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Do it yourself III
Commande du circulateur à modulation de puissance
Semaine III

Travaux réalisés

  1. Semaine I: il est possible de mesurer toutes les températures
  2. Semaine II: nous déterminons la température idéale de la chaudière et commandons le bruleur.

Nous allons maintenant moduler la puissance du circulateur. Dans une installation normale, le circulateur envoie l'eau chaude dans pratiquement tous les radiateurs. Dans notre cas, où nous fermons certains radiateurs et le circulateur est devenu trop puissant. On entend des bruits de circulation, surtout la nuit quand une partie de l'installation est à l'arrêt.

Modulation de la puissance


Modulation de la puissance avec un condensateur ou une résistance.
On peut commander la puissance du circulateur avec différents systèmes. Le plus évident à première vue est l'utilisation d'un triac qui va modifier l'angle de conduction, comme on le fait pour moduler l'éclairage. Les moteurs n'aiment pas ce système (et vos voisins non plus!). De plus, il faut transformer le signal de l'ordinateur en angle de phase, ce qui n'est pas évident (ce ne l'était en tout cas pas il y a plus de 10 ans).

Il existe maintenant des circuits industriels qui acceptent une tension de 0 à 5V pour un angle de conduction de 0 à 180° (avec isolation électrique). Il faut choisir un module qui est spécialement conçu pour charges inductives. L'avantage de ce système et qu'on peut doser exactement la puissance du circulateur (en utilisant une des sorties analogiques du convertisseur). En pratique il n'y a que peu de différences avec une régulation à 3 niveaux, car nous jouons également sur la température de l'eau chaude. Le vrai système de régulation agit sur la température de l'eau chaude.

Au lieu de modifier l'angle de conduction, on peut monter une résistance en série qui va bouffer une partie de la puissance. Cette résistance consomme du courant (et va chauffer très fort). Il nous faut une résistance prévue pour au moins 30W pour un circulateur d'habitation. Par contre, si on utilise un condensateur, on a un effet identique, mais sans les pertes.

On utilisera en pratique deux condensateurs: 1.5µF en 2.2µF. Avec les 2 condensateurs en parallèle nous obtenons 3.7µF, donc 3 niveaux de puissance, ce qui est assez. Il faut utiliser des condensateurs spécifiques pour le démarrage de moteurs (prévus pour 400V∼); ce sont les seuls qui sont acceptables pour une telle application.

La puissance la plus faible met environ 70V sur le moteur (une tension plus basse est insuffisante pour faire démarrer le moteur). Si l'eau circule encore trop rapidement, il faut travailler en mode pulsé (30 secondes ON, 30 secondes OFF). C'est normal que l'eau chaude mette 10 minutes à circuler à cette puissance qui est utilisée quand la température de consigne est (pratiquement) atteinte. Une circulation plus rapide est en pure perte. C'est normal que la bas du radiateur est froid: c'est un signe que l'eau a eu le temps d'évacuer la chaleur. Renvoyer de l'eau encore chaude à la chaudière se fait en pure perte.

Résonance ferromagnétique

Le condensatteur forme un circuit résonnat avec le bobinage du moteur qui peut produire une tension dangereuse si la fréquence du circuit oscillant correspond à celle du réseau. Selon le circulateur utilisé, cet effet s'obtient avec une capacité de 5 à 10µF. Il est nécessaire de laisser un multimètre en parallèle sur le moteur lors de la phase de test avec différente capacités. La tension aux bornes du moteur peut exéder les 300V en cas de résonnance ferromagnétique.

Pourquoi moduler la puissance du circulateur?

Un circulateur pour maison d'habitation unifamiliale consomme 75W, autant que trois frigos. Nous faisons une bonne économie d'énergie si nous pouvons réduire sa consommation. De plus, un apport limité de chaleur quand la température demandée est presque atteinte permet une meilleure régulation sans dépassement (oscillations dans la température de la pièce à chauffer).

Régulation

1 - Régulation selon la température de la chaudière

Un système très simple est de faire dépendre la puissance du circulateur de la température de l'eau chaude. En effet, plus on a besoin de chaleur, et plus la température de consigne de la chaudière sera élevée (nous avons installé cette régulation la semaine passée, rappelez-vous)

Température
chaudière
Puissance du
circulateur
Tension aux bornes
du circulateur
30 - 40°CBasse (mode pulsé)70V∼
40 - 50°CMoyenne70V∼
50 - 60°CHaute110V∼
> 60°CMaximale160V∼

Ce système très simple a comme inconvénient qu'on ne tient pas compte des caractéristiques propres de chaque local à chauffer. Si un radiateur est sous-dimensionné, il faut chauffer l'eau plus fort, mais il ne faut pas faire circuler l'eau plus rapidement. Ce système est idéal quand il s'agit de chauffer des locaux pratiquement identiques.

2 - Calculer une seconde demande de chaleur

Lors de l'étape précédente, nous avons déterminé la demande en chaleur pour calculer la température de consigne de l'eau chaude. Nous pouvons faire de même pour la puissance du circulateur.

Un cas pratique: le radiateur de ma chambre est sous-dimensionné, ce qui fait qu'une demande de chaleur dans la chambre compte double pour la chaudière (la chaudière doit chauffer plus fort). Par compte, la chambre est surtout chauffée la nuit, où la demande en chaleur est faible et constante: la demande ede chaleur compte de moitié pour le circulateur.

L'avantage de ce système est une réponse plus rapide et surtout une réponse adaptée aux caractéristiques des locaux à chauffer.

Si vous travaillez avec plusieurs circulateurs, la puissance doit être calculée en additionnant les différentes demandes de la zone désservie.

3 - Calcul de la puissance du circulateur, adapté au local

Nous utilisons comme au système 1 la température de l'eau de la chaudière pour déterminer la puissance, mais nous ajoutons un facteur de correction, par exemple le grand living = 50%, la grande chambre = 30%, la petite chambre = 20%.

Le circulateur fonctionnera en pratique toujours à sa plus basse puissance pour chauffer les petits locaux, quel que soit la température de l'eau de la chaudière. La petite chambre a des radiateurs plus petits et l'eau y circule plus rapidement: la vitesse de circulation de l'eau peut être réduite. Le but d'un radiateur est de dissiper la chaleur dans la chambre, c'est donc normal que le bas du radiateur soit froid!

Ce système est idéal mais il y a une boucle de régulation indirecte (la demande de chaleur augmente la température de la chaudière qui à son tour augmente la vitesse de circulation de l'eau).

Fonctionnement des robinets des radiateurs

Les robinets électriques mettent 5 minutes à s'ouvrir et environ 1.30 minutes pour se fermer. La logique de commande du circulateur doit en tenir compte et ne pas faire fonctionner le circulateur avant qu'une vanne ne soit ouverte pendant au moins 5 minutes.

La semaine prochaine, nous allons effectivement controler les robinets des radiateurs.

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