Projet Collectif Climatisation Solaire

Rapport technique
Projet Collectif Climatisation Solaire
Compagnie Industrielle
d'Applications Thermiques
Avenue Jean Falconnier
BP 14
01350 CULOZ
Ecole Nationale Supérieure
d’Ingénieurs Electriciens
de Grenoble
961, rue de la houille blanche
Domaine universitaire BP46 38402
St Martin d'Hères cedex.
Maître d’ouvrage :Mr Avenas
Projet Collectif Climatisation Solaire
1. Dimensionnement et Maquette
1.1.
Système global, Intérêt et Environnement de fonctionnement
Une Pompe à Chaleur utilise les sources de chaleur à proximité et de l’énergie
électrique pour pouvoir chauffer ou climatiser des foyers en évitant une surconsommation
d’énergie.
Une Pompe à Chaleur (PAC) est classiquement utilisée dans les habitations avec un
système de prise d’eau chauffée par le sol. C’est-à-dire que l’eau froide circule d’abord dans
des tuyaux en profondeur pour être réchauffée jusqu’à 14°C avant d’alimenter la PAC. Puis la
PAC va récupérer l’énergie de cette eau pour chauffer l’intérieur de l’habitation. Cependant
ce système ne peut fonctionner qu’avec un système de tuyaux organisé dans le sous-sol de
l’habitation. Il faut pouvoir accéder au sous-sol du lieu d’implantation de la PAC et refaire les
fondations.
Le projet Climatisation Solaire permet d’éviter ces problèmes. Le réseau souterrain
d’alimentation de la PAC est en effet remplacé par le Panneau Solaire, renforcé par la
présence des Nodules (fonctionnement nocturne et mauvais temps) et de l’Aéroréchauffeur
pour palier les faiblesses dues à un fonctionnement prolongé des Nodules ou à un manque
d’éclairement du Panneau Solaire.
La Climatisation Solaire est donc faite principalement pour une utilisation en milieu
urbain.
1.2.
Dimensionnement :
Cette partie du Projet a globalement été traitée par Yann, Emmanuel et
Matthieu. Nous avons d’abord réuni de la documentation sur les différents éléments du projet.
Ainsi nous avons pu soulever une partie des problèmes techniques rencontrés durant le projet.
Le système comprend les éléments suivants :




La Pompe à Chaleur (PAC)
Le Panneau Solaire (PS)
Les Nodules (Nod)
L’Aéroréchauffeur (Aéro)
Les éléments propres à l’habitation, c’est-à-dire les systèmes de chauffage (les radiateurs), et
le ballon d’eau chaude sanitaire (ECS), n’ont pas été pris en compte pour la réalisation de la
maquette. Cependant nous avons pris en compte les débits qui sont généralement utilisés pour
cela, ainsi que les valeurs de puissance mise en jeu dans ces éléments. Par ailleurs, il aurait
fallu utiliser de l’eau glycolée comme liquide caloporteur et non de l’eau pour éviter le gel.
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Ce système devrait avoir une consommation d’énergie du même ordre qu’un système
avec une prise d’eau dans le sous-sol. En effet le système de base possède une source
thermique quasi constante : le sol, avec une température avoisinant les 14°C. Notre source
thermique doit pouvoir approcher au maximum la température à laquelle sera portée l’eau
évacuée par la PAC.
Les éléments constituant la source de la PAC rend le système Climatisation Solaire
plus compliqué à dimensionner que la PAC avec réseau souterrain. En effet avec une source
de chaleur apportée par le sous sol constante, il suffit de dimensionner la PAC. Avec les
températures du lieu pendant l’année, on arrive à savoir quand et comment devra fonctionner
la PAC (en mode chaud ou froid). Ici le dimensionnement est plus complexe car la
température de la source de chaleur pour la PAC n’est pas fixe, elle dépend de l’énergie
apportée par les autres éléments.
