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FR3046218B1 - Procede de regulation d'un chauffe-eau et chauffe-eau associe - Google Patents

Procede de regulation d'un chauffe-eau et chauffe-eau associe Download PDF

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FR3046218B1
FR3046218B1 FR1563261A FR1563261A FR3046218B1 FR 3046218 B1 FR3046218 B1 FR 3046218B1 FR 1563261 A FR1563261 A FR 1563261A FR 1563261 A FR1563261 A FR 1563261A FR 3046218 B1 FR3046218 B1 FR 3046218B1
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France
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hot water
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Francois Courtois
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Atlantic Industrie SAS
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Atlantic Industrie SAS
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Publication date
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Abstract

L'invention porte sur un procédé de régulation d'un chauffe-eau (1) comprenant une cuve (2), un moyen de chauffage (6) disposé hors de la cuve (2), une conduite de prélèvement d'eau froide (7) vers le moyen de chauffage (6), une conduite d'injection d'eau chaude (8) en provenance du moyen de chauffage (6), une pompe de circulation d'eau (9), et un moyen de régulation électronique configuré pour commander au moins l'un du moyen de chauffage (6) et du débit de la pompe de circulation d'eau (9), le procédé de régulation comprenant les étapes consistant à : - définir une période de temps de régulation dans le moyen de régulation électronique ; - spécifier un volume d'eau de consigne à chauffer pendant chaque période de temps de régulation ; - débuter la régulation du chauffe-eau en continu, une nouvelle période de temps de régulation commençant immédiatement après la fin de la période de temps de régulation précédente ; et, - pour chaque période de temps de régulation, actionner le moyen de chauffage (6) et la pompe de circulation d'eau (9) pour chauffer un volume d'eau correspondant au volume d'eau de consigne.

Description

PROCEDE DE REGULATION D'UN CHAUFFE-EAU ET CHAUFFE-EAU
ASSOCIE
La présente invention concerne le domaine des chauffe-eau, et porte en particulier sur un procédé de régulation d'un chauffe-eau et sur un chauffe-eau associé.
Les chauffe-eau existants, qu'ils soient électriques ou thermodynamiques, détectent des besoins en eau chaude sanitaire en général à partir d'une sonde de régulation, l'élément chauffant du chauffe-eau existant rechargeant la totalité de la cuve du chauffe-eau à une température de consigne définie par l'utilisateur dès que la sonde de régulation détecte un passage en dessous de la température de consigne, à une hystérésis près.
Des optimisations ont été apportées aux chauffe-eau afin de diminuer la température de consigne en cas de faible consommation d'eau chaude sanitaire, la limite de ces optimisations résidant dans le respect d'un seuil bas de température (en général de 50°C) afin d'éviter le développement de bactéries légionelles réduisant le potentiel d'économie d'énergie. Cependant, ce type de régulation ne prend pas en compte la consommation réelle d'eau chaude sanitaire de l'utilisateur ni la stratification constatée de l'eau dans la cuve du chauffe-eau. Ainsi, l'eau chaude restant en haut de cuve se trouve plus ou moins brassée, suivant le type de source de chaleur, à la relance de la chauffe avec de l'eau plus froide en bas de cuve, et est donc perdue pour une éventuelle utilisation par l'utilisateur.
Par ailleurs, la régulation de ces chauffe-eau est basée sur une disponibilité de l'énergie électrique soit en permanence, soit sur des créneaux horaires de plusieurs heures permettant de recharger complètement la cuve d'eau chaude sanitaire. L'apparition sur le réseau électrique de multiples sources d'énergie renouvelable (par exemple, éolienne, photovoltaïque, ...) induit différents problèmes de gestion des ressources et oblige les gestionnaires des réseaux d'énergie à développer des stratégies de disponibilité et de tarification afin de réguler les réseaux, ces enjeux étant matérialisés dans les réseaux de distribution d'électricité intelligents (en anglais, « smart grids »). Les chauffe-eau, représentant un potentiel de stockage d'énergie très élevé, pourraient avantageusement être utilisés comme batteries de stockage à la condition qu'ils puissent être rechargés dès que le réseau le nécessite. Par conséquent, des charges de courte durée apparaîtraient et le chauffe-eau serait rechargé à partir de différents créneaux de chauffe définis par l'opérateur du réseau. Ces nouvelles conditions ne sont pas idéales pour les chauffe-eau électriques induisant un brassage de l'eau dans la cuve réduisant la disponibilité d'eau chaude. De même, pour un chauffe-eau thermodynamiques, la température de l'ensemble de l'eau de la cuve ne sera augmentée que de quelques dixièmes de degrés durant ce créneau, sans offrir une quantité d'eau chaude à température de consigne supplémentaire.
Les chauffe-eau thermodynamiques de type CO2 ont la particularité de charger la cuve par le haut à une température de consigne spécifiée. Ces chauffe-eau actuels dédiés au domaine résidentiel activent leur pompe à chaleur (PAC) dès détection d'une présence d'eau froide, dans un intervalle de temps défini, dans la partie basse de la cuve et rechargent le volume complet de la cuve. Ces chauffe-eau sont équipés de deux sondes de température, à savoir une sonde en entrée de la PAC et une sonde en sortie de la PAC, l'eau étant puisée en bas de cuve et rejetée en haut de cuve à la température de consigne spécifiée. La PAC est arrêtée dès que la température en bas de cuve est supérieure à une valeur prédéfinie signifiant que la cuve est pleine d'eau chaude, la sonde de température en sortie de la PAC permettant de moduler la puissance de la pompe à chaleur (si celle-ci comprend un variateur électronique désigné « inverter ») et/ou le débit de la pompe afin que la température de sortie soit à la température de consigne spécifiée.
