Brevet FR2335657A1 — publié le 19770715

L'invention a trait à un réseau de distribution instantanée d'eau chaude à partir d'un ballon chauffant sous pression vers une multiplicité de postes de puisage répartis à différents niveaux du genre où un courant d'eau chaude à débit réglé est maintenu dans des boucles de distribution comprenant une colonne montante partant du ballon et desservant la multiplicité de postes de puisage, et une canalisation de retour au ballon. Pour que la distribution d'eau chaude à un poste de puisage soit pratiquement instantanée, il est nécessaire que la longueur de canalisation soit très réduite entre le robinet de puisage et un point où de l'eau chaude est disponible. Aussi la distribution d'eau chaude instantanée à partir d'un ballon central vers une multiplicité de postes de puisage distants n'est-elle possible qu' en maintenant un courant de circulation d'eau chaude dans des boucles de distribution qui passent à proximité des postes de puisage. La dispersion en plan des postes de puisage dans des immeubles collectifs conduit à la multiplication des boucles de circulation desservant chacune au plus près une pile verticale de postes de puisage étagés.Les boucles de distribution doivent être alimentées à la base sous une pression suffisante pour que les postes de puisage sis aux niveaux les plus élevés soient correctement ali mentés, et les moyens de propulsion de l'eau dans les boucles doi vent etre capables d'un débit suffisant pour que des puisages ne provoquent pas un arrêt de circulation dans une boucle. Les surpressions de distribution aux niveaux inférieurs, nécessaires pour assurer la distribution aux niveaux supérieurs, sont cause de fatigue et d'usure précoce des canalisations et des organes de puisage aux niveaux inférieurs, et d'aggravation de dégâts consécutifs à une fuite accidentelle sous forte pression. Par ailleurs la multiplication des boucles oblige à les faire passer dans des parties privées (appartements) de l'immeuble, au plus près des postes de puisage, ce qui complique fâcheusement la surveillance et l'entretien, tant des canalisations de la boucle, colonne montante et canalisation de retour, que des organes de branchement, tels que robinets d'arrêt et compteurs volumétriques, qui se trouvent de plus multipliés. Pour réduire les inconvénients des surpressions, on peut disposer aux niveaux inférieurs des moyens réducteurs de pression ou détendeurs, placés aux branchements entre colonne montante et postes de puisage. La mise en place de nombreux détendeurs fia bles grive les frais d'installation du reseau de distribution d' eau chaude, et la fiabilité de ces appareils disposés en parties prives ne peut être assurée convenablement dans le temps, du fait des difficultés de surveillance ct d'entretien. On peut également envisager de constituer des boucles de distribution affectées a la desserte de zones de puisage étagées, chacune sous une pression correspondant à une distribution correcte dans la zone de puisage. Ces boucles doivent inclure un ballon chauffant distinct, pour que les différences de pression en pied de boucle ne perturbent pas la circulation dans une ou plusieurs boucles.On conçoit que la nultiplication des boucles entraînées par cette disposition est extrêmement onéreuse. Par ailleurs la mise en place de dispositifs réducteurs de pression de distribution ne supprime pas les inconvenients du passage de boucles en surpression dans des parties privées dtimmeuble. l'invention a pour objet un réseau de distribution instants né d'eau chaude à circulation permanente en boucle où une colonne montante 'peut desservir une pluralité de zones de puisage éta. gées, chacune sous une pression adaptée. L'invention a également pour objet un réseau de distribution instantanée d'eau chaude desservant uBe pluralité de zones de puisage étagées comportant chacune une sous-multiplicité de postes de puisage et aù moins' une canalisation de dérivation où circule de l'eau chaude et qui dessert les postes de puisage. cet effet l'invention propose un réseau de distribution instantanée d'eau chaude à partir d'un ballon chauffant ou pression vers de multiples postes de puisage répartis à différents niveaux, du genre où un courant d'eau chaude à débit