FR2644231A1 - Apparatus for heating the air in a premises by convection and method for regulating this apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte à un appareil de chauffage par convection de l'air d'un local et au procéde de régulation de cet appareil. The invention relates to a device for heating by convection of the air in a room and to the method for regulating this device.
Pour rechauffer l'air d'un local à usage domestique ou industriel, il est notamment connu d'utiliser des convecteurs dans lesquels l'air passe
- soit (FR-A-2.300.298) sur un élément de chauffage à faible inertie thermique comprenant au moins une résistance électrique nue, sur un Ensemble de chauffage qui, sans étre du type dit par accumulation, est à grande inertie thermique et comprend au moins un corps de chauffe (tel un tuyau à ailettes, un radiateur panneau plat ou à ailettes, un radiateur en fonte ou en aluminium) dans lequel est prévu un fluide caloporteur tel de i'.hWile chauffez par toùt moyen connu et, par exemple, par une résistance électrique généralement enrobée, logeant dans ce fluide.To heat the air in a room for domestic or industrial use, it is notably known to use convectors in which the air passes
- Either (FR-A-2.300.298) on a heating element with low thermal inertia comprising at least one naked electrical resistance, on a heating assembly which, without being of the type known as by accumulation, is of high thermal inertia and comprises at least one heating body (such as a finned pipe, a flat panel or finned radiator, a cast iron or aluminum radiator) in which a heat transfer fluid such as i'.hWile is provided, by known means and, by example, by an electrical resistance generally coated, accommodating in this fluid.
Par ensemble. de chauffage par accumulation, on entend un ensemble qui permet en quelque sorte, d'une part, de stocker, sans regul-ation exterieure, l'énergie calorifique produite par un doyen de chauffage electrique pendant une période de moindre colt de l'énergie électrique et, d'autre part, de restituer ultérieurement à son environnement, sans apport d'énergie extê-rieure ni régulation et notamment pendant la période de coût majeur de l1énergie électrique, l'énergie calorifique accumulee pendant la periode précitée. By set. storage heating means an assembly which makes it possible, in a way, on the one hand, to store, without external regulation, the heat energy produced by a dean of electric heating during a period of lower cost of energy electric and, on the other hand, to restore later to its environment, without supply of external energy or regulation and in particular during the period of major cost of electric energy, the heat energy accumulated during the aforementioned period.
Pour favoriser la convection et en améliorer le rendement, ces convecteurs sont généralement disposés dans une gaine sensiblement verticale ouverte au moins à proximité de ses deux extrémités pour y former une entrée d'air à réchauffer et une sortie de l'air réchauffé, cette gaine etant délimitée par un habillage ou étant réservée dans une paroi. To promote convection and improve efficiency, these convectors are generally placed in a substantially vertical duct open at least near its two ends to form an air inlet to be heated and an outlet for the heated air, this duct being delimited by a covering or being reserved in a wall.
Toutefois, à chacun de ces convecteurs, on reproche généralement un mauvais rendement
- les appareils à résistance nue chauffent trés vite l'air mais refroidissent egalement tres vite et le confort s'en ressent,
- les appareils à fluide caloporteur sont puissants mais ne sont pas souples ; du fait de l'inertie thermique du corps de chauffe et du fluide, ils mettent beaucoup de temps à se réchauffer eux-mémes puis lorsque la pièce est suffisamment chaude, ils continuent de dissiper la chaleur qu'ils avaient emmagasinée.However, each of these convectors is generally criticized for poor performance
- bare resistance devices heat the air very quickly but also cool very quickly and comfort is felt,
- heat transfer fluid devices are powerful but are not flexible; because of the thermal inertia of the heating body and of the fluid, they take a long time to heat themselves and then when the room is sufficiently hot, they continue to dissipate the heat that they had stored.