Caractéristiques de chaque élément mis en jeu
1.2.1. La Pompe à chaleur (PAC)
Présentation générale d’une PAC :
Il en existe différents modèles : Air/Air, Air/Eau¸ Eau/Air, Eau/Eau suivant
le type d’alimentation et d’évacuation de l’énergie thermique.
Cette machine permet de chauffer un bâtiment l’hiver avec de l’air ou de l’eau
suivant le modèle. Et elle peut, dans le cas d’une PAC réversible, climatiser ce même site
l’été grâce à de l’eau ou de l’air chaud.
Une PAC possède donc des rendements thermodynamiques supérieurs à 1 car
elle permet d’obtenir en sortie des températures élevées (jusqu’à 60°C) avec un fluide en
entrée à des températures basses (inférieure à 10°C). Ce rendement est possible grâce à la
présence d’une source d’énergie électrique qui alimente la PAC.
Principe de la PAC
Une PAC est constituée d’un compresseur,
un évaporateur, condenseur et détendeur.
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PAC nécessaire pour le projet Climatisation Solaire :
Le projet doit permettre d’alimenter des habitations en chauffage/climatisation
et ECS. Cela montre donc la nécessité d’avoir une sortie Eau pour le chauffage et l’ECS. Elle
doit aussi être réversible pour permettre le chauffage et la climatisation de l’habitation. Il faut
qu’elle possède trois circuits différents : circuit ECS, circuit PS/Nod/Aéro, circuit
chauffage/climatisation
Modèle choisi :
PAC Eau/Eau Réversible avec 3 échangeurs thermiques
La puissance nécessaire est variable. Elle dépend de la taille de l’habitation à
alimenter. Il faut prendre en compte les puissances suivantes :
Puissance thermique calorifique, source chaude
Puissance thermique frigorifique, source froide
Puissance thermique récupérée par l’ECS
Puissance électrique absorbée par la PAC
1.2.2. Le Panneau Solaire (PS)
Il permet de réchauffer le fluide circulant
dans le circuit en chauffant dans les tuyaux du
Panneau. Il utilise l’énergie solaire et ne consomme
pas de courant (des économies d’énergie). Le
panneau solaire doit être installé de manière
optimale. En hiver, si la température d’alimentation
en eau de la PAC est élevée, il lui sera plus facile
d’arriver à la température désirée dans la maison.
Le Panneau doit capter au maximum l’énergie rayonnée par le soleil. Plus la surface
du Panneau solaire est importante, plus le fluide sera facilement chauffé. Mais
l’encombrement du Panneau limite sa taille, particulièrement en milieu urbain. Pour améliorer
le rendement, nous allons jouer sur son inclinaison. En effet, suivant la saison, la position du
soleil change il faut donc incliner judicieusement le Panneau en favorisant le rayonnement
hivernal (quand le Panneau est le plus important).
Ainsi, en prenant en compte l’ensoleillement annuel, nous arriverons à dimensionner
de manière optimum les éléments du circuit, ce qui nous permettra de moins solliciter la PAC.
1.2.3. Les Nodules (Nod)
Ils fonctionnent sur un principe simple : ils agissent en fait
comme des glaçons pour refroidir le fluide circulant dans le circuit
PS/nod/Aéro. Cependant, la température de fusion de ces nodules
n’est pas 0°C, mais varie selon le type de nodule utilisé (le domaine
de température de ces nodules va de –33°C à +27°C). Les nodules
sont placés dans une cuve isolée de telle sorte que l’environnement
extérieur ne puisse pas interférer sur l’état des nodules : seul le fluide
dans lequel baignent les nodules influe sur ceux-ci.
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Le but est en fait d’apporter de l’inertie au système afin d’éviter les changements
brutaux de température : le système doit être capable de garder une température variant très
peu. Une fois qu’ils ont échangé leur chaleur latente, ils ne sont plus efficaces. C’est pourquoi
nous utilisons un aéroréchauffeur.
