La Rgulation Base et Principe Quest ce que

La Régulation : Base et Principe Qu’est ce que la régulation Les fonctions principales Régulation Programmation Optimisation Les 2 principes de régulation Boucle ouverte Boucle fermée Les actions de régulation T. O. R 2 P P PI PID P. PI Les capteurs Les types de vannes Montage des vannes Détermination d’une vanne Les servomoteurs Présentation des solutions Sauter SUT EQUITHERM FLEXOTRON EQUIFLEX NOVATHERM/NOVACLIM Introduction à la GTB Fonctionnalités de la GTB Présentation du système nova 3600 Ateliers de travail sur simulateur EQJW 120 EQJW 95/125 EQJW 235 RDT 100 EYT 240 EYT 250

Qu’est ce que la régulation ? Satisfaire les besoins de confort et réduire les consommations d’énergie En résumé la régulation permet d’avoir : La température qu’il faut Là ou il faut Quand il le faut Mais cela peut s’appliquer à d’autres grandeurs physiques (pression, hygrométrie, CO 2, qualité d’air, etc…

Qu’est ce que la régulation ? La régulation est un processus consistant à comparer une grandeur à régler (valeur réglée) par rapport à une grandeur de référence (point de consigne) et agir pour réduire l'écart constaté. Pour réaliser les opérations nécessaires à la régulation il faut : Un capteur : la sonde Un régulateur Un actionneur : vanne, registre, moteur, etc…

Qu’est ce que la régulation? Régulation manuelle : Le capteur l’œil Le régulateur le cerveau L’actionneur la main Régulation automatique : Le capteur la sonde Le régulateur l’appareil de réglage L’actionneur vanne/moteur

Les fonctions principales ? Les principales fonctionnalités que l’on peut attendre d’une régulation peuvent se classer en 3 catégories : La régulation : maintenir une valeur réglée à une valeur prescrite. La programmation : modifier en fonction du temps le niveau de réglage d’une grandeur. L’optimisation : calculer une commande en fonction de plusieurs grandeurs ou contraintes pour diminuer les consommations d’énergie.

Les principes de la régulation La boucle fermée : le principe est de mesurer la grandeur réglée et agir sur la fourniture (de chaleur par exemple) pour conserver la grandeur à la valeur désirée. La régulation en boucle fermée est donc utilisée pour maintenir constante une des grandeurs du système: - Température ambiante constante - Température de stockage ECS constante - etc…

Les principes de la régulation La boucle ouverte : le principe est de mesurer la ou les grandeurs perturbatrices et agir en fonction d’elles. Ce n’est pas la grandeur à régler qui est mesurée, mais la ou les grandeurs perturbatrices. La fourniture d’énergie est calculée en conséquence selon un modèle de l’influence de la perturbation sur la grandeur à régler - Température de départ en fonction de l’exterieure - Température de soufflage en fonction de l’ambiance - Modèle de réglage : la courbe de chauffe

Les actions : La régulation Tour ou rien Les régulateurs tout ou rien sont des régulateurs dont leur signal de sortie ne peut prendre que deux valeurs d'état : Y = 0 ou 0% Y = 1 ou 100% Ils sont très simples Leur prix est avantageux Ils fonctionnent de façon fiable. C'est trois avantages font que la régulation Tout ou Rien est essentiellement utilisée comme sécurité.

Les actions : La régulation Tour ou rien Leur réglage ne nécessite au maximum que 2 paramètres : Xs : la consigne Xd : le différentiel

Les actions : Chrono. Propotionnel Dans cette action, la base de temps de l'enclenchement et de déclenchement de l'organe de réglage est proportionnelle à l'écart de température mesuré. Le fonctionnement chrono. Proportionnel consiste à moduler la commande par des temps d’enclenchement proportionnels au besoin On obtient ainsi un fonctionnement quasi progressif en cas de faible puissance.

Les actions : La régulation Proportionnelle : P L'organe de réglage pourra prendre toutes les positions possibles entre l'ouverture et le fermeture proportionnellement à l'écart entre la valeur mesurée Xi et le point de consigne Xs et cela de façon progressive.