On constate alors un-e derive en température importante inconfortable surtout en demi-saison;
Notamment, sur le plan énergétique, le plus mauvais moment avec l'appareil à fluide caloporteur classique est celui où, après le refroidissement de l'appareil, le thermostat d'ambiance surveillant la température du local redemande de la chaleur.There is then an uncomfortable drift in high temperature, especially in mid-season;
In particular, from an energy point of view, the worst moment with the conventional heat transfer fluid device is when, after the device has cooled down, the room thermostat monitoring the room temperature calls for more heat.
En effet, il faut alors-chauffer le fluide puis le corps de chauffe avant que celui-ci puisse chauffer ltair. Indeed, it is then necessary to heat the fluid and then the heating body before it can heat the air.
Si, dans le local considere, les pertes thermiques sont importantes, le corps de chauffe ne se sera peut être pas encore refroidi lorsque le thermostat d'ambiance redemandera la chaleur, donc il n'y aura qu'un maintien de température à realiser. If, in the room under consideration, there are significant heat losses, the heating body may not have cooled down yet when the room thermostat requests heat again, so there will only be a need to maintain the temperature.
Mais. en revanche, lorsque les pertes thermiques sont faibles, par exemple en demi-saison, le corps de chauffe sera plus souvent froid lorsque le thermostat d'ambiance redemandera la chaleur. But. on the other hand, when the heat losses are low, for example in mid-season, the heating element will more often be cold when the room thermostat requests heat again.
La temperature de consigne sera donc-difficile et longue à obtenir puis à l'arrêt, le corps de chauffe ayant accumulé une certaine quantité d'énergie aura tendance à monter la température plus fort que nécessaire faussant ainsi l'écart de température qu'il y a obligatoirement entre la température de consigne et celle obtenue dans le local apres l'arrêt de l'appareil électrique. The set temperature will therefore be difficult and time-consuming to obtain and then at a standstill, the heater having accumulated a certain amount of energy will tend to raise the temperature higher than necessary, thereby distorting the temperature difference which it there must be between the setpoint temperature and that obtained in the room after the electrical appliance has stopped.
On sait que plus la température ambiante est stable, mieux est l'utilisateur et ainsi que cela découle de ce qui précède, avec les appareils connus à ce jour, par moments, il fait trop chaud alors qu'à d'autres il fait trop froid. We know that the more stable the ambient temperature, the better the user and as it follows from the above, with the devices known to date, at times it is too hot while at others it is too cold.
Pour pallier à ce dernier inconvenient, il est connu de prévoir un chauffage électrique d'appoint ce qui augmente bien sûr l'investissement nécessaire et le coût en énergie. To overcome this latter drawback, it is known to provide an auxiliary electric heating, which of course increases the necessary investment and the cost of energy.
Un tel chauffage d'appoint a déjà été, de manière connue,
intégré à la gaine du convecteur à corps de chauffe abritant un
fluide caloporteur (FR-A-2.325.000).Such auxiliary heating has already been, in known manner,
integrated into the sheath of the heating body convector housing a
heat transfer fluid (FR-A-2.325.000).
Ce chauffage d'appoint consiste alors en une resistance
disposee au dessus du corps de chauffe precité. This auxiliary heating then consists of a resistance
arranged above the aforementioned heating body.
Elle est commandée evidemment par un thermostat. It is obviously controlled by a thermostat.
Tel que cet appare-il est conçu, la fonction de cette
résistance qui reçoit l'air ayant déjà passé sur le corps de chauffe reste absolument la même que celle qu'aurait un chauffage d'appoint totalement indépendant et présente donc les memes inc-onvenients. As this device is designed, the function of this
resistance which receives the air having already passed over the heating body remains absolutely the same as that which a completely independent auxiliary heating would have and therefore has the same drawbacks.
Un des résultats que l'invention vise à obtenir est un
appareil du type précité qui remedie à ces inconvénients.One of the results that the invention aims to obtain is a
device of the aforementioned type which remedies these drawbacks.
A cgt effet, elle a pour objet un tel appareil notamment carácterise en ce que le dispositif chauffage à faible inertie thermique est dispose juste au dessous de l'ensemble de chauffe
à grande inertie thermique.A cgt effect, it relates to such a device in particular carácterise in that the heating device with low thermal inertia is arranged just below the heating assembly
with great thermal inertia.
