EP4484831A1 - Station thermo-hydraulique - Google Patents

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EP4484831A1
EP4484831A1 EP24183708.7A EP24183708A EP4484831A1 EP 4484831 A1 EP4484831 A1 EP 4484831A1 EP 24183708 A EP24183708 A EP 24183708A EP 4484831 A1 EP4484831 A1 EP 4484831A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermal energy
temperature
power
source
energy source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24183708.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas LAMAISON
Fabien BRUYAT
David CHEZE
Florent Lefrancois
Jean-François Robin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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
Publication of EP4484831A1 publication Critical patent/EP4484831A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • F24D10/003—Domestic delivery stations having a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D12/00—Other central heating systems
    • F24D12/02—Other central heating systems having more than one heat source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1042—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1048—Counting of energy consumption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/258—Outdoor temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/262—Weather information or forecast
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/269—Time, e.g. hour or date
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/13—Heat from a district heating network
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/14—Solar energy

Definitions

  • thermo-hydraulic networks relate generally to thermo-hydraulic networks, and more particularly to the stations for controlling the consumption of such networks.
  • the present description relates, in particular, to thermo-hydraulic networks comprising several sources of thermal energy, and allowing the reinjection of energy coming from a first source of energy towards a second source of energy.
  • thermo-hydraulic distribution network is a network comprising one or more fluids and one or more heat sources and/or one or more cold points allowing the temperature of the fluid(s) to be modified.
  • Such networks are used, for example, for heating or cooling a network, such as a building or a group of buildings.
  • thermo-hydraulic networks It would be desirable to be able to improve, at least in part, certain aspects of known thermo-hydraulic networks.
  • thermo-hydraulic networks There is a need for more efficient thermo-hydraulic networks.
  • thermo-hydraulic networks including several different heat sources and/or cold points.
  • thermo-hydraulic networks including as a first heat source the urban network, and as a second heat source the recovery of solar energy.
  • thermo-hydraulic networks overcomes all or part of the drawbacks of known thermo-hydraulic networks.
  • One embodiment provides a thermal-hydraulic network comprising one or more bidirectional stations for reinjecting energy from a first heat source to the network while a second heat source is used.
  • the first temperature is equal to a fourth set temperature of the first thermal energy source.
  • the first temperature is defined by an adaptive model taking into account one or more variables chosen from the following group: the outside temperature, the sunshine, the time, calendar information.
  • the first temperature is further defined partially by a learning model.
  • the reinjection unit comprises a second valve adapted to manage the starts and stops of said station.
  • said learning model uses said second valve.
  • said adaptive model further uses data obtained by another thermo-hydraulic station.
  • the second temperature is equal to a fifth set temperature of the second thermal energy source, when no surplus energy is reinjected.
  • the second temperature is determined using a calculation method similar to a calculation method used to obtain a fifth set temperature of said consumer.
  • the third power is equal to a first percentage of the second thermal power.
  • the fourth power is equal to a second percentage of the second thermal power, the second percentage being less than the first percentage.
  • the first and second thermal energy sources are heat sources.
  • the first source of thermal energy is a heat network, for example a heating network.
  • the second thermal energy source is a solar energy source.
  • the first and second thermal energy sources are cold spots.
  • the expressions “approximately”, “approximately”, “substantially”, and “of the order of” mean to within 10%, preferably to within 5%.
  • FIG. 1 represents, schematically and in the form of blocks, an embodiment of a bidirectional thermo-hydraulic station 100.
  • the bidirectional thermo-hydraulic station 100 is an interface for providing a consumer 120 (USER) with thermal energy from one or more thermal energy sources.
  • the station 100 is adapted to be used in a heating network, the consumer is therefore a network of a building or directly a heating means such as a radiator.
  • the station 100 is suitable for use in a cold network, also called a refrigeration network.
  • thermal energy the kinetic energy of a set of fluid particles supplied to station 100.
  • Thermal energy can be heat, in the case of a high temperature and a heating network.
  • Thermal energy can also be cold energy, in the case of a low temperature and a refrigeration network.
  • thermal energy source a source providing a fluid carrying thermal energy, cold or hot.
  • thermal energy sources Different examples are described below.
  • Station 100 is adapted, more particularly, to receive energy from several thermal energy sources, at least two.
  • the station 100 receives thermal energy from a first source 151 (DHN) and a second source 152 (Solar Field).
  • the person skilled in the art is able to adapt the embodiment of the station 100 to more than two thermal energy sources.
  • the figure 1 therefore more particularly represents a system comprising the thermo-hydraulic station, the consumer 120, and the two thermal energy sources 151 and 152.
  • the first source 151 is the district heating network ("District Heating Network") comprising an arrival line La(T_DHN_a) carrying a fluid at a first temperature T_DHN_a, and a return line Lr(T_DHN_r) carrying a fluid at a second temperature T_DHN_r.
  • the transported fluid by the arrival lines La(T_DHN_a) and return lines Lr(T_DHN_r) is water.
  • the arrival lines La(T_DHN_a) and return lines Lr(T_DHN_r) have a pressure difference noted ⁇ P_DHN.
  • the second source 152 is a solar energy source, also called a solar field.
  • An example source 152 is described in more detail in connection with the figure 2 .
  • thermal energy can be used here, and are within the reach of the person skilled in the art, such as a source of recovery heat, or fatal, industrial heat, or a source formed by a rejection of heat from a refrigeration machine.
  • the station 100 is particularly suitable for reinjecting surplus thermal energy supplied by the second source 152 into the first source 151.
  • the consumption unit 101 is directly connected to the consumer 120, and is adapted to supply it with thermal energy.
  • the consumption unit 101 is connected to the consumer 120 by a first channel supplying a fluid at a temperature Tcons,s, and by a second channel receiving said fluid from the consumer 120, this fluid generally no longer being at the temperature Tcons,s but at a temperature lower than the temperature Tcons,s.
  • the consumption unit 101 is, in addition, connected to the reinjection unit 103 by a first channel allowing it to receive a fluid at a temperature Thot, and by a second channel allowing it to supply said used fluid at a temperature Tcold.
  • the temperature Tcold is lower than or equal to the temperature Thot.
  • the consumption controller 102 is adapted to control the consumption unit 101.
  • the consumption controller 102 is adapted to receive a measured data representative of the temperature Tcons,s from the consumption unit 101, and to provide, to the unit 101, a consumption command CMD-Cons.
  • the nature and use of the command CMD_Cons are described in more detail in relation to the figure 2 .
  • the reinjection unit 103 is directly connected to the two thermal energy sources 151 and 152 and to the consumer unit, as described above.
  • the reinjection unit is adapted to use the thermal energy provided by the second source 152 either to send it directly to the consumer or to reinject it into the first source. This operation is described in more detail in relation to the figures 2 And 3 .