1.2.4. L’Aéroréchauffeur (Aéro)
Le fluide dans les tuyaux est refroidi ou réchauffé
par de l’air pulsé dans l’enceinte de l’Aéroréchauffeur. Si
l’air pulsé est plus chaud que l’eau en entrée, il chauffera
dans le cas contraire il refroidira le fluide. L’avantage d’un
tel dispositif est qu’il ne va consommer que la puissance
dont il a besoin pour faire tourner le ventilateur (Puissance
variable suivant la taille du dispositif).
1.2.5. Disposition des éléments les uns entre les autres
Pour que notre système de climatisation solaire fonctionne, nous devons faire en sorte
que le fluide circule dans les circuits avec suffisamment de débit. Pour cela, on place des
pompes dans les différents circuits.
De plus la Pac nécessite un débit bien supérieur à celui du Panneau Solaire.
DPAC  1000 L/h et DPS  80 L/h
Il faudrait donc prévoir un bi-passe au niveau du Panneau Solaire. Cela fait baisser le
rendement du Panneau.
Suivant que l’on soit en été ou en hiver, le fluide circulera dans certains éléments et
l’aiguillage du fluide se fera grâce aux électrovannes (cf annexe 1).
- Cas journée d’hiver ensoleillée (chauffage):
Le panneau solaire est connecté au circuit de la pompe à chaleur en série avec
l’aéroréchauffeur et les nodules (circuit 1). En considérant que la température extérieure est
de 5°C, le panneau solaire va permettre de remonter la température du fluide circulant de
quelques degrés. Ensuite, la PAC refroidit ce circuit en rechauffant l’ECS et les radiateurs.
A la sortie de la pompe à chaleur, le fluide du circuit 1 est plus froid que l’air extérieur. C’est
alors que l’Aéroréchauffeur va servir : il remonte la température du fluide en aspirant l’air
extérieur (si l’air est plus froid que le fluide, l’Aéroréchauffeur ne doit pas fonctionner). Le
fluide passe alors dans les nodules et les liquéfie grâce à l’énergie apportée par le Panneau et
l’Aéroréchauffeur. Les Nodules stockent donc de l’énergie en journée : sa chaleur latente.
- Cas nuit d’hiver (ou journée d’hiver sans soleil) (chauffage)
On déconnecte le panneau solaire du circuit 1 quand la différence de température entre
l’entrée et la sortie des panneaux solaires devient trop faible. On passe alors à la configuration
du circuit 2. La nuit, il faut mettre à profit les nodules qui ont stocké toute la journée. Au fur
et à mesure que la nuit avance, ils cèdent leur chaleur latente au fluide jusqu’à se solidifier
tous. Si l’air est plus chaud que le fluide, l’Aéroréchauffeur va fonctionner pour ralentir la
solidification des Nodules.
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- Cas été : fonctionnement en climatiseur
L’été, le Panneau Solaire ne va pas chauffer la maison, par contre, il va aider à
chauffer l’eau chaude sanitaire. En effet, l’efficacité des panneaux, en été, suffit à chauffer
l’Eau Chaude Sanitaire sans avoir vraiment besoin de faire appel à la PAC, les journées étant
suffisamment longues pour stocker suffisamment d’eau chaude.
Du côté du circuit réfrigérant, on trouve la PAC en série avec l’aéroréchauffeur et les
nodules. L’Aéroréchauffeur va faire en sorte de refroidir le fluide si celui-ci est plus chaud
que l’air extérieur lorsqu’il sort de la PAC. Ensuite, le fluide étant bien souvent encore trop
chaud, on le refroidit en le faisant passer dans les nodules. Ici, seuls les nodules de
température de fusion élevée servent puisqu’en été, ce sont les seuls qui sont encore à l’état
solide. Ainsi, en réduisant la différence de température entre la source froide et la source
chaude (i e entre le circuit 2 et la maison), on va pouvoir mieux climatiser la maison.