Certains chauffe-eau destinés au domaine du tertiaire, du chauffage collectif ou de l'industrie ont bénéficié d'un perfectionnement par l'adjonction d'une pluralité de sondes dans une ou plusieurs cuves afin de ne réchauffer que la quantité d'eau chaude nécessaire à un besoin programmé. Cependant, ces solutions ne peuvent pas être transposées au domaine résidentiel car elles présentent un surcoût inacceptable dû à la pluralité de sondes, et une absence de foisonnement et une exigence de la connaissance du profil de consommation de la famille.
La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l'état antérieur de la technique, en proposant un procédé de régulation d'un chauffe-eau permettant de chauffer, pendant une période de temps de régulation, un volume d'eau correspondant à un volume d'eau de consigne spécifié, ce qui permet ainsi d'économiser de l'énergie en ne chauffant que le volume d'eau chaude sanitaire répondant au besoin de l'utilisateur.
La présente invention propose également un chauffe-eau permettant de mettre en œuvre le procédé de régulation selon la présente invention.
La présente invention a donc pour objet un procédé de régulation d'un chauffe-eau comprenant une cuve destinée à contenir de l'eau, une arrivée d'eau froide en partie basse de la cuve, une sortie de distribution d'eau chaude en partie haute de la cuve, un moyen de chauffage de l'eau contenue dans la cuve disposé hors de la cuve, une conduite de prélèvement d'eau froide prélevant l'eau froide en partie basse de la cuve pour l'amener vers le moyen de chauffage, une conduite d'injection d'eau chaude injectant en partie haute de la cuve l'eau chaude en provenance du moyen de chauffage, une pompe de circulation d'eau à débit variable disposée sur l'une parmi la conduite de prélèvement d'eau froide et la conduite d'injection d'eau chaude, une première sonde de température disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide, une seconde sonde de température disposée sur la conduite d'injection d'eau chaude, et un moyen de régulation électronique configuré pour commander au moins l'un parmi la puissance du moyen de chauffage et le débit de la pompe de circulation d'eau en fonction des températures mesurées par les première et seconde sondes de température afin d'injecter l'eau chaude en partie supérieure de la cuve à une température de consigne spécifiée, caractérisé par le fait que le procédé de régulation comprend les étapes consistant à : - définir une période de temps de régulation dans le moyen de régulation électronique ; - spécifier un volume d'eau de consigne à chauffer pendant chaque période de temps de régulation ; - débuter la régulation du chauffe-eau en continu, une nouvelle période de temps de régulation commençant immédiatement après la fin de la période de temps de régulation précédente ; et, - pour chaque période de temps de régulation, actionner le moyen de chauffage et la pompe de circulation d'eau pour chauffer un volume d'eau correspondant au volume d'eau de consigne.
La période de temps de régulation est de préférence égale à un jour, mais pourrait également en fonction des usages être égale à une demi-journée, plusieurs heures, ou plusieurs jours.
La réinjection de l'eau chaude en partie haute de la cuve lors d'une chauffe, par le biais d'un diffuseur adapté, dite « chauffe par effet piston », permet de ne pas casser la stratification de l'eau présente dans la cuve du chauffe-eau, quelle que soit la durée de la chauffe, en évitant la perte d'eau chaude par brassage avec de l'eau plus froide présente dans la cuve du chauffe-eau.
Le débit de la pompe de circulation d'eau est ajusté, par le moyen de régulation électronique, pour injecter l'eau chaude dans la cuve à la température de consigne spécifiée afin de favoriser également la stratification de l'eau dans la cuve sans dépasser une limite, par exemple de 10 L/min.
Ainsi, le procédé de régulation permet de n'avoir dans la cuve, pendant la période de temps de régulation, que le volume d'eau de consigne spécifié, le moyen de chauffage apportant uniquement l'énergie nécessaire pour chauffer au plus juste ce volume d'eau de consigne spécifié, ce qui permet de réaliser des économies d'énergie.
Ce procédé permet ainsi d'économiser le maximum d'énergie en ne rechargeant que la quantité d'eau chaude sanitaire répondant au besoin de l'utilisateur, ce procédé étant fortement approprié pour les réseaux de distribution d'électricité intelligents (« smart grids ») actuels et futurs.
Il est à noter que ce procédé de régulation est compatible avec l'utilisation de créneaux de chauffe, la chauffe du moyen de chauffage pouvant être réalisée sur différents créneaux définis par le gestionnaire des réseaux d'énergie qui subit les contraintes des différents moyens aléatoires de production d'énergie renouvelable.
Selon une première variante de l'invention, le volume d'eau de consigne est spécifié par un utilisateur par l'intermédiaire d'une interface homme-machine reliée au chauffe-eau.
Ainsi, les quantités d'eau chaude sanitaire peuvent être ajustées par l'utilisateur en plus ou en moins sur la base d'une valeur d'usine ou sur la base d'une description du logement ou des usages.
Selon un exemple, soit le chauffe-eau produit la même quantité d'eau chaude que la veille, soit le chauffe-eau s'adapte à une consigne spécifique de l'utilisateur.