  • the reinjection unit 103 is connected to the first source 151 by a first channel allowing it to receive the fluid at temperature Thot, and by a second channel allowing it to supply the fluid at the temperature Tcold.
  • the reinjection unit 103 is connected to the second source 152 by a first channel allowing it to receive a fluid at the temperature Tsol, and by a second channel allowing it to supply the used fluid at a temperature lower than or equal to the temperature Tsol.
  • the reinjection controller 104 is adapted to control the reinjection unit 103.
  • the reinjection controller is adapted to receive different data from the consumption unit 101, the reinjection unit 102, from the second source 152, and from an outside temperature sensor (not shown in figure 1 ). All of this data will be detailed in relation to the figure 1 .
  • the reinjection controller 104 is adapted to provide, at output, a reinjection command CMD_Reinj representing, among other things, a setpoint temperature Treinj,sp.
  • the reinjection controller 104 further comprises a calculator 104-1 (Calc) adapted to provide the value of the setpoint temperature Treinj,sp.
  • the reinjection controller 104 and its calculator 104-1 are described in more detail in relation to the figures 2 And 3 .
  • FIG 2 represents, schematically and, partially in the form of blocks, in more detail an exemplary embodiment of a station 200 of the type of the embodiment of thermo-hydraulic station 100 described in relation to the figure 1 .
  • the thermo-hydraulic station 200 is, like the station 100 described in relation to the figure 1 , an interface for providing the consumer 120 (USER) with thermal energy from one or more thermal energy sources.
  • the station 200 is adapted, more particularly, to receive energy from the first source 151 (DHN) and from the second source 152 (Solar Field) described in relation to the figure 1 .
  • the station 200 is bidirectional, and therefore makes it possible to direct excess thermal energy from one source to the other.
  • the station 200 is adapted, more particularly, to reinject excess thermal energy from the second source 152 to the first source 151 (DHN).
  • the first source 151 may be the district heating network
  • the second source 152 is a solar thermal energy source, or solar field 152.
  • the Py152 pyranometer is a sensor used to measure the sunlight captured by solar panels.
  • the Py152 pyranometer is placed at the same inclination as the solar panels.
  • Sunshine is a measurement of surface electrical power, the unit of which is Watt per square meter.
  • the CNT152 energy meter is used to calculate the power Qsol related to the solar thermal energy collected by the solar panels.
  • the CNT152 energy meter is suitable for calculating the power Qsol provided by the source 152.
  • the CNT152 meter is positioned before the channel supplying the fluid at the temperature Tsol to the reinjection unit.
  • Pump P152 is used to control the flow rate of the fluid used by the second source 152.
  • the Vsol152 valve is optional, and is positioned on a channel upstream of the P152 pump.
  • the Vsol152 valve protects the 152 source against freezing during a start-up phase.
  • the exchanger E201 is adapted to receive the fluid at temperature Thot and to carry out the heat exchange with the consumer 120 to obtain the fluid at temperature Tcons,s which is then supplied to the consumer.
  • Pump P201 is used to control the flow in exchanger E201.
  • the Vcons201 valve is used to adjust the amount of fluid sent to the E201 exchanger.
  • the Vcons201 valve is controlled by the consumption controller 202.
  • the CNT201 energy meter is used to calculate the power Qcons linked to the thermal energy supplied to the consumer 120.
  • the CNT152 meter is positioned before the channel supplying fluid at temperature Tcold to the reinjection unit 203.
  • the consumption controller 202 is adapted to control the consumption unit 202.
  • the consumption controller 202 is adapted to receive measured data representative of the temperature Tcons,s from the consumption unit 201, and to provide, to the unit 101, a consumption command CMD-Cons.
  • the consumption command CMD-Cons makes it possible to control the valve Vcons201, and in particular to define its opening percentage.
  • the E203 exchanger is suitable for receiving the fluid at temperature Tsol from the source 152 and for carrying out the heat exchange with the fluid at temperature Thot.
  • Pump P203 is used to control the flow in exchanger E203.
  • the Vreinj203 valve is used to adjust the amount of fluid sent to the E203 exchanger.
  • the Vreinj203 valve is controlled by the reinjection controller 204.
  • the VBP203 valve is optional, and is used to manage the start-up and stop phases of the reinjection unit 203.
  • the VBP203 valve is controlled by the reinjection controller 204.
  • the VBP203 valve is used to ensure that the Treinj temperature at the outlet of the E203 exchanger is at the correct temperature before reinjecting it into the network, particularly during the start-up phases.
  • the reinjection controller 204 is adapted to control the reinjection unit 203.
  • the reinjection controller is adapted to receive different data from the consumption unit 201, the reinjection unit 202, from the second source 152, and from an outside temperature sensor (not shown in FIG. figure 1 ) providing the outside temperature Text.
  • the reinjection controller 204 is adapted to provide, at output, a reinjection command CMD_Reinj representing, among other things, a setpoint temperature Treinj,sp.
  • the reinjection controller 204 further comprises a calculator 204-1 (Calc), of the type of the calculator 104-1, adapted to provide the value of the setpoint temperature Treinj,sp.
  • FIG. 3 is a graph 301 representing the evolution of the set temperature Treinj,sp provided by the calculator 204-1 as a function of the evolution of the powers Qcons and Qsol.
  • graph 301 represents the evolution in hysteresis of the set temperature Treinj,sp as a function of the evolution of the powers Qcons and Qsol, that is to say as a function of a power ratio given by the following mathematical formula: Qcons ⁇ Qsol Qcons
  • station 200 The general operation of station 200, and station 100, is as follows.
  • source 152 When source 152 is not producing energy, only source 151 is used to provide thermal energy to consumer 120. Source 152 and reinjection unit 203 are not used.
  • the energy supplied by the source 152 is entirely intended to be used by the consumer 120.
  • the source 151 is used to supplement the thermal energy supplied by the source 152 so that the station is able to completely supply the power Qcons.
  • the two sources 151 and 152 are therefore used to supply thermal energy to the consumer 120. This is the self-consumption mode.
  • the power Qcons consumed by the consumer 120 is less than the power Qsol supplied by the source 152.
  • the energy supplied by the source 152 is no longer entirely intended to be used by the consumer 120, but is also intended to be reinjected into the source 151.
  • the source 152 is therefore used to supply the power Qcons, but also to supply the remainder of its power obtained to the source 151. This is the reinjection mode.
  • the calculator 204-1 provides the set temperature at the outlet of the exchanger E203 according to these operating modes.
  • the setpoint temperature Treinj,sp decreases to be equal to a setpoint temperature Tsp,autocons used during a self-consumption mode which is, generally, lower than the temperature Tsp,DHN.
  • the first power Q1 is, for example, defined as a percentage of the consumed power Qcons. According to the example illustrated in figure 3 , the first power Q1 is equal to ninety percent (90%) of the consumed power Qcons.
