La régulation

Les principes de base

Les organes de réglage

2010/2011 4 - GC

Régulation

= maintien d’un paramètre à une valeur de consigne

Chaîne de régulation

1. Observation (ex: sonde de température)

2. Détection d’un écart (ex: régulateur)

3. Action (ex: vanne)

Observation Détection d’un écart Action

La régulation

La boucle fermée

- observation du paramètre régulé

- correction pour agir sur le paramètre

Avantage : résultat garanti ! / Problème : inertie de la boucle…

Action

Régulateur

Observation Système

Consigne

La régulation

Local

Action ObservationRégulateur

local

Exemple :

La régulation

La boucle fermée (exemple : chauffer un four)

La régulation

La boucle ouverte

- observation du paramètre perturbateur principal

- action sur le système

Problème : résultat non garanti / Avantage : rapidité de réaction !

Action

RégulateurObservation

Système

Consigne

Exemple :

Local

Action ObservationRégulateur extérieur

La régulation

La boucle ouverte (exemple : chauffer un four)

La régulation

Pour un bon confort ?

Régulation globale + Régulation locale

(boucle ouverte) (boucle fermée)

Confort humain :

fonction de la température,

de l ’humidité relative, de

la vitesse de l ’air, ...

La loi de correspondance

En boucle ouverte, il faut donner une loi de correspondance au

régulateur entre : le paramètre mesuré et le paramètre à régler

Text

Te

Régulateur

TsQm

La régulation

Te

Text

70 C

20 C

Courbe de chauffe

La régulation

Text

Tdép

Loi de correspondance entre la température de départ

et la température extérieure (facteur influant principal)

Compensations

Te

Text

Droite de chauffe

Effet du vent

Ensoleillement, apports internes

Ajustement de la loi de correspondance (grâce à des sondes

complémentaires par exemple)

La régulation

Les organes de réglage

Vanne 2 voies

Vanne 3 voies

La régulation

Robinet thermostatique

Les organes de réglage : la caractéristique intrinsèque Kv

La régulation

Kv = débit en m3/h qui traverse un organe de réglage soumis à

une pression différentielle de 1 bar

L’organe de réglage crée une perte de charge singulière P :

avec P = 1 bar, on a par définition Kv = Q et donc :

(pour de l’eau)

Remarque :

Kvs = Kv lorsque l’organe de réglage est ouvert à 100%

22

22

.Q2g.S

k

2g

Q/Sk.

2g

Vk.ΔP

ΔPKv.Q

Les organes de réglage : l’autorité

La régulation

L’autorité sert à quantifier la progressivité d’un organe de réglage

Pv,100 : perte de charge dans l’organe de réglage ouvert à 100%

Pr,100 : perte de charge dans le tronçon régulé en débit

(lorsque l ’organe de réglage est ouvert à 100%)

En pratique :

0,3 < a < 0,7

(on essaie d’obtenir a = 0,5)

r,100v,100

v,100

ΔPΔP

ΔPa

a < 0,3 : la vanne a une

efficacité réduite

a > 0,7 : la vanne crée

trop de perte charge

Les organes de réglage : dimensionnement

La régulation

a = 0,5 Pr,100 = Pv,100

v,100v,100 ΔPKvs.Q

Kvs

Choix de vanne : Kvs,réel

Calcul de l’autorité réelle

si a<0,3 ou a>0,7

Remarque : les pertes de charges amenées par les organes de réglage

doivent être prises en compte pour le choix des pompes

Les organes de réglage : dimensionnement

La régulation

Pour limiter les perturbations

dans la voie commune liées au

fonctionnement de la vanne (les

PdC dans voie directe et bipasse

varient mais pas la pompe):

Ce type de schéma permet de

vérifier les conditions préconisées

ci-dessus. Mais…

Pr,100 + Pv,100 < 0,5.Hmvoie

commune

bipasse

voie

directe

Exemple : dimensionnement des vannes de régulation

La régulation

Exemple : Régulation d’une chaudière à 2 allures

La régulation

La régulation

Régulateur

Entrées

(sondes)

Sortie

(organes de réglage)

Observation Détection d’un écart Action

Les principales « entrées » utiles en chauffage :

- température (air, eau), humidité relative (air)

- détection de présence

- vent, ensoleillement

- sonde de pollution (CO, Nox,…)

Sonde de température

Le principe général :

* le comportement électrique d’un élément

varie en fonction de la température du local

(ex : Pt100, thermocouple, thermistance)

