Brevet FR2289853A1 — publié le 19760528

L'invention concerne un procédé pour le chauffage de bâtiments, en particulier de bâtiments ayant plusieurs étages à usage d'habitation ou de bureaux, d'après lequel le chauffage des différents espaces s'effectue par l'intermédiaire d'au moins un radiateur que traverse un transporteur de chaleur fluide chauffé. Dans les systèmes de chauffage usuels Jusqu'ici, un transporteur de chaleur, en général de Liteau, chauffé dans une chaudière, est envoyé dans tous les radiateurs existant dans le bâtiment par l'intermédiairè d'une conduite en circuit fermé qui forme des trajets d'aller et de retour et à partir de laquelle des dérivations aboutissent aux différents radiateurs et relient cha cun d'eus à la section d'aller et à la section de retour du circuit fermé.En particulier dans le cas des systèmes de chauffage les plus modernes, qui sont réalisés sous la forme de systèmes fermés, le transporteur de chaleur doit circuler à travers 1 'ensem- ble du système de conduite sous une pression appréciable. I1 en résulte fréquemment que par suite de la séparation d'air ou d'un autre gaz d'avec le transporteur de chaleur qui est en général de lteau, il se forme des tampons gazeux, en particulier dans les radiateurs situés à l'extrémité des dérivations, qui gênent la libre circulation du transporteur de chaleur et ont en outre pour conséquence une fourniture réduite de chaleur aux radiateurs considérés.Dans le cas de maisons d'habitation pour plusieurs familles avec des appartements qui occupent un étage, des appartements personnels, etc., il se présente en outre dans une installation de chauffage central du type décrit précédemment la difficulté de déterminer la cons ommati on de chaleur dans chaque appartement, car les thermomètres usuels qui reposent sur le principe de l'évaporation et doivent être associés à chaque radiateur ne permettent qu'une détermination approximative de la consommation de chaleur dans l'espace considéré. Un autre inconvénient du système connu est que dans le cas d'avarie et de réparation des canalisations et des radiateurs dans certaines pièces, on doit arrêter la tota lité du système de chauffage pour évacuer le transporteur de chaleur et pouvoir procéder aux réparations. L'invention a pour objet un procédé qui permet d'évi- ter les inconvénients précités. Le problème est résolu suivant l'invention grace au fait que le transporteur de chaleur qui traverse le radiateur est amené en circuit fermé (circuit "radiateur") à un échangeur ther mique dans lequel la chaleur lui est transmise par un second transporteur de chaleur chauffé dans une chaudière et amené en circuit fermé (circuit "chaudière") entre la chaudière et ltéchan- geur thermique. Le procédé suivant l'inv3ntion offre une série d'avantages résultant du fait que le transporteur de chaleur qui traverse la chaudière et le transporteur de chaleur envoyé au ou aux radiateurs suivent deux circuits séparés, de sorte que le chauffage du transporteur de chaleur du circuit "radiateur" se fait indirectement par l'intermédiaire d'un échangeur thermique. De cette façon, il est possible, par exemple dans le cas d'une maison habitée par plusieurs familles, de prévoir pour chaque foyer un échangeur thermique avec un circuit "radiateur" propre, grâce à quoi la quantité de chaleur déterminée par les besoins de chaque foyer peut être prélevée sur le circuit "chaudière1' par l'intermédiaire de l'échangeur thermique.Un autre avantage réside dans le fait que la quantité de transporteur de chaleur à chauffer dans le circuit "chaudière" peut etre réduite de façon appréciable, de sorte que le réglage du circuit "chaudière" fonc tionne- beaucoup plus rapidement, par exemple en fonction de la température extérieure, et, dans le cas d'appareils de réglage programmés, également en fonction de la saison ou d'autres consi dérations, et que les temps morts deviennent dans l'ensemble plus faibles. Un autre avantage du procédé suivant l'inventiol est que, par exemple, le circuit "chaudière" peut être réalisé sous la forme d'un chauffage à vapeur, de sorte que la teinrérature disponible dans l'échangeur thermique