  • the second power Q2 is, for example, defined as a percentage of the consumed power Qcons but a percentage lower than the percentage defining the first power Q1. According to the example illustrated in figure 3 , the second power Q2 is equal to eighty-five percent (85%) of the consumed power Qcons.
  • Tsp,DHN As for the set temperature Tsp,DHN, it can be defined in different ways.
  • the temperature Tsp,DHN can be a fixed value.
  • the temperature Tsp,DHN can be defined by an adapted water law taking into account the outside temperature and the temperature T_DHN_a.
  • the "adapted water law” is called the estimated water law of the heat network 151 at its production plant which takes into account the thermal losses between said production plant and the substation of interest 200. Indeed, to improve the service life of the channels, or pipes, transporting the fluid, it is interesting to have a temperature Tsp,DHN close to the temperature T_DHN_a.
  • a learning phase, or enrichment, of the adaptive model of the fourth embodiment could be carried out when the reinjection mode is the main usage mode, that is to say that the information on the temperature of the network is only very rarely collected, because the consumption mode is almost never activated.
  • the reinjection pump P203 is turned off, and the reinjection valve Vreinj203 opens, to circulate the fluid between the forward line La(T_DHN_a) and the return line Lr(T_DHN_r) of the source 151.
  • the temperature Thot is indeed equal to the temperature T_DHN_a.
  • This allows the learning model to collect data about the evolution of the temperature T_DHN_a.
  • Such an implementation cannot be implemented over long periods, since the source 152 increases in temperature.
  • this realization can be implemented at different phases, for example during phases ranging from 1 second to 10 minutes. These phases are implemented at different times of the day to have a global vision of the range of variation of the network temperature.
  • the VBP203 valve can be used to improve the model, and also during a learning phase.
  • a sixth embodiment representing a further improvement of the fourth embodiment, it is also possible to use the reinjection valve Vreinj203 if the station 200 does not consume thermal energy from the source 152, while ensuring that the reinjection pump P203 accepts a fluid flow in the opposite direction to normal operation.
  • Such an implementation can be used to improve the model, and also during a learning phase.
  • the adaptive model described above can also take into account data collected by another station 200, for example a station located in a relatively equivalent climate, such as a geographically close station.
  • the set temperature Tsp,autocons can be defined using the same mathematical formula used to obtain the value of the set temperature Tcons,s as a function of the outside temperature.
  • the set temperature Tsp,autocons can be defined using the same mathematical formula used to obtain the value of the set temperature Tcons,s as a function of the outside temperature, but using a correction value to model the temperature pinch of the E201 exchanger.
  • this correction value is of the order of one to three degrees.
  • THE figures 4 And 5 represent temperature measurements taken during a simulation of operation of station 200. More particularly, the figure 4 represents a practical example of the evolution of the temperature Treinj,sp as a function of the ratio between the powers Qsol and Qcons defined in relation to the figure 3 . There figure 5 represents, for its part, the evolution of the different powers Qcons, Qsol and QDHN, and the evolution of the solar fraction, according to several operating modes.
  • the figure 4 illustrates the behavior described in relation to the figure 3 .
  • the hysteresis behavior is less visible in figure 4 , because the temperatures Tsp,DHN and Tsp,autocons are likely to vary over time, for example, at least, depending on the outside temperature Text and the set temperature Tcons,s.
  • the graphs of the figure 5 indicates that the thermal energy collected and then supplied by source 152 is used in greater quantity.

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Abstract

La présente description concerne une station thermo-hydraulique (200) comprenant :- une première unité (201) adaptée à échanger de l'énergie thermique avec un consommateur, dans laquelle l'énergie thermique peut provenir d'une première source d'énergie thermique et/ou d'une deuxième source d'énergie thermique ; et- un contrôleur de réinjection (204) adapté à réinjecter un surplus d'énergie thermique provenant de la deuxième source d'énergie thermique dans la première source d'énergie thermique lorsque la deuxième source d'énergie thermique fournit une première puissance thermique supérieure à une deuxième puissance thermique demandée par ledit consommateur, ledit contrôleur de réinjection (204) fournissant une température de consigne (Treinj,sp) à une unité de réinjection (203), la température de consigne étant égale à :- une première température quand la première puissance est supérieure à une troisième puissance ;- une deuxième température quand la première puissance est inférieure à une quatrième puissance.

Description

    Domaine technique
  • La présente description concerne de façon générale les réseaux thermo-hydrauliques, et plus particulièrement les stations de commande de la consommation de de tels réseaux. La présente description concerne, en particulier, les réseaux thermo-hydrauliques comprenant plusieurs sources d'énergie thermique, et permettant la réinjection d'énergie provenant d'une première source d'énergie vers une deuxième source d'énergie.
    • Technique antérieure
  • Un réseau de distribution thermo-hydraulique est un réseaux comprenant un ou plusieurs fluides et une ou plusieurs sources de chaleur et/ou un ou plusieurs points froids permettant de modifier la température du ou des fluides.
  • De tels réseaux sont utilisés, par exemple, pour le chauffage ou pour le refroidissement d'un réseau, comme un bâtiment ou un ensemble de bâtiments.
  • Il serait souhaitable de pouvoir améliorer, au moins en partie, certains aspects des réseaux thermo-hydrauliques connus.
    • Résumé de l'invention
  • Il existe un besoin pour des réseaux thermo-hydrauliques plus performants.
  • Il existe un besoin pour des réseaux thermo-hydrauliques plus performants, et comprenant plusieurs sources de chaleur et/ou de points froids différents.
  • Il existe un besoin pour des réseaux thermo-hydrauliques plus performants, et comprenant comme première source de chaleur le réseau urbain, et comme deuxième source de chaleur la récupération de l'énergie solaire.
  • Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des réseaux thermo-hydrauliques connus.
  • Un mode de réalisation prévoit un réseau thermo-hydraulique comprenant une ou plusieurs stations bidirectionnelles de réinjection d'énergie provenant d'une première source de chaleur vers le réseau alors qu'une deuxième source de chaleur est utilisée.
  • Un mode de réalisation prévoit une station thermo-hydraulique comprenant :
    • une première unité adaptée à échanger de l'énergie thermique avec un consommateur, dans laquelle l'énergie thermique peut provenir d'une première source d'énergie thermique et/ou d'une deuxième source d'énergie thermique ; et
    • un contrôleur de réinjection adapté à réinjecter un surplus d'énergie thermique provenant de la deuxième source d'énergie thermique dans la première source d'énergie thermique lorsque la deuxième source d'énergie thermique fournit une première puissance thermique supérieure à une deuxième puissance thermique demandée par ledit consommateur, ledit contrôleur de réinjection fournissant une température de consigne à une unité de réinjection, la température de consigne étant égale à :
    • une première température quand la première puissance est supérieure à une troisième puissance ;
    • une deuxième température quand la première puissance est inférieure à une quatrième puissance.