Information « analogique » vers le régulateur

* Le matériau se dilate/contracte en fonction

de la température

(ex : bilame)

Information « logique » vers le régulateur

Thermostat d’ambiance

Il agit comme un limiteur = équipé d’un contact qui commute

lorsque la valeur limite programmée est atteinte

=> Information « logique »

(souvent associé au circulateur / à une V3V de « zone de

chauffage »)

Temp. extérieure

« doigt de gant »

Sonde sur l’eau : applique / plongeuse

GTC : Gestion Technique Centralisée

1 centrale gère l’ensemble du système

=> intelligence centralisée

La régulation centralisée

La régulation centralisée

GTB : Gestion Technique du Bâtiment

1 centrale et plusieurs unités locales gèrent le système

=> intelligence répartie

Immotique / Domotique

ensemble des techniques,

services, infrastructures

(entreprise / habitat)

* Télé-exploitation

* Télé-maintenance

* Télé-suivi

* Télé-formation

* Télé-assistance

Confort

Sécurité

Optimisation

Maintenance

Fonctions de la GTB

La régulation centralisée

Diagnostic de performances

Conception bioclimatique

Mais comment réduire les besoins de chauffage ?

2010/2011 4 - GC

1. Le D.P.E

2. Les principes de la conception bioclimatique

3. Des exemples de solutions « bioclimatiques »

Bâtiment énergivore (en kWh/m2/an)

Bâtiment économe (en kWh/m2/an)

> 750

591 à 750

I

H

A

B

C

D

E

F

G

≤ 50

51 à 90

91 à 150

151 à 230

231 à 330

331 à 450

451 à 590

1. Diagnostic de Performance Energétique

Origines :

La directive européenne 2002/91 (16/12/02) sur la performance

énergétique des bâtiments prévoit :

• renforcement la réglementation des bâtiments neufs,

• mise en place de réglementations lors des rénovations,

• instauration de l’inspection des chaudières et des

systèmes de climatisation

• obligation d’un certificat de performance énergétique

(appelé ultérieurement par la France, diagnostic) à la vente,

à la location et à la construction

1. Diagnostic de Performance Energétique

Textes de mise en œuvre du DPE en France :

- loi n 2004-1343 du 9 décembre 2004

-…

- décret n 2006-1147 du 14 septembre 2006

- depuis 2007, le DPE doit être inséré dans le dossier de

diagnostics techniques au moment des ventes et des

locations

1. Diagnostic de Performance Energétique

Quelques références utiles :

- Diagnostic de Performance Energétique : Guide à l’usage du diagnostiqueur

- Aide pour l’établissement du diagnostic de performance énergétique des bâtiments

existants proposés à la vente en France métropolitaine

Pour télécharger des documents ou plus d’infos récentes : www.logement.gouv.fr

Limites :

- pas d’obligation si le local n’a pas de système de chauffage

fixe (par ex : une cheminée uniquement)

- s’applique à la France métropolitaine (climatologie et

usages des départements d’outre-mer diffèrents)

- affichage du DPE pour les ERP > 1000m2

Qui établit le DPE ?

- personne possédant un certificat de compétence (donné par

un organisme agréé) + « indépendante » :

• notaire, agent immobilier, entrepreneur de bâtiment

intervenant dans les travaux = NON

• maître d'œuvre ou architecte = OUI

Combien ça coûte ?

- coût variable : jusqu’à 300 Euros par « étude »

1. Diagnostic de Performance Energétique

a. Partie Energétique

- quantité d’énergie consommée ou estimée (chauffage,

production d’ECS, ventilation, refroidissement et éclairage

intégré pour les bâtiments tertiaires)

- étiquette énergie

- recommandations d’amélioration

b. Partie Information et Sensibilisation à l’effet de serre

- montant des frais liés à la consommation énergétique,

- quantité d’énergie d’origine renouvelable produite par

des équipements installés et utilisés par le bâtiment,

- indicateur d’émissions de gaz à effet de serre (éq.CO2)

du aux consommations en énergie finale

- étiquette climat

Contenu du DPE :

1. Diagnostic de Performance Energétique

XX

Bâtiment

Forte émission de GES

Faible émission de GES

H

I> 145

111 à 145

B

C

D

E

F

G

≤ 5

6 à 10

11 à 20

21 à 35

36 à 55

56 à 80

81 à 110

A

kgéqCO

2/m2.an

XXX

Bâtiment

Bâtiment énergivore

Bâtiment économe

> 750

591 à 750

I

H

A

B

C

D

E

F

G

≤ 50

51 à 90

91 à 150

151 à 230

231 à 330

331 à 450

451 à 590kWhEPEP/m².an

Etiquette ENERGIE Etiquette CLIMAT

1. Diagnostic de Performance Energétique

Le « Pré-Diagnostic » Énergétique avec préconisations

C’est une étude rapide (3 jours maxi.)

