Brevet FR2321667A1 — publié le 19770318

La présente invention concerne les centrales de traitement d'air utilisant des ventilateurs et des machines thermodynamiques pour assurer simultanément trois fonctions dans les locaux humides, notamment les piscines : l'aération, le chauffage et la déshumidification de ces locaux. Plus précisément, elle concerne une combinaison de matériels aérauliques et thermiques en vue d'apporter le confort et l'hygiène dans ces locaux, dans les meilleures conditions techniques et économiques. On sait que les piscines necessitent des renouvellements d'air importants pour assurer l'hygiène nécessaire aux baigneurs. On sait par ailleurs que l'eau du bassin s'évapore au contact de l'air ambiant en quantités d'autant plus importantes que le nombre de baigneurs y est plus élevé ; que l'on dispose de deux moyens pour limiter l'humidité relative de cet air : en retirer de la vapeur d'eau en la faisant condenser sur une batterie froide de groupe frigorifique, ou renouveler cet air en le rem- plaçant par de l'air extérieur plus sec. Les conditions hygrothermiques intérieures sont telles que les quantités d'énergie consommes pour compenser les déperditions sont très importantes. Le souci qui guide la réalisation d'une installation aéraulique et thermique propre à donner une réponse économique a ces contraintes est donc multiple : assurer le confort hygrothermique et l'hygiène nécessaires pour ce type d'occupation en don nant le ddbit d'air neuf juste nécessaire pour l'assurer ; récupérer le maximum de la chaleur contenue dans l'air extrait avant son rejet pour le restituer à l'air neuf avant son soufflage afin de fournir au moindre prir tout ou partie de l'énergie nécessaire pour le chauffage des locaux ; éviter tout renouvellement d'air en dehors des heures d'occupation, déshumidifiant alors l'air intérieur au moyen de la pompe A chaleur qui assure aux heures d'occupation la récupération sur air rejeté.De plus, cette unique pompe à chaleur doit avoir une bonne performance globale s le travail fourni pour transférer la chaleur doit être le plus faible possible. L'invention vise à donner cette réponse en proposant un procédé et un dispositif permettant de satisfaire à toutes ces contraintes avec une centrale de traitement d'air unique équipée d'une pompe à chaleur à performance améliorée. le procédé conforme à l'invention pour assurer l'aération, le chauffage et la déshumidification des locaux humides est caractérisé en ce que l'air du local est renouvelé aux heures d'occupation dans des proportions variables suivant les besoins d'hygiène et de déshumidification, la chaleur contenue dans l'air extrait pouvant alors être récupérée avant son rejet, en tout ou partie, à l'aide d'une pompe à chaleur, pour chauffer les locaux, tandis que l'air du local peut être entièrement recyclé en dehors des heures d1 occupation, ladite pompe à chaleur assurant sa déshu- midification, et en ce que l'air pénétrant dans le local passe successivement sur au moins deur batteries chaudes appartenant chacune à une machine thermodynamique distincte, disposées en surie sur son trajet, tandis que l'air extrait dudit local passe successivement sur les deux batteries froides desdites machines, la batterie chaude rencontrée en premier lieu par l'air admis dans le local appartenant à la même machine que la batterie froide rencontrée en second lieu par l'air extrait du local. Ce procédé revient donc à doser au mieux les renouvellements d'air d'un local grâce à deux fonctionnements de base de la ventilation, le renouvellement d'air étant variable au cours du fonctionnement dit "occupation" et le recyclage de l'air étant total au cours du fonctionnement dit "hors occupation" ; à utiliser une même machine thermodynamique ou "pompe à chaleur" comme récupérateur de chaleur sur l'air extrait suivant les besoins de chauffage en "occupation" et comme déshumidificateur sur l'air recyclé suivant les besoins de déshumidification en "hors occupation" ; à fractionner les échanges thermiques de ladite pompe à chaleur afin de diminuer les écarts de températures de condensation et d'évaporation, ce qui permet, à surfaces d'échange égales, d'augmenter très sensiblement la performance globale de la pompe à chaleur, définie comme le rapport de la chaleur transférée par la pompe au travail absorbé par son compresseur pour effectuer ce transfert. La présente demande de brevet couvre également un dispositif pour la mise en oenvre du procédé précité. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend dans une m8me enceinte : un caisson de soufflage d'air conditionné dans le local par ventilateur à débit variable et équipé d'au moins deux batteries chaudes ; un caisson d'extraction de l'air du local par ventilateur à débit variable et équipé d'au moins deux batteries froides correspondant auxdites batteries chaudes ; des organes permettant de contrssler les flux d'air neuf, d'air rejeté et d'air recyclé ; une pompe à chaleur comprenant au moins deux circuits frigorifiques entièrement distincts avec leurs propres organes de contrôle, sécurité, compression, ddtente et leurs propres canalisations, et pouvant fonctionner soit en déshumidificateur, soit en récupdrateur d'énergie sur l'air extrait ; une armoire électrique équipée d'organes de régulation avec contrôles et commandes qui permettent de choisir les divers types de fonctionnement et de commander tous les organes dudit dispositif suivant les séquen- ces de régulation choisies. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va maintenant décrire deur centrales de traitement d'air conventionnelles et une centrale conforme à l'in, vention, prise comme exemple non limitatif, ces centrales étant représentées sur le dessin schématique annexé. Sur ce dessin . La figure 1 illustre une centrale conventionnelle de traitement d'air à double flux équipée d'une machine thermodynamique classique constituée par une "pompe à cha leur Air-Air". . la figure 2 illustre une centrale conventionnelle de traitement d'air en recyclage total également équipe d'une "pompe à chaleur Air-Airn. . La figure 3 représente une centrale de traitement d'air conforme à l'invention. . La figure 4 est une sue de détail de la machine thermodynamique utilisée dans la centrale de la figure 3. e 'a figure 5 est une vue illustrative du fonctionnement et de la régulation de la centrale de la figure 3. La figure 1 montre une centrale conventionnelle de traitement d'air à double flux, équipée d'une machine thermodynamique 4. La centrale assure une déshumidifi @cation d'une piscine ou d'un local humide 5 par soufflage As, constitué en totalité par de l'air neuf AN, et par rejet AR intégral de l'air ME extrait dans la piscine 5, après récupération des calories contenues dans cet air. Le soufflage et le rejet sont assurés au solen de vantilateurs 6 et 7. Dans le circuit frigorifique 1 circule le fluide frigorigène. Ce fluide, pour s'évaporer dans la batterie froide BF, ou évaporateur, prend de la chaleur au flux d'air extrait AE avant son rejet AR. Le fluide est ensuite comprimé par un compres seer 2 puis ae condense dans la batterie chaude 30 en cédant ses calories au flux d'air neuf AN avant le soufflage As de celui ci. Le fluide est ensuite détendu dans le d'tendeur 3, avant de passer à nouveau dans l'évaporateur RF pour un nouveau cycle. La figure 2 montre une centrale de déshumidification en recyclage total. L'air SE extrait de la piscine 5, au moyen du ventilateur 7, cède une partie de sa vapeur d'eau en se refroidissant sur la batterie froide BF. Get air JB est ensuite intégra- lement recyclé selon AC qui prend sur la batterie chaude BC la chaleur sensible transférée par la pompe à chaleur 4, grâce au travail du compresseur 2 du circuit frigorifique 1. L'air AC est finalement soufflé selon AS dans la piscine 5 au moyen du ventilateur 6. La figure 3 illustre une centrale de traitement d'air suivant l'invention. Cette centrale comprend, dans une t enceinte 8, un caisson 9 de soufflage d'air condi- tionné dans le local 5, par ventilateur 6 à doit variable, et un caisson 10 d'extrac- tion de l'air du local 5, par ventilateur 7 également à débit variable. les caissons 9 et 10 contenant respectivement la batterie chaude BC et la batterie froide BF sont munis de registres N et R susceptibles de mettre ces deux caissons en communication avec l'atmosphère extérieure, n registre C étant intercale entre les caissons.De plus, en aval de la batterie chaude BC, on a placé une batterie BA de chauffage d'appoint, avant soufflage selon AS. On remarquera que, sur le dessin, les ventila teurs 6 et 7 sont disposés en aval des batteries, ce qui, dans certains cas, consti- tue une solution avantageuse. Le fonctionnement de base, dit "occupation", est obtenu par ouverture du registre X d'admission de l'air neuf AN et du registre R de rejet AR de l'air AS extrait du local 5, et par fermeture du registre C de recyclage. Le traitement d'air est alors effectué à double flux par soufflage AS, constitué en totalité par de l'air neuf AN, et par rejet AR intégral de l'air AE extrait du local, après récupé ration des calories contemnes dans cet air. Le fonctionnement de base, dit "hors occupation", est obtenu Par fermeture des registres N et R et Par ouverture du registre C de recyclage de l'air suivant. L'air AE est alors intégralement recyclé. La figure 4 illustre la mise en oeuvre du procédé de transfert thermodynamique suivant l'invention destiné à fractionner les échanges thermiques afin de diminuer les différences de température et d'améliorer, par là même, la performance globale de machine. Â oet effet on utilise deux machines thermodynamiques 4a, 4b analogues entre elles et analogues à la machine 4 des figures 1 et 2. Les machines 4a, 4b disposées en parallèle, sont, en conséquence, chacune constituéespar un circuit frigo- rifique la, lb, par un compresseur 2a, 2b, par une batterie chaude BCa, BCb, par une batterie froide BFa, 3Fb et par un détendeur 3a, 3b respectivement. La figure 5 illustre le fonctionnement d'une régulation de centrale de traitement d'air suivant l'invention, lorsque les ventilateurs 6 et 7 sont susceptibles