Sélection adaptative des courbes de régulation des

Sélection adaptative des courbes de régulation des circulateurs domestiques
Carsten Skovmose Kallesøe*, Niels Bidstrup*, Manfred Bayer
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Extrait
Les circulateurs à vitesse régulée pour système de chauffage domestique sont présents sur le marché depuis le début
des années quatre-vingt-dix. La plupart d’entre eux sont équipés de courbes de régulation de pompe intégrées qui
règlent la vitesse et, de ce fait, la pression en fonction du débit réel et de la chaleur requise. Les circulateurs disposent
normalement d’un ensemble de courbes de régulation de pompe pour s’adapter aux variations des systèmes de chauf-
fage. Elles apportent un confort supplémentaire et réduisent la consommation d’énergie. Afin de tirer profit de cette
fonction, il est nécessaire de régler correctement la courbe de régulation du circulateur après son installation. Dans la
plupart des cas, cela n’est pas possible car les informations relatives au système de chauffage concerné ne sont pas
disponibles. Le présent document décrit une nouvelle méthode de régulatin, AUTOADAPT, qui adapte automatique-
ment le réglage du circulateur en fonction du système de chauffage sur lequel il est installé. Les circulateurs dotés de
la fonction AUTOADAPT mesurent et analysent les caractéristiques du système de chauffage pendant son fonctionne-
ment et ajustent le réglage de la courbe de régulation de pompe en conséquence. Les résultats des essais sur site réa-
lisés par l’Allemagne ont révélé que dans 75 % des cas, l’AUTOADAPT avait choisi un réglage permettant de maintenir le
même niveau de confort avec une consommation d’énergie moindre..
* Grundfos Management A/S, Poul Due Jensens Vej 7, DK-8850 Bjerringbro, Denmark (e-mail: {ckallesoe,nbidstrup}@grundfos.com)

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1. Introduction
Les circulateurs sont utilisés dans tous les systèmes de chauffage. Ces systèmes comprennent les systèmes de chauff-
age par radiateurs et de chauffage par le sol. La source de chaleur peut être une chaudière, l’énergie solaire, une pompe
à chaleur, etc. Malgré leurs différences, le rôle du circulateur est le même dans tous ces systèmes. Il fournit la pression
nécessaire pour que la commande de chaleur régule les débits d’eau et, de ce fait, le flux de chaleur dans l’habitation.
Un exemple de système simplifié de chauffage par radiateurs avec chaudière est présenté dans la Fig. 1.
Le système de chauffage central présenté dans cette fig-
ure est une installation à deux tuyaux dans laquelle la
chaleur est régulée par des robinets thermostatiques. Le
sytème de chauffage central a la fonction de contrôler la
température dans chaque pièce selon la valeur prédéfinie
choisie par l’utilisateur. Le mode de régulation de la tem-
pérature est le robinet thermostatique et la source de
chaleur est le radiateur (voir la Fig. 1). L’énergie thermique
fournie aux pièces est contrôlée par la température et le
débit de l’eau dans le radiateur. La source de chaleur (une
chaudière dans la Fig. 1) contrôle la température et le robi-
net thermostatique régule le débit.
Dans l’exemple illustré Fig. 1, le point de consigne de la
température de la chaudière est choisi afin que les radia-
teurs puissent fournir la quantité nécessaire de chaleur à
toute la maison. Toutefois, les besoins sont généralement
différents dans les deux pièces de la Fig. 1. Les robinets thermostatiques gèrent ces différences en contrôlant le débit
d’eau. Le flux de chaleur est contrôlé séparément pour chaque radiateur et, de ce fait, pour la température de chaque
pièce de l’habitation. C’est exactement de cette manière
que la température des pièces est régulée dans tous les
sytèmes de chauffage central.
Les robinets thermostatiques ont besoin de pression pour
réguler le débit d’eau. C’est le circulateur qui fournit cette
pression. Pour cela, le circulateur doit supporter la contre-
pression de la tuyauterie dans le système et fournir une
pression supplémentaire suffisante pour permettre aux
robinets thermostatiques d’exercer leur fonction de régu-
lation. Aujourd’hui, les circulateurs hauts de gamme disposent
d’un régulateur de vitesse intégré.
Ce régulateur de vitesse sert à réduire la pression lorsque la
charge n’est pas complète. Il permet d’économiser de
Fig. 1 : exemple de tuyauterie d’un système de chauffage
central dans une maison possédant deux pièces. Le système
de chauffage central est une installation à deux tuyaux, qui
représente le système le plus répandu dans les applications
réelles.
Fig. 2 : courbe de pression proportionnelle utilisée pour
réguler les circulateurs. La zone bleu clair montre la
zone dans laquelle la courbe de régulation peut être
placée selon le type et la taille du système de chauffage
central.

