CH707054A2 - Procédé prédictif de commande, par exemple du chauffage, et dispositif pour la mise en œuvre du procédé. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un procédé, de commande d’un régulateur, par exemple pour le chauffage d’un bâtiment qui utilise une valeur de consigne et une valeur mesurée pour générer une commande. Le procédé prend en compte en outre une valeur prévue de mesure liée à des paramètres externes comme, par exemple, les prévisions météorologiques et anticipe le changement de ladite valeur prévue en modifiant la valeur mesurée pour générer la commande appropriée.

Description

Domaine de l’invention

[0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la commande et la régulation, par exemple du chauffage d’un bâtiment ou d’une maison.

[0002] De nombreux systèmes et procédés existent dans l’état de la technique. Pour les grands bâtiments, des systèmes complexes ont été développés.

[0003] Dans le cadre des maisons individuelles et des petits bâtiments, on ne trouve en général que des systèmes basiques de régulation avec un capteur (ou plusieurs) de température et une valeur de consigne donnée par l’utilisateur. Lorsque la température mesurée est inférieure à la valeur de consigne choisie, le chauffage se met en marche et lorsque la valeur mesurée correspond à la valeur de consigne, voire devient supérieure à celle-ci, le chauffage s’arrête.

[0004] Une telle régulation est purement passive et ne tient compte que de la mesure effective de la température et de sa comparaison avec une valeur de consigne.

[0005] Des publications de l’état de la technique portent sur ces systèmes et méthodes de régulation.

[0006] Par exemple, la demande DE 10 2008 034 923 A1 concerne un procédé de commande d’une installation d’air conditionné ou de chauffage. Dans le procédé décrit, on prend en compte les prévisions météorologiques pour déterminer une prévision météorologique locale (de l’endroit où se trouve le bâtiment en cause) et on utilise cette prévision locale pour effectuer la commande de l’installation de chauffage ou d’air conditionné.

[0007] Dans la demande WO 2004 025 189, on décrit un procédé de commande des flux de chaleur dans au moins un bâtiment par des moyens de régulation utilisant comme paramètres d’entrée: au moins une valeur cible (consigne) telle que la température souhaitée pour un local particulier, un paramètre général représentant une grandeur qui règne à l’intérieur ou à l’extérieur du bâtiment et qui influence au moins indirectement la température qui règne dans le local particulier, et au moins un paramètre spécifique qui est caractéristique des conditions particulières d’écoulement de chaleur du local particulier concerné, ledit paramètre spécifique étant par notamment la surface vitrée, l’état de l’isolation, l’orientation du local, l’ombre portée par des bâtiments voisins et/ou la végétation, la hauteur du bâtiment au-dessus du niveau normal ou encore les coordonnées du bâtiment.

[0008] La demande US 2010 0 211 224 décrit un procédé utilisant un algorithme pour déterminer si les conditions extérieures au bâtiment peuvent être utilisées pour employer de l’air extérieur en vue de chauffer ou refroidir le bâtiment, ce qui permet d’éviter l’utilisation d’une installation de chauffage ou d’air conditionné lorsque lesdites conditions extérieures peuvent être utilisées.

[0009] La demande WO 2007 128 783 concerne un procédé et dispositif pour l’optimisation de la consommation d’énergie dans un bâtiment. Des informations concernant la météo sont collectées et des commandes appropriées sont ensuite déterminées pour le chauffage ou le refroidissement dudit bâtiment.

[0010] D’autres publications de l’état de la technique sont les demandes suivantes: JP 2002 082 718, JP 2005 158 020, WO 2011 048 181, JP 2005 229 758, WO 2011 140 090, WO 9 744 720, US 2010 152 905, WO 2011 160 152, US 2012 101 653, US 2011 106 327, US 2010 289 643, WO 2006 055 334, US 609 8 893, WO 2009 039 849, WO 0 077 588, DE 10 2004 032 562, GB 2 212 949, US 5 337 955, GB 2 278 207.

