Aperçu des dispositifs de contrôle des chaudières – contrôle de la chaleur

Le chauffage est l’un des systèmes les plus importants pour assurer non seulement le confort mais aussi la vie dans les pièces. Dans le secteur de la construction, c’est la conception et l’installation des systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire qui représentent une part importante des coûts. Le fonctionnement n’est pas bon marché. Mais plus le système de chauffage est complexe, plus il existe de moyens de réduire les coûts d’exploitation sans compromettre le confort.Les commandes de la chaudière sont un ensemble complexe de divers composants et pièces électroniques. À titre d’exemple, examinons les composants de base utilisés pour contrôler les chaudières à gaz.Limitons-nous à ceux qui sont requis par la réglementation : ce ne sont pas les systèmes et les détails de leur construction qui sont importants pour l’utilisateur, mais les possibilités qu’ils offrent.

MODULE DE CONTRÔLE CENTRAL

Le nom de l’appareil diffère d’un fabricant à l’autre, mais le but est le même : il alimente le système de chauffage. La présence et le nombre d’autres éléments dépendent de la complexité du système, mais dans tous les cas, il doit y avoir un module central – c’est une sorte de « cerveau ». C’est là que les autres composants – capteurs, régulateurs, dispositifs de sécurité et de contrôle – sont connectés.

Dans la plupart des chaudières murales et au sol, le module de commande est installé directement dans le corps de l’appareil. Souvent, à l’aide d’un câblage approprié barres omnibus , le module est également placé à l’extérieur de la chaufferie dans une position plus facile à gérer – sur le mur de la chaufferie ou même à l’intérieur.

Ce qu’un tel module doit « savoir »? Cela dépend de vos besoins. Le strict minimum : contrôle du brûleur, des systèmes de sécurité, d’au moins un circuit de chauffage et du réglage de la température souhaitée. Mais cet ensemble de fonctions n’existe que pour certaines petites chaudières murales à gaz « pour une ou deux pièces ». Pour les applications plus complexes, un module plus complexe est également nécessaire. Sans entrer dans les détails techniques, nous allons énumérer les principales tâches et les principaux appareils qui, en théorie, peuvent être connectés au module.

Le système de chauffage peut être à basse ou haute température ou combiné , à un ou plusieurs circuits, avec différentes pompes pour le pompage des liquides, divers capteurs de contrôle nous ne nous attarderons même pas sur ces particularités : le nombre et le type d’éléments dépendent de la construction et des caractéristiques de la chaudière, du brûleur et du système lui-même . Il est réaliste de connecter des capteurs supplémentaires et des contrôleurs d’ambiance, dont nous parlerons un peu plus tard. Elle utilise souvent un système d’eau chaude sanitaire en même temps que le système de chauffage, moins souvent des générateurs de chaleur supplémentaires : capteurs solaires, pompes à chaleur, éléments chauffants… Tout cela doit également être contrôlé ou du moins coordonné.

Il est clair que le niveau de sophistication des modules de contrôle diffère dans tous ces cas. Dans un système de chauffage simple, vous n’aurez probablement pas besoin de fonctions supplémentaires, mais dans le cas d’un système plus complexe, vous pourriez avoir besoin d’autres dispositifs que ceux mentionnés ci-dessus. Même pour les petites chaudières assez simples, les fabricants proposent parfois au moins deux types de modules de prix, le premier pour des tâches plus ou moins typiques, le second plus compliqué et plus cher, bien sûr . Les modules plus complexes sont équipés de sorties supplémentaires pour le raccordement de divers dispositifs, notamment des modules de commande supplémentaires. De cette façon, il est possible de construire n’importe quelle complexité du système.

Il est caractéristique des systèmes de chauffage en cascade multi-chaudières où les modules de contrôle sont installés sur chaque chaudière. L’approche habituelle ici est de désigner un module comme maître, les autres comme esclaves. Les modules esclaves sont généralement lancés sans panneau de commande : aucune commande manuelle n’est nécessaire pour chaque chaudière, et un seul module maître peut gérer le système.

