitude et la plus longue période Période Amplitude Temps

83 83 Régulation tout ou rien a) l'inertie thermique du système réglant doit être faible par rapport à celle du système réglé. Pour le ballon, c'est l'inertie de l'ensemble vanne serpentin, soit une capacité de l'ordre de quelques litres. b) l'inertie thermique du système réglé doit être grande par rapport à celle du système réglant. Pour le ballon c'est l'inertie de la masse de 1000 litres ou plus d'eau. c) la boucle de régulation doit réagir sans retard. Cette condition suppose une action instantanée du régulateur et l'utilisation d'organes de commande rapides. d) le différentiel doit être faible (toutefois, il est parfois nécessaire d'augmenter, grâce au différentiel une période trop courte, mais en contrepartie, l’amplitude augmente ce qui est gênant). e) l'emploi du thermostat à anticipation contribue à diminuer l'amplitude des oscillations. Ce résultat est obtenu avec les conditions suivantes :

84 84 Régulation tout ou rien L'application au ballon à accumulation répond parfaitement aux conditions posées, à savoir : Eau chaude sanitaire Eau froide sanitaire Point de consigne = 55°C On admet des soutirages faibles devant la capacité du ballon et une température homogène par brassage, agitation, convection. - Capacité de l'élément chauffant faible, donc inertie faible. - Capacité de l'élément chauffé grande, donc inertie grande.

85 85 Régulation tout ou rien Application à la régulation d'une installation de chauffage par radiateurs - Action sur vanne Le système REGLANT (vanne radiateur) doit avoir une inertie TRES FAIBLE par rapport au système réglé. Le système REGLE (local) doit avoir une inertie TRES GRANDE par rapport au système réglant. Le thermostat doit avoir une faible constante de temps, et sera de préférence "à anticipation". Le moteur de vanne devrait être rapide. Dans ces conditions, la régulation "tout ou rien" est possible. Moteur "tout ou rien" R 220V

86 86 Régulation tout ou rien -Action sur brûleur Le brûleur est commandé par le thermostat d'ambiance. Le thermostat de la chaudière joue le rôle de thermostat limiteur. Le système REGLANT comporte cette fois le brûleur + la chaudière + les tuyauteries + les radiateurs. Dans une installation, avec radiateurs en fonte, la quantité d'énergie calorifique disponible au moment de l'arrêt du brûleur est importante. 220 V R Fr. Ch. Ph N N R

87 87 Régulation tout ou rien -La quantité de chaleur accumulée dans le corps de la chaudière continue à chauffer l'eau. -L'énergie calorifique disponible dans l'eau de la chaudière se dissipera lentement dans les radiateurs. Si les pertes calorifiques sont faibles (bâtiment avec murs épais et petites ouvertures, bien isolé), la température ambiante peut monter de 1 à 2°C après que le thermostat aura arrêté le brûleur. A la remise en route du brûleur, la quantité de chaleur à apporter pour réchauffer la chaudière, l'eau, la tuyauterie, les radiateurs et les murs est importante, et la température ambiante continuera à descendre de 1 à 2°C après que le thermostat aura remis en route le brûleur. Il y a donc risque d'avoir à la fois une amplitude importante et des cycles longs. On utilisera, en conséquence, un thermostat à anticipation.

88 88 Régulation tout ou rien Exemple : Si l'on considère une installation dont les cycles sans anticipation sont de ½ heure de marche pour une ½ heure d'arrêt, avec un brûleur de 60 kW, l'installation reçoit 30 kW dans l'heure Avec un thermostat anticipé, la même installation à des cycles composés : ¼ d'heure de marche, ¼ d'heure d'arrêt, ¼ d'heure de marche, ¼ d'heure d'arrêt. L'installation reçoit la même quantité d'énergie mais le réglage est beaucoup plus sensible et l'inertie apparente est diminuée.