Description détaillée de l’invention:

[0011] Un but de l’invention est de proposer un procédé et un dispositif plus simples et plus efficaces que ceux connus actuellement afin d’optimiser la régulation, dans le cas du chauffage au moyen du mazout par exemple et de diminuer la consommation de ce produit.

[0012] Plus précisément, le but de l’invention est de proposer un système actif et prédictif qui ne tient pas seulement compte d’une valeur mesurée et de sa comparaison avec une valeur de consigne.

[0013] De plus, l’un des buts de la présente invention est de proposer un système simple, efficace qui peut se monter sur des installations existantes ou être intégré dans de nouvelles installations à construire.

[0014] L’invention sera mieux comprise grâce à la description de modes d’exécution de celle-ci et des figures qui s’y rapportent dans lesquelles:

[0015] La fig. 1 est un schéma-bloc d’une mode d’exécution du procédé selon l’invention;

[0016] La fig. 2 est un schéma-bloc d’un mode d’exécution d’un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention.

[0017] Dans le cadre du chauffage d’une maison ou d’un bâtiment de petite taille, comme exemple illustratif d’application de l’invention, l’on s’est aperçu qu’il pouvait être utile de tenir compte des prévisions de la météo pour anticiper un changement de température (vers le haut ou vers le bas) qui aura pour effet l’arrêt ou la mise en route du système de chauffage en fonction de la valeur de consigne (température) définie par exemple par un utilisateur.

[0018] De plus, les bâtiments possèdent aussi une certaine inertie thermique qui est un paramètre utile à prendre en compte dans une logique prédictive telle que celle suivie par la présente invention.

[0019] En plus, lorsque le bâtiment n’est pas occupé, il n’est pas nécessaire de maintenir le même degré de confort on peut dans un tel cas faire appel à un calendrier d’occupation, typiquement un calendrier en ligne, pouvant être mis à jour à distance au moyen d’un smartphone ou d’un navigateur web ou d’un autre moyen équivalent.

[0020] Dans une régulation normale et passive, comme indiqué ci-dessus, le système va détecter (par exemple) une baisse de la température (valeur mesurée en dessous de la consigne choisie) et en réaction démarre le chauffage (par exemple en allumant un brûleur pour chauffer l’eau du circuit des radiateurs).

[0021] Comme le bâtiment possède une certaine inertie thermique, l’effet du chauffage ne se fait pas sentir immédiatement d’où un inconfort pour l’utilisateur qui, en réaction, peut être tenté d’augmenter la valeur de consigne s’il a l’impression que le chauffage n’est pas suffisant. Dans un tel cas, une fois que la température du bâtiment a atteint la valeur de consigne augmentée (au niveau de la mesure), l’utilisateur va alors diminuer la valeur de consigne puisque celle atteinte est supérieure à celle souhaitée.

[0022] Compte tenu de l’inertie thermique du bâtiment, l’effet de la diminution de la valeur de consigne ne se fera pas sentir tout de suite non plus, ce qui peut pousser l’utilisateur à trop diminuer la valeur consigne et la température finalement atteinte sera inférieure à celle souhaitée. On entre alors dans un cycle de modifications permanentes des valeurs de consigne qui est nocif pour la consommation et le bien-être de l’utilisateur qui se met à ajuster de façon récurrente la valeur de consigne de l’installation.

[0023] Pour remédier à cela, selon l’invention, comme indiqué ci-dessus, on tient compte, d’une part, des prévisions météo pour anticiper une variation de température (vers le bas ou vers le haut) et se préparer à la mise en route de l’installation de chauffage ou à son arrêt.

[0024] En plus de ce paramètre lié à l’environnement extérieur, dans le procédé selon l’invention, on tient compte, d’autre part, au moins de l’inertie thermique du bâtiment pour rajouter un paramètre d’anticipation dans la commande du chauffage (pour sa mise en route ou son arrêt), ledit paramètre étant exprimé en constante de temps.

[0025] De plus, on tient compte de l’occupation du bâtiment (calendrier d’occupation en ligne, pouvant être mis à jour au moyen d’un smartphone ou d’un navigateur web) comme indiqué ci-dessus.

