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This article was downloaded by: [Queen Mary, University of London]On: 11 October 2014, At: 14:06Publisher: RoutledgeInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37-41Mortimer Street, London W1T 3JH, UK
Batiment International, Building Research and PracticePublication details, including instructions for authors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/rbri19
Conduite Automatique Dans Une ChaufferieClaude Le BellacPublished online: 06 May 2008.
To cite this article: Claude Le Bellac (1983) Conduite Automatique Dans Une Chaufferie, Batiment International, Building Research andPractice, 11:6, 355-358, DOI: 10.1080/09613218308551166
To link to this article: http://dx.doi.org/10.1080/09613218308551166
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RENDEMENT DES SYSTEMES DE CHAUFFAGE CI/SfB (56.49) (R3) UDC 697.34
CONDUITEAUTOMATIQUEDANSUNE CHAUFFERIEClaude Le Bellac
L 'un des tours de la region parisienne oule prototype du systeme etaitmis en place. La chaufferie se trouve en sous-sol. A droite la gaine desconduits de fumee
*!
L e CSTH (France) a developpc avec la COFRETII, unesocictc d'exploitation de chauffage, unpilote deconduit c automatique de grandes chaufferies quine
met en service que les chaudieres indispensables a n 'importequel moment domic. Des campagnes de mesures out etcrealisces dans des tours de la region parisienne et ont montreune economic d'e'nergie de 5,5 %, estimation ve'rifieeparreference a neuf installations similaircs de la Societed'exploitation de chauffage. En general, I'amortissernent deI'installation est realise en un an et demi an prix actual dugaz.
T iogetlicr with a heating company, COFRETII, theCSTB in France has developed an automatic pilot forlarge installations which brings into service the
number of boilers needed to meet the load demand at anygiven time. Site tested in large apartment blocks in theParis suburbs, the system provided an estimated 5.5per centsaving in energy use. The estimate was verified byreference to nine similar installations by the heatingcompany. In general, a pay-back period of1.5years isestimated for the system, based on actual gas prices.
Le but de la conduite automatique de chaufferie est de mettre enservice le nombre de chaudieres juste suffisant pour assurer lesbesoins de chaleur du batiment. La ou les chaudieres mises«hors service » sont alors isolees automatiquement de facon alimiter les pertes de chaleur, tant par les parois externes que parles parois internes — par balayage de I'interieur de la chaudierevers le conduit de fumee. On evite ainsi la «consommationd'entretien» des chaudieres qui ne sont pas indispensables.
Une telle conduite pourrait etre faite, en theorie, manuellement,mais I'automatisation permet de s'adapter beaucoup mieux auxbesoins et de limiter la frequence d'intervention du personnel.
II fallait retenir un principe permettant une adaptation facile surdes chaufferies existantes, sans travaux importants: le domainevise etait en effet I'amelioration de I'exploitation des chaufferiesexistantes.
Vannes motorisee surle retour chaudiere
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Relais de systeme. Cartes logiques comprenant 9 cartes et 1 ampli
LA TEMPERATURE EXTERIEURE
La solution retenue a done ete une commande a partir de lamesure de la temperature exterieure, qui correspond aux besoinsde chauffage, avec une prise en compte des demandesperiodiques pour le rechauffage de I'eau sanitaire.
II etait prevu une securite de temperature de depart trop basse etla prise en compte des pannes eventuelles des bruleurs.
La chaufferie etant equipee de deux chaudieres de 700 kW etd'une chaudiere de 350 kW, le prototype realise assurait leschema de fonctionnement figurant au tableau 1.
Chaque chaudiere etait munie sur le retour, entre le robinetd'isolement et la chaudiere, d'une vanne motorisee qui se fermelors de la mise hors service du bruleur et s'ouvre avant la mise enfonctionnement du bruleur.
Bien que les risques de corrosions dues aux condensationssoient faibles puisque le combustible est du gaz naturel, il estprevu une temporisation permettant d'assurer la mise entemperature de la chaudiere avant allumage du bruleur.