  • Selon un mode de réalisation, la première température est égale à une quatrième température de consigne de la première source d'énergie thermique.
  • Selon un mode de réalisation, la première température est définie par un modèle adaptatif prenant en compte une ou plusieurs variables choisies dans le groupe suivant : la température extérieure, l'ensoleillement, l'heure, une information calendaire.
  • Selon un mode de réalisation, la première température est définie, en outre, partiellement par un modèle d'apprentissage.
  • Selon un mode de réalisation, l'unité de réinjection comprend une deuxième vanne adaptée à gérer les démarrages et les arrêts de ladite station.
  • Selon un mode de réalisation, ledit modèle d'apprentissage utilise ladite deuxième vanne.
  • Selon un mode de réalisation, ledit modèle adaptatif utilise, en outre, des données obtenues par une autre station thermo-hydraulique.
  • Selon un mode de réalisation, la deuxième température est égale à une cinquième température de consigne de la deuxième source d'énergie thermique, lorsqu'aucun surplus d'énergie n'est réinjecté.
  • Selon un mode de réalisation, la deuxième température est déterminée en utilisant une méthode de calcul similaire à une méthode de calcul utilisée pour obtenir une cinquième température de consigne dudit consommateur.
  • Selon un mode de réalisation, la troisième puissance est égale à un premier pourcentage de la deuxième puissance thermique.
  • Selon un mode de réalisation, la quatrième puissance est égale à un deuxième pourcentage de la deuxième puissance thermique, le deuxième pourcentage étant inférieur au premier pourcentage.
  • Selon un mode de réalisation, les première et deuxième sources d'énergie thermique sont des sources de chaleur.
  • Selon un mode de réalisation, la première source d'énergie thermique est un réseau de chaleur, par exemple un réseau de chauffage.
  • Selon un mode de réalisation, la deuxième source d'énergie thermique est une source d'énergie solaire.
  • Selon un mode de réalisation, les première et deuxième sources d'énergie thermique sont des points froids.
    • Brève description des dessins
  • Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
    • la figure 1 représente un mode de réalisation d'une station bidirectionnelle d'un réseau thermo-hydraulique ;
    • la figure 2 représente, plus en détail, le mode de réalisation de la figure 1 ;
    • la figure 3 représente un graphique illustrant le fonctionnement et le contrôle du mode de réalisation des figures 1 et 2 ;
    • la figure 4 représente un autre graphique illustrant le fonctionnement du mode de réalisation des figures 1 et 2 ; et
    • la figure 5 représente un autre graphique illustrant le fonctionnement du mode de réalisation des figures 1 et 2.
    Description des modes de réalisation
  • De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
  • Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés.
  • Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
  • Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
  • Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
  • La figure 1 représente, schématiquement et sous forme de blocs, un mode de réalisation d'une station thermo-hydraulique 100 bidirectionnelle.
  • La station thermo-hydraulique 100 bidirectionnelle, appelée ci-après station 100, est une interface permettant de fournir à un consommateur 120 (USER) une énergie thermique à partir d'une ou plusieurs sources d'énergie thermique. Dans la suite de la description, la station 100 est adaptée à être utilisée dans un réseau de chauffage, le consommateur est donc un réseau d'un bâtiment ou directement un moyen de chauffage comme un radiateur. Selon une variante accessible à la personne du métier, la station 100 est adaptée à être utilisée dans un réseau froid, aussi appelé réseau frigorifique.
  • On appelle ici "énergie thermique" l'énergie cinétique d'un ensemble de particules fluides fourni à la station 100. L'énergie thermique peut être de la chaleur, dans la cas d'une température haute et d'un réseau de chauffage. L'énergie thermique peut aussi être de l'énergie froide, dans le cas d'une température basse et d'un réseau frigorifique.
  • On appelle ici "source d'énergie thermique" une source fournissant un fluide véhiculant une énergie thermique, froide ou chaude. Différents exemples de sources d'énergie thermique sont décrites ci-après.
  • La station 100 est adaptée, plus particulièrement, à recevoir de l'énergie de la part de plusieurs sources d'énergies thermiques, au moins deux. Ainsi, en figure 1, la station 100 reçoit de l'énergie thermique de la part d'une première source 151 (DHN) et d'une deuxième source 152 (Solar Field). La personne du métier est apte à adapter le mode de réalisation de la station 100 à plus de deux sources d'énergie thermiques. La figure 1 représente donc plus particulièrement un système comprenant la station thermo-hydraulique, le consommateur 120, et les deux sources d'énergie thermique 151 et 152.
  • Selon un exemple préféré, la première source 151 est le réseau de chauffage urbain ("District Heating Network") comprenant une ligne d'arrivée La(T_DHN_a) transportant un fluide à une première température T_DHN_a, et une ligne de retour Lr(T_DHN_r) transportant un fluide à une deuxième température T_DHN_r. Selon un exemple, le fluide transporté par les lignes d'arrivée La(T_DHN_a) et de retour Lr(T_DHN_r) est l'eau. Les lignes d'arrivée La(T_DHN_a) et de retour Lr(T_DHN_r) présente une différence de pression notée ΔP_DHN.
  • Selon un exemple préféré, la deuxième source 152 est une source d'énergie solaire, aussi appelée champ solaire. Un exemple de source 152 est décrit plus en détail en relation avec la figure 2.
  • D'autres sources d'énergie thermique peuvent être utilisée ici, et sont à la portée de la personne du métier, comme une source de chaleur de récupération, ou chaleur fatale, industrielle, ou une source formée par un rejet de chaleur d'une machine de froid.
  • Selon un mode de réalisation, la station 100 est une station thermo-hydraulique bidirectionnelle, qui est tout particulièrement adaptée à :
    • fournir de l'énergie thermique à un consommateur à partir de la première source 151 et/ou de la deuxième source 152 ; et
    • réinjecter un surplus d'énergie thermique fourni par la première source 151, ou la deuxième source 152, dans l'autre source, c'est-à-dire la deuxième source 152 ou la première source 151.
  • Dans l'exemple illustré en figure 1, la station 100 est tout particulièrement adaptée à réinjecter un surplus d'énergie thermique fourni par la deuxième source 152 dans la première source 151.
  • Pour cela, la station 100 comprend :
    • une unité de consommation 101 (Cons Unit) ;
    • un contrôleur de consommation 102 (Cons CMD) ;
    • une unité de réinjection 103 (Re-injection unit) ; et
    • un contrôleur de réinjection 104 (Re-injection CMD).
