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Réguler thermocycliquement à +/-0,15°C et équilibrer automatiquement

Par Dr. Christoph KUMMERER - Société ThermoZYKLUS - Février 2018

LA PROBLEMATIQUE

Les nouvelles exigences en termes de performance énergétique des bâtiments impliquent de ne gaspiller aucun kilowattheure. Une régulation de température intelligente doit ainsi avant tout générer des économies d’énergie.

La chasse au moindre « kWh » gaspillé !
Or, si une régulation parvient à contrôler les variations de température inévitables d’un système de chauffage pour les réduire en micro-variations, elle peut réduire l’écart entre la température de consigne et la température réelle de façon durable à +/- 0,15°C pour une performance énergétique maximale.

regulation intelligente

Avec l’oscillation d’un thermostat classique, une énergie gaspillée est facilement de l’ordre de 15%.
La courbe en jaune autour de 20° montre au contraire une régulation à +/- 0.15°C. Si, de plus, l’intelligence d’une telle régulation lui confère anticipation, auto-apprentissage et réactivité, par exemple en déterminant à l’avance quand ouvrir ou fermer les vannes du chauffage, alors celle-ci s’adapte en temps réel à son environnement et permet d’obtenir un maximum de confort et d’économies d’énergie.

Une régulation thermocyclique intelligente et extrêmement précise à +- 0.15°C présente de nombreux autres avantages, comme la prise en compte d’apports gratuits (ensoleillement, chaleur humaine, fonctionnement de machines…), l’équilibrage hydraulique automatique, la protection contre la moisissure, la détection automatique d’ouverture de fenêtre sans pose de contacteurs… ce qui permet d’assurer de façon pérenne un confort thermique optimal et d’optimiser les consommations énergétiques.

Un atout crucial de la régulation thermocyclique réside dans la réalisation automatique de l’équilibrage hydraulique des installations, un problème récurrent auquel sont confrontés les professionnels, souvent sans pouvoir y apporter une solution satisfaisante. En effet, d’après les estimations, 10 % de toutes les installations seulement fonctionnent dans des conditions hydrauliques optimales. La mise sous pression irrégulière des radiateurs entraîne à la fois le dépassement des températures ambiantes et le gaspillage d'énergie. Si l’industrie de la robinetterie propose certes une large gamme de régulateurs de pression différentielle et de débit ainsi que des logiciels adaptés pour le calcul du réseau de distribution, l'absence d'équilibrage hydraulique reste le problème principal aussi bien dans le neuf que dans l'existant – ce qui, d’après les experts, entraîne une perte de rendement de 10 à 20 % sur l’ensemble de l’installation.


L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

1°) Principe d’une régulation intelligente (THZ)
Le procédé thermocyclique représente une innovation fondamentale en matière de régulation de température. La régulation THZ fonctionne selon un nouveau principe que les thermostats ou régulateurs à actions proportionnelles intégrales ne proposent pas.

Le système est adapté aux installations de chauffage tout comme aux installations de rafraîchissement. Le principe de fonctionnement est expliqué ci-dessous à l’aide d’un exemple de système de chauffage. Ces explications sont à adapter en cas de système de rafraîchissement.

Le fonctionnement du système de régulation le plus simple qui soit actuellement est présenté par le graphique 1.a : un thermostat ouvre un radiateur quand il fait froid et le ferme quand il fait chaud. Un tel système change d ́état en permanence, donc il produit des variations de température comme le montre le graphique 1.b.

regulation intelligente

De telles variations sont le plus souvent importantes donc inconfortables. Pour y remédier, on essaie de réduire puis d'équilibrer ces variations de température. C'est là que le procédé thermocyclique se différencie. Ce procédé n'a pas pour but d’éliminer ces variations. Au contraire, il stimule ces variations tout en les maintenant sous contrôle. C'est parce qu'elles sont sous contrôle qu'il est possible de les réduire au minimum; elles ne doivent en aucun cas être supprimées.

