Ley del agua
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Los profesionales de la calefacción central también se refieren a la curva de calefacción para evocar este vínculo entre la temperatura del agua requerida y la temperatura exterior.
Los angloparlantes hablan de "compensación climática", también decimos "ley de calefacción", "ajuste de pendiente" ...
El concepto de pendiente está en el centro del problema. Se trata de proporcionar las aportaciones de calor de los difusores a las necesidades térmicas de la vivienda.
El reto
La cuestión de la ley del agua se volvió crucial cuando teníamos calentadores de agua centralizados cuyo funcionamiento requería operaciones de modulación a baja temperatura: calentadores de funcionamiento gradual que suministraban a los transmisores más o menos agua caliente ( podemos calentar lentamente, fuerte o muy fuerte y no solo todo o nada : calderas modulantes, bombas de calor “inverter”, calderas de condensación , etc. entran en estos ajustes de “ley del agua” ).
La temperatura en los transmisores debe ajustarse a la temperatura exterior capturada por una sonda. Perseguimos un doble objetivo de confort ( estabilidad de la regulación ) y economía ( el rendimiento se optimiza reduciendo la temperatura del agua caliente ). Por tanto, la instalación en cuestión incluye siempre una fuente de calor modulante y al menos dos sensores :
- un sensor de temperatura del agua
- y necesariamente un sensor de temperatura exterior.
- sonda de temperatura ambiente opcional opcional (la curva de agua es un control de circuito abierto y, por lo tanto, puede funcionar sin medición de temperatura ambiente)
Se trata de dosificar finamente las aportaciones energéticas a las necesidades según una curva como la siguiente:
Regulación por termostato de ambiente requiere la operación a largo intermitente que puede idealizar a esto: se convierte en tiempo cuasi-periódica con una activa T activa que ocupa la mayor parte del periodo T .
El ciclo de trabajo es la relación del tiempo de ON para el período de α = T activa / T . El termostato de atmósfera siempre acaba ajustando la temperatura media θ avg de forma que la potencia media que representa esta temperatura media finalmente cubra los requisitos del edificio. También tenemos θ avg = α * θ max
Y tratamos de hacer que el ciclo de trabajo tienda a la unidad para bajar θ max hacia θ avg . De hecho, el generador de calor funciona realmente (en los momentos en que se le solicita) a θ máx. Y el rendimiento se deteriora cuando aumenta esta temperatura.
La ley ideal
El ajuste de las entradas a las necesidades se modela mediante la ecuación de la pendiente, la ley del agua , cuando θ agua = θ prom :
(θ agua - θ amb ) = p * (θ amb - θ ext )
- θ regar la temperatura del agua caliente
- θ amb la temperatura ambiente establecida por el punto de ajuste del termostato
- θ ext la temperatura exterior
- p la pendiente.
La fórmula ideal a menudo se ajusta pragmáticamente cambiando un poco θ amb en un lado u otro en igualdad ... agregando / restando un término constante ("traducción") que tiene en cuenta el efecto de " contribuciones gratuitas " de fuentes de calor adicionales ( solar, cocina, TV, calor "animal", etc. ). La ecuación se convierte en
(θ agua - θ amb ) = p * (θ ref - θ ext )
- θ ref = θ agua - traducción y esta traducción es de algunos grados ... posiblemente negativa dependiendo del comportamiento más o menos laxo de los ocupantes de la vivienda.
Ajuste conveniente
Los fabricantes recomiendan ajustes de pendiente a priori (normalmente 0,6 para un suelo con calefacción , 1,2 para radiadores, etc.) a partir de los cuales ajustamos mediante prueba y error. Una pendiente insuficiente se revela por un punto de ajuste no alcanzado. En el enfoque de exceso, podemos ahorrar mucho tiempo al observar que si para un ajuste de pendiente a priori p 1 notamos ( termómetro de registro en agua caliente en condiciones constantes ) un ciclo de trabajo α que indica un exceso de pendiente, la pendiente ideal será p = α * p 1
En tiempos activos, la temperatura θ max es generalmente innecesariamente alta, lo que degrada la eficiencia o el Coeficiente de Rendimiento ( COP ). El ajuste de la pendiente, característica principal de la ley de aguas, tiene como objetivo minimizar θ max minimizando la intermitencia.
- Una pendiente p insuficiente se manifiesta por un funcionamiento permanente con un punto de ajuste no alcanzado.
- Una pendiente p excesiva se manifiesta por un funcionamiento intermitente con un punto de ajuste ligeramente excedido en ocasiones.
- La pendiente óptima p se manifiesta por un funcionamiento casi permanente (apenas intermitente) con el punto de ajuste mantenido .