réglé est forcé dans des boucles de distribution comprenant une colonne montante partant du ballon et desservant une multiplicité des postes de puisage et une canalisation de retour au ballon, carac- prisé en ce qu'il comporte au moins une grille de distribution desservant une pluralité de zones de puisage étagées et comprenant une colonne montante avec un moyen de branchemen t par zone. ü canalisation de retour vers une Bâche de collectage avec un moyen d'évent en point haut et de section suffisante pour éviter la formation de piston d'eau sous ledit débit réglé, et au moins une canalisation de dérivation par zone de puisage, reliant ledit moyen de branchement à une jonction à ladite callalisation de retour, desservant une sous-multiplicité de postes de puisage et comportant un moyen de réglage de débit û ladite jonction, un moyen de branchement' au moins corprenant un organe réducteur de pression entre colonne montante et zbne de puisage, et un moyen de refoulement sous pression étant disposé entre ladite bâche de collectage et ledit ballon chauffant. La canalisation de retour possédant un évent en point haut, et étant de section suffisante pour éviter la formation de piston d'eau sous le débit de retour de l'ensemble des canalisations de dérivation est en permanence et sur toute sa hauteur à la pression atmosphérique.Aussi chaque canalisation de dérivation peut laisser écouler dans la canalisation de retour un courant d'eau quelle que soit la pression aux moyens de branchement, puisqu'au-dela nu moyen de réglage de débit il n'existe pas de contrepression. Com- me une canalisation de dérivation dessert une sous-multiplicité de postes de puisage sous une pression adaptée au niveau de la zone de puisage, l'eau chaude est disponible à proximité immédia- te des robinets de puisage, sans que les postes de puisage soicrt soumis à des pressions excessives, et qu'il soit nécessaire de multiplier les paires colonne montante/canalisation de retour De préférence le ballon chauffant étant alimenté en eau froide sous une pression d'alimentation compatible avec la distribution aux nivoaux supérieurs, la bâche de collectage est équipée d'un détecteur de niveau et le moyen de refoulement est capable d'une pression supérieure à la pression d'alimentation et est mis en action en réponse à un niveau détecté dans la bâche ou périeur au niveau minimal, et un clapet unidirectionnel est disposé entre ce moyen de refoulement et le ballon-. ainsi l'eau chaude revenant à la bâche par la canalisation de retour est refoulée par priorité dans le ballon, tandis que l'eau prélevée au poste de puisage est remplacée par introduction d'eau froide. De préférence les moyens de réglage de débit peuvent ajuster les débits vers la canalisation de retour en sorte que l'abais- sement de température de l'eau entre le ballon et la Ponction soit inférieur à une valeur déterminée; le moyen de réglage de débit peut ôtre une fuite calibrée on fonction de la pression en amont de cette fuite; il peut être également constitué par un capteur sensible à la température de 'eau à la jonction et cc:a- mandant une vanne en ouvertur@ si cette température à la jonction est trQ tasse. Avantageusement les zones de puisages sont étagéos entre des niveaux successifs régulièrement espacés, et chaque organe réducteur de pression est adapté à limiter la pression dans la zone qu'il dessert dans une fourchette de pression préfixée. Les conditions de pression se reproduisent ainsi pour chaque zone de puisage De préférence le moyen d'évent est équipé d'un filtre à poussières connu en soi qui permet de maintenir la canalisation de retour à la pression atmosphérique sans que l'eau chaude retournant à la bâche soit polluée par des poussières ou des fumées en suspension dans l'atmosphère. Selon une disposition préférée de l'invention dans des immeubles comportant des locaux privés distribués autour de parties communes d'accès, pour chaque grille de distribution, la colonne montante avec ses moyens de branchement et la canalisation de retour avec ses jonctions sont disposées dans des gaines accessibles situées dans les parties communes d'accès. Les moyens de branchement comprenant les organes réducteurs de pression et des dispositifs de comptage et les jonctions comprenant les organes de réglage de débit de retour sont ainsi accessibles en tout temps pour le contrôle et l'entretien tout en étant à l'abri de manipulations par les occupants des locaux privés. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma général d'un réseau de distribution selon l'invention la figure 2 représente un moyen de réglage de débit avec une fuite calibrée fixe la figure 3 un moyen de réglage de débit à fuite calibrée réglable la figure 4 représente un moyen de réglage de débit thermostatique. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le réseau de distribution instantanée d'eau chaude comporte -un ballon chauffant 1 composé d'un réservoir étanche 10 et d'un serpentin de chauffage 11. le ballon est alimenté par une source générale 13 d'eau sous pression de l'immeuble qui alimente également la colonne montante d'eau froide 14; un clapet unidirectionnel 12 est intercalé dans cette arrivée d'eau froide. Le réservoir 10 est également alimenté à travers un clapet unidirec tionnel 15 par une pompe de refoulement 16 qui puise dans une che de collectage 17.Cette bâche de collectage est équipée d'un détecteur 18 Au niveau d'eau 19 dans la bâche 17, le détecteur 18 mettant en action la pompe de refoulement 16 lorsque le niveau d' eau 19 atteint une valeur minimale déterminée. Au noins une grille de distribution 2 dans son ensemble qui comprend dans une gaine verticale 20 une colonne montante 21 partant du ballon 10 et une canalisation de retour 22 aboutissant à la bâche 17 et comportant en point haut un évent 220 équipé d'un filtre 221; C@ filtre est d'un modèle classique de filtre de carburateur de véhicule automobile, capable d'arrêter les poussières en suspension dans l'atmosphère tout en laissant passer 1' air avec une faible perte de charge. La colonne montante 21 comporte trois branchements 211, 212 et 213 desservant respectivement trois zones de puisage 31, 32 et 33 étagées et de hauteurs égales. Chàque zone de puisage comporte trois étages desservis chacun par une canalisation de dérivation respectivement 311, 312 et 313 pour la one 31, 321, 322 et 323 pour la zone 32 et 331, 332 et 333 pour la zone 3. Chaque canalisation de dérivation dessert un certain nombre de Postes de puisage tels que 3111, 3112 et 3113 pour la canalisation de dériva- tion 311.Par poste de puisage il faut entendre un embranchement court en antenne débouchant sur un ou plusieurs organes de puisage, tels que robinets, mélagneurs, mitigeurs, et analogues. Les branchoments 211 et 212 sur la colonne montante 21 et desservant les zones de puisage 31 et 32 comportent des moyens réducteurs de pression 211a et 212a en amont des colonnes de zone 211b et 212b, tandis qu'une colonne de zone 213b correspcndant à la zone 33 part; directement du branchement 213 en prolongeant la colonne montante 21. gur chacune des colonnes de sone 211b, 212b et 213b s'embranchent respectivement les canalisations de dérivation 311, 312 et 313, 321, 322 et 323, et 331, 332 et 333.Ghacune de ces canalisations de dérivation 311 à 333 se ter- mine à une jonction respective 2211, 2212, 2213, 2221, 2222, 2223, 2231, 2232 et 2233 sur la canalisation de retour 22, et à cha cune de ces jonctiong un moyen de réglage de débit 2221a à 2233a est intercalé entre la canalisation de dérivation correspondante et la canalisation de retour 22. Différentes formes de réalisa tion de.ces moyen. de.réglage de débit seront décrites plus loin. L'eau contenue dans le réservoir 10 du ballon 1 est chauffée de façon classique par circulation dans le serpentin 11 d'eau ou de vapeur venant d'une chaufferie. le ballon I est alimenté par la source de pression générale de l'immeuble 13 sous une pression telle qu'au niveau le plus élevé (celui de la canalisation de dérivation 333) la pression de distribution ne soit pas inférieure à une pression minimale fixée.Si la pression de distribution publique est suffisante, la source d'alimentation générale est branchée directement sur la distribution publique, éventuellement avec un moyen réducteur de pression ; si la pression de la distribution publique est insuffisante pour assurer la distribution au niveau supérieur, un moyen de surpression, tel que figuré par 13 est utilisé. les hauteurs des