89 89 Régulation tout ou rien 20 19 18 Sans anticipation Avec anticipation

90 90 Régulation tout ou rien Inconvénients : Les temps de fonctionnement du brûleur sont fonction de la saison : -En hiver, les temps de marche seront longs et les temps d'arrêt courts. La température de l'eau de chaudière sera élevée 70 à 90°C. -En demi saison, les temps de marche se réduiront et les temps d'arrêt s'allongeront. La température de l'eau de chaudière sera moyenne 40 à 60°C. -En fin de saison de chauffe, les temps de marche seront courts et les temps d'arrêt longs. La température de l'eau de chaudière s'abaissera à 30, 25 et même 20°C. En conséquence, et pendant une bonne partie de l'année : -Les températures de retour à la chaudière seront suffisamment basses pour favoriser la corrosion. -Les utilisateurs ne peuvent disposer d'E.C.S. (si l'installation comporte un ballon) qu'en période froide

91 91 Régulation tout ou rien Conclusion sur la régulation "tout ou rien" Avantages : C'est un système simple, peu coûteux, facile à installer et à remplacer. Il donne satisfaction à condition d'être employé dans des conditions spécifiques. Il se prête aux fonctions de limitation et de sécurité. Il permet d'obtenir différents régimes (jour – nuit) avec des appareillages adaptés et un dispositif de commutation par horloge. Inconvénients La grandeur réglée n'est pas constante, il y a une oscillation permanente de cette grandeur autour de la valeur de consigne. Le rayonnement des corps de chauffe n'est pas constante. Les usagers sont sensibles à cet inconfort. Les bruits dus aux dilatations de tuyauteries provoquées par les variations rapides de la température de l'eau incommodent les usagers.

92 92 Régulation tout ou rien Inconvénients (suite) Le système ne s'applique pas à régulation : -Des installations à panneaux de sol ( le système réglant ayant trop d'inertie). -Des ballons de production E.C.S. de trop faible capacité (le système réglé a peu d'inertie). -Des préparateurs instantanés. Le système de régulation par action sur brûleur présente des inconvénients qui lui sont propres et qui ont été indiqués.

93 93 Régulation flottante Dans ce mode de régulation, l’organe de réglage peut prendre toute position intermédiaire entre les deux positions extrêmes et y rester. Pour assurer cette fonction, le dispositif inverseur possède des différentiels (XD) et une zone neutre (Zn). Grandeur réglée Consigne Demande 100 % Fermeture 100 % Ouverture Equilibre XD Zn

94 94 Régulation flottante Régulateur Ouverture Fermeture L Y1 N Y2 Le régulateur possède un dispositif inverseur à trois positions L’inverseur de commande est réalisé par : des relais à balance électromécaniques (régulateurs ancienne génération) des bascules électroniques par transistors (régulateurs nouvelle génération) Le moteur de la vanne doit être de type électromécanique 3 points.

95 95 Système proportionnel Dans ce mode, il existe une relation continue, linéaire, entre la valeur de l'écart et la position de l'organe de réglage à l'intérieur d'une plage appelée bande proportionnelle. Autrement dit, en état d'équilibre, à chaque valeur de la grandeur réglée correspond une position déterminée de l'organe de réglage. Chauffage Temp INT 19° O% 100% Puissance 17°18° 50% xp Attention ! En mode proportionnel pur, il subsistera toujours un écart entre la consigne et la température obtenue puisque l’organe ne s’ouvrira que s’il existe un écart !

96 96 Système proportionnel Régulation mécanique du niveau d’eau: Flotteur:sonde Bras de levier (a+b):Xp Volume d ’arrivée ( V1):Grandeur de réglage Y Volume de sortie ( V2 ):Charge de l ’installation W (niveau souhaité) :consigne X (niveau mesuré) :grandeur mesurée Remarque: Conclusion: Inconvénient: Plus la fuite est importante, plus l’écart consigne-mesure augmente. L’écart consigne-mesure dépend donc de la charge. Il subsiste un écart permanent sitôt qu’il y a une charge.