Tous les éléments du système de contrôle de la chaudière communiquent entre eux par l’intermédiaire de barres omnibus, bien que la communication radio soit également possible. Les protocoles de communication diffèrent d’un fabricant à l’autre, c’est pourquoi il est plus facile de s’attendre à ce que tous les dispositifs du système fonctionnent ensemble si les éléments sont commandés et installés par un seul fabricant et un seul prestataire de services. Il n’est pas toujours possible de combiner ensemble des appareils de différents fabricants.

MODULES DE CONTRÔLE D’AMBIANCE

Un seul module peut être trop petit pour les réglages de confort dans une maison à plusieurs chambres. Au moins, il est logique d’en rajouter dans les zones de vie principales. Pour ce faire, les contrôleurs d’ambiance sont reliés au module de base par une liaison filaire ou radio. En fait, il s’agit des mêmes modules de commande, mais avec moins de fonctions.

L’option la plus simple est un thermostat d’ambiance. un « bouton » commun. Son principal inconvénient est lié à l’inertie du système de chauffage : le processus de changement de température peut prendre jusqu’à plusieurs heures. La plupart des régulateurs d’ambiance sont complexes. En général, ils peuvent être programmés pour maintenir une température automatique selon un programme préétabli qui peut également être sélectionné sans passer par l’unité centrale et peuvent être contrôlés manuellement.

CAPTEURS DE TEMPÉRATURE

L’objectif principal de la complication de tout système de chauffage est d’obtenir un confort maximal en utilisant le moins possible d’énergie thermique. Des capteurs de température sont nécessaires à cet effet. Dans ce cas, il est réaliste de programmer le système pour une régulation automatique.

Il existe trois types de ce type de contrôle : « par l’eau », « par la température » et « par le temps ». Plus il y a de possibilités de contrôle, plus l’utilisation de la chaleur sera économique, plus les conditions de confort seront créées, mais le prix du système augmente également.

Nous ne tenons pas compte des capteurs de température pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire, car ils sont davantage liés au système de contrôle de la chaudière. Il est également évident que pour fournir de l’eau à une température donnée, vous aurez besoin d’actionneurs : pompes et régulateurs de capacité sur chaque circuit.

La méthode de régulation la plus simple, la régulation « à l’eau », est utilisée dans tous les appartements urbains à chauffage central. Les radiateurs sont alimentés en eau à une température donnée ; en théorie, il y a un régulateur robinet sur chaque radiateur, mais en pratique, personne n’y touche. En réalité, la centrale de chauffage dispose de son propre système de régulation, mais il n’y a pas de véritable retour d’information de la maison vers les occupants ; la température de l’eau est réglée de manière centralisée et l’utilisateur ne peut pas l’ajuster. Même s’il commence à appeler la société de maintenance et à crier après elle, rien ne garantit qu’il obtiendra des résultats dans un délai raisonnable. Une telle réglementation est très inertielle.

Si le système est complété par des capteurs de température ambiante, il est possible de réaliser des économies : une fois la température de consigne atteinte, il est possible de réduire le chauffage et de le maintenir dans les limites fixées en contrôlant la température de l’eau et la capacité de chaque circuit. C’est mieux, mais seulement si la température extérieure ne change pas. Le système a également de l’inertie, et plus l’isolation est bonne, plus le capteur dans la pièce réagira tardivement aux changements de température de la pièce.

Le moyen le plus pratique et le plus économique est la régulation en fonction du temps. Le système est connecté à un capteur de température extérieure. Il doit être placé sur un mur extérieur, de préférence orienté vers le nord ou le nord-ouest et protégé du vent et des rayons directs du soleil. Ce capteur régule la température de l’eau de la chaudière en fonction de la température extérieure. Mieux encore, si le capteur extérieur fonctionne avec le capteur intérieur.

Le capteur lui-même est peu coûteux, l’électronique de commande n’est pas trop compliquée, et les économies réalisées grâce à la régulation en fonction des conditions météorologiques atteignent 20 à 30 %.

PROGRAMMATION DU SYSTÈME

Le système complet nécessite un réglage une fois installé, et il y a deux niveaux : servo et utilisateur. L’analogie avec un ordinateur est ici la plus pertinente : les spécialistes assemblent, installent et déboguent les programmes, puis donnent à l’utilisateur un droit d’accès, mais seulement à quelques réglages importants pour eux.