  • L'unité de consommation 101 est directement reliée au consommateur 120, et est adaptée à lui fournir de l'énergie thermique. Pour cela, l'unité de consommation 101 est reliée au consommateur 120 par un premier canal fournissant un fluide à une température Tcons,s, et par un deuxième canal recevant ledit fluide de la part du consommateur 120, ce fluide n'étant généralement plus à la température Tcons,s mais à une température inférieure à la température Tcons,s. L'unité de consommation 101 est, en outre, reliée à l'unité de réinjection 103 par un premier canal lui permettant de recevoir un fluide à une température Thot, et par un deuxième canal lui permettant de fournir ledit fluide usagé à une température Tcold. La température Tcold est inférieure ou égale à la température Thot.
  • Le contrôleur de consommation 102 est adapté à commander l'unité de consommation 101. Pour cela, le contrôleur de consommation 102 est adapté à recevoir une donnée mesurée représentative de la température Tcons,s de la part de l'unité de consommation 101, et à fournir, à l'unité 101, une commande de consommation CMD-Cons. La nature et l'utilisation de la commande CMD_Cons sont décrites plus en détail en relation avec la figure 2.
  • L'unité de réinjection 103 est directement reliée aux deux sources d'énergie thermique 151 et 152 et à l'unité de consommation, comme décrit précédemment. L'unité de réinjection est adaptée à utiliser l'énergie thermique fournie par la deuxième source 152 soit pour l'envoyer directement au consommateur, soit pour la réinjecter dans la première source. Ce fonctionnement est décrit plus en détails en relation avec les figures 2 et 3.
  • Ainsi, l'unité de réinjection 103 est reliée à la première source 151 par un premier canal lui permettant de recevoir le fluide à la température Thot, et par un deuxième canal lui permettant de fournir le fluide à la température Tcold. L'unité de réinjection 103 est reliée à la deuxième source 152 par un premier canal lui permettant de recevoir un fluide à la température Tsol, et par un deuxième canal lui permettant de fournir le fluide usagé à une température inférieure ou égale à la température Tsol.
  • Le contrôleur de réinjection 104 est adapté à commander l'unité de réinjection 103. Pour cela, le contrôleur de réinjection est adapté à recevoir différentes données de la part de l'unité de consommation 101, l'unité de réinjection 102, de la deuxième source 152, et d'un capteur de température extérieure (non représenté en figure 1). Toutes ces données seront détaillées en relation avec la figure 1.
  • Le contrôleur de réinjection 104 est adaptée à fournir, en sortie une commande de réinjection CMD_Reinj représentant, entre autres, une température de consigne Treinj,sp. Le contrôleur de réinjection 104 comprend, en outre, un calculateur 104-1 (Calc) adapté à fournir la valeur de la température de consigne Treinj,sp. Le contrôleur de réinjection 104 et son calculateur 104-1 sont décrits plus en détails en relation avec les figures 2 et 3.
  • La figure 2 représente, schématiquement et, partiellement sous forme de blocs, plus en détails un exemple de réalisation d'une station 200 du type du mode de réalisation de station thermo-hydraulique 100 décrit en relation avec la figure 1.
  • La station thermo-hydraulique 200, appelée ci-après station 200, est, comme la station 100 décrite en relation avec la figure 1, une interface permettant de fournir au consommateur 120 (USER) une énergie thermique à partir d'une ou plusieurs sources d'énergie thermique. La station 200 est adaptée, plus particulièrement, à recevoir de l'énergie de la part de la première source 151 (DHN) et de la deuxième source 152 (Solar Field) décrites en relation avec la figure 1. De plus, la station 200 est bidirectionnelle, et permet donc de diriger un surplus d'énergie thermique d'une source vers l'autre. La station 200 est adaptée, plus particulièrement, à réinjecter un surplus d'énergie thermique de la deuxième source 152 vers la première source 151 (DHN).
  • Comme décrit précédemment, la première source 151 peut être le réseau de chauffage urbain, et la deuxième source 152 est une source d'énergie thermique solaire, ou champ solaire 152.
  • La deuxième source 152 comprend un fluide, par exemple de l'eau ou du glycol, qui est chauffée en utilisant de l'énergie solaire, par exemple en utilisant des panneaux solaires qui ne sont pas représentés en figure 2. Selon un exemple de réalisation, la deuxième source 152 comprend :
    • un pyranomètre Py152 ;
    • un compteur d'énergie CNT152 ;
    • une pompe P152 ; et
    • une vanne Vsol152.
  • Le pyranomètre Py152 est un capteur permettant de mesurer l'ensoleillement capté par les panneaux solaires. En particulier, le pyranomètre Py152 est placé avec une même inclinaison que les panneaux solaires. L'ensoleillement est une mesure de puissance électrique surfacique dont l'unité est le Watt par mètre carré.
  • Le compteur d'énergie CNT152 permet de calculer la puissance Qsol liée à l'énergie thermique solaire récoltée par les panneaux solaires. Autrement dit, le compteur d'énergie CNT152 est adaptée à calculer la puissance Qsol fournie par la source 152. Le compteur CNT152 est positionné avant le canal fournissant le fluide à la température Tsol à l'unité de réinjection.
  • La pompe P152 permet de commander le débit du fluide utilisé par la deuxième source 152.
  • La vanne Vsol152 est optionnelle, et est positionnée sur un canal en amont de la pompe P152. La vanne Vsol152 permet de protéger la source 152 contre le gel pendant une phase de démarrage.
  • Comme la station 100, la station 200 comprend :
    • une unité de consommation 201 (Cons Unit) du type de l'unité de consommation 101 ;
    • un contrôleur de consommation 202 (Cons CMD) du type du contrôleur de consommation 102 ;
    • une unité de réinjection 203 (Re-injection unit) du type de l'unité de réinjection 103 ; et
    • un contrôleur de réinjection 204 (Re-injection CMD) du type du contrôleur de réinjection 204.
  • L'unité de consommation 201 comprend :
    • un échangeur E201 ;
    • une pompe P201 ;
    • une vanne Vcons201 ; et
    • un compteur d'énergie CNT201.
  • L'échangeur E201 est adapté à recevoir le fluide à la température Thot et à procéder à l'échange thermique avec le consommateur 120 pour obtenir le fluide à la température Tcons,s qui est, ensuite fourni au consommateur.
  • La pompe P201 permet de commander le débit dans l'échanger E201.
  • La vanne Vcons201 permet d'ajuster la quantité de fluide envoyée dans l'échangeur E201. La vanne Vcons201 est commandée par le contrôleur de consommation 202.
  • Le compteur d'énergie CNT201 permet de calculer la puissance Qcons liée à l'énergie thermique fournie au consommateur 120. Le compteur CNT152 est positionné avant le canal fournissant le fluide à la température Tcold à l'unité de réinjection 203.
  • Comme dit précédemment, le contrôleur de consommation 202 est adapté à commander l'unité de consommation 202. Pour cela, le contrôleur de consommation 202 est adapté à recevoir une donnée mesurée représentative de la température Tcons,s de la part de l'unité de consommation 201, et à fournir, à l'unité 101, une commande de consommation CMD-Cons. La commande de consommation CMD-Cons permet de commander la vanne Vcons201, et en particulier de définir son pourcentage d'ouverture.