Planteamiento teórico
La casa, en un punto de consigna constante dado, con su sistema de difusores dado ( convectores + suelos + techos calefactores + calefactores ...), tiene una ley de agua limpia y solo una que expresa el vínculo matemático entre sus necesidades energéticas y la temperatura exterior independientemente de los medios utilizados para calentar el agua. Esto conecta el flujo de calor (que sale del agua caliente, se esparce por la casa y finalmente llega al exterior) con las fugas térmicas que deben compensarse exactamente.
En promedio, se inyecta una potencia proporcional a la diferencia entre las temperaturas del agua caliente y del aire ambiente P = D * (θ agua -θ amb ) . La constante D es característica de los emisores ( radiadores , suelo radiante, calefactores de aire, etc.).
Cubrirá las necesidades: pérdida de calor del edificio P = G * V * (θ amb - θ ext ) ..
donde G representa la calidad general del aislamiento y V el volumen en m 3 de la casa.
Las constantes D y G * V son características del edificio con sus difusores de agua termal. Son conductancias térmicas en W / K , expresan la relación constante entre los vatios ( W ) perdidos por conducción térmica y la diferencia de temperatura en Kelvin ( K ): así como G * V expresa la propensión de la casa a "exportar" ( perder) energía en la atmósfera exterior, D expresa la misma propensión de los difusores a "perder" (difusa) energía en la casa.
Cualquier termostato de ambiente , incluso rústico, obligará al sistema a estabilizarse en promedio alrededor de la temperatura de consigna con P in = P out : la potencia inyectada por la calefacción en última instancia siempre cubre las pérdidas del edificio exactamente en promedio.
D * (θ agua - θ amb ) = G * V * (θ amb - θ ext )
(θ agua - θ amb ) = (G * V / D) * (θ amb - T ext )
En la práctica, retenemos (θ agua - θ amb ) = p m * (θ ref - θ ext ) y la pendiente es ante todo una característica de la casa, por sí misma, incluso antes de la instalación de una caldera o bomba de calor. pero después del de los radiadores.
θ ref es una constante teóricamente igual a θ amb pero en la práctica un poco más débil en algunos grados para tener en cuenta las “ contribuciones gratuitas ” que se traducen pragmáticamente por estos pocos grados de desplazamiento. La programación de la calefacción de acuerdo con la ley del agua exacta (pendiente de calefacción = pendiente de la casa, p ch = p m ) simplemente mantiene la temperatura ambiente igual al punto de ajuste con una calefacción que funciona de manera suave y permanente y no se desvían según las necesidades exactas ... pero a costa de reacciones lentas a las perturbaciones.
Dimensionamiento de difusores
Este análisis teórico explica por qué en el desempeño de las instalaciones modernas, a baja temperatura el funcionamiento deseado, de tono tan bajo, obliga a elegir emisoras D de alta conductancia térmica . Esto implica en el caso de radiadores de dimensiones imponentes o en el caso de suelo radiante una alta densidad de la red de agua caliente.
Ejemplo cifrado
Los valores típicos con un sistema de calefacción por suelo radiante: gradiente de 0,5, instrucciones a 19 ° C , θ ref = 15 ° C y θ ext = - 1 ° C .
Tendremos ( θ ea u - 19) = 0.5 * (15 - - 1)
θ agua - 19 = 0.5 * 16
θ agua = 19 + 8
θ agua = 27 ° C en promedio.
Ejemplo una casa de 300 m 3 con una G en 1.1 (esto ya es una buena calidad térmica), tenemos
G * V = 300 * 1.1 = 330 W / ° C y si D = 165 W / ° C , la pendiente adecuada de la casa es p m = 2.
Cuando es -1 ° C fuera se requiere calentamiento para proporcionar 330 * (15--1) = 5300 W para simplemente mantener la 19 ° C .
Referencias
- " Regulación de las bombas de calor a base de agua " , en www.abcclim.net (consultado el 6 de marzo de 2019 )
- https://www.isoenergy.co.uk/more-information/weather-compensation-for-heating-controls
- XPair , “ Regulación de la temperatura del aire. calefacción de agua - La ley de calefacción - nivel 5 a 3 ” , en XPair (consultado el 6 de marzo de 2019 )
- " Regulación de la ley de calefacción de pendientes de la ley del agua " , en inovatherm.free.fr (consultado el 5 de noviembre de 2020 )
- " Ejemplo de configuración de una curva de calefacción " , en www.energieplus-lesite.be (consultado el 6 de marzo de 2019 )
- " Reguladores climáticos y ajuste de curvas de calefacción " , en Energie Plus Le Site ,25 de septiembre de 2007(consultado el 5 de noviembre de 2020 )