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l’énergie et d’améliorer les performances des robinets thermostatiques. Dans les circulateurs, la réduction de la pres-
sion en charge incomplète est réalisée à l’aide d’une courbe de pression proportionnelle. Pour la pompe ALPHA 6 m de
Grundfos, la courbe de pression proportionnelle initiale est présentée dans la Fig. 2.
Les circulateurs équipés d’un régulateur de vitesse intégré sont disponibles sur le marché depuis de nombreuses
années et ont su montrer leur efficacité. Afin d’utiliser au maximum le potentiel des circulateurs à vitesse régulée, il
est important de choisir correctement la courbe de régulation de chaque système de chauffage. Le choix de la courbe
de régulation doit être fondé sur la tuyauterie, les radiateurs et la source de chaleur du système. Par ailleurs, le niveau
d’isolation de la maison a un impact sur la position optimale de la courbe de régulation. Cela montre que la courbe de
régulation doit être choisie en fonction d’informations qui ne sont traditionnellement pas connues par l’installateur.
En outre, de nombreux circulateurs ne sont pas régulés selon la courbe de régulation optimale pour le système de
chauffage donné.
Afin d’aider l’installateur, nous proposons un algorithme d’adaptation appelé AUTOADAPT. Cet algorithme peut
adapter la courbe de régulation du circulateur sur une courbe optimale pour le système de chauffage concerné. La
fonction AUTOADAPT présentée dans ce document est une version améliorée de la fonction AUTOADAPT disponible
dans les circulateurs MAGNA de Grundfos depuis 2001.
2. Le nouvel algorithme AUTOADAPT
IL’introduction explique que le choix de la courbe de régulation du circulateur affecte les performances du système
de chauffage et la consommation d’énergie électrique. C’est pourquoi il est important de choisir correctement la
courbe. Avec AUTOADAPT, le choix de la courbe optimale est automatique. À l’avenir, l’installateur n’aura plus qu’à
s’occuper de la tuyauterie et du raccordement électrique lors de l’installation d’un circulateur.
Le présent chapitre explique la fonctionnalité AUTOADAPT. Toutefois, pour une description plus détaillée, voir
(Kallesøe and Bidstrup (2008)). La fonctionnalité AUTOADAPT peut être répartie en trois tâches illustrées dans la Fig. 3.
Fig. 3 : structure de l’algorithme AUTOADAPT. L’algorithme se décompose en trois tâches : une tâche d’analyse, une tâche
de sélection et une tâche de régulation.
La première tâche consiste à analyser le système de chauffage dans lequel le circulateur est placé. C’est ce que fait
l’Analyseur du système. L’analyse vise à déterminer si la pression du circulateur est trop élevée, trop faible ou adé-
quate. La partie analyse est traitée au chapitre 2.1. La deuxième tâche consiste à utiliser les informations obtenues par
l’Analyseur du système pour sélectionner la courbe de pression proportionnelle adaptée pour le circulateur. C’est ce
que fait le Sélecteur de courbe. Le sélecteur est décrit dans le chapitre 2.2. Enfin, le circulateur est régulé en fonction
de la courbe de pression proportionnelle sélectionnée. Cela est effectué selon la courbe illustrée dans la Fig. 2. Dans