Selon une deuxième variante, par exemple suite à une installation du chauffe-eau ou une intervention de service après-vente sur celui-ci, le chauffe-eau comprenant en outre une première sonde de température d'alerte de risque de manque d'eau chaude sanitaire disposée à l'intérieur de la cuve en partie haute, le volume d'eau de consigne est calculé lors d'une phase préalable d'étalonnage consistant à chauffer la totalité du volume d'eau de la cuve et à calculer le nombre de jours d'étalonnage nécessaires pour déclencher la première sonde de température d'alerte, le volume d'eau de consigne étant égal au volume d'eau dans la cuve sous la première sonde de température d'alerte divisé par le nombre de jours d'étalonnage.
Selon une troisième variante de l'invention, le volume d'eau de consigne est calculé par le module de régulation électronique lors d'une phase préalable d'apprentissage de consommation d'eau chaude sanitaire en fonction du débit de la pompe de circulation d'eau et des températures mesurées par les première et seconde sondes de température, ladite phase d'apprentissage durant au moins une période de temps de régulation, la totalité du volume d'eau de la cuve étant chauffée à chaque période de temps de régulation de la phase d'apprentissage.
Ainsi, cette phase d'apprentissage est un perfectionnement apporté au chauffe-eau afin d'anticiper la consommation d'eau chaude sanitaire lors des périodes de temps de régulation subséquentes.
Ainsi, durant la phase préalable d'apprentissage de la consommation d'eau chaude sanitaire, le moyen de régulation électronique accumule dans une mémoire des données de temps de chauffe, c'est-à-dire le temps pendant lequel le moyen de chauffage est activé, et des données de puissance, le moyen de régulation électronique étant ensuite capable de calculer l'énergie apportée, et donc le volume d'eau chauffé, à la cuve du chauffe-eau pendant la phase d'apprentissage.
Lorsque la période de temps de régulation est de 1 jour, la durée de la phase d'apprentissage peut par exemple être de 14 jours, la totalité du volume d'eau de la cuve étant chauffée par le moyen de chauffage chaque jour de la phase d'apprentissage. A l'issue de la phase d'apprentissage, il est ainsi possible d'identifier la moyenne journalière des paramètres suivants : le temps de chauffe journalier, le volume d'eau chaude consommé ainsi que la quantité d'énergie consommée. Le procédé de régulation permet ensuite de ne chauffer que la quantité d'eau chaude moyenne consommée durant la phase d'apprentissage. L'objectif est d'avoir dans la cuve deux zones, à savoir une zone chaude représentative de la consommation des occupants et une zone froide, et de ne pas réchauffer la totalité du volume d'eau de la cuve si cela n'est pas nécessaire.
En outre, cette phase d'apprentissage permet de rendre transparents le paramétrage et le fonctionnement du chauffe-eau pour l'utilisateur, afin de faire oublier la présence du chauffe-eau à l'utilisateur.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le volume d'eau de consigne est multiplié à chaque nouvelle période de régulation par un coefficient de sécurité positif afin de produire un volume d'eau chauffée supérieur au volume d'eau de consigne, ledit coefficient de sécurité étant diminué lorsque la température mesurée par la première sonde de température lors de la période de temps de régulation précédente est supérieure à un seuil de température prédéfini, ledit coefficient de sécurité étant en outre diminué lorsque la température mesurée par la première sonde de température lors d'un nombre prédéfini de périodes de temps de régulation précédentes est inférieure audit seuil de température prédéfini. L'augmentation ou la diminution du coefficient de sécurité est indépendante de la phase d'apprentissage et dépend uniquement du prélèvement d'eau chaude en période de temps de régulation.
Ainsi, le coefficient de sécurité permet d'obtenir une marge de sécurité sur le volume d'eau de consigne réellement obtenu afin d'empêcher un manque d'eau chaude sanitaire qui conduirait à l'inconfort de 1'utilisateur.
Si à la fin du temps de chauffe théorique du moyen de chauffage, la première sonde de température, disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide, mesure une température « chaude », c'est-à-dire supérieure au seuil de température prédéfini, cela signifie que le coefficient de sécurité est trop élevé et, à la période de temps de régulation suivante, le coefficient de sécurité sera réduit d'un certain pourcentage, par exemple de 10%.
Une valeur à titre d'exemple non limitatif du seuil de température prédéfini est de 25°C.
En outre, afin de garantir des économies d'énergie, si pendant un nombre prédéfini de périodes de temps de régulation (par exemple, 7 jours dans le cas où la période de temps de régulation est de 1 jour) le temps de chauffe théorique est respecté, le coefficient de sécurité est réduit d'un certain pourcentage, par exemple de 10%.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le chauffe-eau comprend en outre une première sonde de température d'alerte de risque de manque d'eau chaude sanitaire disposée à l'intérieur de la cuve en partie haute, le procédé comprenant en outre, dès que la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte est supérieure ou égale à un premier seuil de sécurité prédéfini, l'étape consistant à déclencher une chauffe du moyen de chauffage et à augmenter le coefficient de sécurité.
Ainsi, la première sonde de température d'alerte de risque de manque d'eau chaude sanitaire positionnée dans la cuve en partie haute du chauffe-eau permet de garantir un confort élevé à l'utilisateur, la hauteur à laquelle est positionnée ladite première sonde de température d'alerte représentant un volume d'eau chaude de sécurité suffisant le temps d'une relance de secours du chauffe-eau, à titre d'exemple non limitatif cette hauteur peut représenter un volume d'eau chaude de sécurité de 25 litres pour une cuve de 150 litres.
Il est indiqué que dans la présente demande, la direction de hauteur du chauffe-eau correspond à la direction verticale du chauffe-eau installé.
