Brevet FR2106460A1 — publié le 19720505

i. 2106460 La présente invention se rapporte à des dispositifs de conditionnement d'air, et, plus particulièrement, à un dispositif de distribution d'eau ou tuyauterie pour une installation de conditionnement d'air pour plusieurs pièces. 5 Le type de dispositif de conditionnement d'air utilisé dans un bâtiment à plusieurs pièces est souvent désigné dans la profession par des termes qui se rapportent à l'agencement de distribution d'eau ou tuyauterie. Dans un dispositif à "quatre conduites", chaque unité de conditionnement d'air des pièces est ali-10 mentée par de l'eau chauffée et refroidie par l'intermédiaire de canalisations séparées et l'eau est ramenée au dispositif de chauffage et au dispositif de refroidissement par des canalisations séparées, respectivement. Dans un dispositif à "trois conduites", chaque unité de conditionnement d'air de pièces est alimentée par 15 de l'eau chauffée et refroidie par l'intermédiaire de canalisations séparées, mais l'eau qui revient est mélangée dans une canalisation commune pour revenir au dispositif de refroidissement et au dispositif de chauffage d'eau. Le dispositif à "deux conduites" comprend une conduite d'alimentation et une conduite de retour re-20 liées à chaque unité de pièce. Ce dispositif est ainsi limité à la mise en circulation d'eau chaude et froide à toutes les unités dans le dispositif à n'importe quelle période donnée, si bien que, normalement, de l'eau chaude est mise en circulation dans la majeure partie des pièces exige le chauffage et, de l'eau froide, quand la 25 majeure partie des pièces exige le refroidissement. Quand des conditions intermédiaires existent, un contrôle précis est impossible. Malgré le fait généralement reconnu que le dispositif à quatre conduites fournit le contrôle de température le meilleur et le plus souple parmi tous les systèmes de distribution d'eau chau-30 de et froide décrits précédemment pour des bâtiments à plusieurs pièces, le dispositif à trois conduites a obtenu un succès commercial important par rapport au dispositif à quatre conduites par suite du prix d'installation inférieur, attribué au fait qu'on omet la conduite supplémentaire pour ramener l'eau au dispositif 35 de refroidissement ou de chauffage d'eau. Malheureusement, ce dispositif à trois conduite a présenté de nombreux problèmes, spécialement dans le domaine de l'économie de fonctionnement. Le prix de revient du refroidissement et du chauffage de l'eau à une température qui est approximativement située entre la température opéra-40 toire désirée de l'eau refroidie et de l'eau chaude est évidemment 71 32817 2. 2 IU040U bien supérieur au prix de revient du refroidissement de l'eau qui revient à partir des unités recevant l'eau refroidie et du chauffage de l'eau qui revient à partir des unités recevant l'eau chaude dans un dispositif à quatre conduites. Cependant, les économies 5 réalisées sur les frais dus aux conduites, en supprimant une conduite, sont si substantielles que le dispositif à trois conduites a presque été universellement accepté pour l'utilisation dans des bâtiments à plusieurs pièces. Sous ce rapport, le prix de revient de la tuyauterie pour le dispositif de distribution d'eau dans le 10 bâtiment typique à plusieurs pièces peut s'élever jusqu'à 50 % du prix de revient de toute l'installation, comprenant le dispositif de chauffage, le dispositif de refroidissement, les unités de pièces et les commandes. Dans le passé, on a dirigé la majeure partie des efforts vers la diminution du prix de revient et l'amélioration 15 de l'efficacité du dispositif de refroidissement d'eau et d'autres composants mécaniques, mais il apparaît que les économies réalisées dans la tuyauterie et dans le système de distribution d'eau représentent un plus grand pourcentage du prix de revient total du travail que les économies réalisées dans les domaines mentionnés 20 précédemment. La présente invention peut être caractérisée généralement comme étant un dispositif amélioré de conditionnement d'air pour un bâtiment à plusieurs pièces et que l'on peut appeler un dispositif à "conduite jumelée", car chaque pièce est pourvue d'une uni-25 té d'échange de chaleur ayant,des serpentins séparés de chauffage et de refroidissement, les serpentins de chauffage des unités d'échange de chaleur étant reliés à une seule canalisation ou boucle d'alimentation d'eau du dispositif de chauffage, et les serpentins de refroidissement des unités d'échange de chaleur étant reliés à 30 une seule canalisation ou boucle d'alimentation d'eau refroidie. Le dispositif fournit un contrôle thermostatique local à chaque unité de pièce, à la fois pour le chauffage et pour le refroidissement, à tout moment lorsque les boucles d'eau chauffée et d'eau refroidie sont toutes deux actives. Chaque unité à deux pompes, une pom-35 pe pour la mise en circulation d'eau refroidie à travers le serpentin de refroidissement et l'autre pompe mettant en circulation l'eau chauffée à travers le serpentin de chauffage, le fonctionnement des pompes étant commandé individuellement et sélectivement par un thermostat à l'emplacement de l'unité. 