zones de puisage 31, 32 et 33 sont égales et telles que la pression aux différents niveaux de la zone supérieure 33 soit comprise dans une fourchette fixée au-dessus de la pression minimale et en dessous d'une pression maximale; la pression minimale assure une distribution confortable, tandis que la pression maximale est déterminée pour la sécurité des moyens de puisage. les organes réducteurs de pression ou détendeurs 211a et 212a situés aux branchements 211 et 212 sont réglés pour qu'en tête de colonnes de zone 211b et 212b la pression soit sensiblement égale à la pression en haut de colonne de zone 213b dans le prolongement de la colonne montante 21.Ainsi la distribution d'eau chaude dans chacune des zones 31, 32 et 33 est assurée dans une mdme fourchette de pression, et avec un confort de service équivalent. I1 va sans dire que la colonne montante d'eau froide 14, dont seule la racine est représentée ici, comporte de façon analogue des détendeurs de zone pour assurer en tout point une pression de distribution d'eau froide sensiblement égale à la pression de l'eau chaude. On a déterminé le débit de chacun des moyens de réglage 2111a à 2333a en sorte que les pertes thermiques dans les canalisations en amont des Jonctions correspondantes 2211 à 2233 ne causent pas un écart de température entre le ballon 10 et ses Jonctions supérieures à une valeur fixée. La section de la canalisation de retour 22 est déterminée en sorte que le débit cumulé aux jonc- tions 2233 à 2111 ne soit pas susceptible de provoquer la formation de piston d'eau, c'est-à-dire d'une colonne d'eau emplis sant toute la section de la canalisation 22 et mettant en surpression le tronc de canalisation 22 en dessous de ce piston d'eau. Aussi la canalisation de retour 22 sur toute sa longueur, et la boche de collectage 17 sont-elles à la pression atmosphérique. L' ensemble des débit de retour dans la canalisation de retour 22 est collecté dans la bâche 17. lorsque le niveau de l'eau 19 dans la bâche 17 dépasse un niveau minimal fixé,le détecteur de niveau 18 met en action la pompe de refoulement 16 qui est capable d'une pression de sortie supérieure à la pression de distribution de la source 13.De cette façon, tant que le niveau d'eau 19 dans la bâ- che 17 est supérieur à ce niveau minimal l'alimentation du ballon 1 est assurée à partir de l'eau chaude 19 collectée dans la boche 17 ; si le niveau dans la boche 17 s'abaisse au niveau minimal, le détecteur 18 arrôte la pompe de refoulement 16 et l'alinentation du ballon 1 est assurée à partir de la source 13. la présen- ce des clapets unidirectionnels 12 et 15 dits couramment "elapets antiretour", empêche que la source 13 refoule dans la bache 17, et également que la pompe 16 refoule vers la source d'eau froide 13. On remarquera qu'en l'absence de puisage le débit de retour à la bâche 17 est canal au débit de départ du ballon 1 vers la ce lonne montante 21, et le niveau 19 dans la bâche 17 reste constant. de sorte que toute consommation de puisage est compensée par une quantité correspondante d'eau froide venant de la source 13. Bien entendu la pompe de refoulement 15 est capable de développer une pression maximale de refoulement à débit nul, cette pression de refoulement décroissant quand le débit croit, Si bien que le débit de la pompe 16 se trouve-réglé par le-débit de sortie du ballon 10, et que la puissance consommée par le moteur de la pompe est pro portionnée à la puissance nécessaire pour porter le débit de retour à la pression du ballon 10. Cette pompe 16 est nermalement -du type centrifuge. Le moyen de réglage de débit représenté figure 2 consiste en un diaphragme 40 percé d'un trou central calibré Oa et insété entre les collets de canalisation amont 41 et aval 42, la cana lisation 41 étant l'extrémité d'une canalisation de dérivation, et la canalisation aval étant la Jonction à la canalisation de retoul Un raccord classique composé d'une bague filetée 43 et d'une bague-écrou 44 serre les coliets des canalisations 41 et 42 sur le diaphragme 40. Ce diaphragme 40 est avantageusement réalisé cll polyoléfine ou en poly-fluoréthylène pour éviter un dépôt adhé -rent de tartre dans le trou calibré 40a.A titre d'exemple, le diamètre du trou 40a peut être de l'ordre de 0,85 