Lorsque la différence de température est très élevée entre la température de consigne et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte, le moyen de chauffage est immédiatement activé et le coefficient de sécurité est corrigé, par exemple augmenté de 10%. Ce coefficient de sécurité corrigé perdurera les jours suivants en l'absence de critères d'évolution. Le moyen de chauffage peut être activé immédiatement quel que soit le mode de fonctionnement actuel, par exemple mode Economie ou mode Confort, afin de garantir le confort maximal au client, ou peut être activé dès le prochain créneau disponible d'énergie.
Le premier seuil de sécurité prédéfini est par exemple de 35°C.
Il est à noter que l'ajout d'une seule sonde de température d'alerte dans le chauffe-eau permet d'offrir une solution intelligente à la gestion d'eau chaude tout en ne grevant pas drastiquement le coût global du chauffe-eau.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le chauffe-eau comprend en outre une première sonde de température d'alerte de risque de manque d'eau chaude sanitaire disposée à l'intérieur de la cuve en partie haute, le procédé comprenant en outre, lorsque la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte est inférieure à un premier seuil de sécurité prédéfini, l'étape consistant à diminuer le coefficient de sécurité
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le chauffe-eau comprend en outre une seconde sonde de température d'alerte disposée dans la cuve à une hauteur inférieure à celle de la première sonde de température d'alerte, la seconde sonde de température d'alerte étant associée à un second seuil de sécurité prédéfini supérieur au premier seuil de sécurité prédéfini.
Ainsi, l'ajout de la seconde sonde de température d'alerte à une distance connue de la première sonde de température d'alerte permet de créer un second seuil de sécurité prédéfini. Entre les premier et second seuils de sécurité prédéfinis, la puissance de chauffe peut être modulée tout en assurant le confort à l'utilisateur.
Le second seuil de sécurité prédéfini est par exemple de 55°C entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la seconde sonde de température d'alerte.
La présente invention a également pour un objet un chauffe-eau comprenant une cuve destinée à contenir de l'eau, une arrivée d'eau froide en partie basse de la cuve, une sortie de distribution d'eau chaude en partie haute de la cuve, un moyen de chauffage de l'eau contenue dans la cuve disposé hors de la cuve, une conduite de prélèvement d'eau froide prélevant l'eau froide en partie basse de la cuve pour l'amener vers le moyen de chauffage, une conduite d'injection d'eau chaude injectant en partie haute de la cuve l'eau chaude en provenance du moyen de chauffage, une pompe de circulation d'eau à débit variable disposée sur l'une parmi la conduite de prélèvement d'eau froide et la conduite d'injection d'eau chaude, une première sonde de température disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide, une seconde sonde de température disposée sur la conduite d'injection d'eau chaude, et un moyen de régulation électronique configuré pour commander au moins l'un parmi la puissance du moyen de chauffage et le débit de la pompe de circulation d'eau en fonction des températures mesurées par les première et seconde sondes de température afin d'injecter l'eau chaude en partie supérieure de la cuve à une température de consigne spécifiée, le moyen de chauffage et le moyen de régulation électronique configurés pour mettre en œuvre le procédé de régulation tel que défini ci-dessus.
Le chauffe-eau selon l'invention est particulièrement adapté aux réseaux de type « smart grid », l'eau chaude étant introduite par le haut de la cuve, et demeurant en haut de la cuve en raison du gradient de température, on peut en effet, pour la même quantité d'eau, soit chauffer en une seule fois en continu le volume d'eau chaude souhaité, soit chauffer de manière discrète le même volume en plusieurs fois, en utilisant à chaque fois l'électricité en surplus sur le réseau de type smart grid à un moment donné pour chauffer tout ou partie du volume d'eau chaude nécessaire.
Ainsi, ce chauffe-eau est configuré pour chauffer une quantité d'eau chaude au plus juste en fonction des besoins de l'utilisateur, tout en optimisant au maximum les économies d'énergie.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le moyen de chauffage est au moins l'un parmi une pompe à chaleur, une chaudière et une résistance électrique. De préférence, la pompe à chaleur est une pompe à chaleur à variateur électronique (aussi appelé inverter), la puissance de la pompe à chaleur étant régulée par l'intermédiaire du variateur électronique.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le moyen de régulation électronique est mis en œuvre de manière numérique par une unité de calcul comprenant de la mémoire ou reliée à de la mémoire.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le moyen de chauffage et le moyen de régulation électronique sont en outre configurés pour fonctionner dans un mode forcé dans lequel la totalité du volume d'eau de la cuve est chauffée par le moyen de chauffage à une température de consigne maximale.
Ainsi, dans le mode forcé, la totalité du volume d'eau de la cuve est réchauffée quel que soit le créneau horaire ou tarifaire.
En cas de branchement de type heures pleines/heures creuses (HP/HC) ou de programmateur, la première sonde de température d'alerte assure de ne jamais descendre en deçà du volume prévu à cet effet, les relances seront autorisées sur toutes les différentes périodes de programmation ou de tarif HP/HC, suivant les modes de fonctionnement.
Afin de garantir une stabilité et une fiabilité au chauffe-eau, le temps minimal de fonctionnement du moyen de chauffage permet de respecter les protections du moyen de chauffage et les régimes de mise en chauffe. A titre d'exemple, ce temps minimal est de 15 minutes pour une pompe à chaleur et de quelques dizaines de secondes pour une chaudière ou une résistance électrique.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le moyen de chauffage et le moyen de régulation électronique sont en outre configurés pour fonctionner dans un mode vacances dans lequel la température de consigne spécifiée est abaissée à une température de consigne minimale, une chauffe à la température de consigne maximale étant réalisée dès la sortie du mode vacances.