[0026] Selon l’invention, on effectue alors une correction de la valeur de consigne livrée aux automates de commande, par exemple d’une chaudière, pour prendre en compte les prévisions météo, l’inertie thermique du bâtiment et le calendrier d’occupation.

[0027] Concrètement, l’invention utilise le paramètre de l’inertie thermique du bâtiment sous forme de constante de temps pour anticiper une commande (mise en route ou arrêt), cette anticipation se traduisant au niveau de la commande par une valeur mesurée «corrigée» à cet effet avec un offset positif (pour un arrêt anticipé ou négatif pour un démarrage anticipé).

[0028] Comme exemple typique et illustratif dans le domaine de la commande de température d’un bâtiment, l’invention fonctionne de la manière suivante: –) les prévisions météo sont analysées pour déterminer si le bâtiment va subir une variation de température externe qui aura pour effet une variation liée de la température interne dudit bâtiment. La raison de cette variation peut être quelconque, seule importe la prévision d’une variation de température: soleil, nuages, pluie, vent, baisse ou augmentation générale de la température, canicule etc. –) on détermine aussi quand (dans combien de temps) cette variation de température va s’appliquer au bâtiment en cause et l’occupation dudit bâtiment; –) on prend en compte la variation prévue (en valeur), le moment de son arrivée et l’inertie thermique du bâtiment (sous forme de constante de temps) pour anticiper la mise en route ou l’arrêt de l’installation de chauffage par une commande anticipée de l’installation de telle sorte que lorsque la variation de température prévue s’applique au bâtiment, l’installation de chauffage a déjà été mise en route ou arrêtée en tenant compte de l’inertie thermique du bâtiment et de l’occupation.

[0029] La mise en route ou l’arrêt de l’installation sont gérés par une commande dépendant d’une valeur mesurée, telle que la température intérieure du bâtiment. Comme on l’a vu ci-dessus, ce fonctionnement est passif et ne réagit qu’en cas de différence effective entre la valeur mesurée et la valeur de consigne.

[0030] Selon l’invention, pour permettre l’anticipation et la prise en compte de l’inertie thermique du bâtiment (exprimée en constante de temps), le système corrige la valeur mesurée et la remplace par une valeur «erronée», par exemple avec un offset positif ou négatif, pour provoquer la mise en route ou l’arrêt anticipés de l’installation.

[0031] Pour la correction de la valeur, il est possible d’agir sur plusieurs paramètres comme on le comprendra dans la suite.

[0032] Un exemple illustratif concret permettra de mieux comprendre le principe de l’invention.

[0033] –) Dans le cadre de l’installation de chauffage d’un bâtiment, le système détecte grâce aux prévisions météo que la température extérieure va chuter de 5°C dans 48 heures. –) l’inertie thermique du bâtiment (exprimée sous forme de constante de temps) est de 23 heures, c’est-à-dire qu’il faut 23 heures pour que la température intérieure du bâtiment atteigne la valeur de consigne de température. –) tenant compte de ces paramètres, la valeur de température mesurée utilisée pour la commande est corrigée 23 heures (durée de la constante de temps illustrant l’inertie thermique) avant l’heure de la chute prévue de la température donc avec un offset négatif pour provoquer une mise en route anticipée de l’installation qui compensera l’inertie thermique du bâtiment. Ainsi, au moment où la température aura chuté de 5°C, le bâtiment aura déjà atteint la température de consigne.

[0034] Selon l’invention, il n’est pas nécessaire d’utiliser une valeur mesurée externe comme par exemple la température extérieure ou dans le bâtiment, mais on utilise les températures de l’eau au départ de la chaudière et celle de l’eau qui revient à la chaudière (qui a donc été utilisée pour le chauffage).