97 97 Système proportionnel Application au chauffage régulé par une boucle fermée sur l’ambiance : Toute variation de la température ambiante, mesurée par le détecteur, entraîne, par l'intermédiaire du régulateur proportionnel, une modification de l'ouverture de la vanne proportionnelle à l’écart. Il en résulte une variation correspondante de l'émission calorifique du corps de chauffe.

98 98 Système proportionnel Régulateur proportionnel Détecteur Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Ordre de commande Local Température à régler Écart (consigne – mesure) = 100 % de XP ouverture vanne 100 %

99 99 Système proportionnel Régulateur proportionnel Détecteur Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Ordre de commande Local Température à régler Écart (consigne – mesure) = 50 % de XP ouverture vanne 50 %

100 100 Système proportionnel Régulateur proportionnel Détecteur Moteur Vanne Organe de réglage Radiateur Ordre de commande Local Température à régler Écart consigne – mesure = 0 % de XP ouverture vanne 0 %

101 101 Système proportionnel Dans le cas d'une régulation proportionnelle du chauffage d'ambiance. La position de la vanne est bien modifiée proportionnellement à l'écart. Le régulateur proportionnel ne répond qu'à la grandeur de l'écart, il est insensible à la vitesse de variation ou à la durée de cet écart. Puisqu'il faut une modification de l'écart pour provoquer une modification de la position de la vanne, il existe un écart résiduel. Perturbation de la charge thermique temps Bande proportionnelle XP Consigne Grandeur réglée : température Grandeur de réglage. Position de la vanne 100% 50 % 0 % Position de la vanne proportionnelle à l’écart

102 102 Système proportionnel Par diminution de la BP ou XP. Pour réduire cet écart, il faut réduire la largeur de la bande proportionnelle, mais il existe une BP ou XP minimale au-dessous de laquelle le régulateur aura un fonctionnement cyclique assimilable à un fonctionnement tout ou rien ; c'est le pompage. Remèdes pour corriger l'écart de réglage. XP trop étroite : la régulation pompe XP XP bien réglée : l’écart de réglage est réduit XP Grandeur réglée Consigne XP trop large : l’écart de réglage est large XP

103 103 Système proportionnel Réglage de la bande proportionnelle. Selon les régulateurs, la bande proportionnelle peut être fixe ou réglable. La bande proportionnelle est exprimée : - soit dans l’unité de la grandeur réglée, par exemple 2 K pour une régulation d’ambiance ; - soit en pour cent de la plage de réglage.

104 104 Actions complémentaires Nécessité des actions complémentaires Le réglage proportionnel présente deux inconvénients : - Un risque de pompage si la bande proportionnelle est réglée trop petite - Une augmentation de l’écart permanent résiduel si la bande proportionnelle est réglée trop grande. Ainsi l’action P seule ne peut effectuer un réglage correct si la grandeur de réglage est soumise à de fortes variations.

105 105 Action complémentaire intégrale Dans le système proportionnel, l’organe de réglage prend une position proportionnelle à l’écart de la grandeur à régler. Dans le système intégral, c’est la vitesse de l’organe de réglage qui est proportionnelle à l’écart de la grandeur à régler. Plus l’écart est grand plus grande sera la vitesse de l’organe de réglage. Il est très important de remarquer qu'aussi longtemps qu'il existe un écart, il existe une correction de la position de la vanne. Le mot intégral signifie qu'il est fait une intégration des valeurs passées de l'écart. La position de l'organe de réglage dépend donc de ces valeurs et de leur durée. Ce mode de réglage procure une correction jusqu'à ce que l'écart soit nul, ce que ne peut réaliser le mode proportionnel.