Elle a également pour objet le procedé de régulation de cet appareil. It also relates to the process for regulating this device.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-avres faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessn ci-annexé -qui représente schématiquement : - - figure t : l'appareil vu de face avec sa. paroi frontale partiellement arraché,
- figures 2 à 4 : des courbes expliquant la régulation de
cet appareil. The invention will be better understood with the aid of the description below made by way of nonlimiting example with reference to the appended drawing -which schematically represents: - - Figure t: the device seen from the front with its. partially torn front wall,
- Figures 2 to 4: curves explaining the regulation of
this device.
En se reportant au dessin, on voit qu'avec un appareil 1
de chauffage par convection de l'air d'un local, l'air A passe
sur un ensemble de chauffe qui, sans être du type dit par
accumulation, est à grande inertie thermique 2 et comprend au moins un corps de chauffe 3 tel un tuyau 4 à ailettes 5, éventuellement scellé, dans lequel est prévu un fluide caloporteur 6, tel de l'huile, chauffe par tout moyen connu 7, tel au moins une resistance électrique à basse charge plongee dans ce fluide. Referring to the drawing, we see that with a device 1
heating by convection of the air in a room, air A passes
on a heating assembly which, without being of the type described by
accumulation, has a high thermal inertia 2 and comprises at least one heating body 3 such as a pipe 4 with fins 5, possibly sealed, in which a heat transfer fluid 6, such as oil, is provided, heated by any known means 7, such at least an electrical resistance at low charge immersed in this fluid.
Afin de guider le mouvement ascendant de l'air, au fur et à mesure de son chauffage et d'augmenter ainsi le rendement, cet ensemble de chauffe à grande inertie thermique est de préférence monté dans une gaine verticale 8, dans laquelle il s'etend dans toute la longueur de la gaine. In order to guide the upward movement of the air, as it is heated and thereby increase the efficiency, this set of heaters with high thermal inertia is preferably mounted in a vertical duct 8, in which it extends throughout the length of the sheath.
La gaine a par exemple la forme d'un caisson pårallelepipedique et est ouverte au moins à proximite de ses extrémités inférieure et supérieure pour former respectivement l'entrée 9 de l'air à réchauffer et la sortie 10 de l'air chauffé. The sheath has for example the shape of a pårallelepipedic box and is open at least near its lower and upper ends to respectively form the inlet 9 of the air to be heated and the outlet 10 of the heated air.
De manière également connue, dans la gaine 8 est monté un dispositif 11 de chauffage à faible inertie thermique s'étendant sur toute la longueur de la gaine et comprenant principalement au moins un élément chauffant tel une résistance électrique nue, de préférence blindée. Also in known manner, in the sheath 8 is mounted a heating device 11 with low thermal inertia extending over the entire length of the sheath and mainly comprising at least one heating element such as a bare electrical resistance, preferably shielded.
L'appareil de chauffage met en oeuvre un ensemble 12 de contrôle de la température du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe, un ensemble 13 de contrôle de la temperature ambiante, un interrupteur marche arrêt 14 ainsi que des moyens 15 de raccordement à une alimentation électrique tels un bordier. The heating device implements a set 12 for controlling the temperature of the heat transfer fluid inside the heating body, a set 13 for controlling the ambient temperature, an on-off switch 14 as well as means 15 for connection to a power supply. electric like a bordier.
Le thermostat d'ambiance peut être intégre à l'appareil mais cela n'est pas obligatoire. The room thermostat can be integrated into the appliance, but this is not compulsory.
Au lieu de s'opérer par simple convection, la circulation de l'air dans la gaine peut être forcée par exemple à l'aide d'une turbine placée à l'entrée de la gaine. Instead of operating by simple convection, the circulation of air in the duct can be forced for example using a turbine placed at the inlet of the duct.