40 La présente invention sera maintenant décrite en relation % 71 32817 5. 2106460 avec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de conditionnement d'air mettant en oeuvre la présente invention. 5 La figure 2 est une illustration schématique d'un agence ment préféré de contrôle d'humidité et de température. La figure 3 est une illustration schématique d'un agencement modifié de contrôle d'humidité et de température. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une liai-10 son d'entrée modifiée pour une des unités de conditionnement d'air des pièces ; et La figure 5 est une vue en coupe transversale d'une liaison de sortie modifiée pour une des unités de conditionnement d'air des pièces. 15 En se référant maintenant à la figure 1, plusieurs unités 10, 11 de conditionnement d'air de pièces sont respectivement placées dans des pièces ou zones A et B à conditionner. Les améliorations de la présente invention sont adaptées à l'utilisation avec 20 une multiplicité de deux (ou davantage) imités en série, les unités étant des types à manipulation d'air par serpentin-ventilateur ou par induction, ou des unités de conditionnement d'air de pièces, ou une combinaison de ces dispositifs, telles que les unités 10 et 11. L'unité 10 est un conditionneur d'air du type à induction, 25 dont la construction et le fonctionnement sont bien compris dans la technique. L'air principal provenant d'une source convenable est dirigé dans une chambre d'insufflation 12 et dirigé à travers un ajutage 13 dans une chambre d'induction 14. Dans l'exemple décrit, l'air des pièces est amené à passer sur un serpentin d'échange de 30 chaleur 15, alimenté en eau refroidie, et puis sur un serpentin d'échange de chaleur 16, alimenté en eau chauffée, et l'air chauffé ou refroidi, selon le cas, traverse une ouverture 17 au sommet d'un coffre 18 pour pénétrer dans la pièce. L'unité 11 est un conditionneur d'air du type à serpentin-35 ventilateur et elle a un ventilateur 19 actionné par un moteur 20 pour amener l'air des pièces à passer sur un serpentin d'échange de chaleur 21, alimenté par de l'eau refroidie, et puis sur un serpentin d'échange de chaleur 22, alimenté avec de l'eau chauffée, l'air chauffé ou refroidi sortant par une ouverture supérieure dans 40 le coffre 23. 71 32817 ij. 2106460 L'eau chauffée est envoyée vers les serpentins d'échange de chaleur 16 et 22 par un dispositif de conduite ou de canalisation en circuit fermé, comprenant une conduite 24 d'alimentation et de retour d'eau chaude, constituant la majeure partie du cir-5 cuit. Chaque conditionneur d'air des pièces a son serpentin d'eau refroidie relié par des raccords en T classiques à une colonne d'alimentation 24a et à une colonne de retour 24b. Un dispositif de chauffage d'eau 25 et une pompe 26 sont prévus en série dans la conduite 24, la pompe amenant l'eau à s'écouler continuellement à 10 travers le dispositif de chauffage 25 et la colonne 24a, la boucle de distribution 24c et la colonne de retour 24b vers la pompe 26. Les serpentins 16 et 22 peuvent être alimentés en eau chaude par l'intermédiaire des canalisations 27 et 28. L'eau est ramenée à la boucle 24a par l'intermédiaire des canalisations 29 et 30. 