Ainsi, dans le mode vacances, la température de consigne est abaissée, par exemple à 15°C, et toutes les variables de régulation sont figées. A la sortie du mode vacances, par exemple au dernier jour de ce mode, une chauffe à la température de consigne maximale est lancée pour l'anti-prolifération des bactéries pendant les périodes autorisées, ce qui permet d'offrir un véritable cycle anti-légionellose par la montée en température de l'ensemble du volume d'eau de la cuve sans aucun volume mort comme c'est le cas dans la plupart des chauffe-eau thermodynamiques.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, le moyen de chauffage et le moyen de régulation électronique sont en outre configurés pour fonctionner dans un mode compensation de déperditions dans lequel, dès que la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte est supérieure ou égale à un seuil de déperditions prédéfini, une chauffe inattendue est réalisée jusqu'à ce que la température mesurée par la première sonde de température d'alerte soit égale à la température de consigne spécifiée.
Ainsi, dans le mode compensation de déperditions, le volume d'eau chaude de sécurité est assuré d'être à une température suffisante pour garantir le confort à 1'utilisateur.
Le seuil de déperditions prédéfini est par exemple de 15°C.
Il est à noter que, pour les moyens de chauffage modulant leur puissance de chauffe, il est possible d'adapter la chauffe en fonction du type de relance. Par exemple, pour une relance sur déperditions consistant à ne compenser que les pertes statiques du ballon, une chauffe à une puissance plus faible suffira donc et favorisera le comportement global du chauffe-eau.
Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, un mode de réalisation préféré, avec référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins : - la Figure 1 est une vue schématique d'un chauffe-eau selon la présente invention ; et - la Figure 2 est un diagramme de flux d'un procédé de régulation du chauffe-eau selon la présente invention.
Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu'il y est représenté un chauffe-eau 1 selon la présente invention.
Le chauffe-eau 1 comprend une cuve 2 destinée à contenir de l'eau, une arrivée d'eau froide 3 en partie basse de la cuve 2 et une sortie de distribution d'eau chaude 4 en partie haute de la cuve 2, l'arrivée d'eau froide 3 et la sortie de distribution d'eau chaude 4 étant raccordées à un réseau de distribution d'eau 5 de l'habitation dans laquelle le chauffe-eau 1 est installé.
Le chauffe-eau 1 comprend en outre un moyen de chauffage 6 de l'eau contenue dans la cuve 2 disposé hors de la cuve 2, une conduite de prélèvement d'eau froide 7 prélevant l'eau froide en partie basse de la cuve 2 pour l'amener vers le moyen de chauffage 6, une conduite d'injection d'eau chaude 8 injectant en partie haute de la cuve 2 l'eau chaude en provenance du moyen de chauffage 6 et une pompe de circulation d'eau à débit variable 9 disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide 7.
Il est à noter que la pompe de circulation d'eau à débit variable 9 pourrait également être disposée sur la conduite d'injection d'eau chaude 8, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Les flèches représentées sur l'arrivée d'eau froide 3, la sortie de distribution d'eau chaude 4, la conduite de prélèvement d'eau froide 7 et la conduite d'injection d'eau chaude 8 représentent respectivement le sens de circulation de l'eau dans celles-ci.
Le chauffe-eau 1 comprend également une première sonde de température 10 disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide 7, une seconde sonde de température 11 disposée sur la conduite d'injection d'eau chaude 8 et un moyen de régulation électronique (non représenté à la Figure 1) configuré pour commander le débit de la pompe de circulation d'eau 9 en fonction des températures mesurées par les première et seconde sondes de température 10 et 11 afin d'injecter l'eau chaude dans la cuve 2 à une température de consigne spécifiée.
Le moyen de chauffage 6 est au moins l'un parmi une pompe à chaleur, une chaudière et une résistance électrique.
Le moyen de régulation électronique est mis en œuvre de manière numérique par une unité de calcul comprenant de la mémoire ou reliée à de la mémoire, par exemple un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, un processeur de signaux numériques (DSP), une matrice pré-diffusée programmable (FPGA) ou un composant spécifique à une application (ASIC).
La réinjection de l'eau chaude en partie haute de la cuve 2 lors d'une chauffe du moyen de chauffage 6, dite « chauffe par effet piston », permet de ne pas casser la stratification de l'eau présente dans la cuve 2 du chauffe-eau 1 quelle que soit la durée de la chauffe.
Le débit de la pompe de circulation d'eau 9 est ajusté, par le moyen de régulation électronique, pour injecter l'eau chaude dans la partie haute de la cuve 2 à la température de consigne spécifiée afin de favoriser également la stratification de l'eau dans la cuve 2.
La température de consigne peut être spécifiée soit par l'utilisateur par l'intermédiaire d'une interface homme-machine reliée au chauffe-eau 1 soit par un programmateur relié au chauffe-eau 1.
Le chauffe-eau 1 comprend en outre une première sonde de température d'alerte de risque de manque d'eau chaude sanitaire 12 disposée à l'intérieur de la cuve 2 en partie haute, la hauteur 13 à laquelle est positionnée ladite première sonde de température d'alerte 12 représentant un volume d'eau chaude de sécurité suffisant le temps d'une relance de secours du chauffe-eau 1, le volume d'eau chaude de sécurité correspondant au volume d'eau présent entre le sommet de la cuve 2 et ladite hauteur 13, à titre d'exemple cette hauteur 13 peut représenter un volume d'eau chaude de sécurité de 25 litres pour une cuve de 150 litres.