pour le circuit "radiateur" est très élevée, tandis que le circuit "radiateur" peut, comme précédemment, fonctioriner avec un transporteur de chaleur liquide, de sorte que malgré l'intervention d'un chauffage à la vapeur dans la zone du circuit "radiateur", on peut obtenir un réglage individuel de la température précis et échelonné avec une grande sensibilité, ce qui n'est pas possible dans le cas d'un chauffage pur à la vapeur, dans lequel, de façon classique, le transLorteur de chaleur traverse également les radiateurs. D'après l'invention, il est en outre prévu que les deux transporteurs de chaleur sont anenés dans la région de 1' échangeur thermique à une vitesse relative élevée et de préférence C contrecourant. Ceci présente l'avantage que de grandes quantités de chaleur peuv-ent être transmises par unité-de temps avec de petits échangeurs thermiques. 1l est particulièrement avantageux que le transporteur de chaleur du circuit "radiateur" soit amené à 1' é- changeur thermique à une vitesse d;;gcoulement relativement élevée, car ainsi, sans un dispositif de réglage dans la région du circuit "chaudière", qui devrait être actionné si possible avec une température constante du courant d'aller, la quantité de chaleur que l'on peut prélever dans la région d'un circuit "radiateur" individuel peut être maintenue variable entre de larges limites. D'après l'invention, il est également prévu d'amener le transporteur de chaleur dans le circuit "radiateur" pratiquement à la pression atmosphérique. Ceci présente l'avantage qu'on a une liberté beaucoup plus grande aussi bien dans la conformation et le choix des matériaux constitutifs des canalisations que pour les différents radiateurs, ce qui offre des avantages appréciables tant en ce qui concerne les frais d'acquisition qu'en ce qui concerne les réparations ou les adjonctions postérieures. D'après l'invention, il est en outre prévu que le transporteur de chaleur du circuit "radiateur" circule par aspiration. Ceci présente l'avantage que l'on peut donner au transporteur de chaleur, dans la région de l'échangeur thermique, les vitesses relatives élevées nécessaires sans pour cela dépasser pratiquement la pression atmosphérique dans la région des radiateurs. Si l'on constitue le récipient contenant ltéchangeur thermique de façon qu'en cas d'avarie la totalité du transporteur de chaleur puisse être évacuée du circuit "radiateur", on peut, à l'aide de la pompe nécessaire à l'aspiration, vider complètement le circuit "radiateur" dans le récipient contenant l'échangeur thermique, de sorte que, par exemple dans le cas de fuite ou de défaut d'étanchéité, on peut éviter la poursuite de l'écoulement du transporteur de chaleur. Ceci est particulièrement important lorsque, dans le circuit "radiateur", on remplace 1' eau généralement utilisée par un transporteur de chaleur particulier ayant une capacité calorifique plus élevée. Toujours d'après l'invention, le transporteur de chaleur circule à travers le circuit "radiateur" en fonction d'une température ambiante de préférence réglable. Ce résultat peut être obtenu par le procédé classique, connu sous le nom de réglage thermostatique, qui met en service la pompe de circulation du transporteur de chaleur et l'arr8te suivant le principe d'un réglage en deux points. zains le procédé suivant l'invention présente par contre l'avantage que tout en lais-sant tous les robinets ouverts, on peut régler à volonté la température des divers radiateurs et en outre la maintenir pendant longtemps, car la circulation du transporteur de chaleur dans le circuit "radiateur", indépendante du circuit "chaudière", peut être réglée par une variation continue du débit de la pompe associée qui règle la quantité de chaleur prélevée dans 1'Qchangeur athermique. De cette façon, en utilisant des appareils de réglage correspondants au lieu du réglage en deux points classique jusqu'ici, on peut obtenir un réglage continu et, par suite, tm chauffage sensiblement meilleur et plus régulier dans chaque circuit "radiateur. D'après l'invention, enfin, on mesure la quantité de transporteur de chaleur envoyée de 1' échangeur thermique dans le circuit "radiateur" pour contrôler la chaleur consommée par unité de temps. Par une simple mesure de la quantité de fluide en mouvement, qui se fait en un poste central, on peut ainsi déterminer pour chaque appartement la quantité de chaleur consommée, avec précision et sans grande perte de temps, car au lieu d'un grand nombre de tubes de mesure fixés à ciaque radiateur, comme c'est le cas actuellement, il suffit de lire une seule valeur, de sorte que le calcul des frais de chauffage est beaucoup simplifié. A cet égard, on signalera comme particulièrement favorable le fait que le circuit "chaudière", qui doit constamment être maintenu à une température donnée, ne contient qu'une relativement faible quantité de transporteur de chaleur en comparaison avec les systèmes de chauffage connus, de sorte que les temps de chauffage sont plus courts et qu'au total l'exploitation de l'ensemble du système de chauffage est possible à moindres frais. Pour autglt que, pour le réglage du circuit "radiateur", on utilise un système à deux points pour le réglage de la température, on peut, d'après l'invention, contrôler la consommation de chaleur en mesurant le temps que reste branchée une pompe de circulation pour le transporteur de chaleur dans le circuit "radiateur". Stand donné que le rendement de la pompe est constant, il est possible de déterminer de façon simple et fiable la quantité de transporteur de chaleur mise en circulation, et par suite la consommation de chaleur, sans faire appel à des dispositifs de mesure supplémentaires. L'inventin concerne aussi une installation de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé exposé ci-dessus. Un circuit fermé en liaison avec une chaudière (circuit "chaudière") et de préférence à circulation forcée pour un transporteur de chaleur est associé à au moins un échangeur thermique à travers lequel passe un autre circuit fermé (circuit "radiateur") contetlant un autre transporteur de chaleur et comprenant au'moins un radiateur. Une installation de ce genre ne permet pas seulement le choix du système de chauffage le plus favorable en fonction de la dimension de l'objet pour le circuit "chaudière", mais encore une adaptation individuelle de chaque circuit "radiateur" aux besoins locaux. Par exemple, il est ainsi possible, en donnant à l'échangeur thermique une forme appropriée, d'annexer deux circuits "radiateur" à un échangeur thermique, de façon qutà l'intérieur d'un appartement, par exemple, des chambres à coucher et la cuisine puissent recevoir une quantité de chaleur plus faible que, par exemple, des pièces de séjour ou des chambres d'enfants.La présence de deux circuits fermés fonctionnant indépendamment l'un de l'autre permet d'une part l'utilisation de transporteurs de chaleur différents et, d'autre part, des réparations des circuits fermes des appartements individuels, sans que pour cela les autres appartements doivent supporter une privation de chauffage. D'après l'invention, le circuit "chaudière" traverse la cuve d'un échangeur thermique sous la forme d'un serpentin, et, à l'intérieur de cette cuve, est entouré coaxialement et à une certaine distance par un canal de guidage pour le transporteur de chaleur du circuit "radiateur", ce canal étant directement raccordé à une extrémité (extrémité d'entrée) au circuit "chaudière", tandis que l'autre extrémité débouche librement dans la cuve de l'échangeur. Âvec un échangeur de ce type, on obtient un transfert optimal de la chaleur du circuit "chaudière" au circuit "radiateur", la cuve de l'échangeur servant en même temps de chambre de détente et d'équilibrage.Grâce à cette disposition, on obtient en outre que le transporteur de chaleur du circuit "radiateur" soit ame- né au transporteur de chaleur du circuit "chaudière" avec une vitesse relative élevée, et que cependant, dans le circuit "radiateur", le transporteur de chaleur reste à la pression atmosphéri- que. D'après l'invention, enfin,l'extrémité d'entrée du canal de guidage est en liaison avec le côté sous pression d'ulve pompe de circulation disposée dans la région du reflux du circuit "radiateur" Ceci présente l'avantage que si la cuve de l'échan- geur thermique joue le rôle d'une chambre d'équilibre et d' alimen- tation, elle peut être vidée à laide de la pompe du système de radiateurs, après fermeture du c8té entrée du circuit "radiateur". Ceci est particulièrement avantageux quand on utilise comme transporteur de chaleur non pas de liteau mais d'autres liquides à capacité thermique élevée, qui ne peuvent pas simplement être lais sés dans la canalisation, ou qui sont trop coûteux pour que l'on remplace la totalité de ce liquide en cas de réparations. On va maintenant décrire plus en détail le procédé et l'installation de chauffage suivant l'invention, en se référant au dessin annexé. L'installation de chauffage représente est destinée à un immeuble à plusieurs étages et comprend une chaudière 1 à laquelle est reliée une conduite 2 dans laquelle se trouve, du côté départ, une pompe de circulation 3 à l'aide de laquelle un transporteur de chaleur peut être envoyé en circuit fermé par la conduite 2 à une conduite de reflux 4 aboutissant à la chaudière 1. Dans le système de chauffage représenté, il s'agit d'un système fermé dans lequel du côté reflux est prévue en outre une chambre d'expansion 5 pour le transporteur de chaleur du circuit "chaudière". Des canalisations d'alimentation 6, 6', en dérivation sur le circuit fermé 2 et destinées aux divers appartements, ne sont pas, suivant l'invention, reliées directement aux différents radiateurs, mais bien à un échangeur thermique 7 correspondant à chaque appartement, et depuis lequel la dérivation 6 revient à la conduite 2 du circuit "chaudière". A travers l'echangeur 7 passe un circuit fermé 8 par l'intermédiaire duquel des radiateurs 9 sont alimentés en transporteur de chaleur à l'aide d'une pompe 10. L'échangeur au moyen duquel l'énergie calorifique du circuit "chaudière" 2 est transmise au circuit "radiateur" 8 peut être de n'importe quel type approprié. Un exemple de réalisation de cet échangeur, présentant des avantages particuliers pour le système de chauffage suiv représente schéiatiquer:ent plus en détail au second étage du bâtii;;eslt. Cet échangeur comprend une cuve 11 à travers laquelle passe la dérivation 6' du circuit "chaudière". Dans ce cas, la cuve 11 peut être "ouverte", c'est-å-dire en liaison avec l'atmosphère. A l'intérieur de la cuve t1, la dérivation 6' peut, sui vant la quantité de chaleur à transmettre, être rectiligne ou en serpentin. Â l'intérieur de la cuve 11, cette partie de la dériva tion 6' est entourée d'un canal de guidage 12 relié par une de ses extrémités (extrémité d'entrée) 13 à la conduite 8' du circuit "radiateur". L'autre extrémité 14 du canal débouche librement dans la cuve 11. Une pompe 15 amène le transporteur de chaleur du cir cuit "radiateur", par le canal 12, à la dérivation 6', et le trans porteur de chaleur ainsi chauffé traverse les radiateurs 9'. Un contr81eur de niveau maximum 16 contre le remplissage de la cu ve 11. L'avantage essentiel de ce type d'échangeur réside dans le fait qu'on obtient un rapide chauffage du transporteur de chaleur, car ce n' est toujours qu'une faible quantité de ce transporteur, à l'intérieur du canal 12, qui est mise en contact avec la partie de la dérivation 6' qui joue le rôle d'élénent de chauffage.Un réglage correspondant de la vitesse de circulation à l'intérieur du canal 12 assure de cette façon la transmission au transporteur de chaleur de grandes quantités de chaleur meme dans le cas d'é changeurs thermiques de petites dimensions. gn raison du fait que le canal 12 est entouré par le transporteur de chaleur mrne à son extérieur, à l'intérieur de la cuve 11, il se produit un équili brage de pression, de sorte que l'on peut utiliser pour consti tuer le canal de guidage par exemple un tube en matière plastique élastique et résistant à des températures relativeraent élevées, qui peut être enfilé de façon simple sur un tube métallique en forme de serpentin qui constitue une partie de la dérivation 6'. En raison de l'équilibre de pression, le zatdriau constitutif du canal 12 n'a pas besoin de satisfaire à certaines exigences en ce qui concerne sa rigidité. La capacité de la cuve 11 est déterminée essentielle ment en fonction des besoins et de la nature du transporteur de chaleur. Par exemple, si l'on utilise de l'eau comme transporteur de chaleur, la cuve peut être très petite, car elle ne joue sur le plan du volume que le r8le d'une chambre d'expansion. Dans le cas d'une réparation, l'eau utilisée comme transporteur de chaleur peut, comme d'habitude, être évacuée sans plus de la canalisation. Si, toutefois, on doit utiliser un transporteur de cha leur particulier, il est à conseiller de donner à la cuve de l'é- changeur des dimensions aussi grandes que possible, car elle doit pouvoir recevoir la totalité du liquide remplissant le circuit "radiateur". Ce résultat peut te cas échéant être obtenu aussi par l'interiiédiaire d'un récipient supplémentaire, susceptible d'être séparé de la cuve de l'échangeur, et dans lequel le contenu du circuit "radiateur't peut être pompé à l'aide de la pompe 15, quand le robinet 17 du côté sortie de la cuve il est fermé.Par utilisa tion d'un récipient sipplémentaire, non représenté en détail sur le dessin, on peut avantageusenent conserver à la cuve 11 de l'é- changeur thermique de petites dimensions, ce qui assure en fonc tionnement un chauffage rapide en raison des quantités relative ment faibles de transporteur de chaleur. L'installation de chauffage suivant l'invention fonc tionne comme suit La cnaudi7re 1 porte le transporteur de chaleur du cir cuit "chaudière" 2 à la température que l'on désire obtenir, par exemple 900. Un thermomètre 18 dans le circuit "chaudière" mesure la température au départ du transporteur de chaleur dans ce cir cuit et règle en fonction de la température désirée, par l'inter médiaire d'un régulateur 19, le brtleur 20 de la chaudière 1. En plus de ce régulateur, la température extérieure, déterminée par un thermornètre 21, peut, par une commande appropriée connue, être prise en considération par le régulateur 19 lors de la détermina tion de la température à obtenir. Les dérivations 6, 6' du circuit "chaudière" et les é changeurs thermiques associés 7, 7' chauffent les transporteurs de chaleur dans les différents circuits "radiateurs" des apparte- ments, mais seulement lorsque et dans la mesure où le transporteur de chaleur du circuit "radiateur" considéré est pompé à travers l'échangeur 7 ou 7' par les pompes 10 ou 15. Le réglage peut alors, comme représenté dans l'exemple supérieur de circuit, se faire à la manière usuelle par l'intermédiaire d'un thermostat 22 qui relie le moteur 23 à la pompe 15 ou l'en sépare. Un compteur 24 en liai son avec le moteur de la pompe peut en meme temps mesurer la durée de mise en service de la pompe 15, et donner ainsi une mesure de la consomlation de chaleur dans chaque appartement.Etant donné toutefois que le circuit "radiateur" est indépendant du circuit "chaudière", il est aussi possible de régler la quantité de cha leur désirée, c'est-à-dire la température que doivent savoir les ra dateurs, en réglant de façon continue la quantité de transpor- teur de chaleur mise ei;; circulation par la pompe 15 en fonction d'une tetlpérature théorique déterminée. I1 est ainsi possible, par exemple pendant la période de transition, en ne faisant circuler qu'une faible quantité de transporteur de chaleur dans le circuit "radiateur", de ne prélever sur le circuit "chaudière", par l'intermédiaire de l'échangeur thermique, qu'une quantité de chaleur égaletnent faible, sans que ce dispositif de réglage ait un effet direct sur le circuit "chaudière". Si, par contre, on désire une température plus élevée dans les chambres, on peut augmenter en conséquence la débit de la pompe, de façon à pouvoir prélever une quantité plus grande de chaleur dans 1'échangeur thermique. Dans le réglage de température décrit en dernier lieu, il est avantageux que la base des mesures de la consommation de chaleur soit déterminée par une mesure simple d'un écoulement. À cet effet, un débitmètre 25 disposé dans le circuit "radiateur" 8' détermine la quantité de transporteur de chaleur pompée, qui sert de base de mesure au calcul de la consommation de chaleur. La mesure du débit servant de base pour la mesure de la consom- mati on de chaleur peut bien entendu intervenir également dans le processus usuel de réglage de température décrit en premier lieu. Le procédé de chauffage qui vient d'être décrit peut aussi être encore modifié en ne prévoyant pas pour un appartement un mais plusieurs circuits "radiateurs", par exemple quand plusieurs pièces doivent etre équipées indépendamment les unes des autres en ce qui concerne le réglage de la température. Par suite, le procédé est utilisable de la même façon non plus pour des bâ piments à plusieurs étages, mais aussi pour des bâtiments à un seul étage et pour des maisons familiales. Le procédé décrit fait en outre connaître que par la séparation du circuit "chaudière" d'une part et du ou des circuits "radiateurs" de l'autre, on peut choisir pour le circuit "chaudière" le système le plus favorable ou le plus économique, car ce choix n'a aucune influence sur la possibilité de réglage des circuits "radiateurs". REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le chauffage de bâtiments, en particulier de bâtiments à plusieurs étages à usage d'habitation ou de bureaux, dans lequel le chauffage des différentes pièces. s'effectue par l'intermédiaire d'au moins un radiateur que traverse un transporteur de chaleur fluide chauffé, caractérisé en ce que le transporteur de chaleur qui traverse le radiateur s'écoule en circuit fermé dans un circuit "radiateur" en passant par un échangeur thermique dans lequel de la chaleur lui est transmise par un second transporteur de chaleur chauffé dans une chaudière et qui s'écoule en circuit fermé dans un circuit "chaudière" entre la chaudière et l'échangeur thermique. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tra > norteurs de chaleur sont amenés l'un vers l'autre dans la région de l'échangeur thermique à une vitesse relative élevée, et de préférence à contre-courant. 3 - Procédé suivant l'une des revendicatior.s 1 et 2, caractérisé en ce que le transporteur de chaleur parcourt le circuit "radiateur" pratiquement à la pression atmosphérique. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transporteur de chaleur du circuit "radiateur" est déplacé par aspiration. 5 - Procédé suivent l'une des revendications 1 à 4, ca racténsé en ce que le transporteur de chaleur dans le circuit 11radiateur11 circule en foiction d'une température ambiante que l'on peut de préférence choisir. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on mesure la quantité de transporteur de chaleur transmise par unité de temps de l'échangeur thermique au circuit "radiateur" pur contrôler la consommation de chaleur. 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quton mesure le temps de nise en service d'une pompe de circulation pour le transporteur de chaleur dans le circuit "radiateur" pour centrôler la consommation de chaleur. 8 - Installation de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des reve.ndications 1 à 7, caractérisée par un circuit ferté 2 (circttit "chaudière") en liaison avec une chaudière 1 dans lequel un transporteur de c?ie eur s ' écoule de préfé- rente en circulation forcée, et auquel est raccordé au r.oiìs un échangeur thermique 7, 7' que traverse au soins un circuit fermé 8, 8' (circuit 'tradiateur") pour un autre transrorteur de chaleur, auquel est raccordé au moins un radiateur. 9 - Installation de chauffage suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la conduite sans fin du circuit "chaudière" traverse une cuve d'échangeur de chaleur 11 de préférence sous la forme d'un serpentin et, à l'intérieur de cette cuve, est entourée coasialement, à une certaine distance, par un canal de guidage 12 pour le transporteur de chaleur du circuit "radiateur", le canal de guidage 12 étant relié à une extrémité 13 (extréitd d'entrée), directement à la canalisation 8' du circuit 11radiateur", tandis que 11 autre extrémité 14 débouche librement dans la cuve 11. 10 - Installation de chauffage suivant la revendication 9, caractérisée en ce que l'extrémité d'entrée 13 du canal 12 est en liaison avec le côté sons pression d'une pompe de circulation disposée dans la région du reflux du circuit "radiateur".