106 106 Action complémentaire intégrale Analogie : L’image de cette action correspond à celle d’un automobiliste apercevant au loin un feu rouge. Il va réduire progressivement sa vitesse afin que le véhicule s’immobilise en arrivant au feu. 50 km/h 25 km/h

107 107 Régulateur proportionnel intégral L’addition de l’action intégrale au mode proportionnelle permet d’annuler automatiquement l’écart du régulateur P. Le régulateur possède deux paramètres de réglage : - La bande proportionnelle (XP) - La constante de temps d’intégration (ti) qui est le dosage de l’action intégrale. temps Grandeur de réglage 0 1 2 mn Écart consigne mesure E E E Action P Action I Écart résiduel Choix de la constante de temps d’intégration 1 2 E Action P + I Écart nul

108 108 Action complémentaire dérivée Dans la fonction dérivée, l’action du régulateur est proportionnelle à la vitesse de variation de l’écart de réglage et non plus à la valeur de l’écart. Plus la vitesse de variation de l’écart est brusque, plus l’action du régulateur est importante. Si la vitesse de variation de l’écart est constante ou nulle, l’action dérivée est annulée.

109 109 Régulateur proportionnel intégral dérivé (PID) L’action P corrige la position de la vanne proportionnellement à l’écart temps Grandeur de réglage 0 1 2 mn L’action I corrige la position de la vanne à une vitesse proportionnelle à l’écart. L’écart résiduel est éliminé. L’action D corrige la position de la vanne proportionnellement à la vitesse de variation de l’écart pour amener le plus rapidement possible la grandeur réglée à sa valeur de consigne,après une variation brutale. Écart consigne mesure E E Action P E Action I E Action D Action P + I + D E

110 110 Tableau récapitulatif des actions discontinues des régulateurs Régulation de température départ en fonction de l’extérieur Régulation de vanne 3 voies motorisées Système non adapté à la régulation d’ambiance Dispositif peu coûteux Bonne précision Flottant Commande de : Brûleurs 2 allures VMC Volets d’air Régulation à plusieurs étages Idem Tout Ou Peu Systèmes à grande inertie Commande d’organes électriques (VEM, moteurs…) Régulation à point de consigne fixe Fluctuation de la grandeur réglée Régulation simple Fiable Économique Tout Ou Rien ApplicationsFonctionsInconvénientsAvantagesMode

111 111 Tableau récapitulatif des actions continues des régulateurs Systèmes de régulation avec des tolérances faibles. Processus industriels. Processus élaboré avec des paramètres à contrôler très précis Réglage à entretenir Configuration coûteuse Stabilisation très rapide Écart permanent nul PID Régulation de température départ en fonction de l’extérieur. Régulation d’air pulsé. Régulation des systèmes à variation de charge lente Action relativement lente Ne corrige pas les variations brutales Affinement de l’écart du P Bonne stabilité Compense les irrégularités lentes PI Régulation de température ambiante. Boucle de régulation longue Écart par rapport à la consigne Ne supporte pas les irrégularités Bonne sensibilité P ApplicationsFonctionsInconvénientsAvantagesMode

112 112 Constante de temps Température de la Sonde Ts Température de l’eau Te RTe Ts C Résistance thermique entre l’eau et la sonde Capacité calorifique de la sonde Une sonde de température soumise à une variation brutale de température présente une réponse exponentielle qui dépend du produit de sa résistance par sa capacité calorifique. Ce produit RC est appelé constante de temps .

113 113 Constante de temps En thermique les réactions ne sont jamais instantanées il s’écoule toujours un certain temps entre une variation de la grandeur à régler et la compensation de cet écart. Tous les composants d’une boucle de régulation ont des temps de réponse dus aux capacités calorifiques des corps considérés, c’est la constante de temps Temps  5  Ordre de commande Variation en échelon Température 63,2% Cette constante de temps peut être connue en traçant la droite qui correspond à la pente maximale à l’origine de l’échelon. Il faut attendre 5  pour obtenir 99 % de la variation totale.