  • L'unité de réinjection 203 comprend :
    • un échangeur E203 ;
    • une pompe P203 ;
    • une vanne Vreinj203 ; et
    • une vanne VBP203.
  • L'échangeur E203 est adapté à recevoir le fluide à la température Tsol de la part de la source 152 et à procéder à l'échange thermique avec le fluide à la température Thot.
  • La pompe P203 permet de commander le débit dans l'échanger E203.
  • La vanne Vreinj203 permet d'ajuster la quantité de fluide envoyée dans l'échangeur E203. La vanne Vreinj203 est commandée par le contrôleur de réinjection 204.
  • La vanne VBP203 est optionnelle, et permet de gérer les phases de démarrage et d'arrêt de l'unité de réinjection 203. La vanne VBP203 est commandée par le contrôleur réinjection 204. Selon un exemple, la vanne VBP203 permet de s'assurer que la température Treinj en sortie de l'échangeur E203 est à la bonne température avant de la réinjecter sur le réseau, et ce tout particulièrement pendant les phases de démarrage.
  • Comme dit précédemment, le contrôleur de réinjection 204 est adapté à commander l'unité de réinjection 203. Pour cela, le contrôleur de réinjection est adapté à recevoir différentes données de la part de l'unité de consommation 201, l'unité de réinjection 202, de la deuxième source 152, et d'un capteur de température extérieure (non représenté en figure 1) fournissant la température extérieure Text.
  • Plus particulièrement, le contrôleur de réinjection est adapté à recevoir, par exemple :
    • la valeur mesurée de la température extérieure Text ;
    • la valeur mesurée par l'ensoleillement par le pyranomètre Py152 ;
    • la valeur mesurée de la température Tsol ;
    • la valeur mesurée de la température Tsol,r correspondant à la température du fluide en sortie de l'échangeur E203 ;
    • la valeur mesurée par le compteur CNT152 ;
    • la valeur mesurée de la température Treinj du fluide en sortie de l'unité de réinjection ;
    • la valeur mesurée par le compteur CNT201 ; et
    • l'état d'ouverture de la vanne Vcons201.
  • De plus, comme dit précédemment, le contrôleur de réinjection 204 est adaptée à fournir, en sortie, une commande de réinjection CMD_Reinj représentant, entre autres, une température de consigne Treinj,sp. Le contrôleur de réinjection 204 comprend, en outre, un calculateur 204-1 (Calc), du type du calculateur 104-1, adapté à fournir la valeur de la température de consigne Treinj,sp.
  • Pour calculer la valeur de la température de consigne Treinj,sp, le calculateur 204-1 utilise, entre autres, les données suivantes :
    • la valeur mesurée de la température extérieure Text ;
    • la valeur mesurée par le compteur CNT152 ;
    • la valeur mesurée par le compteur CNT201 ; et
    • l'état d'ouverture de la vanne Vcons201.
  • Le fonctionnement du contrôleur de réinjection 204 et du calculateur 204-1 sont décrits en relation avec la figure 3.
  • La figure 3 est un graphique 301 représentant l'évolution de la température de consigne Treinj,sp fournit par le calculateur 204-1 en fonction de l'évolution des puissances Qcons et Qsol.
  • Plus particulièrement, le graphique 301 représente l'évolution en hystérésis de la température de consigne Treinj,sp en fonction de l'évolution des puissances Qcons et Qsol, c'est-à-dire en fonction d'un ratio de puissance donnée par la formule mathématique suivante : Qcons − Qsol Qcons
    Figure imgb0001
  • Le fonctionnement général de la station 200, et de la station 100, est le suivant.
  • Lorsque la source 152 ne produit pas d'énergie, seule la source 151 est utilisée pour fournir une énergie thermique au consommateur 120. La source 152 et l'unité de réinjection 203 ne sont pas utilisées.
  • Lorsque la puissance Qcons consommée par le consommateur 120 est supérieure à la puissance Qsol fournie par la source 152, l'énergie fournie par la source 152 est entièrement destinée à être utilisée par le consommateur 120. La source 151 est utilisée pour compléter l'énergie thermique fournie par la source 152 pour que la station soit capable de fournir complètement la puissance Qcons. Les deux sources 151 et 152 sont donc utilisées pour fournir de l'énergie thermique au consommateur 120. C'est le mode d'autoconsommation.
  • Lorsque la puissance Qcons consommée par le consommateur 120 est inférieure à la puissance Qsol fournie par la source 152. L'énergie fournie par la source 152 n'est plus entièrement destinée à être utilisée par le consommateur 120, mais est aussi destinée à être réinjectée dans la source 151. La source 152 est donc utilisée pour fournir la puissance Qcons, mais aussi pour fournir le reste de sa puissance obtenue à la source 151. C'est le mode de réinjection.
  • C'est le contrôleur de réinjection 204 qui commande les différents modes de fonctionnement. Le calculateur 204-1 fournit la température de consigne à la sortie de l'échangeur E203 en fonction de ces modes de fonctionnement.
  • Lorsque la puissance Qsol devient supérieure à une première puissance Q1, la température de consigne Treinj,sp augmente pour être égale à une température de consigne Tsp,DHN de la première source 151. Cette variation est signifiée par un point A1 (Qsol=Q1) en figure 3.
  • Lorsque la puissance Qsol devient inférieure à une deuxième puissance Q2, la température de consigne Treinj,sp diminue pour être égale à une température de consigne Tsp,autocons utilisée lors d'un mode d'autoconsommation qui est, généralement, inférieure à la température Tsp,DHN. Cette variation est signifiée par un point A2 (Qsol=Q2) en figure 3.
  • La première puissance Q1 est, par exemple, définie comme étant un pourcentage de la puissance consommée Qcons. Selon l'exemple illustré en figure 3, la première puissance Q1 est égale à quatre-vingt-dix pourcent (90 %) de la puissance consommée Qcons.
  • La deuxième puissance Q2 est, par exemple, définie comme étant un pourcentage de la puissance consommée Qcons mais un pourcentage inférieur au pourcentage définissant la première puissance Q1. Selon l'exemple illustré en figure 3, la deuxième puissance Q2 est égale à quatre-vingt-cinq pourcent (85 %) de la puissance consommée Qcons.
  • De plus, il est à noter que l'évolution en hystérésis de la température de consigne Treinj,sp se situe dans la zone pour laquelle ce ratio de puissance défini précédemment est positif. Cela permet de protéger le réseau d'une réinjection avec une température de réinjection trop faible.
  • En ce qui concerne la température de consigne Tsp,DHN, elle peut être définie de différentes manières.