INSTRUMENTATION
Le but de I'experimentation etait d'etablir statistiquement lescourbes de consommation en fonction de la temperatureexterieure, d'une part en conduite manuelle, d'autre part enconduite automatique, et de comparer les deux resultats.
La chaufferie a done ete equipee des instruments de mesuresuivants:
• consommation de gaz;
• pression et temperature de gaz;
• debit du reseau chauffage;
• temperatures aller et retour;
• debit du reseau «rechauffage eau chaude » ;
• temperatures aller et retour;
• temperature exterieure;
• vent et ensoleillement;
• duree de fonctionnement des bruleurs;
• duree de fonctionnement des pompes.
L'ensemble des mesures etaient enregistrees par sequences, parune centrale de mesure, sur une bande perforee. Les resultatsetaient depouilles sur ordinateur.
LA PREMIERE CAMPAGNE — RESULTATS
La premiere campagne de mesure n'a pas permis d'obtenir desresultats quantitatifs significatifs du fait de divers problemes lies:
1. au fonctionnement defectueux du dispositif de conduitependant la periode de reglages;
2. a la non prise en compte dans les mesures de phenomenesperturbateurs;
3. au traitement differe des resultats qui n'a pas permis de serendre compte a temps de ces problemes.
Conclusions pratiques
On a pu cependant en deduire certaines conclusions pratiques:
a) La surpuissance des chaudieres
La surpuissance des chaudieres est tres importante et limitebeaucoup I'interet de la conduite automatique. Pour exemples lestemperatures de consigne, suivant le tableau 1, ont ete fixees a:
T1
T2
T3
T4
T5
18 °C
10 °C
3°C
- 6 °C
- 1 4 ° Calors que la temperature minimale de chauffage est de - 7 °C!
Au lieu d'utiliser 5 paliers, on n'en utilisait que 3. Un changementde bruleur aurait ete necessaire. II aurait permis d'une part demieux utiliser la conduite automatique, d'autre part d'ameliorer lerendement instantane des chaudieres.
b) Le differentiel des thermostats
Le differentiel des thermostats de chaudiere est tres grand. Cecinous a empeche de realise des mesures correctes a cause de lavariation importante des temperatures mais, en outre, il y a unedifficulte a fixer une valeur correcte a la consigne de securite detemperature trop basse: cette securite se met intempestivementen fonctionnement.
c) Rechauffage de I'eau sanitaire
Dans une installation avec des stockages d'eau chaudeimportants, des puissances de rechauffage assez faibles (3heures) et des pertes de boucle elevee, I'appel de puissancepour le rechauffage de I'eau sanitaire est suffisamment constantpour la prendre comme valeur fixe dans les reglages, au lieud'utiliser une securite de temperature basse.
d) Piloter par la temperature exterieure
II est preferable de piloter la conduite automatique a partir de latemperature exterieure plutot qu'a partir de la temperature en unpoint donne de I'installation (retour a la chaudiere par exemple).La conduite a partir de la temperature exterieure ne permet pas deprendre en compte les apports internes, mais elle libere des aleasdus au fonctionnement reel de I'installation.
MESURES COMPLEMENTAIRES
Afin d'obtenir un resultat quantitatif, et vu les delais disponiblespour finir I'etude, nous avons realise quelques mesurescomplementaires pour determiner le rendernent global de laproduction de chaleur en fonction de la charge de la chaufferie.On mesure pendant une a deux heures I'energie distribute aureseau de chauffage seul et la quantite de combustibleconsomme; la frequence de scrutation est plus elevee afin des'affranchir des problemes de variation de temperature.
Les mesures ont ete effectuees pour des charges variant de 30 a100%, plus une mesure a charge nulle (en arretant les pompesde chauffage). Les resultats obtenus sont figures sur le graphique1.
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Tableau 1
Position
Ete
Hiver
3 chaudieres dont une
> T ,
XXX
* 0 : bruleur en etat.
< T ,
XXXXX
N: bruleur en securite.T,: temperature deT 2 - T 3 - T , - T 5 :T: temperature de
petite F1 = p2 > p3
Detection de la temperature exterleure
> T 2
XXXXX
non-chautfage.