[0035] Plus précisément, dans un système de chauffage, selon un mode d’exécution de l’invention: –) la valeur de consigne commande la température de l’eau en sortie de la chaudière (conduite de départ vers le bâtiment à la sortie du mélangeur par exemple), avec une valeur identique ou une différence pour tenir compte des pertes; –) la température de l’eau qui revient dans la chaudière représente la valeur mesurée dans le bâtiment (même température ou avec une différence due aux pertes). –) la constante de temps qui illustre l’inertie thermique correspond au temps que met l’eau qui revient à la chaudière pour atteindre la température de l’eau qui quitte la chaudière, moins les pertes. –) pour la commande (mise en route ou arrêt), un offset positif ou négatif est ajouté à la température de l’eau qui part de la chaudière (conduite de départ vers le bâtiment à la sortie du mélangeur). En effet, dans de nombreuses installations, la régulation se fait en tenant compte de cette valeur et de la consigne, sur la base de courbes connues. Pour une température de consigne Tc donnée, il est nécessaire que l’eau en sortie de la chaudière ait une température Tout. Pour tromper le système de commande et provoquer la commande, on agit sur cette température Tout en lui ajouter un offset positif ou négatif.

[0036] En chiffres pour l’exemple ci-dessus on peut avoir les valeurs suivantes: –) température de consigne 20°C –) température de l’eau en sortie de chaudière, par exemple 35° (en fonction des courbes s’appliquant dans le cas présent) –) température mesurée dans le bâtiment 20°C (mesure effective)

[0037] Dans un tel état, l’installation de chauffage ne fonctionne pas.

[0038] Une fois la baisse de température détectée à 48 heures, 23 heures avant la baisse (compte tenu de la valeur d’inertie thermique indiquée ci-dessus), les valeurs deviennent les suivantes: –) température de consigne 20°C –) température de l’eau en sortie de chaudière (valeur corrigée avec un offset de 5°C) 30°C

[0039] Dans un tel cas, l’installation de chauffage se met en route puisque le système détecte une différence entre la valeur de consigne et la valeur mesurée qui lui est fournie (et qui est corrigée avec un offset négatif) de l’eau en sortie et qui n’est pas à la bonne valeur de température pour assurer la consigne. Le système anticipe donc la température prévue et compense l’inertie thermique du bâtiment par une mise en route anticipée à une température trop élevée, l’eau en sortie ayant en réalité une valeur de 40° (due à l’offset appliqué).

[0040] Si les prévisions météo sont inverses, c’est-à-dire qu’elles prévoient une augmentation de la température, le fonctionnement est identique mais en sens contraire, et on profite de l’inertie thermique du bâtiment pour arrêter l’installation avant la variation effective de la température sachant que la température du bâtiment ne va pas chuter brutalement en raison de son inertie thermique.

[0041] Bien entendu, la valeur mesurée corrigée introduite dans le système peut être directement la valeur finale qui doit être mesurée lorsque les prévisions météo se seront accomplies ou on peut tenir compte d’autres paramètres pour varier cette valeur par paliers ou selon une pente.

[0042] Dans l’exemple ci-dessus, on devait augmenter la température de 5° avec une inertie thermique de 23 heures. On pourrait par exemple mettre en œuvre une commande (c’est-à-dire des offsets négatifs) par paliers: offset -2 pendant 12 heures, offset -4 pendant 6 heures et offset -5 pendant les 5 dernières heures avant la chute prévue de température.

[0043] Ces paliers, ou la pente suivie, peuvent être fixes ou alors basés sur la variation de la température extérieure prévue, ou sur le comportement en inertie thermique du bâtiment (pente de la courbe variation de la température par rapport au temps).

[0044] De façon avantageuse, le système de contrôle existant dans un bâtiment n’est pas remplacé par l’invention mais celle-ci agit simplement en superposant un offset positif ou négatif aux valeurs de consigne (température de l’eau au départ de la chaudière) livrées au régulateur thermique existant (grand bâtiment) du bâtiment pour une commande appropriée et anticipée selon les principes de l’invention.

[0045] Des variations sont bien entendu possibles dans le cadre de la présente invention.

[0046] Par exemple, la valeur mesurée (température) qui est utilisée pour la régulation peut être une valeur fixe prise dans un endroit déterminé du bâtiment, ou alors une valeur moyenne calculée sur la base de plusieurs valeurs mesurées à différents endroits.