15 L'eau refroidie est fournie aux serpentins d'échange de chaleur 15 et 21 par un dispositif à une seule conduite ou canalisation en circuit fermé, comprenant une conduite 31 d'alimentation et de retour d'eau refroidie qui constitue la majeure partie du circuit. Les serpentins 15 et 21 sont reliés par des raccords en T 20 classiques à une colonne d'alimentation 31a et à une colonne de retour 31b. Un refroidisseur d'eau 32 et une pompe 33 sont placés en série dans la conduite 31, la pompe étant efficace pour mettre en circulation l'eau refroidie en continu à travers le dispositif de refroidissement 32, la colonne d'alimentation 31a» la boucle de 25 distribution 3lc, et la colonne de retour 31b vers la pompe 33. Les serpentins 15 et 21 peuvent être alimentés en eau froide par l'intermédiaire des canalisations 34 et 35. L'eau est ramenée à la boucle 24c par l'intermédiaire des canalisations 36.et 37. Les canalisations d'entrée 27, 28, 34 et 35 sont pourvues 30 de petites pompes de mise- en circulation 38 et 39# chacune comprenant un rotor magnétique 40, complètement entouré, entraîné par le moteur 31 par l'intermédiaire d'un aimant extérieur tournant 42. Dans l'état désexcité de chaque pompe, ceci empêche l'écoulement d'eau provenant des conduites associées 24 ou 31 vers le serpentin 35 d'échange de chaleur qui y est relié. L'excitation des moteurs 40 de ces pompes 38 dans chaque unité de conditionnement d'air est commandée par la température de l'air dans la pièce à conditionner, tel qu'exploré ou détecté par l'ampoule 43 sensible à la température d'un commutateur à thermos-40 tat de chauffage-refroidissement T à faible différence. Quand l'am 1 32817 5. 2106460 poule 43 explore une température ambiante en dessous du niveau de température désirée, ce qui demande le chauffage par l'unité de conditionnement d'air, le moteur 41 de la pompe 38 de l'unité est excité pour fournir l'écoulement de l'eau du dispositif de chauffage à travers le serpentin de chauffage 16 d'échange de chaleur, et, si l'ampoule 43 explore une température au-dessus du niveau de température désiré, ce qui demande tin refroidissement par l'unité de conditionnement d'air, le moteur 41 de la pompe 39 de l'unité est excité pour fournir l'écoulement d'eau refroidie à travers le serpentin de refroidissement 15. Plus particulièrement, le contrôle de moteur de pompe pour chaque unité de pièce peut être construit à la manière représentée sur les figures 2 et 3, dans lesquelles le contrôle thermostatique est un commutateur à un seul pôle et à double position 44, avec une position neutre intermédiaire ou "hors circuit", actionné par l'ampoule 43 sensible à la température. Le commutateur 44 a tin contact 45 mobile entre un contact identifié par "refroidissement" (correspondant à une exigence en refroidissement et fermé à approximativement 23°C) et un contact identifié par "chauffage" (correspondant à une exigence de chauffage et fermé à approximativement 22,5°C). Il apparaîtra que le dispositif fournit un contrôle local à chaque unité, à la fois pour le chauffage et le refroidissement, à tout moment quand les circuits d'eau chauffée et d'eau refroidie sont tous deux actifs. Dans chacune des imités de conditionnement d'air 10 et 11, le serpentin de chauffage est placé en aval par rapport aux serpentins de refroidissement, et un nouveau chauffage peut être fourni dans les unités individuelles par l'addition d'un contrôleur d'humidité . Le nouveau chauffage peut être fourni suivant l'une des deux manières dépendant de la préférence géographique ou du choix du constructeur. Dans les zones fortement humide, il peut être préférable de relier un dispositif dit "humidistat" pour commander un commutateur H, représenté sur les figures 1 (unité A) et 2 au commutateur thermostatique T pour que, quand l'humidité s'élève au-dessus d'une certaine valeur maxima telle que 60 %, le commutateur commandé par l'humidité se fermera pour fournir un circuit électrique par l'intermédiaire des conducteurs 46 et 47 pour exciter le moteur de la pompe 39 de mise en circulation d'eau refroidie dans l'imité de conditionnement d'air. Par conséquent, la température 71 32817 6. 2106460 des pièces s'abaisse jusqu'à une valeur prédéterminée amenant l'ampoule 43 sensible à la température à fonctionner et à déplacer le contact 45 du commutateur 44 vers le contact de "chauffage" pour fournir vin circuit électrique excitant le moteur de la pompe 38 de 5 mise en circulation d'eau chauffée, afin de fournir un nouveau chauffage pour abaisser l'humidité de la pièce, si bien que l'hu-midistat fonctionnera pour ouvrir son commutateur afin d'interrompre le circuit électrique commandant le moteur, fourni par le conducteur 46, le commutateur H et le conducteur 47. Un second procé-10 dé d'application du nouveau chauffage est présenté sur les figures 1 (unité B) et 3, dans lesquelles le contrôleur d'humidité ou le commutateur H' actionné par l'humidistat fonctionne pour connecter les conducteurs 48 et 49 au contact de "chauffage" du commutateur thermostatique T pour fournir un circuit électrique excitant le mo-15 teur de la pompe 38 de mise en circulation d'eau