  • Selon un premier mode de réalisation, la température Tsp,DHN peut être une valeur fixe.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, la température Tsp,DHN peut être définie par une loi d'eau adaptée prenant en compte la température extérieure et la température T_DHN_a. On appelle ici la "loi d'eau adaptée" la loi d'eau estimée du réseau de chaleur 151 au niveau de sa centrale de production qui prend en compte les pertes thermiques entre ladite centrale de production et la sous-station d'intérêt 200. En effet, pour améliorer la durée de vie des canaux, ou tuyaux, transportant le fluide, il est intéressant d'avoir une température Tsp,DHN proche de la température T_DHN_a.
  • Selon un troisième mode de réalisation, la température Tsp,DHN peut être définie en utilisant un modèle adaptatif représentant l'évolution de la température T_DHN_a. En particulier, ce modèle adaptatif pourrait se baser sur un ou plusieurs algorithmes, dont, par exemple, un algorithme d'intelligence artificielle, utilisant comme variables :
    • une ou plusieurs mesures de la température extérieure Text ;
    • une ou plusieurs mesures l'ensoleillement ;
    • des informations calendaires, comme le jour de la semaine, la date, l'heure, des plages calendaires prédéfinies, etc.
  • Selon un quatrième mode de réalisation, la température Tsp,DHN peut être définie en utilisant un modèle adaptatif représentant l'évolution de la température T_DHN_a, et ayant une capacité d'apprentissage. Comme le troisième mode de réalisation, dans celui-ci, le modèle adaptatif pourrait se baser sur un ou plusieurs algorithmes, dont, par exemple, un algorithme d'intelligence artificielle, utilisant comme variables :
    • une ou plusieurs mesures de la température extérieure ;
    • une ou plusieurs mesures l'ensoleillement ;
    • des informations calendaires, comme le jour de la semaine, la date, l'heure, des plages calendaires prédéfinies, etc.
  • De plus, une phase d'apprentissage, ou d'enrichissement, du modèle adaptatif du quatrième mode de réalisation pourrait être réalisée lorsque le mode de réinjection est le mode d'utilisation principale, c'est-à-dire que les informations sur la température du réseau ne sont que très rarement récoltées, car le mode consommation n'est quasiment jamais activé. Pour cela, la pompe de réinjection P203 est éteinte, et la vanne de réinjection Vreinj203 s'ouvre, pour faire circuler le fluide entre la ligne aller La(T_DHN_a) et la ligne retour Lr(T_DHN_r) de la source 151. Ainsi, la température Thot est bien égale à la température T_DHN_a. Ce qui permet au modèle d'apprentissage de récolter des données à propos de l'évolution de la température T_DHN_a. Une telle réalisation ne peut pas être mise en oeuvre sur de longues durées, puisque la source 152 monte en température. Cependant, cette réalisation peut être mise en oeuvre à différentes phases, par exemple pendant des phases allant de 1 secondes à 10 minutes. Ces phases sont mises en oeuvre à différents moments de la journée pour avoir une vision globale de la gamme de variation de la température du réseau.
  • Selon un cinquième mode de réalisation, représentant une amélioration du quatrième mode de réalisation, la vanne VBP203 peut être utilisée pour améliorer le modèle, et aussi pendant un phase d'apprentissage.
  • Selon un sixième mode de réalisation, représentant une autre amélioration du quatrième mode de réalisation, il est aussi possible d'utiliser la vanne de réinjection Vreinj203 si la station 200 ne consomme par d'énergie thermique provenant de la source 152, tout en s'assurant que la pompe de réinjection P203 accepte un débit de fluide dans le sens inverse à la marche normale. Une telle mise en oeuvre peut être utilisée pour améliorer le modèle, et aussi pendant un phase d'apprentissage.
  • Selon un septième mode de réalisation, le modèle adaptatif décrit précédemment peut prendre en compte, en outre, des données récoltées par une autre station 200, par exemple une station disposée dans un climat relativement équivalent, comme une station géographiquement proche.
  • En ce qui concerne la températures de consigne Tsp,autocons, elle peut être définie de différentes manières.
  • Selon un premier mode de réalisation, la température de consigne Tsp,autocons est définie en fonction de l'état d'ouverture de la vanne Vcons201. Selon un exemple préféré, un contrôleur, par exemple un contrôleur de type proportionnel intégrateur dérivateur (PID) en boucle fermée, permet de commander l'ouverture de la vanne Vcons201 pour obtenir, en sortie de la station 200, la température Tcons,s proche de la température de consigne. Selon un exemple, le contrôleur 204 est utilisé pour viser une ouverture de la vanne Vcons201 de l'ordre de quatre-vingt-dix pourcent (90 %), assurant ainsi que la demande est satisfaite même pour une température d'entrée réduite. Pour cela, la température de consigne Tsp,autocons peut varier entre une température minimale Tsp,autocons_min et une température maximale Tsp,autocons_max. Ces températures sont, par exemple, données par les formules mathématiques suivantes : { Tsp , autocons _ min = Tsol _ max − Δ Tp , sol Tsp , autocons _ max = Tsol , r + Qsol msol _ max * cp − Δ Tp , sol
    Figure imgb0002
     dans lesquelles :
    • Tsol_max représente la température maximale du fluide fournit par la source 152 ;
    • ΔTp,sol représente le pincement estimé de l'échangeur E203 entre le champ solaire et la station bidirectionnelle, c'est-à-dire la différence de température induite par l'échangeur E203 ;
    • Tsol,r représente la température de retour de l'échangeur E203 ;
    • msol_max représente le débit maximale du fluide de la source 152 ; et
    • cp représente la capacité calorifique du fluide circulant dans le champ solaire.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, la température de consigne Tsp,autocons peut être définie en utilisant la même formule mathématique utilisée pour obtenir la valeur de la température de consigne Tcons,s en fonction de la température extérieure.
  • Selon un troisième mode de réalisation, représentant une amélioration du deuxième mode de réalisation, la température de consigne Tsp,autocons peut être définie en utilisant la même formule mathématique utilisée pour obtenir la valeur de la température de consigne Tcons,s en fonction de la température extérieure, mais en utilisant une valeur de correction permettant de modéliser le pincement de température de l'échangeur E201. Selon un exemple, cette valeur de correction est de l'ordre de un à trois degrés.
  • Les figures 4 et 5 représentent des mesures de températures effectuées lors d'une simulation de fonctionnement de la station 200. Plus particulièrement, la figure 4 représente un exemple pratique de l'évolution de la température Treinj,sp en fonction du ratio entre les puissances Qsol et Qcons défini en relation avec la figure 3. La figure 5 représente, quant à elle, l'évolution des différentes puissances Qcons, Qsol et QDHN, et l'évolution de fraction solaire, en fonction de plusieurs modes de fonctionnement.