Le chauffe-eau 1 peut ainsi relancer une chauffe du moyen de chauffage 6 lorsque la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte 12 est anormalement élevée. Le moyen de chauffage 6 peut être activé immédiatement quel que soit le mode de fonctionnement actuel, par exemple mode Economie ou mode Confort, afin de garantir le confort maximal au client, ou peut être activé dès le prochain créneau disponible d ' énergie.
Il est à noter que le chauffe-eau 1 pourrait également comprendre une seconde sonde de température d'alerte disposée dans la cuve 2 à une hauteur inférieure à celle de la première sonde de température d'alerte 12, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Si l'on se réfère à la Figure 2, on peut voir qu'il y est représenté un procédé de régulation du chauffe-eau 1 selon la présente invention.
Le procédé de régulation du chauffe-eau 1 comprend les étapes consistant à : - définir 20 une période de temps de régulation dans le moyen de régulation électronique ; - spécifier 21 un volume d'eau de consigne à chauffer pendant chaque période de temps de régulation ; - débuter la régulation du chauffe-eau en continu, une nouvelle période de temps de régulation commençant immédiatement après la fin de la période de temps de régulation précédente ; et, - pour chaque période de temps de régulation, actionner 22 le moyen de chauffage 6 et la pompe de circulation d'eau 9 pour chauffer un volume d'eau correspondant au volume d'eau de consigne.
La période de temps de régulation est définie, dans ce mode de réalisation préféré, à un jour. Cependant, une quelconque valeur de période de temps de régulation pourra être définie, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Ce procédé de régulation permet de ne chauffer, chaque jour, que le volume d'eau de consigne spécifié, le moyen de chauffage 6 apportant uniquement l'énergie nécessaire pour chauffer au plus juste ce volume d'eau de consigne spécifié, ce qui permet de réaliser des économies d'énergie.
Il est à noter que la régulation par apprentissage est facultative, le chauffe-eau pourrait également être configuré pour ne chauffer que le volume d'eau chauffée correspondant à celui de la veille.
Selon ce mode de réalisation préféré, la spécification 21 du volume d'eau de consigne comprend le calcul de ce volume d'eau de consigne par le module de régulation électronique lors d'une phase préalable d'apprentissage de consommation d'eau chaude sanitaire, ledit volume d'eau de consigne étant calculé en fonction du débit de la pompe de circulation d'eau 9 et des températures mesurées par les première et seconde sondes de température 10 et 11.
La durée de la phase d'apprentissage est de quatorze jours mais pourrait également durer un nombre quelconque de jours, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
La totalité du volume d'eau de la cuve 2 est chauffée par le moyen de chauffage 6 chaque jour de la phase d'apprentissage. A l'issue de la phase d'apprentissage, il est ainsi possible d'identifier la moyenne journalière des paramètres suivants : le temps de chauffe journalier, le volume d'eau chaude consommé ainsi que la quantité d'énergie consommée.
Le procédé de régulation permet ensuite de ne chauffer que la quantité d'eau chaude moyenne consommée durant la phase d'apprentissage.
Durant la phase préalable d'apprentissage de la consommation d'eau chaude sanitaire, le moyen de régulation électronique accumule dans une mémoire des données de temps de chauffe, c'est-à-dire le temps pendant lequel le moyen de chauffage 6 est activé, et des données de puissance calculées de la façon suivante : P = mpompe.Cp. (TEC - TEF) , où mpompe est le débit massique de la pompe de circulation d'eau 9 en [kg/s], Cp est la capacité thermique massique de l'eau liquide en [W/(kg.K)], TEC est la température d'eau chaude en [K] mesurée par la seconde sonde de température 11 et TEE est la température d'eau froide en [K] mesurée par la première sonde de température 10.
Le moyen de régulation électronique est ensuite capable de calculer l'énergie apportée (et donc le volume d'eau chauffé) au chauffe-eau 1 pendant la période d'apprentissage, de la façon suivante : E = p.V.Cp. (TEC -TEE) , où V est le volume d'eau chauffé correspondant à l'eau consommée et p est la masse volumique de l'eau (environ égale à 1000 kg/m3) .
Il est à noter que le volume d'eau de consigne pourrait également être spécifié par un utilisateur par l'intermédiaire d'une interface homme-machine reliée au chauffe-eau 1, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Le volume d'eau de consigne est ensuite multiplié par un coefficient de sécurité positif afin de produire un volume d'eau chauffé supérieur au volume d'eau de consigne avec une certaine marge de sécurité, ledit coefficient de sécurité étant diminué de 10% lorsque la température mesurée par la première sonde de température 10 lors du jour précédent est supérieure à un seuil de température prédéfini, ledit coefficient de sécurité étant en outre diminué de 10% lorsque la température mesurée par la première sonde de température 10 lors d'un nombre prédéfini de jours précédents (de préférence, 7 jours) est inférieure audit seuil de température prédéfini. Le coefficient de sécurité ne peut pas être inférieur à un seuil bas de coefficient de sécurité, ledit seuil bas étant égal à 50% par exemple.
Le seuil de température prédéfini possède une valeur de 25°C, mais pourrait également prendre une valeur quelconque sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Il est à noter que le coefficient de sécurité pourrait également être diminué d'un pourcentage quelconque autre que 10%, sans s'écarter du cadre de la présente invention. L'homme du métier saura adapter la valeur du pourcentage pour un ajustement approprié du coefficient de sécurité.
Le procédé de régulation comprend en outre, dès que la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte 12 est supérieure ou égale à un premier seuil de sécurité prédéfini, l'étape consistant à déclencher une chauffe inattendue du moyen de chauffage 6 et à augmenter de 10% le coefficient de sécurité qui perdurera les jours suivants en l'absence de critères d'évolution.