114 114 Temps de retard Dans les installations, il existe des retards dus au déplacement de l’eau dans les tubes ou de l’air dans les gaines. M TT 1m 10 m 90 °C 20 °C v = 1 m/s Exemple : Si l’on pose une sonde à 10 m de la pompe au lieu de 1m, on introduit par rapport au premier un temps de retard supplémentaire de 9 secondes. Pour faciliter la régulation, il faut essayer de diminuer le plus possible les temps de retard ou temps morts.

115 115 Temps de retard et constante de temps Temps Ordre de commande Variation en échelon Température 63,2%  5  t0t0 t0t0 Tr Dans une boucle de régulation, les temps de retard s’ajoutent aux constantes de temps et de ce fait, augmentent le degré de difficulté de régulation.

116 116 Paramétrage des régulateurs P, PI, PID Certains régulateurs conçus pour des applications spécifiques sont paramétrés par le constructeur. Méthode empirique de réglage 1 – Rechercher la bande proportionnelle ultime - éliminer les effets de l’action intégrale et de l’action dérivée, - régler la bande proportionnelle Xp à sa valeur maximale - diminuer progressivement Xp et déceler la bande proportionnelle qui déclenche le pompage sans s’amortir. Noter sa valeur X pu et relever la durée d’une période de pompage t pu

117 117 Paramétrage des régulateurs P, PI, PID 2 – Paramétrer le régulateur en fonction de X pu et de t pu - Pour P seul : Xp = 2 X pu - Pour PI : Xp = 2,3 X pu ti = t pu - Pour PID : Xp = 1,7 X pu ti = 0,75 t pu td = 0,125 t pu

118 118 Calage de la courbe de chauffe Réglage de la courbe de chauffe Correction de la courbe de chauffe Pente de la courbe de chauffe Courbe de chauffe

119 119 Réglage de la courbe de chauffe Le réglage initial de la courbe de chauffe se fait en fonction : De la température ambiante désirée. De la température extérieure de base utilisée pour le calcul des déperditions du bâtiment. De la température de départ fixée lors du choix des corps de chauffe.

120 120 Réglage de la courbe de chauffe Pour obtenir une température de 20° C dans le local, une température de 20°C sur le départ par 20° extérieur doit logiquement être affichée sur le régulateur. Aucun échange n ’aura lieu, car il y a équilibre des températures. Ces valeurs correspondent à la puissance maxi de l ’installation. Elles sont à adapter selon la situation géographique du bâtiment et du mode de chauffage retenu.

121 121 Calage de la courbe de chauffe Suite au réglage initial, un enregistrement des températures ambiantes et extérieures doit être effectué. Cet enregistrement sert à affiner les réglages de la courbe, les données issues du calcul de l'installation étant en général très optimistes. Beaucoup de paramètres ne sont pas tout à fait respectés par rapport à l'étude initiale ( débit des pompes, dimensionnement des corps de chauffe, mise en oeuvre des isolants...etc.). Dans l'exemple suivant une baisse de la température ambiante est mise en évidence lors d'une chute de la température extérieure (l'installation ne comporte pas de réduit de nuit).

122 122 Calage de la courbe de chauffe Enregistrement de la température ambiante Enregistrement de la température extérieure

123 123 Pente de la courbe de chauffe Une relation existe entre la pente et l'écart en ambiance. Pour effectuer ce calcul il est nécessaire de connaître la "valeur" de la pente. Calcul de la pente : Ceci revient à dire que lorsque nous avons affaire à une pente de 2, il s'agit d'une augmentation de 2 degrés sur le départ lors d'une diminution de 1 degré à l'extérieur.  t départ  t extérieure Pente =

124 124 Correction de la courbe de chauffe Calcul de la variation du départ pour un écart donné dans l'ambiance : Un écart de 1 K ambiant correspond à un écart de température départ de la valeur de la pente + 1 Si nous voulons augmenter la température ambiante de 2 °C, il faudra augmenter le départ de : ∆t départ=(Pente+1) * 2 Si la pente est égale à 1,5 le décalage du départ sera alors de : 5 ° C =( 1,5 + 1 ) * 2