chauffée, quand l'humidité de la pièce s'élève jusqu'à une valeur maxima telle que 60 L'action résultante abaisse l'hUmidité par application directe de chaleur à la pièce ou, en plus, l'élévation de température amènera le thermostat à faire fonctionner son commutateur pour 20 déplacer le contact 45 afin de s'engager dans le contact de "refroidissement", afin de fournir un circuit électrique pour exciter le moteur de la pompe 38 de mise en circulation d'eau refroidie et fournir la déshumidification. Un procédé de commande pour les circuits d'eau, à titre de 25 variante, consiste à prévoir des raccords d'épuisement 50 et 51 (figures 4 et 5) dans les canalisations d'alimentation et de retour 27 et 29 (et 34 et 36) à partir des conduites de circuits 24 et 31 et, tel que présenté sur la figure 3, de substituer des valves actionnées par voie électromagnétique (non représentées), pour les 30 pompes actionnées magnétiquement 38 et 39, dans les canalisations d'alimentation 27 et la valve remplaçant les pompes dans les circuits électriques des figures 2 et 3 comprenant le commutateur 44 actionné par voie thermostatique, contrôlant l'excitation des pompes. Les raccords d'épuisement (qui peuvent être employés dans 35 l'imité 11 de serpentin-ventilateur) sont des raccords en T induisant l'écoulement. Le raccord d'entrée 50 (figure 4) et le raccord de sortie 51 (figure 5) sont construits de manière telle qu'ils dévient une partie de l'eau s'écoulant à travers les canalisations 24 et 31 vers les serpentins d'échange de chaleur au moyen de chi-^0 canes en forme de cône 52, 53 respectivement. Les raccords de sor 71 32817 7. 2106460 tie 51 (figure 5) sont agencés pour que la chicane 53 limite l'écoulement d'eau à travers la canalisation 31, en augmentant ainsi sa vitesse et en induisant l'écoulement à travers la canalisation de sortie 29 (ou J>6) et les serpentins d'eau. Le raccord d'entrée 5 (figure 4) est agencé pour que la chicane 52 épuise une partie de l'eau passant à travers les canalisations 24 et 31, en facilitant ainsi l'écoulement dans la canalisation d'entrée 27 (ou 34). Il apparaîtra que le dispositif à "conduite jumelée" selon la présente invention fournit des résultats opératoires égaux à un 10 dispositif à "quatre conduites" et avec des frais d'installation sensiblement inférieurs et une réduction de l'espace exigé pour les conduites. Une autre amélioration réside dans le fait qu'on fournit ses propres pompes de mise en circulation à chaque unité de conditionnement d'air de pièces, en éliminant ainsi complètement 15 les valves de commande classiques et en améliorant ainsi la fiabilité, et en permettant aux pompes principales de mise en circulation pour les boucles d'eau chauffée et d'eau refroidie d'avoir une dimension réduite, puisque ces pompes manipulent seulement la pression de boucle et qu'on n'exige pas qu'elles amènent de force 20 l'eau à travers les serpentins à l'intérieur des unités de pièce. Une autre caractéristique avantageuse est qu'une unité de pièce à serpentin-ventilateur du dispositif à "conduite jumelée" peut être montée en usine de manière complète avec ses propres pompes de mi-25 se en circulation, si bien qu'une main d'oeuvre excessive à l'endroit du travail est réduite, en s'assurant qu'un contrôle de qualité en usine est fourni. Une autre caractéristique fortement avantageuse est que le dispositif à "canalisation jumelée" élimine tous les échanges mutuels d'eau entre les boucles d'eau chauffée et d'eau refroidie, en évitant ainsi tous les problèmes hydrauliques 30 qui pourraient éventuellement être créés par les interconnexions, en évitant également l'emmagasinage de l'eau chauffée ou refroidie en dehors du cycle, et ceci élimine toute possibilité de difficultés opératoires du dispositif de refroidissement qui peuvent quelquefois être provoquées par un retour accidentel ou par inadvertan-35 ce à partir de la boucle d'eau chauffée. Une autre caractéristique avantageuse de la présente invention est constituée par les agencements de commande améliorés pour les pompes d'eau chauffée et d'eau refroidie de chaque unité de pièce, fournis par le contrôle de thermostat de chauffage-refroidissement des pompes et le contrôle d'hu-40 midité des pompes modifiant le fonctionnement du contrôle du ther 1 32817 8. 2106460 mostat. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 32817 9. 