Fonctionnement général d’une PAC

« Une pompe à chaleur (PAC) est un système thermodynamique capable de soutirer de l’énergie-chaleur d’un milieu appelé « source froide », dont la température est Ts, et d’en fournir à un autre milieu dont la température T1 est supérieure à Ts, ceci au prix d’une certaine consommation d’énergie. » .

Une pompe à chaleur fonctionne comme un réfrigérateur, mais à l’opposé. Les sources chaudes et froides sont simplement inversées.

Explication du cycle

1) Le compresseur, alimenté électriquement compresse la vapeur, ce qui provoque une élévation de la température.

2) Dans le condensateur, qui est en fait un échangeur, la vapeur revient à l’état liquide. La 2ème partie de l’échangeur permet de chauffer l’habitation.

3) Le détendeur permet de diminuer la pression

4) Le liquide froid est réchauffé par la chaleur de la « source froide » et provoque son évaporation.

La régulation actuelle de la PAC est réalisée selon les mesures de température extérieure et de température retour de l’eau. Les plus gros problèmes apparaissent principalement entre saisons. La maison, disposant de grandes baies vitrées est fortement exposée au soleil. Lorsqu’il y a beaucoup de soleil, la température intérieure peut atteindre plus de 25°C, alors que la PAC fonctionnait encore quelques minutes auparavant.

La pompe à chaleur, de marque CTA, modèle Aeroheat 16i, délivre une puissance thermique de 13.8kW pour une puissance électrique de 3.7kW (COP ~3.7). Elle est commandée par un régulateur de type WPR5. Ce type de régulateur ne dispose pas d’un mode de commande en fonction du tarif de l’électricité. Le régulateur actuel ne mesure pas la température ambiante. Sa régulation est uniquement basée sur la température de retour de l’eau et la température extérieure. Ces 2 sondes sont de type NTC (Negative Temperature Coefficient) dont la valeur varie de 370Ω à 14.6kΩ .

Une tension de 3.5V est appliquée aux bornes des sondes (borne 4-0 (Textérieure) et 6-0 (Tretour)). Le régulateur mesure alors le courant pour en déduire la valeur de la résistance.

les paramètres suivants peuvent être ajustés à l’aide de potentiomètres :

– Température de consigne
– Mode de fonctionnement
– Température de retour maximale
– Hystérésis de la courbe de chauffe

Le premier objectif est donc d’améliorer le confort en fonction de la température ambiante mesurée par l’automate, et des prévisions météorologiques récupérées depuis internet.

Le deuxième objectif est de réaliser des économies d’énergie et d’argent. Il est clair que des économies seront réalisées en régulant mieux la température ambiante qui est, entre saisons, souvent trop élevée. De plus, la PAC devra être enclenchée, dans la mesure du possible, pendant les heures où l’électricité est à son tarif bas.

Le mandant ne souhaite pas supprimer et remplacer totalement la régulation existante, notamment pour ne pas détériorer la PAC (cycles de dégivrages, etc…). Les modifications doivent alors se faire en dehors du régulateur. De plus, le système doit pouvoir être adapté facilement sur n’importe quel type de chauffage (électrique, chaudière, etc…), et cela peu importe le régulateur existant.

Ce travail de diplôme comprend plusieurs parties distinctes :
• Amélioration des mesures d’un point de vue matériel et au niveau du programme.
• Programmation de la récupération des prévisions météo sur l’automate WAGO.
• Développer et réaliser un circuit de commande de la pompe à chaleur sans remplacer la régulation existante.
• Modéliser le système afin de prévoir la température ambiante des prochaines heures selon des calculs et différents essais réalisés.
• Création et implémentation d’un algorithme de commande afin d’optimiser le chauffage de l’habitation et de réaliser des économies.
• Création d’une interface utilisateur simple afin de commander le chauffage de la maison.