Les actions : La régulation Proportionnelle : P L'action P est une action rapide mais peu précise qui est utilisée généralement dans des installations ayant un temps mort élevé comme par exemple une boucle de régulation de la température ambiante. 2 paramètres sont à régler sur ce type de régulateur : La consigne Xs La bande proportionnelle Xp Inconvénient majeur de l’action P : lorsque la valeur instantanée n'est pas identique à la valeur de consigne, l'équipement de régulation P a toujours un écart de réglage résiduel.

Les actions : La régulation Proportionnelle Intégrale : PI Ce type de régulation combine 2 actions : L’action P (proportionnelle à l’écart) L’action I ou La vitesse de déplacement de l'organe de réglage est proportionnelle à la valeur de l'écart entre la consigne et la valeur mesurée. (La régulation intégrale est une régulation qui fait une correction exacte, mais elle est lente, c'est pourquoi elle n'est pas employée seule dans le domaine du génie climatique) La grandeur caractéristique du régulateur I est le temps d’intégral Tn. Cette constante est le temps au bout duquel la correction due à l’action proportionnelle est répétée par l’action intégrale

Les actions : La régulation Proportionnelle Intégrale : PI Le régulateur P. I résulte de la combinaison d’un régulateur P rapide mais peu précis et d’un régulateur I précis mais lent, L'équipement de régulation PI, n'a donc pas d'écart de réglage résiduel et réagit avec une plus grande précision que le régulateur P mais moins rapidement. Ce régulateur se caractérise par 3 paramètres : Xs Xp Tn.

Les actions : La régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée : PID L'action dérivée n'est pas utilisée seule, mais en combinaison avec l'action proportionnelle et intégrale pour profiter des avantages respectifs de chacune d'elles. L'action D corrige la position de l'organe de réglage proportionnellement à la vitesse de variation de l'écart pour amener le plus rapidement la grandeur réglée à sa valeur de consigne, après une perturbation brutale. L'action I corrige la position de l'organe à une vitesse proportionnelle à l'écart. Elle élimine l'écart permanent au bout d'un certain temps. L'action P corrige la position de l'organe de réglage proportionnellement à l'écart

Les actions : La régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée : PID Le régulateur P. I. D est donc très rapide en raison de l'action stabilisatrice de la partie D et ne présente pas d'écart de réglage permanent en raison de la partie I. Il convient donc tout particulièrement bien pour des milieux réglés difficiles nécessitant une très grande précision tel que des laboratoires ou des process industriels. Il se caractérise par 4 grandeurs à régler : Xs Xp Tn T d

Les actions : La régulation Proportionnelle Intégrale : P. PI La régulation P. PI est aussi appelée régulation en cascade. Cela consiste à réaliser une boucle de régulation locale (la boucle secondaire) dont la consigne n’est pas réglée manuellement mais provient d’un régulateur principal. Boucle Principale : Boucle secondaire : P P. I

Les actions : La régulation Proportionnelle Intégrale : P. PI Ce mode de régulation est essentiellement utilisé dans le conditionnement d’air pour améliorer le fonctionnement de certaines boucles de régulation Dans l’exemple suivant : Boucle Principale consiste à régler la température de reprise Boucle secondaire règle la température de soufflage

Les Capteurs : Une sonde est l'organe de détection. Elle est composée principalement d'un capteur (ou détecteur). C'est un dispositif sensible aux variations d'une grandeur physique, destiné à convertir la grandeur physique mesurée en une grandeur analogique (Résistance, Tension ou Courant) assimilable par un régulateur. Seules sondes de température sont des capteurs passifs, les autres sont dit capteurs actifs car ils nécessitent une alimentation électrique (24 V en général) Leur emplacement est très important car il peut influencer les valeurs mesurées Il existe autant de capteurs que de grandeurs physiques à mesurer T°, H°, P°, DP, QA, CO 2, etc…

Les Vannes : Les vannes sont des organes constituées essentiellement par un opercule coulissant entre deux sièges ou tournant autour d'un axe qui ouvre ou obture l'orifice de passage de canalisation. Leurs conceptions n'entraînent que peu de perte de charge. Elles sont exécutées en différents matériaux ou alliages selon le fluide et la pression de service auxquelles sont destinées. Il existe des vannes de 2, 3 ou 4 voies. Il existe trois types d'organes de réglage hydrauliques pour la régulation d'installations.