1.2.6. Remarques

Nous avons analysé les différentes positions des éléments entre eux, et vérifié
qu’aucune d’entre elles n’amélioraient le système. En effet chaque disposition possède des
avantages pour certains éléments mais pénalise le rendement des autres. Par ailleurs, la partie
électronique a utilisé dés le début du projet une disposition donnée, il a donc fallut garder
cette configuration pour ne pas devoir refaire la commande des électrovannes.

Pour la Climatisation Solaire, il faut connaître non seulement les températures du lieu
d’installation mais aussi son taux d’ensoleillement, son orientation géographique, son
hydrographie, etc. par ailleurs les composants sont interdépendants et doivent donc être
choisis les uns en fonction des autres. Nous avons conclu avec M. AUZENET qu’il n’était pas
intéressant que nous fassions l’ensemble du dimensionnement (choix des éléments et
puissance). Le mieux serait en fait de développer un logiciel avec base de données permettant
de choisir les différents éléments en entrant dans le logiciel : le lieu, le nombre de personnes
dans le logement.
1.3.
Mise en place de la maquette :
Les éléments constitutifs de la maquette ont été récupérés chez CIAT.
1.3.1. Composants utilisés pour la maquette :
PAC utilisée pour la maquette :
Cette PAC est une Air/Eau, avec deux entréessorties au lieu de trois. Dans nos expérimentations, on va
donc enlever le circuit d’eau chaude sanitaire. Cependant, la
vanne 4 commandant le circuit d’eau chaude sanitaire va
quand même être testée en fonctionnement.
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Panneau solaire utilisé :
Le panneau solaire utilisé est un panneau solaire de marque CLIPSOL dont les
dimensions sont de 1 mètre par 1,50 mètres. Il est incliné à 45° et pour le tester, on utilise un
portique de 12 lampes de puissance 375W afin de simuler le rayonnement solaire. De plus,
lorsqu’on utilise un panneau solaire de chauffage d’eau chaude, on doit normalement utiliser
un bi-passe afin de séparer les flux à l’entrée du panneau solaire afin d’éviter que le débit à
l’intérieur du panneau soit trop important. Mais dans notre cas, le bi-passe est inutile car le
débit des pompes est faible.
Les Nodules:
Lors de nos tests, on va utiliser une cuve de nodules CRISTOPIA de diamètre 60cm
pour une hauteur de 1m20. Cette cuve est remplie de nodules d’une seule sorte, les AC.27 qui
cristallisent pour des températures inférieures à 27°C.
L’Aéroréchauffeur :
L’Aéroréchauffeur utilisé est l’Aéroréchauffeur prévu, un EOLIS de CIAT. Il devrait
normalement être régulé par deux thermocouples permettant de faire la différence entre
température extérieure et température du fluide entrant. Cette étape n’a pas été traitée car ne
faisant pas parti initialement dans le cahier des charges. Cependant cette régulation est très
proche de celle des électrovannes et pourra être associer à celle-ci . En effet, en comparant la
température extérieure à celle de l’eau, on pourra comme pour les électrovannes commander
l’Aéroréchauffeur.
1.3.2. Construction de la maquette (cf annexe 2)
Nous avons réalisé la tuyauterie complète du système en installant les électrovannes,
les pompes ainsi que les thermocouples. Ne possédant pas le ballon d’eau chaude sanitaire ,
nous avons simulé sa présence par un raccord nous permettant d’installler ainsi la vanne 4
prévue sans perturber le fonctionnement Nous avons prévu en plus une vanne de vidange
remplissage par lequel l’alimentation et l’évacuation en eau s’effectuera. Après plusieurs
essais et travaux, nous avons réussi à assurer l’étanchéïté du circuit, ainsi que la bonne
circulation du fluide en commandant manuellement les électrovannes.