La première chose que doit faire un technicien de maintenance est de vérifier que tous les éléments fonctionnent ensemble. En général, tous les microprogrammes nécessaires sont déjà installés « remplis » dans les modules. Certains modules standard nécessitent une personnalisation supplémentaire pour s’adapter à l’application ; la plupart sont configurés automatiquement, sans intervention externe. D’autres réglages comprennent la plage admissible pour tous les éléments par exemple, si le système contient un circuit de chauffage à basse température, le réglage de sa limite de température .

Différents programmes de chauffage sont utilisés pour assurer à la fois le confort et la réduction des coûts. Une réduction approximative de la température ambiante d’un degré entraîne une économie de 5 à 7 % de l’énergie de chauffage. Les principaux moyens d’économiser ici sont de maintenir une température optimale dans chaque pièce si le système le permet selon un programme prédéfini et de pouvoir la régler manuellement.

Les besoins en chauffage varient en fonction de l’heure de la journée. Le matin et le soir, lorsque tout le monde est à la maison, il faut non seulement de la chaleur mais aussi de l’eau chaude. Il est préférable de réduire la température de quelques degrés la nuit. Plusieurs programmes de chauffage prédéfinis peuvent être « gelés » en mémoire – l’utilisateur n’a plus qu’à sélectionner celui qui lui convient le mieux. Un programme de chauffage standard consiste en un ou plusieurs programmes de chaleur qui alternent tout au long de la journée, avec chauffage et déshumidification, avec parfois une température différente à chaque période. Il arrive très souvent qu’il n’y ait personne à la maison pendant les heures de travail en semaine, alors qu’un programme de chauffage différent est nécessaire le week-end. De nombreux systèmes sont capables de « créer » un ou plusieurs programmes de chauffage « hebdomadaires » afin d’économiser du temps et des efforts de programmation.

Si un chauffage dépendant des conditions météorologiques est utilisé, il est également nécessaire de construire une courbe de température, c’est-à-dire d’établir une moyenne. e. Programmer la température de l’eau de la chaudière déterminée par une sonde placée en un point quelconque du système, généralement à l’entrée ou à la sortie de la chaudière en fonction de la température de l’air extérieur. Supposons que le chauffage soit mis en marche lorsque la température extérieure est inférieure à 20 °C. C’est le premier point de la courbe.

Si la température extérieure baisse, il faut chauffer davantage, mais la quantité dépend des conditions, en particulier des pertes de chaleur du bâtiment : plus les pertes de chaleur sont importantes, plus les besoins en chauffage sont élevés. En général, plusieurs courbes de ce type sont « stockées » dans le contrôleur du module de commande et la bonne courbe est sélectionnée en fonction des conditions individuelles. Une fois la courbe sélectionnée, la température de l’eau de la chaudière est réglée au point où la température de l’air est la plus basse de la région. Le réglage est ainsi terminé.

Les temps de commutation et les réglages de la courbe de température peuvent être programmés soit au niveau de l’utilisateur, soit au niveau du service. Certains systèmes vous permettent de créer votre propre programme de chauffage en complément du programme standard.

Les programmes de chauffage sont pratiques car ils permettent au système de fonctionner efficacement en mode automatique. Un certain nombre de réglages peuvent être sélectionnés pour accroître la commodité d’utilisation. La plupart d’entre eux peuvent facilement être mis en marche manuellement à partir de l’unité de commande.

Le mode « hiver/été » est réglé soit manuellement, soit automatiquement en cas de régulation en fonction de la météo . Si l’installation comprend un circuit d’eau chaude sanitaire, le mode « été » utilise l’énergie uniquement pour chauffer l’eau sanitaire dans le chauffe-eau, mais la chaudière peut aussi être complètement arrêtée. Si vous vous absentez de votre domicile pendant une période prolongée, il est judicieux d’activer un mode « vacances » qui maintient la température à un niveau bas et le circuit est chauffé à un niveau confortable

L’ECS s’éteint. Bien entendu, le programme antigel est prioritaire sur tous les autres programmes ; il n’éteindra pas complètement la chaudière, mais il utilisera le combustible de manière beaucoup plus économique.