Le principe fondamental est d'utiliser les informations contenues dans ces variations de température. L'amplitude et la fréquence des variations de température (graphique 1b) dépendent entièrement du fonctionnement du système de chauffage et des conditions environnantes soient des temps morts, de la température des radiateurs et de la température ambiante; ce sont précisément les informations issues des variations qu’il s'agit de rassembler et d'utiliser pour la régulation. C'est pourquoi l'objectif ne doit être en aucun cas d'éliminer ces variations mais plutôt de les stimuler pour pouvoir mieux les contrôler, puis les modifier pour la régulation. Si l'on éliminait ces variations, il deviendrait alors impossible d'extraire les informations nécessaires à une régulation optimale.

regulation radiateur

De ceci découlent les premières phases du système (Graphique 2 ici amplifié). Un radiateur est alimenté pendant un certain temps. Puis, le système répond quelques instants plus tard en ayant déterminé une température minimale et une température maximale.

Le procédé de régulation thermocyclique établit dès lors une relation entre le moment de la mise en marche du radiateur et des variations de température qui en résultent. Les valeurs calculées sont un point de départ pour l'ouverture des radiateurs, l'évolution de la température lors de l'ouverture des radiateurs et la durée de leur ouverture. Ensuite, des paramètres sont établis en fonction de la différence mesurée entre la température de consigne et la température réelle, puis transmis au système qui procède aux adaptations nécessaires.

Grâce à ces calculs, on obtient des variations de température de très faible amplitude (généralement de 0.3 C°) comme le montre le graphique 3 (ici amplifié).

regulation intelligente

L'évolution de la température est analysée de façon continue. A partir des données du cycle précédent, des paramètres sont établis. Les points de départ pour l'ouverture des radiateurs (E) et la durée de l'ouverture (D) sont de nouveau calculés pour le cycle courant pour confirmer les valeurs pré-établies.

Un cycle est alors lancé. La différence entre la température réelle et la température de consigne est enregistrée.

Cette différence permet d'établir de nouveaux paramètres pour le prochain cycle. Selon cette méthode, des informations concernant le système et son environnement sont enregistrées. Tout changement de condition est pris en compte dans les nouveaux paramètres pour que la régulation soit adaptée en fonction.

La régulation thermocyclique offre notamment les avantages suivants :

  • Sans programmation préalable, THZ détermine la régulation optimale pour chaque système. Aucune caractéristique technique concernant le système ni aucune courbe de chauffage ne doivent être établies par avance.
  • La régulation n'a besoin que d’une sonde de température et d'un commutateur. Aucune sonde extérieure n'est nécessaire à la régulation de la température de départ. Si la température de départ doit être réglée, la température minimale nécessaire est alors déterminée à partir des informations reçues.
  • Ces données permettent de calculer un équilibrage hydraulique automatique. Avec les moteurs de vannes proportionnels SF ou SK, l’installation toute entière peut être équilibrée automatiquement sans intervention extérieure.
  • Les paramètres de sécurité sont facilement établis et les problèmes faciles à diagnostiquer.

2°) Un équilibrage hydraulique automatique
L'équilibrage hydraulique électronique de Thermozyklus est rapide, précis et rentable. Il prend le ratio ouverture/fermeture comme référence pour le besoin calorifique.
Rappel : Thermozyklus s'appuie sur un algorithme de régulation breveté. La vanne n'est pas mise dans les positions traditionnelles d'un régulateur P, I ou PID. Grâce à la mesure permanente de la température ambiante, la régulation THZ détecte les micros variations de température et les analyse afin de réguler la température ambiante à ± 0,15 Kelvin près. Les informations obtenues pendant la régulation servent à déterminer le débit du fluide qui est nécessaire pour chaque pièce afin d'obtenir l'apport énergétique défini.

comparatif équilibrage

On obtient ainsi une durée de pulsation pendant laquelle on chauffe (vanne ouverte) et une où le chauffage est inutile (vanne fermée). Le ratio entre les durées d'ouverture et de fermeture permet de calculer le besoin énergétique réel pour une pièce et par là même la valeur caractéristique par pièce. En comparant toutes les données d'un circuit de chauffage, on détermine le débit de chacun des radiateurs ainsi que les variations entre ces derniers. Ces données servent alors à réduire les radiateurs en fonction de leur valeur caractéristique respective.

L'équilibrage hydraulique est simplifié grâce à la régulation thermocyclique THZ. De plus, ce procédé enregistre les conditions hydrauliques réelles le rendant plus précis que le calcul d'après le réseau de distribution.
Tout calcul complexe du réseau de distribution s'avère inutile. En fonction des conditions hydrauliques d'une installation, on parvient à économiser entre 10 et 20 % d'énergie. C'est en particulier le cas pour les chauffages dont les chaudières n'ont presque pas été condensées et pour les installations dont le COP de la pompe à chaleur est mauvais.


La régulation Thermozyklus agit de façon dynamique pour assurer une courbe de température à +/- 0,15°C autour de la température de consigne.

comparatif équilibrage

LES SOLUTIONS PRODUITS

Aperçu de la solution de régulation THZ

solution regulation

La régulation terminale auto adaptative THZ, une précision inégalée !

  • Au centre du système : un algorithme unique assurant une précision de régulation aujourd’hui inégalée de +/- 0,15°C
  • Son intelligence repose sur l’anticipation, l’auto-apprentissage et la réactivité : elle détermine à l’avance quand ouvrir ou fermer les vannes & s’adapte en temps réel à son environnement
  • Son efficacité est prouvée : la régulation THZ est certifiée « eu.bac » avec d’excellents résultats sur émetteurs hydrauliques : Ca = 0,2 sur radiateurs, Ca = 0,5 sur planchers chauffants et Ca = 0,4 en chaud, 0,4 en froid sur panneaux rayonnants.
  • Elle s’adapte à tous les types d’émetteurs hydrauliques & électriques, même combinés, en version filaire et/ou radio
  • Avec le système THZ, l’intelligence va plus loin : grâce aux moteurs de vanne SF & SK, vous réalisez l’équilibrage hydraulique des circuits régulés... de façon automatique et durant toute l’année !

Régulation intelligente THZ – Jusqu’à 30% d’économies d’énergie

regulation intelligente
  • Gestion optimale de l’inertie
  • Compatible toutes énergies (hydraulique, électrique) et tous émetteurs (radiateurs, planchers, panneaux rayonnants, chauffage par plinthe …)
  • Détection automatique de fenêtre ouverte sans contact
  • Communicante GTB/GTC/MODBUS
  • Programmation & gestion centralisées (+ Appli smartphones)
  • Analyse de courbes & suivi de l’installation
  • Version filaire et/ou radio
  • Nombre quasi illimité de pièces régulées (mise en réseau d’unités centrales – max. 30 pièces chacune)

La seule régulation au procédé thermocyclique – Précision inégalée

unite centrale ZE

L'unité centrale ZE5 avec ses moteurs
de vanne SF/SK est certifiée eu.bac

moteur vanne

Le moteur de vanne SF



Précision de température aujourd’hui inégalée de +/- 0,15°C

  • Algorithme de régulation unique et breveté
  • Prise en compte et anticipation des surchauffes, des apports gratuits, de l’inertie des émetteurs, …
  • Régulation précise à +/- 0,15°C sur tous émetteurs : les courbes de température le prouvent !
  • Unité centrale ZE labellisée Energy Efficiency AA avec ses moteurs de vanne SF & SK
  • Système certifié eu.bac pour planchers chauffants avec un Ca=0,5 (selon EN 15232) - Ca = Control Accuracy
  • Système certifié eu.bac pour radiateurs avec un Ca=0,2
  • Système certifié eu.bac pour panneaux rayonnants avec un Ca = 0,4 en chaud et Ca = 0,4 en froid

ILS NOUS ONT FAIT CONFIANCE… POURQUOI PAS VOUS ?

Fondation Aralis

Fondation Aralis
240 logements sensibles
Sondes antivandales
Version ZE+SK eubac Ca = 0,2
Communication GTC

Maison historique Lagot

Maison historique Lagot
Bâtiment à énergie positive
Moteurs auto équilibrants
Version eu.bac sur PC - CA = 0,5

UGECAM de Marseille

UGECAM de Marseille
100 chambres sur PCBT rafraîchissant
Gestion de l’hygrométrie
Sondes programmables

THERMOZYKLUS

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