L'ensemble 2 de chauffe à grand inertie et le dispositif de chauffage 11 à faible inertie sont évidemment montés de manière à permettre leur dilatation. The high inertia heating assembly 2 and the low inertia heating device 11 are obviously mounted so as to allow their expansion.
Par exemple le corps de chauffe de l'ensemble de chauffe sera monté dans la gaine par un support rigide 16 à l'une de ses extrémités et par un support flexible 17 à son autre extrémité, ce support flexible consistant par exemple en une tole dont seul un des bords est fixe au caisson. For example, the heating body of the heating assembly will be mounted in the sheath by a rigid support 16 at one of its ends and by a flexible support 17 at its other end, this flexible support consisting for example of a sheet of which only one of the edges is fixed to the box.
Les ouvertures d'entrée et de sortie de la gaine sont obtures de préférence par des grilles 18, 19. The inlet and outlet openings of the sheath are preferably closed by grids 18, 19.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique est dispose juste au dessous de l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique. According to an essential characteristic of the invention, the heating device 11 with low thermal inertia is arranged just below the set 2 of heating with high thermal inertia.
De ce fait, le dispositif de chauffage ll à faible inertie conourt au préchauffage du corps de chauffe 3 de l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie situe au dessus de lui. Therefore, the heater 11 with low inertia contributes to the preheating of the heater 3 of the assembly 2 of heater with high inertia located above it.
La puissance du dispositif de chauffage 11 à faible inertie est évidemment en rapport avec la masse du corps de l'ensemble 2 de chauffe. The power of the heating device 11 with low inertia is obviously related to the mass of the body of the heating assembly 2.
Le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique peut
- fonctionner en même temps que l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique ou,
- être coupé dès que le corps de chauffe de cet ensemble 2 atteint une température suffisante pour etre au maximum de son efficacité ou,
- fonctionne seul pour réaliser un chauffage d'appoint.The heater 11 with low thermal inertia can
- operate at the same time as the heating assembly with high thermal inertia or,
- be cut as soon as the heating body of this set 2 reaches a temperature sufficient to be at its maximum efficiency, or
- works alone to provide additional heating.
La combinaison des deux modes de chauffage selon 7'invention permet d'obtenir souplesse, puissance, confort et économie d'energie puisque l'énergie dissipee par le dispositif chauffage 11 à faible inertie thermique se ressent tout de suite à la sortie'de la gaine et chauffe au passage par l'extérieur le corps de chauffe de l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique placé au dessus qui, de ce fait, chauffe plus vite jusque la température requis. The combination of the two heating modes according to the invention makes it possible to obtain flexibility, power, comfort and energy saving since the energy dissipated by the heating device 11 with low thermal inertia is felt immediately upon leaving the sheath and heats in passing from the outside the heating body of the heating assembly with high thermal inertia placed above which, therefore, heats up faster to the required temperature.
A cette température, le thermostat du fluide 12 arrête le chauffage du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe. At this temperature, the fluid thermostat 12 stops the heating of the heat transfer fluid inside the heating body.
Si on représente sur un graphe en abscisse le temps et en ordonnée la température, on observe (figure 2) que la courbe en pointillés representant la variation de temperature du corps de chauffe lorsque -seul son fluide caloporteur est chauffé, a une pente ascendante plus faible que la courbe en trait plein, représentant l'élévation de la temperature du corps de chauffe lorsqu'en plus du moyen 7 de chauffage du dit fluide est acti < inné -le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique. If we represent on a graph on the abscissa the time and on the ordinate the temperature, we observe (figure 2) that the dotted curve representing the temperature variation of the heating body when -only its coolant is heated, has an increasing slope more weak than the curve in solid lines, representing the rise in temperature of the heating body when, in addition to the means 7 for heating the said fluid, the heating device 11 with low thermal inertia is activated.
On constate donc que la montée en température du corps de chauffe est dans ce dernier cas plus rapide. It is therefore found that the rise in temperature of the heating body is in the latter case faster.