Divers fabricants proposent également d’autres programmes prédéfinis, par exemple l’arrêt temporaire du chauffage pour la ventilation ou un mode « fête » qui, lorsqu’il est activé, prolonge la période de chauffage confortable pendant un certain temps. Les autres fonctions de contrôle disponibles dépendent de la configuration du système lui-même. S’il est équipé d’un réservoir d’eau chaude sanitaire, il est possible d’organiser un chauffage ponctuel lorsqu’un grand volume d’eau chaude est nécessaire à des moments inhabituels et une désinfection thermique chauffage périodique de l’eau afin de tuer les bactéries qu’elle contient .

L’activation et la désactivation de tous les modes se font généralement par le biais d’un bouton de commande central. Si le système est doté de commandes d’ambiance supplémentaires, certains modes peuvent également être activés à partir de ces commandes, mais cela dépend des réglages. Dans tous les cas, il n’y a rien de compliqué à définir le bon mode au niveau de l’utilisateur.

SYSTÈME DE CONTRÔLE À DISTANCE

Outre la communication filaire ou, parfois, radio entre les différents éléments, de nombreux fabricants développent aujourd’hui des dispositifs permettant de contrôler, de surveiller et de gérer à distance les systèmes de chauffage. Ces systèmes sont particulièrement adaptés aux résidents intermittents qui laissent leur maison sans surveillance, quelle qu’en soit la durée. Cela nécessite l’intégration d’un dispositif approprié, généralement un module GSM, dans le système. En fait, c’est la même chose qu’un téléphone mobile ou un modem avec une carte SIM.

Il existe plusieurs options, en fonction des tâches à accomplir. La première chose que l’on demande au système de chauffage dans ce cas est de pouvoir allumer et éteindre le chauffage à volonté lorsque les occupants de la maison ne sont plus là. En principe, un seul canal avec une paire de contacts qui provoque l’envoi d’un signal au panneau de commande lorsqu’il est fermé est suffisant pour cette fonction. De nombreux contrôleurs disposent d’un tel canal ; le mode requis « on » ou « off » est programmé à l’avance.

Le reste est simple : vous appelez ou envoyez un SMS au numéro d’appel – le contrôleur reçoit le signal et allume ou éteint le chauffage. La fonctionnalité d’un tel système n’est pas aussi grande que celle des autres méthodes, mais elle est suffisante pour le confort et la conservation de l’énergie.

Les différents fabricants peuvent proposer d’autres moyens de contrôler l’appareil de chauffage via une liaison GSM ou un réseau téléphonique fixe. Il est parfois réaliste de réguler la température avec de tels dispositifs, et le modem enverra également des messages de défaut.

De nombreuses autres options sont disponibles si l’Internet est utilisé pour le contrôle à distance. Le mode de connexion le plus simple – mobile, au moyen du module correspondant avec carte SIM, en option – connexion par un réseau fixe. En théorie, cela ne fait aucune différence ; en pratique, la connexion au réseau fixe est plus sûre : si le réseau de téléphonie mobile est surchargé ou tombe en panne pour diverses raisons, la télécommande n’est plus possible. Il faut ici tenir compte de l’emplacement du bâtiment : s’il est situé près d’autoroutes spéciales, d’installations spéciales ou simplement de lieux de célébrations à grande échelle, l’internet mobile peut être coupé sans aucun avertissement et personne n’aura le droit de se plaindre.

Bien entendu, il est également nécessaire d’installer le logiciel correspondant sur un ordinateur hôte ou un téléphone portable « avancé » . La capacité de contrôle par Internet est identique à celle d’un panneau de contrôle conventionnel, avec des niveaux d’utilisateur et de service. Il est important de noter qu’un technicien de service est également en mesure de réinitialiser le système à distance, de le surveiller et, dans certains cas, de le dépanner à distance. Cependant, il est nécessaire de considérer que la surveillance constante de l’état de l’équipement par les forces de l’organisation tierce est un service payant.

« SMART HOMES

Le concept de maison intelligente offre un contrôle centralisé et le fonctionnement simultané de plusieurs systèmes. Pour créer une température de confort dans la pièce, il ne suffit pas de s’occuper de la ventilation ou du système de climatisation et de l’humidité. Certains éléments, impliquant le travail conjoint du chauffage avec d’autres systèmes, peuvent être contrôlés par certains des contrôleurs habituels, par exemple, lors de la connexion du capteur d’ouverture des fenêtres, il est possible de programmer l’arrêt du chauffage des pièces pendant l’aération.