  • Plus particulièrement, les trois modes de fonctionnement de la station 200 décrits précédemment sont les suivants :
    • le mode A dans lequel la source 152 ne produit pas d'énergie, seule la source 151 alimente le consommateur 120 ;
    • le mode B dans lequel le consommateur est alimenté grâce à la source 151 et à la source 152, la source 152 produisant de l'énergie mais pas suffisamment pour alimenter seule le consommateur 120 ; et
    • le mode C dans lequel la source 152 produit assez d'énergie pour alimenter le consommateur 120, et réinjecte le surplus d'énergie dans la source 151.
  • Ainsi, la figure 4 illustre le comportement décrit en relation avec la figure 3. Le comportement en hystérésis est moins visible en figure 4, car les températures Tsp,DHN et Tsp,autocons sont susceptibles de varier au cours du temps, par exemple, au moins, en fonction de la température extérieure Text et de la température de consigne Tcons,s.
  • La figure 5 comprend deux graphiques. Sur le premier graphique, le graphique du haut, sont, plus particulièrement, représentées :
    • une courbe 501 représentant l'évolution de la puissance Qsol fournie par la source 152 ;
    • une courbe 502 représentant l'évolution de la puissance Qcons consommée par le consommateur ; et
    • une courbe 503 représentant l'évolution d'une puissance QDHN fournie par la source 151.
  • Sur le deuxième graphique, le graphique du bas, sont, plus particulièrement, représentées :
    • une courbe 506 représentant l'évolution de la fraction solaire, c'est-à-dire le rapport entre la puissance solaire reçue par le bâtiment et la puissance totale consommée par le bâtiment, dans une station bidirectionnelle classique, c'est-à-dire n'utilisant pas les modes de réalisation décrits en relation avec la figure 3 ;
    • une courbe 507 représentant l'évolution de la fraction solaire, c'est-à-dire le rapport entre la puissance solaire reçue par le bâtiment et la puissance totale consommée par le bâtiment, dans la station 200 décrite précédemment ;
    • une courbe 504 représentant l'évolution de la fraction solaire totale, c'est-à-dire le rapport entre la puissance solaire collectée dans l'échange E203 (envoyée au bâtiment et réinjectée dans le réseau) et la puissance totale consommée par le bâtiment, dans une station bidirectionnelle classique, c'est-à-dire n'utilisant pas les modes de réalisation décrits en relation avec la figure 3 ; et
    • une courbe 505 représentant l'évolution de la fraction solaire totale, c'est-à-dire le rapport entre la puissance solaire collectée dans l'échange E203 (envoyée au bâtiment et réinjectée dans le réseau) et la puissance totale consommée par le bâtiment, dans la station 200 décrite précédemment.
  • Les graphiques de la figure 5 indique que l'énergie thermique récoltée puis fournie par la source 152 est utilisée en plus grand quantité.
  • Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier.
  • Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (16)

  1. Système comprenant :
    - une station thermo-hydraulique (100 200) ;
    - un consommateur (120) ;
    - une première source d'énergie thermique (151) ; et
    - une deuxième source d'énergie thermique (152), dans lequel ladite station thermo-hydraulique (100 ;200) comprend :
    - une première unité (101 ; 201) adaptée à échanger de l'énergie thermique avec ledit consommateur (120), dans laquelle l'énergie thermique peut provenir de ladite première source d'énergie thermique (151) et/ou de ladite deuxième source d'énergie thermique (152) ;
    - une unité de réinjection (103 ; 203) ;
    - un contrôleur de réinjection (104 ; 204) adapté à réinjecter un surplus d'énergie thermique provenant de la deuxième source d'énergie thermique (152) dans la première source d'énergie thermique (151) lorsque la deuxième source d'énergie thermique (152) fournit une première puissance thermique (Qsol) supérieure à une deuxième puissance thermique demandée par ledit consommateur (Qcons), ledit contrôleur de réinjection (104 ; 204) fournissant une température de consigne (Treinj,sp) à ladite unité de réinjection (103 ; 203), la température de consigne (Treinj,sp) étant égale à :
    - une première température (Tsp,DHN) quand la première puissance (Qsol) est supérieure à une troisième puissance (Q1) ;
    - une deuxième température (Tsp,autocons) quand la première puissance est inférieure à une quatrième puissance (Q2) .
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel la première température (Tsp,DHN) est égale à une quatrième température de consigne (T_DHN_a) de la première source d'énergie thermique (151).
  3. Système selon la revendication 1, dans lequel la première température (Tsp,DHN) est définie par un modèle adaptatif prenant en compte une ou plusieurs variables choisies dans le groupe suivant : la température extérieure, l'ensoleillement, l'heure, une information calendaire.
  4. Système selon la revendication 1 ou 3, dans lequel la première température (Tsp,DHN) est définie, en outre, partiellement par un modèle d'apprentissage.
  5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'unité de réinjection (103 ; 203) comprend une vanne (VBP203) adaptée à gérer les démarrages et les arrêts de ladite station (100 ; 200).
  6. Système selon les revendications 4 et 5, dans lequel ledit modèle d'apprentissage utilise ladite vanne (VBP203).
  7. Système selon les revendications 3 et 4, dans lequel ledit modèle adaptatif utilise, en outre, des données obtenues par une autre station thermo-hydraulique.
  8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la deuxième température (Tsp,autocons) est égale à une cinquième température de consigne de la deuxième source d'énergie thermique (152), lorsqu'aucun surplus d'énergie n'est réinjecté.
  9. Système selon la revendication 8, dans lequel la deuxième température (Tsp,autocons) est déterminée en utilisant une méthode de calcul similaire à une méthode de calcul utilisée pour obtenir une cinquième température de consigne (Tcons,s) dudit consommateur.
  10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la troisième puissance (Q1) est égale à un premier pourcentage de la deuxième puissance thermique (Qcons).
  11. Système selon la revendication 10, dans lequel la quatrième puissance (Q2) est égale à un deuxième pourcentage de la deuxième puissance thermique (Qcons), le deuxième pourcentage étant inférieur au premier pourcentage.
  12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les première et deuxième sources d'énergie thermique (151 ; 152) sont des sources de chaleur.
  13. Système selon la revendication 12, dans lequel la première source d'énergie thermique (151) est un réseau de chaleur, par exemple un réseau de chauffage.
  14. Système selon la revendication 12 ou 13, dans lequel la deuxième source d'énergie thermique (152) est une source d'énergie solaire.
  15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les première et deuxième sources d'énergie thermique (151 ; 152) sont des points froids.
  16. Station thermo-hydraulique (100 ;200) selon le système selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2685174A1 (fr) * 2012-07-11 2014-01-15 Alfa Laval Corporate AB Module de transfert de chaleur et procédé associé
CN110986137A (zh) * 2019-12-24 2020-04-10 西安建筑科技大学 一种分布式太阳能供热系统与方法
KR20230067092A (ko) * 2021-11-09 2023-05-16 한국지역난방공사 지역난방 연계 신재생 열에너지 하이브리드 열네트워크 시스템

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