2106460 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de conditionnement d'air pour plusieurs pièces comprenant : (A) plusieurs unités de conditionnement d'air de pièces, placées 5 dans plusieurs zones soumises à diverses charges thermiques, chacune des vanités de conditionnement comprenant : (1) un échangeur de chaleur du liquide vers l'air comportant un serpentin de liquide refroidi et un serpentin de liquide chauffé, et 10 (2) des moyens pour mettre en circulation l'air de la pièce sur les serpentins ; (B) un dispositif de chauffage adapté pour chauffer un milieu liquide d'échange de chaleur ; (C) un dispositif de refroidissement adapté pour refroidir un mi-15 lieu liquide d'échange de chaleur ; (D) un premier dispositif de conduite en circuit fermé, interconnectant ces serpentins de liquide refroidi des échangeurs de chaleur et du dispositif de refroidissement, ce dispositif de conduite comprenant : 20 (1) une première conduite principale, (2) des conduites d'entrée individuelles reliées entre la première conduite principale et le côté entrée des serpentins de liquide refroidi, (3) des conduites de retour individuelles reliées entre la pre-25 mière conduite principale et le côté sortie des serpentins de liquide refroidi, et (4) une première pompe pour mettre en circulation le liquide refroidi à travers la première conduite principale et le dispositif de refroidissement ; 30 (E) un second dispositif de conduite en circuit fermé, connectant les serpentins de liquide chauffé des échangeurs de chaleur et le dispositif de chauffage, ce dispositif de conduite comprenant : (1) une seconde conduite principale, 35 (2) des conduites d'entrée individuelle connectées entre la seconde conduite principale et le côté entrée de ces serpentins de liquide chauffé, (3) des conduites individuelles de retour, reliées entre la seconde conduite principale et le côté sortie des serpentins 40 de liquide chauffé, et 71 32817 10. 2106460 (4) une seconde pompe pour la mise en circulation du liquide chauffé à travers la première conduite principale et le dispositif de chauffage, ce dispositif de conditionnement d'air étant caractérisé en ce 5 qu'il renferme des moyens de contrôle pour contrôler l'écoulement des serpentins de liquide refroidi et des moyens de commande pour commander l'écoulement de liquide chauffé à partir de la seconde conduite d'entrée vers les serpentins de liquide chauffé, un des moyens de commande comprenant des pompes associées aux conduites 10 d'entrée d'un des dispositifs de conduite et pouvant &tre mis en fonctionnement individuellement pour commander l'écoulement de liquide de la première conduite d'un dispositif de conduite vers les serpentins qui y sont reliés. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce que les deux moyens de commande comprennent des pompes reliées aux conduites d'entrée et pouvant être mises en fonctionnement individuellement pour commander l'écoulement de liquide chauffé et refroidi à partir des conduites principales vers les serpentins de liquide chauffé et refroidi des échangeurs de chaleur. 20 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il renferme des moyens de contrôle de température associés à chaque unité de pièce, ces moyens de contrôle pouvant fonctionner pour commander les moyens de commande d'écoulement afin de provoquer leur fonctionnement sélectif pour assurer un transfert de cha-25 leur entre le milieu d'échange de chaleur en circulation et l'air dans les zones, seulement lors d'une exigence de refroidissement et lors d'une exigence de chauffage. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de contrôle de température 30 comprend : (1) un thermostat dans chaque zone, sensible à la température de la zone, et (2) des premier et second circuits électriques pour exciter sélectivement les pompes à liquide chauffé et à liquide refroidi 35 de l'unité de conditionnement d'air dans la zone et comprenant (a) un commutateur contrôlé par le thermostat et sensible à celui-ci, ce commutateur ayant une première position établissant le premier circuit pour exciter la pompe à liquide chauffé, une seconde position établissant le second 40 circuit pour exciter la pompe à liquide refroidi, et une 71 32817 2106460 troisième position dans laquelle le premier et le second circuit sont ouverts, le moyen de contrôle d'humidité comprenant : (1) un humidistat dans au moins une zone, sensible à l'hu-5 midité dans la zone, et (2) un troisième circuit électrique en parallèle avec le premier circuit et comprenant un commutateur pouvant être mis en fonctionnement par 1'humidistat pour établir le troisième circuit électrique.