Rev. Phys. Appl. (Paris) 17, 541-561 (1982)
DOI: 10.1051/rphysap:01982001709054100

Optimisation statique des installations de chauffage solaire

Y. Lenoir

Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Centre d'Automatique et d'Informatique, 33, rue Saint-Honoré, 77305 Fontainebleau cedex, France

Abstract
To optimize a control procedure is nothing but to seak for the most efficient management of a resource. The aim of the Automatic Control Theory is to propose general means (theory) and specifical proceedings (applications) which are able to improve the systems performances by means of a wider control of the phenomenons which occur. This work is indepted to the automatic control theory for the two principles : First the heating plant is described as a system by one ore more models, depending on the devices connections, and not as a mathematical juxtaposition of the models of it constituents (solar collectors, heat exchangers, radiators etc.) ; second we have tried to obtain for our problem an adapted input-output model. So it is that the continuous control of a solar heating (or any analogous process) depends on the analytical modelling of the heat transfers in the plant. From that trivial consideration one shows the way which though the building of an universal heat transfers model described by reduced variables leads to the solution (with small computing means) of the problem. The stake (i.e. the possible increase of the efficiency) is illustrated by a numerical example since the introducing chapter and the following results prove that the choiced example is not an exception. Finally some applications of that model, distinct from the elementary heating regulation, are presented : static and dynamic optimal control procedures, heating plant designing.

Résumé
Optimiser une commande ne signifie pas autre chose que chercher à gérer une ressource le plus efficacement possible. Le rôle de l'Automatique consiste à proposer des moyens généraux (la théorie) et des procédures spécifiques (les applications) aptes à améliorer les performances des systèmes par une maîtrise accrue des phénomènes dont ils sont le siège. Décrire tout dispositif comme un système et non comme la juxtaposition d'éléments, rechercher plus spécifiquement un modèle des relations en grandeurs d'entrées et de sorties, voilà ce dont cette étude est redevable à l'Automatique. Optimiser en régime permanent la commande d'un chauffage solaire (ou d'un processus analogue) passe donc par l'acquisition de la maîtrise informatique des transferts thermiques dans l'installation. A partir de ce constat élémentaire on expose le cheminement analytique qui, par l'intermédiaire de la construction d'un modèle d'échange universel en variables réduites, mène à la résolution du problème posé avec de petits moyens de calcul. L'enjeu de l'opération (les gains escomptables) est illustré dès l'introduction au moyen d'un exemple chiffré et les résultats obtenus confirment que l'exemple choisi n'est pas une exception. Enfin on présente quelques applications, autres que la seule régulation du chauffage, de ces outils de modélisation et de commande : commandes optimales statique et dynamique, dimensionnement d'une installation.

PACS
8630S - Photothermal conversion.
3340B - Control of heat systems.

Key words
optimal control -- power system control -- solar power -- space heating -- static control -- dynamic control -- solar heating installations -- automatic control theory -- universal heat transfer model -- reduced variables