2-Partie électronique
2.1. Présentation du problème :
La réalisation de notre maquette sur la climatisation solaire nécessite la connaissance
de trois températures afin de commander les différentes électrovannes et ainsi aiguiller
correctement le fluide dans les différents éléments de la maquette (cf. schéma global de la
maquette).
Nous avons donc installé donc 3 thermocouples pour connaître la température à des
endroits précis du circuit.
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Le signal émis par ces thermocouples étant trop faible et particulièrement bruité pour
être directement comparé, il nous est nécessaire d’amplifier le signal.
Une fois amplifiées, ces tensions, images des temperatures, seront comparées entre
elles pour gérer la commande des élecrovannes.
La commande des électrovannes nécessitant une certaine puissance, il est nécessaire
d’implanter un étage acceptant des tensions et des courants plus importants dans notre circuit
électrique.
On obtient alors le schéma de principe suivant:
TC1
TC2
TC3
Mesure de
température
A.V1
V1
V2
Amplification
V3
A.V2
Vcomp1
Comparaison
A.V3
Partie commande
Etage de
puissance
Electrovannes
Vcomp2
Partie puissance
Etant donné l’influence du bruit sur la précision des mesures de température, nous
avons choisi de séparer la réalisation de notre circuit électronique en deux parties
correspondant chacune à un circuit imprimé. La suite de ce rapport technique sera donc
divisée en deux parties : la partie commande et la partie puissance.
2.2. Partie commande :
1) La mesure de températures :
Etant donné que nous disposions gratuitement des thermocouples de type K, nous
n’avons pas réfléchi sur le dimensionnement des thermocouples. Toutefois, grâce à quelques
recherches sur les différentes mesures de température nous avons pu voir que le thermocouple
de type K convenait à notre application.
Principe d’un thermocouple :
Les thermocouples ou couples thermoélectriques transforment une température en une
tension électrique mesurable. Le couple est constitué par deux conducteurs A et B de natures
différentes, soudés bout à bout en circuit fermé. Les deux soudures sont à des températures
différentes et un courant circule dans le circuit A – B. Le fait de chauffer la soudure génère un
mini courant ou force électromotrice (f.e.m.) exprimée en microvolts (mV). L'élévation de
température est rigoureusement proportionnelle à la force électromotrice. Des tableaux de
mesures existent dans des documentations techniques en fonction des thermocouples utilisés.
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Application :
Dans notre application, il n’est pas nécessaire de savoir précisément la valeur de la
température que sonde le thermocouple. En effet, nous réalisons juste une comparaison de
deux températures et nous nous servons de cette comparaison pour le dispositif de commande
des électrovannes. Néanmoins, il faudra choisir trois thermocouples strictement identiques
pour que notre comparaison soit valable.
Après plusieurs essais, nous avons pu observer que les tensions délivrées par les
thermocouples étaient de l’ordre du µV et qu’elles étaient particulièrement bruitées. Par
conséquent, afin de pouvoir utiliser ces tensions (images des températures) dans un circuit
électronique il était nécessaire de les amplifier et de les filtrer.
2) L’amplification et le filtrage : (cf annexe 3)
Dans notre application, les mesures de températures seront utilisées par une
électronique de commande et il sera donc nécessaire d’amplifier fortement les f.e.m délivrées
par les thermocouples. De plus, ces f.e.m étant très faibles, elles sont perturbées par beaucoup
d’éléments, et principalement le bruit du secteur.
Principe de l’amplificateur :
La solution requise est donc d’amplifier la différence de potentiel entre les deux fils du
thermocouple et ensuite de filtrer cette différence par un filtre passe-bas. En effet, les
variations de température étant très lentes, il n’est pas nécessaire de disposer d’une grande
bande passante.
Application :
La faiblesse de la tension délivrée par le thermocouple nécessite la réalisation d’un
amplificateur différentiel composé d’ AOP ayant une très faible tension d’offset. En effet,
avec un AOP classique la tension d’offset pourrait être supérieure à la f.e.m du thermocouple.