d'être entraînés à deux vitesses dites "MAXI" et "MINI". Les séquences de régulation des débits et des fournitures de puissance de la centrale dépendent da type d'occupation, c'est-à-dire si l'on se trouve en fonctionnement de base dit "occupation" ou "hors occupation". L'exemple pratique de mise en oeuvre de l'invention schématisé sur le dessin a été déterminé en fonction de prévisions précises d'utilisation de la piscine 5 : le nombre de baigneurs n'est pas pris en compte explicitement par la chaîne de régulation.Les grandeurs prises en compte sont - la température ti de l'air intérieur de la piscine pour les fournitures de chaleur par les machines thermodynamiques 4a, 4b, en priorité, et ventuel- lement par la batterie 3Â de chauffage d'appoint, - l'humidité relative Imi de l'air intérieur à la piscine pour les débits de renouvellement d'air, réglés au moyen de la vitesse des ventilateurs en fonctionnement de base dit "occupation", et pour le déclenchement ou l'arrêt des compresseurs qui alimentent les batteries froides en fonctionnement de base dit "hors occupation", - la température extérieure te pour la commande des vitesses des ventilateurs. Dans le fonctionnement de base dit "occupation" illustré sur le dessin, les compresseurs 2a, 2b sont en action pour des valeurs de la température ti de l'air intérieur de la piscine respectivement inférieures B 28 C et à 29 OC. La batterie BA de chauffage d'appoint cesse de fournir de la chaleur lorsque la température ti est supérieure à 27 C. Les ventilateurs 6 et 7 sont entraînés à vitesse "MAXI" si l'humidité relative HRi est supérieure à 70 %, la température extérieure te étant supérieure h 10 C. Si, au contraire, l'humidité relative et/ou la température x- térieure sont respectivement inférieures à 70 9 et b 10 OC, les ventilateurs sont entraînés à vitesse "MINI". On rappelle qu'en fonctionnement de base dit "occupation", les registres N et R sont ouverts, le registre C étant au contraire ferré. Dans le fonctionnement de base dit "hors occupation", le compresseur 2b est mis en route lorsque l'humidité relative HRi est supérieure è 60 %, le compresseur 2a étant mis en route lorsque l'humidité relative ddpasse la valeur de 70 %. Rien n'est modifié par rapport au fonctionnement de base précédent en ce qui concerne la batterie de chauffage d'appoint. Les ventilateurs sont entraînés uniquement à vitesse "NINI". REVENDICBTIONS 1. Procédé pour assurer l'aération, le chauffage et la déshumidification des locaux humides et, en particulier, des piscines, caractérisé en ce que l'air du local est renouvelé aux heures d'occupation dans des proportions variables suivant les besoins d'hygiène et de déshuzidification, la chaleur contenue dans l'air extrait pouvant alors être récupérée avant son rejet, en tout ou partie, à l'aide d'une pompe à chaleur, pour chauffer les locaux, tandis que l'air du local peut être entièrement recyclé en dehors des heures d'occupation, ladite pompe à chaleur assu- rant sa déshumidification, et en ce que l'air pénétrant dans le local passe successivement sur au moins deux batteries chaudes appartenant chacune à une machine thermodynamique distincte, disposées en série sur son trajet, tandis que l'air extrait dudit local passe successivement sur les deux batteries froides desdites machines, la batterie chaude rencontrée en premier lieu par l'air admis dans le local appartenant à la même machine que la batterie froide rencontrée en second lieu par l'air extrait du local. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend dans une *e enceinte : un caisson de soufflage d'air conditionné dans le local par ventilateur à débit variable et équipé d'au moins deux batteries chaudes (BCa et BAb) ; un caisson d'extraction de l'air du local par ventilateur à débit variable et équipé d'au moins deux batteries froides (BFa, BFb) correspondant auxdites batteries chaudes ; des organes permettant de contrtler les flux d'air neuf, d'air rejeté et d'air recyclé ; une pompe à chaleur comprenant au moins deux circuits frigorifiques entièrement distincts avec leurs propres organes de contrôle, sécurité, compression, détente et leurs propres canalisations, et pouvant fonctionner soit en déshumidificaseur, soit en récupérateur d'énergie sur l'air extrait g une armoire électrique équipée d'organes de régulation avec contrôles et commandes qui permettent de choisir les divers types de fonctionnement et de commander tous les organes dudit dispositif suivant les séquences de régulation choisies. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le caisson de soufflage d'air conditionné dans le local, et le caisson d'extraction de l'air du local sont munis de registres susceptibles de mettre ces caissons en communication avec l'atmosphère, un registre (C) étant intercalé entre ces caissons. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les ventilateurs à débit variable sont disposés en aval des batteries qui leur correspondent. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'une batterie de chauffage d'appoint est placée en aval des batteries chaudes.