Le premier seuil de sécurité prédéfini possède une valeur de 35°C, mais pourrait également prendre une valeur quelconque sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Il est à noter que le coefficient de sécurité pourrait également être augmenté d'un pourcentage quelconque autre que 10%, sans s'écarter du cadre de la présente invention. Ici encore, l'homme du métier saura adapter le coefficient de sécurité.
Le chauffe-eau 1 est en outre configuré pour fonctionner dans un mode force dans lequel la totalité du volume d'eau de la cuve 2 est chauffée par le moyen de chauffage 6 à une température de consigne maximale quel que soit le créneau horaire ou tarifaire.
En cas de branchement de type heures pleines/heures creuses (HP/HC) ou de programmateur, la première sonde de température d'alerte 12 assure de ne jamais descendre en deçà du volume prévu à cet effet, les relances seront autorisées sur toutes les différentes périodes de programmation ou de tarif HP/HC.
Le chauffe-eau 1 est en outre configuré pour fonctionner dans un mode vacances dans lequel la température de consigne spécifiée est abaissée à une température de consigne minimale de 15°C, une chauffe à la température de consigne maximale étant réalisée dès la sortie du mode vacances.
Il est à noter que la température de consigne minimale pourrait également prendre une valeur quelconque, sans s'écarter du cadre de la présente invention. A la sortie du mode vacances, par exemple au dernier jour de ce mode, une chauffe à la température de consigne maximale est lancée pour l'anti-prolifération des bactéries pendant les périodes autorisées, ce qui permet d'offrir un véritable cycle anti-légionellose.
La valeur de la température de consigne maximale est à titre d'exemple égale à 65°C.
Le chauffe-eau 1 est en outre configuré pour fonctionner dans un mode compensation de déperditions dans lequel, dès que la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte 12 est supérieure ou égale à un seuil de déperditions prédéfini de 15°C, une chauffe inattendue est réalisée jusqu'à ce que la température mesurée par la première sonde de température d'alerte 12 soit égale à la température de consigne spécifiée.
Le volume d'eau chaude de sécurité est ainsi assuré d'être à une température suffisante pour garantir le confort à l'utilisateur.
Il est à noter que le seuil de déperditions prédéfini pourrait également prendre une valeur quelconque, sans s'écarter du cadre de la présente invention.
Dans le cas de moyens de chauffage modulant leur puissance de chauffe, il est possible d'adapter la chauffe en fonction du type de relance. Ainsi, une relance sur déperditions consistant à ne compenser que les pertes statiques du chauffe-eau 1, une chauffe à une puissance plus faible suffira donc et favorisera le comportement global du chauffe-eau 1.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation d’un chauffe-eau (1) comprenant une cuve (2) destinée a contenir de l'eau, une arrivée d'eau froide (3) en partie basse de la cuve (2), une sortie de distribution d'eau chaude (4) en partie haute de la cuve (2), un moyen de chauffage (6) de l'eau contenue dans la cuve (2) disposé hors de la cuve (2), une conduite de prélèvement d'eau froide (7) prélevant l'eau froide en partie basse de la cuve (2) pour l'amener vers le moyen de chauffage (6), une conduite d'injection d'eau chaude (8} injectant en partie haute de la cuve (2) l'eau chaude en provenance du moyen de chauffage (6) , une pompe de circulation d'eau à débit variable (9) disposée sur l'une parmi la conduite de prélèvement d'eau froide (7) et la conduite d'injection d'eau chaude (8), une première sonde de température (10) disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide (7), une seconde sonde de température (11) disposée sur la conduite d'injection d'eau chaude (8), et un moyen de régulation électronique configuré pour commander au moins l'un parmi la puissance du moyen de chauffage et le débit de la pompe de circulation d'eau (9) en fonction des températures mesurées par les première (10) et seconde (11) sondes de température afin d'injecter l'eau chaude en partie supérieure de la cuve (2) à une température de consigne spécifiée, caractérisé par le fait que le procédé de régulation comprend les étapes consistant à : - définir (20) une valeur de période de temps de régulation d'une pluralité de périodes de temps de régulation successives dans le moyen de régulation électronique ; - spécifier (21) un volume d'eau de consigne à chauffer pendant chaque période de temps de régulation - débuter la régulation du chauffe-eau en continu, une nouvelle période de temps de régulation commençant immédiatement, après la fin de la période de temps de régulation précédente ; et, - pour chaque période de temps de régulation, actionner (22) le moyen de chauffage (6) et la pompe de circulation d'eau (9) pour chauffer un volume d'eau correspondant au volume d'eau de consigne.
  2. 2 - Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le volume d'eau de consigne est multiplié à chaque nouvelle période de régulation par un coefficient de sécurité positif afin de produire un volume d'eau chauffée supérieur au volume d’eau de consigne, ledit coefficient de sécurité étant diminué lorsque la température mesurée par la première sonde de température (10) lors de la période de temps de régulation précédente est supérieure à un seuil de température prédéfini, ledit coefficient de sécurité étant en outre diminué lorsque la température mesurée par la première sonde de température (10) lors d'un nombre prédéfini de périodes de temps de régulation précédentes est inférieure audit seuil de température prédéfini.