< T 2
XXXXXX
> T 3
XXXXXX
XXXX
> T 4
XXXX
dependent des puissances chaudieres.consigne de depart trop froid.
< T 4
XXXX
X
Temperaturedepart
< T
XXX
XX
XXX
X
X
-
Ouvertureregulation
E.C.S.
XXX
XXX
XX
XXX
X
X
Securitechaudiere*
1
0
0
0
0
0N
00
00000N00
2
0N
0N
0N0N0NN00N00N00N000
3
0NN
0NN0NN00
00N0ON00
0000
Mise enservice
chaudiere
1
X
X
X
X
X
XX
XXXXX
XX
2
X
X
X
X
X
XX
XX
XX
XXX
3
X
X
X
XX
XX
XX
XX
XXXX
0.8
0.6
0,4
0,2
Rendement de 1'installation en fonction de sa charge
1ii
iiiiiiiiiiiii
©I® ®
© ^ ^x/^ *
/ ©
x_^——. - - - • x
_ — - — - —
© X
X
©
40 60 80
Fig. 1. Rendement de 1'installation en fonction de sa charge
100Charge (%)
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Rendement
0,8
0,7
0.6
0,5
0
L * r-J INv
4 O
A O
&
Rendement de I'installation en fonctionde la temperature exterieure
• * » Chaudiere 3 (petite chaudiere)o n • Chaudiere 1 (grosse chaudiere)x x x Chaudieres 1 + 3o o o Chaudieres 1 + 2A A A Chaudieres 1 + 2 + 3
— — •— Conduite manuetleCo iduiteautomatique
•
\
\
D \
o\
x. o
\
\
O X D +
\
A O X
\
A O V
A O
A O
A i
A
• «
x a *\< • •
, l a -
OX D*
AOXD+
AOXD*
- 1 0 10 20Temperature exterieure (°C)
Fig. 2. Rendement de /'installation en fonction de la temperatureexterieure
Heures
400
200
Frequence d'observation de temperature exterieure
ITTr-
r-
-
--
r —
r - i
- i
r - i
-I *-- 5 10 15 20
Temperature exterieure
On peut alors etablir les courbes de rendement global dechaufferie, en fonction de la temperature exterieure, pour chaqueconfiguration du nombre de chaudieres en fonctionnement. Cescourbes sont figurees sur la figure 2.
Sur cette figure, on a indique 1'evolution du rendement dans lecas d'une conduite automatique — sans tenir compte dudifferentiel des points de consigne — et dans le cas d'uneconduite manuelle en supposant que celle-ci est faite correcte-ment: utilisation de deux chaudieres en mi-saison (une petite etune grosse) et des trois chaudieres en saison froide (au-dessousde 0°C).
[.'observation de la frequence moyenne des temperaturesexterieures (cf. fig. 3) sur I'annee permet de determiner laconsommation de combustible correspondant a chaque tranchede temperature exterieure, pour chacun des types de conduite(manuelle ou automatique).
Dans cette hypothese, I'economie d'energie calculee, apporteepar la conduite automatique de chaufferie, est de 5,5% pour lachaufferie consideree.
La Societe d'exploitation de chauffage COFRETH a, quant a elle,compare les consommations annuelles, corrigees de la rigueur deI'hiver et des variations de temperature interieure eventuelles, dequelques chaufferies ou elle a installe egalement de telsappareils.
Les resultats obtenus sur neuf chaufferies sont tres disperses (de0 a 12%) avec une moyenne de 3,4%, qui confirme I'ordre degrandeur des economies a attendre de la conduite automatiquede chaufferie.
CONSIDERATIONS ECONQMIQUES
Depuis la realisation du prototype, la COFRETH a miniaturiseI'appareil de conduite automatique en y integrant un microproces-seur. Le prix de revient actuel de I'appareil se situe autour de15 000 F soit, avec Installation des vannes motorisees, un coutde 30 000 F pour une chaufferie de trois chaudieres.
Pour I'installation consideree, I'annortissement de I'installation estrealise en 1,5 an au prix actuel du gaz.
Fig. 3. Frequence d'observation des temperatures exterieures
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