En figure 3, on a représenté en trait plein, l'élévation de température du corps de chauffe et en trait mixte l'élévation de température de l'air circulant dans l'appareil de chauffage. In Figure 3, there is shown in solid lines, the rise in temperature of the heating body and in phantom in the rise in temperature of the air circulating in the heater.
Conformément à l'invention, on détermine une température
T1 dite primaire du corps de chauffe de l'ensemble à grande inertie thermique à partir de laquelle la température de l'air circulant dans l'appareil de chauffage est sensiblement constante.According to the invention, a temperature is determined
T1 said primary of the heating body of the assembly with high thermal inertia from which the temperature of the air circulating in the heating appliance is substantially constant.
Conformement à l'invention, tant que le corps de chauffe de l'ensemble à grande inertie thermique n'a pas atteint une température sensiblement égale à une valeur correspondant à celle T1 pour laquelle la temperature de l'air circulant dans l'appareil de chauffage est sensiblement constante, on alimente en énergie l'ensemble 2 de chauffe et -le dispositif de chauffage 11. According to the invention, as long as the heating body of the assembly with high thermal inertia has not reached a temperature substantially equal to a value corresponding to that T1 for which the temperature of the air circulating in the heating is substantially constant, the heating assembly 2 is supplied with energy and the heating device 11.
En figure 4, on a représenté la courbe d'évolution de la température du corps de chauffe pendant une période P nécessaire pour obtenir la température désirée du local. In Figure 4, there is shown the evolution curve of the temperature of the heating body during a period P necessary to obtain the desired temperature of the room.
Conformément à l'invention, pendant toute la periode P nécessaire à l'obtention de la température désirée du local, on alimente au moins l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique jusqu'à ce que sa température soit sensiblement egale à une température maximale fixée T2 dite secondaire, largement inférieure à la température maximale Tm accessible par l'appareil de chauffe
- lorsque cette température secondaire T2 est atteinte, on coupe l'alimentation en énergie jusqu'à une température T3 dite tertiaire sensiblement inférieure à la température secondaire T2 mais supérieure à la température primaire T1,
- lorsque la température du corps de chauffe atteint la température tertiaire T3 et si la température du local n'est pas atteinte, on alimente en énergie le corps de chauffe jusqu' la température secondaire T2,
- lorsque la température du local souhaitée est atteinte, le dispositif de regulation coupe l'alimentation en énergie d'au moins l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique.According to the invention, during all the period P necessary to obtain the desired temperature of the room, at least the heating assembly 2 with high thermal inertia is supplied until its temperature is substantially equal to a temperature maximum fixed T2 called secondary, much lower than the maximum temperature Tm accessible by the heater
- when this secondary temperature T2 is reached, the energy supply is cut off to a temperature T3 called tertiary substantially lower than the secondary temperature T2 but higher than the primary temperature T1,
- when the temperature of the heating body reaches the tertiary temperature T3 and if the room temperature is not reached, the heating body is supplied with energy up to the secondary temperature T2,
- When the desired room temperature is reached, the control device cuts the energy supply to at least the set 2 of heaters with high thermal inertia.
Dès qu'une commande de mise en fonctionnement de l'appareil de chauffage est validée, on mesure la température du corps de chauffe de l'ensemble de chauffe à grande inertie thermique et en fonction de la valeur mesurée et des valeurs des temfrératures primaire T1, secondaire 12, tertiaire T3 préde-finles, on commande l'alimentation en energie d'au moins l'un des éléments de chauffage que sont l'ensemble 2 de chauffe et le dispositif dè chauffage 11. As soon as a command to put the heater into operation is validated, the temperature of the heating body of the heating assembly with high thermal inertia is measured and as a function of the measured value and the values of the primary temperatures T1 , secondary 12, tertiary T3 pre-finles, the energy supply of at least one of the heating elements that are the heating assembly 2 and the heating device 11 is controlled.
Ce procédé de régulation permet un gain de temps sur la mise en température de la pièce d'environ 50 % et une economie d'énergie sur de longues périodes de chauffe. This regulation process saves time on warming up the room by around 50% and saves energy over long heating periods.