- relevé et analyse des données de site

= phase d’ « inventaire » (visites, mesures, factures,

relevés de consommation,…)

- évaluer les gisements d’économies d’énergie (bilan annuel)

= recours à des logiciels (3CL-DPE, Comfie-DPE…)

- orienter le maître d’ouvrage vers

• des interventions simples à réaliser

• des études plus approfondies

- chiffrer les interventions (temps de retour sur investissement)

- types de préconisations :

- actions immédiates = peu d’investissement

- actions prioritaires = rentabilité élevée

- actions utiles = peuvent être différées

+ propositions pour des systèmes de gestion adaptés

1. Diagnostic de Performance Energétique

Profiter des aspects POSITIFS du climat

pour minimiser la facture énergétique

• répartir les pièces en fonction de l’orientation

• capter le soleil en hiver / protéger du soleil en été

• stocker et restituer la chaleur

• se protéger des vents dominants

2. La conception Bioclimatique

Maquette - Centre d'Information sur l'Energie et l'Environnement

Maison à l’abri

Forme compacte

Baies vitrées au SudEnergie ?

Eau ?

2. La conception Bioclimatique

Mur en béton épais

surface noire

Air chaud

Air «froid»

Ouverture possible en été

Lame d’air

Vitrage

a) Mur Trombe avec lame d ’air ventilée

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

Maison « Trombe » (Font-Romeu - Odeillo)

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

b) Les toitures végétalisées

Intérêt :

- inertie de la toiture (= réduction des charges)

- rétention d’eau de pluie

- confort : esthétique (?), acoustique (?)

Couche végétale

Support

Couche drainage

Membrane étanche

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

b) Les toitures végétalisées

Ecole maternelle à Montmorency (95)

Magasin Décathlon (Allemagne)

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

c) Le puits canadien / le puits provençal

Le principe :

utiliser la chaleur ou la fraîcheur du sol pour

pré-traiter l’air neuf introduit dans le local

(on limite les puissances maximales appelées)

60 m

2 m

30°C19°C

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

Janvier

Avril

Juillet

c) Le puits canadien / le puits provençal

d’après www.herzog.nom.fr

En hiver, le sol est une

réserve de « chaleur »

En été, le sol est une

réserve de « fraîcheur »

Profondeur du sol (m)

Température (°C)

00

15

10

5

2 4 6 10

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

Saturargues (34)

Maison ventilée avec puits canadien

Entrée du puits

Vue de la maison

Saturargues (34)

Maison ventilée avec puits canadien

Hiver

Saturargues (34)

Maison ventilée avec puits canadien

Eté

d) Les façades « double-peau »

d’après CSTB

Schéma de principe :

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

d) Les façades « double-peau »

Les avantages :

• utilisation des gains solaires (hiver)

=réduction de la demande d'énergie de chauffage,

• utilisation réfléchie des protections solaires (été)

= réduction des besoins d'énergie de rafraîchissement,

• refroidissement nocturne efficace (« free-cooling »),

• amélioration de l'isolation aux bruits extérieurs,

• augmentation de la durée de vie des éléments

de façade

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

e) Le stockage d’énergie

Le principe :

stocker de la chaleur ou de la fraîcheur durant une

période (pour la redistribuer au moment opportun…)

Systèmes de stockage :

- sol

- conteneurs d’eau & parois

- matériaux à changement de phase

Remarque :

suivant l’inertie du système de stockage, on joue

sur le différentiel « jour/nuit » ou « hiver/été »

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

e) Le stockage d’énergie

Hiver

Exemple 1:

conteneurs

d’eau

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

Les MCP

dans les textiles

Exemple 2:

Les matériaux à changement de phase

f) Un architecte allemand : Rolf DISH

Bâtiment à énergie positive

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

f) Un architecte allemand : Rolf DISH

Bâtiment à énergie positive : détails

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

f) Un architecte allemand : Rolf DISH

Un quartier à énergie positive (à Freiburg)

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

f) Un architecte allemand : Rolf DISH

Des maisons individuelles…

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »

f) Un architecte allemand : Rolf DISH

…aux logements collectifs

3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »