Brevet FR2178720A1 — publié le 19731116

La présente invention concerne les installations de conditionnement d'air et se rapporte plus particulièrement a une installation de conditionnement d'air pour bâtiments, avec récupération de chaleur. Elle a donc pour objet une installation de conditionnement d'air comprenant une centrale frigorifique constituée par au moins un groupe dont l'évaporateur est branché dans une boucle de fluide froid aui comporte des appareils consommateurs de froid et dont le condenseur est branché dans une boucle de fluide chaud qui comporte des appareils consommateurs de chaleur et des appareils producteurs de chaleur, un ensemble réfrigérant destiné à évacuer la chaleur excédentaire dans l1atmosphère et un réservoir de stockage de fluide chaud, caractérisée en ce que ledit ensemble rfrigérant et ledit réservoir de stockage de fluide chaud sont branchés directement en parallèle sur les appareils producteurs et consommateurs de chaleur, ledit réservoir de fluide chaud présentant un volume variable,et en ce qu'elle comprend un dispositif de régulation de température destiné à provoquer la mise en circuit ou hors circuit du réservoir de fluide chaud et/ou de l'ensemble réfrigérant selon la température de la boucle de fluide chaud. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel la Fig. unique est une vue schématique de l'installation suivant l'invention. L'installation de conditionnement d'air représentée comporte principalement une centrale frigorifique 1 comportant deux groupes 2 et 3 du type hélico-axial ou autre. Une canalisation d'eau chaude 4 est raccordée aux condenseurs respectifs 5 et 6 des groupes 2 et 3. Les entrées et les sorties des condenseurs 5 et 6 sont connectées en parallèle à la canalisation 4 par des conduits 7,8 et 9,10 respectivement. La canalisation 4 constitue ainsi, avec les conduits 7 à 10 et les condenseurs 5,6, une boucle à eau chaude. En parallèle sur la canalisation 4, sont branchés des appareils consommateurs de chaleur tels au'un groupe de caissons de traitement d'air 11 et un échangeur 12, respectivement alimentés par des pompes 13 et 14. Directement en parallèle sur ces appareils consommateurs de chaleur, est branchée une tour de refroidissement 15 alimentée par une pompe 16, cette tour étant en communication avec l'extérieur du-bâtiment équipé de la présente installation et étant également considérée comme un appareil consommateur de chaleur. Sur la canalisation 4 d'eau chaude, sont également branchés en parallèle des appareils producteurs de chaleur tels qu'une chaudière électrique 17, le circuit de refroidissement d'un groupe électrogène 18 et celui d'un ordinateur 19, respectivement alimentés par des pompes 20, 21 et 22 dont l'action s'exerce en sens inverse de celle des pompes 13, 14 et 16 des appareils consommateurs de chaleur. En parallèle sur l'ensemble des appareils précités, est branché un réservoir 23 de stockage d'eau chaude constituant un accumulateur de chaleur. Le réservoir 23, constitué par une enveloppe en matière souple et étanche, est branché dans la canalisation 4 par l'intermédiaire d'une vanne 24 dont l'actionnement est commandé en fonction de la température régnant en un point choisi de la boucle d'eau chaude. Entre la vanne 24 et l'entrée du réservoir 23, est prévu un détendeur de pression 25, tandis que la sortie du réservoir 23 est connectée à la canalisation 4 par une pompe 26. Des pompes 27 et 28 sont respectivement branchées dans les conduits 9 et 10 de liaison des condenseurs 5 et 6 à la canalisation d'eau chaude. Une canalisation d'eau froide 29 est branchée sur les évaporateurs 30 et 31 des groupes 2 et 3 de la centrale frigorifique 1, par l'intermédiaire de conduits 32,33,34,35, des pompes 36 et 37 étant montées respectivement dans les conduits 32 et 34 d'entrée des évaporateurs. Sur la canalisation d'eau froide 29, est branché un ensemble 35 d'appareils consommateurs de froid comportant un groupe 36 de caissons de traitement d'air alimentés par une pompe 37, et des éjecto-convecteurs 38, 39 et 40, respectivement alimentés par des pompes 41, 42, 43 dont les entrées sont branchées à la canalisation 29 par l'intermédiaire de vannes à trois voies 44, 45, 46 qui permettent de court-circuiter les éjecto-convecteurs au moyen de conduits 47, 48 et 49. Le réservoir 23 de stockage d'eau chaude présente une entrée et une sortie supplémentaires,respectivement reliées à la canalisation d'eau froide 29 par deux canalisations 50 et 51, de manière à se trouver en parallèle sur l'ensemble 35 d'appareils de consommation de froid. Un détendeur de pression 52 est monté dans la canalisation 50 reliant les sorties des évaporateurs 30,31 à l'entrée supplémentaire du réservoir 23, tandis qu'une pompe 53 et une vanne 54 sont montées en série dans la canalisation 51 reliant les entrées des évaporateurs à la sortie supplémentaire du réservoir 23. Le réservoir 23 sert donc,suivant les besoins, de consommateur ou de producteur de chaleur. Grâce à la présence des détendeurs 25 et 52, le réservoir 23 fonctionne sous une faible pression, égale à la hauteur d'eau qu'il contient. La souplesse des parois du réservoir lui permet de servir de vase d'expansion, à la fois pour le circuit d'eau chaude et pour le circuit d'eau froide. L'installation comporte, en outre, un dispositif de régulation constitué par une sonde thermostatique 55 sensible à la température de la boucle d'eau chaude et branchée au point 56 de jonction des conduits 9 et 10 avec la canalisation 4. Cette sonde thermostatique commande, selon les besoins, la mise en route ou l'arrêt de la pompe 16 de la tour de refroidissement 15, ainsi que l'ouverture ou la fermeture des vannes 24 et 54 qui sont constituées, à cet effet, par des électrovannes. A titre purement illustratif, on convient que dans les conditions normales de fonctionnement, les températures de l'eau à la sortie et à l'entrée des condenseurs 5 et 6 sont de 400C et de 350C respectivement. De même, les températures de l'eau à la sortie et à l'entrée des évaporateurs 30 et 31 sont respectivement de 60C et 11 C. L'installation qui vient d'être décrite fonctionne de la façon suivante. La centrale frigorifique produit de l'eau froide qui circule dans la canalisation 29 et dégage de la chaleur au niveau des condenseurs 5 et 6 sous forme d'eau chaude circulant dans la canalisation 4. L'eau chaude alimente les appareils consommateurs de chaleur 11 et 12 et revient refroidie vers les condenseurs 5,6 par les conduits de retour 7,8. Elle est, en outre, réchauffée car les appareils producteurs de chaleur tels que la chaudière 17 et les circuits de refroidissement du groupe électrogène 18 et de l'ordinateur 19 lorsque ces appareils fonctionnent. La sonde thermostatique 55 détecte constamment la température de l'eau chaude au point 56 de jonction des conduits de sortie des condenseurs 5 et 6. Lorsque la sonde 55 détecte une élévation de la température de l'eau au point 56, par rapport à une valeur prédéterminée, cette élévation correspondant à un excédent de chaleur fourni par les condenseurs, par rapport aux besoins du moment, elle déclenche, en premier lieu, l'ouverture de la vanne 24 d'admission d'eau chaude dans le réservoir 23 dont le remplissage permet d'absorber l'excédent de chaleur , de ramener la température de l'eau dans la boucle d'eau chaude à une valeur normale et de constituer une réserve de chaleur utilisable ultérieurement. I1 peut se produire cependant que la chaleur absorbée par le réservoir 23 soit insuffisante pour ramener la température de la boucle à la valeur désirée, de sorte que la température continue à croître malgré la mise en circuit du réservoir 23. La sonde thermostatique 55 est adaptée pour détecter un second seuil de température supérieur à l'écart nécessaire au déclenchement de l'ouverture de la vanne 24, de manière à provoquer, lorsque ce second seuil est atteint, la mise en route de la pompe 13 d'alimentation de la tour 11 de refroidissement. Les calories excédentaires sont alors rejetées vers l'extérieur par la tour 11 et la température normale de fonctionnement de la boucle d'eau chaude est rétablie. La sonde thermostatique 55 provoque successivement l'arrêt de la pompe 13 et la fermeture de la vanne 24 de mise en circuit du réservoir 23. Lorsque la température de l'eau dans la canalisation 4 tombe au-dessous de la température normale de fonctionnement, cette baisse de température est également détectée au point 56 par la sonde thermostatique 55. Afin de compenser cette baisse de température due à un fonctionnement intensif des appareils consommateurs de chaleur, on utilise tout d'abord la chaleur emmagasinée dans le réservoir 23. A cet effet, la sonde thermostatique 55 provoque l'ouverture de la vanne 54 de mise en communication du réservoir 23 avec les évaporateurs 30 et 31, ainsi que la mise en route de la pompe 53. L'eau chaude prélevée à la partie supérieure du réservoir 23 est acheminée vers les évaporateurs 30 et 31, dont la brusque augmentation de température provoque un fonctionnement plus intense des groupes 1 et 2, ce qui se traduit par une augmentation de la température au niveau des condenseurs 5 et 6 et le rétablissement progressif de la température de l'eau chaude dans la canalisation 4. Si l'intervention du réservoir 23 ntest pas suffisante pour ramener la température de la boucle d'eau chaude à la valeur désirée, on met en route la chaudière 17. L'une des originalités de l'installation suivant l'invention réside dans le fait que la restitution de la chaleur stockée dans le réservoir 23 se fait,non pas en envoyant le fluide chaud dans la boucle d'eau chaude, mais en chargeant les évaporateurs de la centrale frigorifique, ce qui permet d'utiliser le fluide stocké avec une différence de température plus importante que dans une installation classique, grâce à la faible température jusqu'à laquelle les évaporateurs peuvent être chargés. L'installation qui vient d'être décrite nécessite une centrale frigorifique fonctionnant en permanence, mais ceci n'est qu'un inconvénient mineur car, dans les installations actuelles, on a besoin d'une source de froid pratiquement toute l'année. En été, la centrale 1 produit de l'eau froide et rejette les calories des condenseurs par la tour de refroidissement 15. Si un appareil consommateur de chaleur doit être mis en route au cours de cette période, il peut se fournir sur la boucle d'eau chaude constituée par la canalisation 4. I1 suffit alors de mettre en marche la pompe qui dessert cet appareil. En demi-saison, si le bâtiment présente un bilan thermique en équilibre instantané, c'est-à-dire si le bâtiment a besoin de quantités égales de froid et de chaleur à un instant donné, la chaleur récupérée sur les évaporateurs 30-,31 est redistribuée par la boucle d'eau chaude. Si le bâtiment présente un bilan thermique sur vingt-quatre heures, l'excédent des calories diurnes est stocké dans le réservoir 23 pour être redistribué pendant les périodes nocturnes. En hiver, au delà de la température d'équilibre du bâtiment, les besoins en chaleur sont satisfaits par la chaudière 17 qui charge le réservoir 23 au cours des heures creuses. Ces calories ainsi stockées sont redistribuées en chargeant les évaporateurs 30,31 des groupes 2 et 3. L'installation représentée à la Fig. comporte un certain nombre d'appareils consommateurs de chaleur mais il va de EO s qu'on peut également brancher en parallèle sur ces appareils d'autres appareils tels que des radiateurs classiaues, des préchauffeurs d'eau sanitaire , des plinthes à eau chaude, etc... L'installation qui vient d'être décrite présente un certain nombre d'avantages vis à vis des installations classiques. Le branchement de la tour de refroidissement 15, du groupe électrogène 18 et du circuit de refroidissement de l'ordinateur 19 directement en parallèle sur les autres producteurs de chaleur permet de simplifier considérablement l'ensemble de l'installation et d'économiser des longueurs de canalisations importantes. L'utilisation du réservoir de stockage comme vase d'expansion permet d'éviter l'emploi de vases d'expansion séparés. La mise en parallèle de tous les éléments de l'installation permet d'employer un dispositif de régulation en température extrêmement simple. Le réservoir de stockage d'eau chaude permet de disposer d'une réserve d'eau importante, par exemple en cas d'incendie. Grâce à l'emploi d'un réservoir de stockage à enveloppe élastique fermée, l'eau circulant dans l'installation ne se trouve jamais en contact avec l'air, ce qui évite l'encrassement des canalisations et des divers appareils de liinstallation. RFTVENDICi9TT OMS 1. Installation de conditionnement d'air, comprenant une centrale frigorifique constituée par au moins un groupe dont l'évaporateur est branché dans une boucle de fluide froid qui comporte des appareils consommateurs de froid et dont le condenseur est branché dans une boucle de fluide chaud aui comporte des appareils consommateurs de chaleur et des appareils producteurs de chaleur, un ensemble réfrigérant destiné à évacuer la chaleur excedentaire dans l'atmosphère et un réservoir de stockage de fluide chaud, caractérisée en ce que ledit ensemble réfrigérant (15) et ledit réservoir (23) de stockage de fluide chaud sont branchés directement en parallèle sur les appareils producteurs et consommateurs de chaleur, et en ce au 'elle comprend un dispositif de régulation de température (55,R6) destiné à provoquer la mise en circuit ou hors circuit du réser- voir de fluide chaud (23) et/ou de l'ensemble réfrigérant selon la température de la boucle de fluide chaud. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le réservoir de fluide chaud (23) présente un volume variable. 3. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les parois dudit réservoir de fluide chaud (23) sont constituées par une enveloppe étanche en matière souple. 4. Installation suivant l'une guelconaue des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit réservoir de fluide chaud (23) est également connecté en parallèle sur la boucle de fluide froid (29) de manière à charger l'évaporateur (30,31) lorsque la tempé- rature de la boucle de fluide chaud (4) tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée. 5. Installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit réservoir de fluide chaud sert également de vase d'expansion pour la boucle de fluide chaud (4) et la boucle de fluide froid (29). 6. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que le dispositif de régulation de température est constitué par une sonde thermostatique (55) sensible à la température de la boucle de fluide chaud (4) à la sortie (56) du condenseur (5,6), ladite sonde (55) commandant une pompe (16) d'alimentation de l'ensemble réfrigérant (15) et des vannes (24,54) à commande électrique de mise en circuit du réservoir (23) de fluide chaud, respectivement dans la boucle de fluide chaud (4) et dans la boucle de fluide froid (29). 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la centrale frigorifique (1) comprenant plusieurs groupes (2,3), les condenseurs (5,6) et les évaporateurs (30,31) sont respectivement branchés en parallèle sur la boucle de fluide chaud (4) et sur la boucle de fluide froid (29).