Les Vannes Papillons Ces vannes sont à deux voies. C'est un papillon tournant de 80 à 85° qui modifie la section de passage dans cette vanne. Ces vannes ont une caractéristique de régulation très mauvaise, c'est pourquoi elles ne sont pas employées en régulation mais seulement comme vanne d'isolement, quand nous devons réaliser une mise en séquence de chaudières par exemple

Les Vannes à secteur Ces vannes peuvent être à trois ou quatre voies. Pour les vannes 3 voies, un secteur se déplace par un mouvement de rotation devant deux voies de passage de la vanne. Ces vannes sont à 3 voies et sont toujours montées en mélange. Elles ne sont utilisées, du fait de leurs caractéristique qu'en chauffage. Les vannes 4 voies possèdent 2 voies d'entrée et 2 voies de sortie; à l'intérieur un boisseau fait une course de 90°C. Cette vanne est utilisée en vanne de mélange, c'est à dire qu'elle maintient un débit constant dans les surfaces de chauffe et fait varier la température.

Les Vannes à siège Ces vannes conviennent tout à fait à la régulation progressive réclamant une parfaite étanchéité. Ces avantages se répercutent par un prix plus élevé que les autres vannes. Le débit à travers ses vannes est régulé en fonction de la levée de la soupape sur le siège. Ces vannes possèdent diverses caractéristiques : linéaire, exponentielle, quadratiques.

Le montage des vannes : En mélange Avec ce type de montage, la vanne a deux voies d'entrée et une voie de sortie; la pompe étant entre la vanne et les émetteurs. Les voies A et B sont les voies de travail et la voie AB est la voie qui est toujours ouverte donc la voie de la pompe. Le résultat obtenu avec ce montage est un débit constant et une température variable du cotés des émetteurs. Ceci est le montage à préconiser.

Le montage des vannes : En Distribution Avec ce type de montage, la vanne a une voie d'entrée et deux voies de sortie. Dans ce montage, pour les vannes de gros diamètre, en fonction de la hauteur manométrique de la pompe, nous devrons changer les moteurs électriques par des moteurs électro-hydrauliques plus puissant Ce montage est à déconseiller

Les caractéristiques d’une vanne Seules vannes à siège ont une caractéristique. Les caractéristiques des vannes sont données par la relation qui existe entre le débit et la levée du clapet de la vanne. La caractéristique permet d’adapter la puissance de la vanne en fonction de loi d’émission de l’échangeur car celle-ci n’est pas linéaire. Il existe 3 caractéristiques différentes cependant seulement 2 sont utilisées. Linaire Exponentielle Quadratique (pas utilisée)

Les caractéristiques d’une vanne : Linéaire Le débit q est proportionnel à la hauteur de levée du clapet H. Dans ce type de vanne la soupape est cylindrique. Elle est utilisée en petit diamètre (jusqu'à DN 40) dans les installations uniquement de chauffage et pour les vannes ou une fermeture rapide est désirée.

Les caractéristiques d’une vanne : Exponentielle Le déplacement du clapet produit une variation proportionnelle au débit total précédant ce déplacement. C'est la meilleure caractéristique.

Les caractéristiques d’une vanne : Pourquoi exponentielle ? Loi émission Échangeur Caractéristique Exponentielle Résultante

Les caractéristiques d’une vanne : Le Kv. S Le cœfficient Kv. S représente le débit maximum en m 3/h pouvant traverser un organe de réglage soumis à une pression différentielle de 1 bar. Elle correspond donc à une utilisation qui n’est pas réalisée en pratique puisque la pression différentielle n’est pas égale à 1 bar et augmente sur une vanne lorsqu’elle se ferme. Cependant cela permet au constructeur de caractériser une vanne indépendamment du circuit sur lequel elle sera placée. Sur une gamme de vanne, chaque diametre est caractérisé par un Kv. S.