Les éléments chauffants de différents fabricants communiquent entre eux avec des protocoles et des bus différents – en bref, ils « parlent des langues différentes ». Pour intégrer le chauffage intelligent dans une maison intelligente, vous aurez probablement besoin d’un module d’interface passerelle pour le contrôleur du système de chauffage qui le relie à d’autres systèmes non liés au chauffage. Les avantages du contrôle simultané de tous les systèmes d’une maison, et pas seulement du chauffage, sont évidents – selon la complexité du système.

ALIMENTATION DE SECOURS

Pour que le système puisse fonctionner de manière autonome, il faut pouvoir couper l’électricité, sans laquelle l’automatisation ne peut évidemment pas fonctionner. Les appareils électroniques et les pompes du système de chauffage sont coûteux et nécessitent une alimentation de haute qualité. La meilleure façon de relier les systèmes « au mur » est d’utiliser un panneau. Des batteries ou des mini-centrales électriques sont utilisées comme source d’énergie de secours.

Pour la batterie de secours, le courant continu généralement 12 V, mais des tensions plus élevées sont également disponibles est converti en 220 V au moyen d’un onduleur électronique. La qualité du courant est excellente et la durée de fonctionnement continu est assez longue ; elle peut facilement être augmentée en connectant des batteries supplémentaires. L’onduleur n’est connecté qu’aux consommateurs les plus importants : les régulateurs de chaudière, les régulateurs et les pompes, qui consomment chacun un maximum de 100-200 W, et pas tout le temps.

Les petites centrales électriques peuvent fournir suffisamment d’énergie pour toute la maison, mais le problème de la qualité de l’électricité est plus aigu. La fluctuation de tension d’une centrale électrique qui fonctionne bien reste dans les limites, mais le modèle sinusoïdal peut être loin d’être idéal ce qui est particulièrement dangereux pour les pompes à rotor « humide » dans les systèmes de chauffage et d’eau chaude . Et toutes les stations ne doivent pas être connectées directement à la chaudière. En d’autres termes, presque tous les appareils ménagers sont équipés d’une fiche standard à deux broches que vous pouvez brancher dans n’importe quelle prise.

Mais certains types d’appareils notamment les appareils de chauffage exigent le respect de la polarité. leur « phase » et leur « moins » doivent être connectés à la « phase » et au « moins » de l’alimentation. Dans un système électrique fixe, il est facile de trouver les sorties appropriées en connectant un voltmètre entre la prise de courant et la « terre » : sur un fil, il y a 220 V, sur l’autre, « environ zéro ». La construction de nombreux générateurs mais pas tous fait qu’il est impossible de trouver la ligne du moins : il y a de la tension sur les deux fils.

Il existe plusieurs méthodes pour assurer la sécurité du fonctionnement des systèmes de chauffage en liaison avec les centrales électriques mini-réseau. Vous pouvez, par exemple, connecter une batterie de 12 V de nombreux blocs d’alimentation ont une prise pour cela et utiliser un onduleur pour convertir le courant continu en un courant variable. Ou utiliser deux onduleurs : l’un convertit le CA en CC, l’autre le CC en CA. Il existe des stations équipées d’onduleurs avec une qualité de courant supérieure, mais actuellement leur puissance nominale dépasse rarement 2,0 à 2,5 kW et ils doivent être démarrés manuellement.

Un autre composant recommandé dans un système d’alimentation est un transformateur d’isolement. Sa fonction est de lisser les pics de tension. Il est judicieux d’utiliser ce transformateur pour tout type d’installation, y compris pour le raccordement d’un générateur à l’alimentation électrique. Même une centrale électrique très coûteuse peut connaître des pics de tension, notamment au moment où le moteur tombe en panne sèche et commence à « éternuer ».

Enfin, la reconnexion complète de l’alimentation électrique est coûteuse, surtout si l’alimentation de secours doit se mettre en marche automatiquement en cas de panne de la tension secteur. Mais ce coût est justifié : si un système gèle à la suite d’une panne de courant ou d’un manque d’alimentation de secours, il sera beaucoup plus coûteux de le réparer.