Notre choix s’est donc porté sur le modèle LTC1150 qui grâce à une horloge interne autocompense sa tension d’offset. L’amplificateur différentiel sera donc composé de deux étages
correspondant à 2 AOP LTC1150.
Le filtre passe-bas, nécessaire pour filtrer tout les bruits parasites et plus
particulièrement le 50Hz, sera un filtre actif du 2nd ordre de type Sallen & Key ayant une
fréquence de coupure inférieure à 50Hz.
3) La comparaison :
Comme on peut le voir sur le schéma global de fonctionnement de notre maquette, la
commande des électrovannes est fonction de deux tensions qui résultent de la comparaison
entre les trois températures mesurées. Ces deux comparaisons seront comprises dans la partie
commande de notre réalisation.
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Principe de comparaison :
Nous allons effectuer la comparaison entre les températures TC1 et TC2 ainsi qu’entre les
températures TC2 et TC3 (cf Annexe 4). Le résultat de ces deux comparaisons formeront la
sortie de la partie commande et par conséquent l’entrée de la partie puissance. Ces deux
signaux attaquerons un circuit logique, il est donc nécessaire d’adapter la valeur de tension de
ceux la. Après quelques réflexions nous avons choisis de réaliser le fonctionnement suivant :

Si TC2>TC1
La tension délivrée à la partie puissance est de 5Volts.

Si TC2<TC1
La tension délivrée à la partie puissance est de 0Volt.

Si TC3>TC2
La tension délivrée à la partie puissance est de 5Volts.

Si TC3<TC2
La tension délivré à la partie puissance est de 0Volt.
Application :
Le choix du comparateur a été effectué en fonction de la valeur des tensions à
comparer et de la valeur des signaux qu’il doit délivrer.
Les amplificateurs des thermocouples étant alimenté en +15V/-15V, la tension en
sortie de l’amplificateur sera forcément comprise entre ces deux tensions d’alimentations. Par
conséquent, les entrées du comparateur seront-elles aussi comprises entres +15 Volts et -15
Volts, ce qui nous oblige à alimenter notre comparateur avec ces deux tensions.
En ce qui concerne la tension résultante de la comparaison, elle doit être comme
indiquée ci-dessus, soit de +5Volts soit de 0Volt.
Par conséquent, nous avons choisi comme comparateur le circuit intégré LM311 qui a
pour particularité d’avoir une sortie à collecteur ouvert qui nous permet d’obtenir les tensions
de sortie désirées (0 ou 5V) à l’aide d’une résistance de tirage.
4) Mise en œuvre, problèmes rencontrés et solutions proposés :
La réalisation du circuit imprimé :
L’ensemble des trois parties décrites ci-dessus sera contenu sur un circuit imprimé qui
traitera les mesures des trois températures. Par conséquent le circuit imprimé aura trois
tensions d’entrée (valeurs de tensions délivrées par les thermocouples) et deux tensions de
sortie correspondants aux résultats des comparaisons. Cette carte sera alimentée par deux
alimentations nécessaires aux différents circuits intégrés, une alimentation délivrant du +/15Volts et une délivrant du +5Volts. Le circuit imprimé sera découplé grâce à trois
condensateurs de découplage de 10µF chacun. La réalisation de notre circuit a été faite sur le
logiciel Cadstar. (cf. annexe 5 et 6)
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Test :
Les essais de notre montage réalisé sur plaque à trous a été satisfaisant et semblent
répondre au cahier des charges. En effet, les tensions en sortie de la partie amplificateur+filtre
sont correctes et peuvent être comparées. La précision obtenue n’est pas excellente mais suffit
pour pouvoir comparer des températures que l’on retrouve sur notre maquette.