mm pour laisser passer un débit d'environ 30 l/h sous une pression différentielle de 2 bars. Le moyen de réglage de débit représenté figure 3 comporte également un diaphragme 50 avec un trou calibré 50a entre une ca canalisation amont 51 et une canalisation aval 52. Une aiguille de réglage 50b, conique, peut être insérée plus ou moins profondément dans le trou 50a par rotation de la vis porte-aiguille 54 dans le corps fileté 53. La section de passage entre l'aiguille 50b et la paroi du trou 50a est par exemple réglable autour de 2 0,6 mm pour obtenir des conditions de fonctionnement comparables au moyen de réglage de débit de la figure 2. Le moyen de réglage de débit représenté figure 4 est un dispositif thermostatique. Un bulbe 63 avec une paroi en soufflet 63b enferme un liquide volatil 63a et est sensible à la température de l'eau arrivant par une canalisation amont 61. Une tigetiroir 64 est poussée par un ressort 65 contre l'extrémité du bulbe 63. La tige-tiroir coulisse dans un corps de vanne 60 comportant un premier canal radial 60a en communication avec la canalisation amont 61 et un second canal 60b dans le prolongement du canal 60a et en communication avec une canalisation aval 62. Le coulissement du tiroir 64 contre la poussée du ressort 65 vient obturer la communication entre les canaux 60a et 60b, ainsi lorsque la pression de vapeur du liquide volatil 63a agissant sur 1' extrémité du bulbe 63 vient surmonter la poussée du ressort 65, la vanne 60 se trouve fermée.En choisissant le liquide volatil avec un point d'ébullition compris entre 50 et 600C et par réglage de la pré-tension du ressort 65, on peut régler le moyen de réglage de débit pour qu'il laisse s'écouler vers la canalisation aval 62 l'eau arrivant par la canalisation 61 avec une température inférieure à une température de seuil réglée autour de 550C, et supprime l'écoulement de l'eau si la température en 61 dépasse cette température de seuil. Par utilisation d'un moyen de réglage thermostatique de ce genre on limite au strict minimum le d ébit de retour. On a étudié l'application d'un réseau de distribution d'eau chaude selon l'invention à un immeuble de onze étages (hauteur comprise entre 35 et 40 mètres) comportant près de 120 appartements desservis par cinq cages d'escalier. On dispose une grille de distribution par cage d'escalier et l'on divise chaque grille en trois zones de puisage comportant chacune quatre étages (environ 12 m). La pression minimale de distribution étant fixée à 1,5 bar, la pression d'alimentation du ballon, en tenant compte de la hauteur de colonne au-dessus du ballon et des pertes de charge des canalisations est établie aux environs de 6,5 bars, et la fourchette de pression de distribution est de 1,5 à 2,7 bars en puisage moyen.Pour chacune des cinq grilles de distribution la colonne montante avec ses branchements comprenant deux détendeurs des zones de puisage inférieures, les colonnes de zone et un compteur volumétrique par appartement desservi (soit deux par étage) ainsi que la canalisation de retour avec un moyen de réglage de débit à chaque jonction correspondante à un appartement desservi, sont disposés dans une gaine fermée dans la cage d' escalier correspondante et accessible au personnel de contrôle et d'entretien. Dans cette gaine est disposée également la colonne montante d'eau froide, avec des colonnes de zone et des détendeurs pour les deux zones inférieures. Les postes de puisage d' un appartement sont desservis par une canalisation de dérivation partant du compteur volumétrique affecté à l'appartement et aboutissant à la jonction correspondante sur la colonne de retour.La température de l'eau au ballon est fixée aux environs de 650C, et les moyens de réglage de débit sont calibrés pour débiter sensiblement 30 l/h sous la pression de distribution à la canalisation de dérivation ; dans ces conditions, la température de l'eau en bout de canalisation de dérivation, à la jonction avec la canalisation de retour, ne doit pas descendre en dessous de 600C. On appréciera qu'un réseau de distribution classique à boucle de distribution aurait exigé plus de 50 gaines de distribution passant dans les parois des appartements et donc pratiquement inaccessible. La pression de distribution au poste de puisage aurait varié de plus de 6 bars aux étages inférieurs vers 2 bars aux étages supérieurs. les détendeurs, au nombre de plusieurs centaines, et les compteurs volumétriques auraient été disposés dans les appartements, ce qui en aurait rendu le contrôle et l'entretien aléatoires, On peut estimer que le coût d'installation d'un réseau selon l'invention est inférieur de pres de 8 à celui d'une installation classique à boucle, pour un service rendu supérieur et des frais de fonctionnement moindres. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits, et bien des variantes sont réalisables sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Notamment toutes les indications chiffrées de température, pression et débit n'ont été données qu'à titre indicatif et ne sauraient limiter le cadre de l'invention. REVENDICATIOES 1. Réseau de distribution instantanée d'eau chaude à partir d'un ballon chauffant sous pression vers de multiples postes de puisage répartis à différents niveaux, du genre où un courant d' eau chaude à débit réglé est forcé dans des boucles de distribu- tion comprenant une colonne montante partant du ballon et dessert vant une multiplicité des postes de puisage et une canalisation de retour au ballon, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une grille de distribution desservant une pluralité de zoncs de puisage étagées et comprenant une colonne montante avec un moyen de branchement par zone, une canalisation de retour vers une bâchè de collectage avec un moyen d'évent en point haut et de section suffisante pour éviter la formation de piston d'eau sous ledit débit réglé, et au moins une canalisation de dérivation par zone de puisage, reliant ledit moyen de branchement à une jonction à ladite canalisation de retour, desservant une sous-multiplicité de postes de puisage et comportant un moyen de réglage de débit à ladite Uonction,-un moyen de branchement au moins comprenant un organe réducteur de pression entre colonne montante et zone de, puisages et un moyen de refoulement sous pression étant disposé entre ladite boche de collection et ledit ballon chauffant. 2. Réseau selon la revendication 1, où le ballon chauffant est alimenté à la demande en eau froide sous une pression d'ali- mentation compatible avec la distribution aux niveaux supérIeurs, caractérisé en ce que ladite bâche de collectage étant équipée d'un détecteur de niveau d'eau, ledit moyen de refoulement est capable d'une pression supérieure à ladite pression d'alimentation et mis en action en réponse à un niveau détecté dans la bâche supérieur a un niveau minimal, un clapet unidirectionnel étant interposé entre moyen de refoulement et ballon. 3. Réseau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque moyen de réglage de débit est adapté à ajuster le débit de la canalisation de dérivation à la canalisation de retour en sorte que l'abaissement de température de l'eau entre le ballon et la jonction soit inférieur à une valeur déterminée. 4. Réseau selon la revendication ), caractérisé en ce que ledit moyen de réglage de débit est un troyen de fuite calibrée. 5. Réseau selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de réglage de débit comporte un capteur sensible à la température de l'eau à la jonction et une vanne commandée en ou verture par ledit capteur en dessous d'une température de seuil. 6. Réseau selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les zones de puisage étant étagées entre des niveaux successifs régulièrement espacés, chaque organe réducteur de pression est adapté à limiter la pression dans la zone qu'il dessert dans une fourchette préfixée. 7. Réseau selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit moyen d'évent est équipé d'un filtre à poussière connu en soi disposé entre le sommet de la canalisation de retour et l'air libre. 8. Réseau selon une quelconque des revendications 1 à 7, destiné à la desserte d'un immeuble comportant des locaux privés distribué autour de parties communes d'accès, caractérisé en ce que, pour chaque grille de distribution, ladite colonne montante avec ses moyens de branchement et ladite canalisation de retour avec ses jonctions sont disposées dans des gaines accessibles situées dans lesdites parties communes.