[0047] Alternativement, la valeur mesurée peut être celle de l’extérieur du bâtiment en considérant que la température dans le bâtiment doit être identique ou comparable, ou encore dépend de celle-ci selon une règle connue (basée par exemple sur l’isolation thermique du bâtiment). Une valeur théorique intérieure peut dans ce cas être dérivée de la température extérieure mesurée.

[0048] D’autres paramètres et valeurs peuvent être utilisés pour mettre en route l’installation en trompant le système et les exemples donnés ci-dessus sont illustratifs. Ces paramètres peuvent notamment dépendre de l’application de la commande de la présente invention qui peut concerner un autre domaine que celui du chauffage de bâtiments.

[0049] Typiquement, le système de régulation selon l’invention détermine la constante de temps thermique du bâtiment sur la base de la lecture de température des capteurs d’eau en sortie et en entrée de la chaudière (réponse indicielle).

[0050] D’autres méthodes peuvent bien entendu être utilisées pour la détermination de l’inertie thermique du bâtiment et de la constante de temps qui la représente, par exemple par des mesures de température dans le bâtiment.

[0051] En résumé, les prévisions météorologiques et une constante de temps du bâtiment (représentant son inertie thermique) sont utilisées pour déterminer la valeur de l’offset à appliquer au système de réglage conventionnel. Ainsi, il est possible d’anticiper les variations de la température externe et d’économiser de l’énergie tout en améliorant le confort du bâtiment.

[0052] Comme paramètre additionnel, on peut également prendre en compte un calendrier d’occupation du bâtiment, ce qui peut être particulièrement utile pour un bâtiment dont les pièces (salles) sont occupées par plusieurs personnes (par exemple un école), ces personnes générant elles-mêmes une certaine température lors de leur présence, voire encore tenir compte d’une absence d’occupation (vacances) pour éviter un démarrage inutile.

[0053] De préférence, le système de mise en œuvre du procédé de l’invention comprend une application pour le calcul de la commande corrigée hébergée sur un serveur externe 1 ou dans le cloud 1 au moins un capteur 2 pour la valeur mesurée, un moyen de saisie 3 de la consigne (clavier, curseur etc.), une station météo 4, et régulateur pour appliquer la commande par exemple à la chaudière, dans le cas d’une application liée au chauffage. La communication entre les éléments peut être basée sur les services de télécommunications mobiles (GSM/GPRS ou WiFi ou autre équivalent).

[0054] Les modes d’exécution décrits dans la présente demande le sont à titre illustratifs et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. Le principe de la présente invention s’applique à d’autres domaines que le chauffage.

[0055] Des variations sont possibles dans le cadre de la protection recherchée par exemple par des moyens équivalents et les modes d’exécution décrits peuvent être combinés entre eux.

Claims (10)

1. Procédé de commande d’un régulateur, par exemple pour le chauffage d’un bâtiment, ledit procédé utilisant une valeur de consigne et une valeur mesurée pour générer une commande, ledit procédé prenant en compte en outre une valeur prévue de mesure liée à des paramètres externes et anticipant le changement de ladite valeur prévue en modifiant la valeur mesurée pour générer la commande de façon anticipée.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le régulateur agit sur un système de chauffage d’un bâtiment.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la valeur de consigne et la valeur mesurée sont des températures.

4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la valeur prévue est une température et est liée à des prévisions météo.

5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’anticipation du changement prend en compte une constante.

6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la constante est une constante de temps.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la constante de temps est représentative de l’inertie thermique du bâtiment.

8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la valeur mesurée est la température de l’eau en sortie d’une chaudière ou la température prise dans au moins une pièce du bâtiment ou la température prise à l’extérieur du bâtiment.

9. Méthode de chauffage d’un bâtiment utilisant au moins le procédé selon l’une des revendications précédentes.

10. Système pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 8, ledit système comprenant au moins des capteurs de mesure (2), des moyens de saisie (3) pour la valeur de consigne, des moyens de communication avec un réseau (1, 1 ́), des moyens de calcul et des moyens de commande (5) pour appliquer la commande déterminée par les moyens de calcul.