Problèmes et solutions proposés :
Le montage sur circuit imprimé ne fonctionne pas car il semble énormément bruité. En
effet, la mesure de la tension amplifiée et filtrée nous donne une tension de perturbation
d’amplitude assez importante et de fréquence 50Hz. On peut donc conclure que notre
amplificateur est perturbé par le bruit du réseau malgré l’existence du filtre.
Cette perturbation peut être la conséquence de l’existence d’un gain de mode commun
non nul dans notre montage. Pour remédier à cela, il faudra donc réaliser notre montage avec
des résistances de hautes précisions, car ce gain s ‘annulera si les résistances qui doivent être
de même valeur soit strictement égales.
2.3. Partie puissance
A partir des connaissances des comparaisons entre les différentes températures, nous
allons pouvoir commander les électrovannes.
Grâce à la mise en équation des modes de fonctionnement du système et étant donné que nous
disposons d’électrovannes à commande 230V alternatif normalement fermées (fournies par
CIAT), nous en déduisons dans quel cas nous devrons commander celles-ci.
Les équations de commande des électrovannes sont donc:
Vanne 1 commandée lorsque TC2>TC1 et TC2<TC3
Vanne 2 commandée lorsque TC2<TC1 ou (TC2>TC1 et TC2>TC3)
Vanne 3 commandée lorsque TC2>TC1 et TC2>TC3
Vanne 4 commandée lorsque (TC2>TC1 et TC2<TC3) ou TC2<TC1
Remarque : Etant donné les temps de commandes des électrovannes dans le fonctionnement
du système, il aurait été préférable de choisir des électrovannes normalement ouvertes pour
les électrovannes 2 et 4. De plus, pour des raisons de sécurité, en présence d’eau, il aurait été
préférable de prendre des électrovannes à alimentation 24V et non 230V.
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A partir des comparaisons des températures TC1 & TC2 et TC2 & TC3, nous allons
pouvoir commander les électrovannes. Nous avons donc réalisé des opérations logiques pour
assurer les différents cas. Pour cela, nous avons mis en place un système de portes logiques
dont la sortie en 0-5V permet ou non de commander les électrovannes.
Schéma des portes logiques :
Pour pouvoir commander l’ouverture et la fermeture des électrovannes, nous avons
utilisé un relais statique qui correspond à un interrupteur commandé dans le circuit de
commande de l’électrovanne. Lorsque le circuit primaire du relais est alimenté en 5V (tension
nulle à ces bornes), l’interrupteur du secondaire qui alimente l’électrovanne se ferme et
commande donc cette dernière. Inversement, si le primaire n’est pas alimenté (0V), le circuit
est ouvert et la vanne reste à son état de repos. Nous avons donc choisi un relais statique à
commande d’entrée 5V avec respectivement une tension et un courant de sortie de 230V
alternatif et 5A (appel de courant de l’électrovanne de qq A).
Néanmoins, l’alimentation du relais statique nécessite un certain courant qui n’est pas
acceptable en sortie des portes logiques. C’est pour cela que nous introduisons un étage de
puissance représenté par le composant ULN2003 (montage de transistor) qui va donc nous
permettre d’atteindre des courants suffisants pour notre commande sans modifier les tensions
d’entrée.
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Nous obtenons donc un schéma global pour chaque électrovanne de la forme
suivante :
Alim
230V
Information de
comparaison
des
températures :
Système
de portes
logiques
Relais
Statique
0-5V
ULN2003
TC2&TC1
TC2&TC3
5V
Nous pouvons donc à partir des comparaisons des températures générer un signal 0-5V
après combinaisons dans les portes logiques. Si le signal de sortie des portes vaut 0V, la
tension aux bornes du primaire du relais statique n’est pas nulle et l’électrovanne n’est donc
pas alimentée et reste donc à son état de repos (fermée dans notre cas). Si le signal de sortie
des portes vaut 5V, la tension nulle aux bornes du primaire du relais statique permet la
fermeture de l’interrupteur au secondaire et l’alimentation de l’électrovanne s’ouvre.