Ainsi que cela découle du procedé de regulation de la commande de l'appareil de chauffage selon l'invention, lors du chauffage de l'air du local dans lequel se situe l'appareil, meme si la température ambiante souhaitee n'est pas encore obtenue, l'arrêt du chauffage du fluide caloporteur intérieur au corpsde chauffe de l'ensemble de chauffe n'aura pas d'incidence puisque la chaleur accumulée dans le fluide caloporteur et le corps de chauffe se dissipe doucement et permet de poursuivre le chauffage de l'air qui passe sur le corps de chauffe. As it follows from the method of regulating the control of the heating appliance according to the invention, when heating the air in the room in which the appliance is located, even if the desired ambient temperature is not yet obtained, stopping the heating of the heat transfer fluid inside the heating body of the heating assembly will have no effect since the heat accumulated in the heat transfer fluid and the heating body dissipates gently and allows the heating of the air which passes over the heating body.
Lorsque la température ambiante denandée est atteinte, le thermostat d'air coupe non seulement le chauffage de fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe mais aussi le dispositif de chauffage ll à faible inertie placé sous l'ensemble 2 de chauffe à grande inertie thermique. When the required room temperature is reached, the air thermostat not only cuts the heating of the heat transfer fluid inside the heating body but also the heating device 11 with low inertia placed under the heating assembly 2 with high thermal inertia.
L'ensemble 2 se refroidit donc lentement jusqu'à ce que le thersi-ostat d'ambiance redemande de la chaleur. The assembly 2 therefore cools slowly until the room thermostat returns heat.
Dés cette denande de chaleur par le thermostat d'ambiance, l'ensemble 2 et le dispositif de chauffage 11 entrent en action. As soon as this heat is demanded by the room thermostat, the assembly 2 and the heating device 11 come into action.
Le chauffage du fluide caloporteur intérieur au corps de chauffe ne travaille plus comme decrit dans. l'état de la techn que. The heating of the heat transfer fluid inside the heating body no longer works as described in. the state of the art.
En effet, le dispositif de chauffage 11 à faible inertie thermique chauffe tout de suite l'air entrant sous le corps de chauffe qui de ce fait ne réchauffe plus de l'air froid mais de l'air préchauffe et atteint donc plus vite la température requisse. Indeed, the heating device 11 with low thermal inertia immediately heats the air entering under the heating body which therefore no longer heats cold air but air preheats and therefore reaches the temperature more quickly requires.
Egalement, l'utilisateur bénéficie d'air chaud dès la mise en fonctionnement du chauffage. The user also benefits from hot air as soon as the heating is switched on.
Si, notamment, en demi-saison, les besoins calorifiques sont faibles et par exemple seulement de quelques watts, pour compenser la derive en temperature admise (qui dans le meilleur des cas, est de 1/2 à 1/4 de C selon que la régulation est mecanique ou électrQnique), seule le dispositif de chauffage à faible inertie thermique fera ressentir ses effets et le thermostat coupera rapidement l'ensemble 2 de chauffe et le dispositif de chauffage avant même que le corps de chauffe de l'ensemble 2 de chauffe soit chaud ce qui réduira la dérive en température et améliorera le confort, car une certaine quantité de chaleur aura quant même Eté accumulez dans le dit corps de chauffe 3 et sera restituée à l'air sans que l'utilisateur s'en rende compte (car l'appareil sera pratiquement froid au toucher). If, in particular, in mid-season, the calorific requirements are low and for example only a few watts, to compensate for the drift in allowed temperature (which in the best case, is 1/2 to 1/4 of C depending on whether regulation is mechanical or electrical), only the heating device with low thermal inertia will have its effects and the thermostat will quickly turn off the heating assembly 2 and the heating device even before the heating body of assembly 2 heating is hot which will reduce temperature drift and improve comfort, because a certain amount of heat will have been accumulated in said heating body 3 and will be returned to the air without the user realizing it (because the device will be practically cold to the touch).
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