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les rubriques suivantes, la fonctionnalité des deux pre-
miers blocs de la Fig. 3 est expliquée en détails.
2.1 L’analyseur du système
L’algorithme AUTOADAPT adapte la courbe de pression
proportionnelle aux conditions du système de chauffage
dans lequel la pompe est placée. La surveillance des condi-
tions de charge du système de chauffage représente la
base de l’adaptation.
Afin de comprendre cela, il faut d’abord comprendre comment les conditions de charge affectent le débit et la pres-
sion du circulateur. Dans un système de chauffage, tel qu’illustré dans la Fig. 4, le rapport entre les conditions de
charge et le comportement des vannes peut être expliqué. Pour une explication plus détaillée du fonctionnement
d’un système de chauffage, voir (Otto (1991), Petitjean (1994), Tiator (1998)).
En effet, pour un point de consigne de chaudière donné, le flux de chaleur est régulé par le débit d’eau dans les radia-
teurs. Les robinets thermostatiques contrôlent le débit d’eau en contrôlant les pertes de pression à travers les robi-
nets. Ainsi, si la pression du circulateur est trop élevée, la perte de pression à travers les robinets est importante. Cela
signifie que la vanne est presque fermée la plupart du temps, ce qui entraîne une mauvaise régulation de la tempéra-
ture. En outre, dans ce cas-là, un comportement oscillatoire peut être observé (Andersen et al., 2000) et un bruit
acoustique peut être produit. Ce phénomène est ici appelé saturation vers le bas. À l’inverse, lorsque la pression du
circulateur est trop basse, la perte de pression à travers les robinets est faible. Cela signifie que les vannes doivent
être presque complètement ouvertes la plupart du temps, ce qui entraîne également une mauvaise régulation de la
température.
Pour mesurer l’ouverture moyenne des vannes dans le système, la conductivité hydraulique totale est utilisée. Cette
conductivité décrit la perte de pression totale dans le système à un débit donné. Il s’agit de la perte de pression dans
la chaudière, la tuyauterie et les vannes (voir la Fig. 4). Lorsque la perte de pression dans la chaudière et la tuyauterie
est constante à un débit donné, les changements d’ouverture des vannes entraînent des variations de la conductivité
hydraulique. La conductivité hydraulique totale est obtenue à partir des mesures disponibles sur la pompe. Elle est
obtenue par la formule :
La valeur ksys est la conductivité hydraulique, le débit est le débit passant par la pompe et la pression est la pression
présente dans la pompe. La valeur ksys représente la base de la partie analyse de l’algorithme AUTOADAPT.
Pour expliquer la fonctionnalité de l’Analyseur du système dans l’algorithme AUTOADAPT, voir les Fig. 5, Fig. 6 et Fig. 7.
Dans ces figures, la courbe verte montre les variations de la valeur ksys dans le temps. Les courbes rouge et bleue
sont les valeurs maximale et minimale de la valeur ksys. Elles sont respectivement appelées khaut et kbas. Enfin, la
courbe noire sépare la zone entre la courbe rouge et la courbe bleue en deux sous-zones appelées Zone A et Zone B.
La courbe noire est appelée kréf et est calculée à partir des valeurs de khaut et kbas. Le niveau de saturation peut être
Fig. 4 : exemple de tuyauterie d’un système de chauffage
central simple à deux tuyaux avec robinets thermostatiques.

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mesuré en comparant la durée pendant laquelle la valeur ksys est dans la zone A et la durée pendant laquelle elle est
dans la zone B. Dans les Fig. 5, 6 et 7, les courbes illustrent trois situations différentes.
Dans la Fig. 5, la pression du circulateur est trop basse, ce qui indique que les pressions dans les vannes sont trop
basses. Comme cela a été expliqué précédemment, lorsque la pression est trop basse, les vannes ne peuvent pas
réguler correctement la température. L’état de basse pression est illustré dans la Fig. 5, puisque la durée pendant
laquelle la valeur ksys (courbe verte) se trouve dans la zone B est plus longue que la durée pendant laquelle elle se
trouve dans la zone A. C’est ce qu’on appelle la saturation vers le haut.
Dans la Fig. 6, une autre série temporelle de valeurs ksys est illustrée. Cette fois, la pression du circulateur est trop
élevée. Cela entraîne une fois encore une mauvais régulation de la température. Cet état de pressions élevées est
illustré dans la Fig. 6 par le fait que la valeur ksys (courbe verte) est dans la zone A pendant une durée plus longue que
dans la zone B. C’est ce qu’on appelle la saturation vers le bas.
Dans une situation où la pression a une valeur raisonnable pour le système de chauffage donné, la durée pendant
laquelle la valeur ksys se trouve dans la zone B est identique à la durée pendant laquelle elle est dans la zone A. Cette
situation est illustrée dans la Fig. 7.
Fig. 5 : exemple de série temporelle de valeurs ksys dans un système de chauffage central où la saturation se produit lor-
sque la vanne est presque complètement ouverte
Fig. 6 : exemple de série temporelle de valeurs ksys dans un système de chauffage central où la saturation se produit lor-
sque la vanne est presque fermée .