Nous avons réalisé le circuit sous le logiciel Cadstar ce qui nous a permis de créer le typon
et imprimer le circuit. (cf. annexe 7)
Test :
Nous avons réalisé des tests sur plaque à trou et constaté que notre circuit fonctionnait
bien .En effet, nous avons simulé la comparaison des températures en appliquant des tensions
d’entrée de 0 ou 5V et nous avons constaté la commande des électrovannes attendue.
Problème rencontré:
Nous n’avons pas pu terminer le montage sur circuit imprimé car nous n’avons pas réussi
à nous fournir les relais statiques dans le temps qui nous était imparti (problème délai
fournisseur).
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ANNEXE 1
Schéma Globale de fonctionnement du système
Panneau Solaire
1
2
3
Ballon
ECS
Nodules
4
Aéro-Réchauffeur
PAC
Electrovanne
Circulateur (pompe) qui doit être
accompagné d’un vase d’expansion
Chauffage
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Hiver ensoleillé : Panneau Solaire sur PAC – ECS par PAC
Vanne
Position
1
Ouverte
2
Fermée
3
Fermée
4
Ouverte
Panneau Solaire
Etant donné que la pompe
ne fonctionne pas, le fluide
ne va pas passer par ce
tuyau
1
Ballon
ECS
Nodules
4
Aéro-Réchauffeur
PAC
Chauffage
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
Nuit d’hiver : Destockage des nodules sur PAC – ECS par PAC
Vanne
Position
1
Fermée
2
Ouverte
3
Fermée
4
Ouverte
2
Ballon
ECS
Nodules
4
Aéro-Réchauffeur
PAC
Chauffage
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
Eté : PAC sur Aéro-réchauffeur - ECS par Panneau Solaire
Vanne
Position
1
Fermée
2
Ouverte
3
Ouverte
4
Fermée
Avec une distance d suffisante (>50
cm), les deux fluides ne se
mélangeront pas
Panneau Solaire
2
d
3
Ballon
ECS
Nodules
La mise en route de la pompe
permet la circulation du fluide
Aéro-Réchauffeur
PAC
Electrovanne
Circulateur (pompe) qui doit être
accompagné d’un vase d’expansion
Chauffage
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ANNEXE 2
Schéma Globale de fonctionnement de la maquette
TC1
Panneau Solaire
TC2
TC3
3
EC
S
1
4
2
TC4
Soupape
Nodules
Aéro-Réchauffeur
PAC
Remplissage
&
Vidange
Electrovanne
Chauffage
Circulateur (pompe) qui doit être
accompagné d’un vase d’expansion
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ANNEXE 3
Amplificateur :
Schéma de principe
V1
V2
Va
Vs
Mise en équation :
-
Pour l’amplificateur différentiel on a :
Va  V 1.(1 
R1
R4
R4
) et Vs  V 2.(1 
)  Va.( )
R2
R3
R3
 Vs  V 2.(1 
R4
R 4 R 4.R1
)  V 1.(

) et avec R1=R3 et R2=R4
R3
R3 R3.R 2
On obtient
Vs  V 2  V 1.(1 
R4
)
R3
On choisis donc R1  R3  100 et R 2  R 4  1Méga on obtient un gain différentiel de
10000 ce qui convient a notre application.
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Projet Collectif Climatisation Solaire
ANNEXE 4
Filtre :
Schéma de principe :
Vsfiltrée
Vs
Mise en équation :
f coupure 
1
2 . R1.R 2.C1.C 2
On choisis donc R1  R2  100k et C1  C 2  1µF on obtient une fréquence de coupure
d’environ 16Hz ce qui est correct pour notre réalisations.
Comparateur :
Schéma de principe :
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ANNEXE 5
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ANNEXE 6
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ANNEXE 7
Réalisation de la carte partie puissance :
Typon de réalisation de la carte partie puissance :
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