Les caractéristiques d’une vanne : L’autorité d’une vanne : a L’autorité d’une vanne se définie par la relation entre la perte de charge de la vanne et la perte de charge du réseau à débit variable. Elle est égale : a = DPv / (DPv + DP 1)

Détermination d’une Vanne : La relation a=0, 5 permet de choisir la valeur du coefficient, Kvs d'une vanne. Par exemple, pour une vanne de caractéristique exponentielle pour une autorité de 0, 5 et tout en tenant compte de la surface de chauffe, on obtient une résultante quasi linéaire. La caractéristique exponentielle est employée dans la plupart des cas pour la régulation sur des échangeurs et des batteries de chauffe, car avec ce type de vanne il est souvent possible d'arriver à une caractéristique globale linéaire pour une autorité comprise entre 0, 5 et 0, 7.

Détermination d’une Vanne : Une vanne mal définie entraînera des perturbations au niveau de la régulation qui se traduiront notamment par des phénomènes de pompage ou par une insuffisance de débit d ’ou un manque de puissance. La vanne travaille alors en tout ou rien. Pour déterminer le diamètre d’une vanne, il faut que l'autorité de la vanne soit égale à 0, 5 pour une caractéristique linéaire et comprise entre 0, 5 et 0, 7 pour une vanne exponentielle ce qui veut dire : Que la perte de charge d'une vanne de régulation DPv doit être au moins égale ou supérieure à la perte de charge de la partie de circuit à débit variable DPc Il existe 2 méthodes pour déterminer une vanne : Les Abacs La règle de calcul

Débit : 10 m 3/h Perte de charge du circuit à débit variable 1, 0 m. CE Soit une autorité de : a= DPv / (DPv + DPc) a= 1, 6 / (1, 6+1)=0, 615 1, 6 m. CE

Débit : 10 m 3/h Perte de charge du circuit à débit variable 1, 0 m. CE On règle le débit sur 10 m 3/h On lit le Kvs qui est le plus proche pour une perte de charge de 1 m. CE On choisi la vanne avec le DN inférieur soit un Kvs de 25 qui nous donne une vanne en 40 Soit une autorité de : a= DPv / (DPv + DPc) a= 1, 6 / (1, 6+1)=0, 615

Vannes VXN et BXN: Les vannes étanches O-Ring EPDM Corps en laiton moulé Fliletage selon ISO 228/B Etanchéité en Téflon renforcé fibres de verre Tige en inox Surface d‘étanchéité Siège dans le corps Soupape perforée en laiton

Laquelle employer? Vanne de mélange ou mélangeur Vanne de mélange En mélange ou distribution Caractéristique linéaire ou exponentielle Voie de réglage 100% étanche 0, 002% du Kv. S Petit ou grand débit Pression différentielle supérieure Raccords filetés Presse-étoupe facilement interchangeable Mélangeur Uniquement en mélangeur Caractéristique uniquement linéaire Fuite importante 1% du Kv. S Moyen ou grand débit Très faible pression différentielle Raccords taraudés O-Ring pas toujours facilement accessible

Laquelle employer? Vanne à siège ou à boule Valeurs kvs trop élevées Inadaptée à la régulation de chauffage Couple élevé et croissant Diaphragme génère du bruit Diaphragme en plastique, durée de vie? Presse étoupe non interchangeable Valeur kvs adaptable Convient à toutes régulations dans les domaines CVC Soupape perforée pour réduction de bruit Fermeture étanche par joint, pas de fuite Poussée utilisable pour 100% de la pression différentielle Presse-étoupe interchangeable

Les servomoteurs : Un servomoteur est un moteur asservi à un organe de commande, le régulateur, fonctionnant avec une source d'énergie extérieure, électrique ou électrohydraulique Il existe des moteurs rotatifs pour les vannes à secteur ou les registres d’air linéaire pour les vannes à siège Ils sont pilotés par un régulateur à partir de divers signaux : TOR 3 points (220 V ou 24 V) 0/10 V ou 4/20 m. A (24 V) 0/1 bar pour le pneumatique