  3. 3 - Procédé de régulation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le chauffe-eau (1) comprend en outre une première sonde de température d'alerte (12) de risque de manque d'eau, chaude sanitaire disposée à l'intérieur de la cuve (2) en partie haute, et par le fait que le volume d'eau de consigne est calculé lors d'une phase préalable d'étalonnage consistant à chauffer la. totalité du volume d'eau de la cuve (2) et à calculer le nombre de jours d'étalonnage nécessaires pour déclencher la première sonde de température d'alerte (12), le volume d'eau de consigne étant égal au volume d'eau dans la cuve (2) sous la première sonde de température d'alerte (12) divisé par· le nombre de jours d'étalonnage.
  4. 4 - Procédé de régulation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le volume d'eau de consigne est calculé par le module de régulation électronique lors d'une phase préalable d'apprentissage de consommation d'eau chaude sanitaire en fonction du débit de la pompe de circulation d'eau (9) et des températures mesurées par les première (10) et seconde (11) sondes de température, ladite phase d'apprentissage durant au moins une période de temps de régulation, la totalité du volume d'eau de la cuve (2) étant chauffée à chaque période de temps de régulation de la phase d'apprentissage.
  5. 5 - Procédé de régulation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le volume d'eau de consigne est spécifié par un utilisateur par l'intermédiaire d'une interface homme-machine reliée au chauffe-eau (1).
  6. 6 - Procédé de régulation selon la revendication 2, la revendication 3 ou l'une des revendications 4 et 5 prises en dépendance de la revendication 2, caractérisé par le fait que le chauffe-eau (1) comprend en outre une première sonde de température d'alerte (12) de risque de manque d'eau chaude sanitaire disposée à l'intérieur de la cuve (2) en partie haute, le procédé comprenant en outre, dès que la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte (12) est supérieure ou égale à un premier seuil de sécurité prédéfini, l'étape consistant à déclencher une chauffe du moyen de chauffage {6) et à augmenter le coefficient de sécurité.
  7. 7 - Procédé de régulation selon la revendication 2, la revendication 3 ou l'une des revendications 4 et 5 prises en dépendance de la revendication 2, caractérisé par le fait que le chauffe-eau (1) comprend en outre une première sonde de température d'alerte (12) de risque de manque d'eau chaude sanitaire disposée à l'intérieur de la cuve (2) en partie haute, le procédé comprenant en outre, lorsque la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte (12) est inférieure à un premier seuil de sécurité prédéfini, l'étape consistant à diminuer le coefficient de sécurité.
  8. 8 - Procédé de régulation selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé par le fait que le chauffe-eau (1) comprend en outre une seconde sonde de température d'alerte disposée dans la cuve (2) à une hauteur inférieure à celle de la première sonde de température d'alerte (12), la seconde sonde de température d'alerte étant associée a un second seuil de sécurité prédéfini supérieur au premier seuil de sécurité prédéfini.
  9. 9 - Chauffe-eau (1) comprenant une cuve (2) destinée à contenir de l'eau, une arrivée d’eau froide (3) en partie basse de la cuve (2), une sortie de distribution d'eau chaude (4) en partie haute de la cuve (2), un moyen de chauffage (6) de l'eau, contenue dans la cuve (2) disposé hors de la cuve (2) , une conduite de prélèvement d'eau froide (7) prélevant l'eau froide en partie basse de la cuve (2) pour l'amener vers le moyen de chauffage (6), une conduite d'injection d'eau chaude (8) injectant en partie haute de la cuve (2) l'eau chaude en provenance du moyen de chauffage (6), une pompe de circulation d'eau à débit variable (9) disposée sur l'une parmi la conduite de prélèvement d'eau froide (7) et la conduite d'injection d'eau chaude (8), une première sonde de température (10) disposée sur la conduite de prélèvement d'eau froide (7), une seconde sonde de température (11) disposée sur 1a conduite d'injection d'eau chaude (8), et un moyen de régulation électronique configuré pour commander au moins l'un parmi la puissance du moyen de chauffage et le débit de la pompe de circulation d'eau (9) en fonction des températures mesurées par les première (10) et seconde (11) sondes de température afin d'injecter l'eau chaude en partie supérieure de la cuve (2) à une température de consigne spécifiée, le moyen de chauffage (6) et le moyen de régulation électronique étant configurés pour mettre en œuvre le procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 8.
  10. 10 - Chauffe-eau (1) selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage (6) est au moins l'un parmi une pompe à chaleur, une chaudière et une résistance électrique.
  11. 11. - Chauffe-eau (1) selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que le moyen de régulation électronique est mis en œuvre de manière numérique par une unité de calcul comprenant de la mémoire ou reliée à de la mémoire.
  12. 12 - Chauffe-eau (1) selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage (6) et le moyen de régulation électronique sont en outre configurés pour fonctionner dans un mode forcé dans lequel la totalité du volume d'eau de la cuve (2) est chauffée par le moyen de chauffage (6} à une température de consigne maximale.
  13. 13 - Chauffe-eau (1) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage (6) et le moyen de régulation électronique sont en outre configurés pour fonctionner dans un mode vacances dans lequel la température de consigne spécifiée est abaissée à une température de consigne minimale, une chauffe à la température de consigne maximale étant réalisée dès la sortie du mode vacances.
  14. 14 - Chauffe-eau (1) selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage (6) et le moyen de régulation électronique sont en outre configurés pour fonctionnel" dans un mode compensation de déperditions dans lequel, dès que la différence entre la température de consigne spécifiée et la température mesurée par la première sonde de température d'alerte (12) est supérieure ou égale à un seuil de déperditions prédéfini, une chauffe inattendue est réalisée jusqu'à, ce que la température mesurée par la première sonde de température d'alerte (12) soit égale à la température de consigne spécifiée.
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