Brevet FR2583811A1 — publié le 19861226

La présente invention concerne une patinoire artificielle couverte composée d'un bâtiment fermé construit sur une dalle isolante destinée à être recouverte par de la glace. On connaît déjà plusieurs types de patinoires artificielles comportant des dalles en béton armé incluant des dispositifs de réfrigération afin de refroidir suffisamment de lleau répandue sur la surface de la dalle pour la transformer en glace. Dans certaines réalisations connues, plusieurs dalles en béton préfabriquées et incorporant des canaux de circulation de fluide froid sont disposées les unes contre les autres et raccordées à un groupe frigorifique qui fait circuler un gaz ou un liquide réfrigérant dans lesdits canaux. Cependant, I'assemblage sur un chantier de ces dalles préfabriquées s'avère extrêmement délicat pour des raisons d'étanchéité, et ne peut se faire que sous certaines conditions de température et par temps sec, ce qui entrain un cot élevé. Il est également connu d'inclure dans les dalles en béton des tubes métalliques disposés parallèlement et raccordés par des collecteurs à un groupe frigorifique. Afin de limiter les inévitables déperditions du froid créé par les groupes frigorifiques, il est connu d'isoler la dalle en béton en prévoyant entre ladite dalle et le sol primaire, des espaces dans lesquels l'on fait circuler de l'air sec, sachant que l'air humide, meilleur conducteur du froid, conduirait à des déperditions importantes. Cependant, malgré ces mesures, les patinoires artificielles connues dans l'état actuel de la technique se caractérisent par d'importantes déperditions thermiques, nécessitant des groupes frigorifiques puissants et, par conséquent, coûteux. En outre, dans les installations connues, il est difficile de maintenir la glace en bon état puisque sa surface supérieure est en contact avec l'air ambiant de la patinoire, souvent humide, du fait de la présence de patineurs et du public. Enfin, les installations connues dans l'état actuel de la technique ne permettent pas d'obtenir une glace de qualité uniforme, puisque les tubes métalliques du dispositif de réfrigération inclus dans la dalle se caractérisent par des gradients de température relativement importants entre l'entrée et la sortie du fluide réfrigérant. Un des buts de la présente invention est par conséquent de remédier aux inconvénients précités, et de proposer une patinoire artificielle cou verte, de construction modulaire, possédant une glace de qualité constante sur toute la surface patinable, et qui soit d'une construction simple, fiable, et d'un coût de fonctionnement relativement modéré. Un autre but de la présente invention est de proposer une patinoire qui permette de réutiliser énergie extraite pour la formation de la glace, tout en utilisant pour le dispositif de refroidissement des appareils classiques et de petites dimensions permettant d'éviter que l'établissement soit classé "établissement dangereux" vis-à-vis de la protection de l'environnement, comme c'est souvent le cas pour les patinoires, compte tenu de la puissance électrique installée. A cet effet, I'invention concerne une patinoire artificielle couverte, composée d'un bâtiment fermé, construit sur une dalle isolante destinée à être recouverte par de la glace, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif de réfrigération à récupération d'énergie de la dalle isolante et de l'air ambiant, connecté d'une part1 à un réseau réfrigérant et, d'autre part, à un ensemble de stockage d'énergie etlou de chauffage. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue générale en élévation et en coupe de la patinoire couverte conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en élévation et en coupe de la dalle de la patinoire conforme à l'invention - la figure 3 est une vue en plan partiellement en coupe de la dalle de la patinoire conforme à l'invention. On se réfère à la figure 1. La patinoire artificielle couverte 1 conforme à l'invention se compose principalement d'un bâtiment fermé comportant des murs 2 et un toit 3 thermiquement bien isolés, ce bâtiment étant construit sur une dalle 4 destinée à être recouverte de glace, et par conséquent également thermiquement isolée par rapport au sol primaire 5. De préférence, cette patinoire 1 ne comporte pas de fenêtres afin d'éviter le réchauffement de la glace par les rayons solaires. Sachant que le froid a tendance à descendre, l'isolation de la dalle 4 est fondamentale afin de limiter les déperditions, et passe nécessairement par des moyens d'isolation contre l'humidité, puisque celle-ci améliore la conductibilité thermique des matériaux. La dalle 4 de la patinoire 1 conforme à l'invention se compose, en par tant du sol primaire 5 tel que représenté figure 2, d'une couche de béton de propreté 6 répandue sur le sol primaire 5 et destinée à fournir une assise plane à l'ensemble de la patinoire 1. Cette couche de béton de propreté 6 est surmontée par des rangées de hourdis creux 7, disposés selon des- lignes- parallèles afin de faciliter la circulation d'air sec sous la patinoire pour limiter les déperditions de froid. Puis l'on coule par dessus ces rangées de hourdis 7 une chape de béton 8 permettant de lier les différents hourdis entre eux. Cette chape de béton 8 est surmontée par un film en matière plastique 9, notamment en PVC, destiné à éviter le passage de l'humidité résiduelle provenant du sol. Ce film plastique 9 est lui-même suivi par deux couches de polystyrène 10 et il croisées, fournissant une bonne isolation thermique. Puis l'on dispose au-dessus de la couche de polystyrène 11, un premier treillis métallique 12 réalisé en fil de fer relativement fin, sur lequel l'on couche des tubes 13 en matière plastique disposés en nappe, et destinés à véhiculer un fluide réfrigérant. Ces tubes sont surmontés par un ou deux treillis métalliques supplémentaires 14 destinés à assurer la fixation et le maintien des tubes en matière plastique 13 dans une position ddterminée. Puis l'on coule une dernière couche de béton 15 par dessus les différents treillis métalliques 14 et 12, et les tubes en matière plastique 13, qui sont de cette façcn noyés dans la couche de béton 15. Enfin, la couche de béton 15 est revêtue d'une peinture 16 isolante contre l'humidité, ou d'un bitume, permettant de maintenir la couche de béton 15 sèche afin d'éviter son effritement. Bien entendu, la dalle 4 composée par les différents éléments précités est entourée de rebords en béton 17 faisant saillie par rapport à la surface de la dalle 4 de façon à être sensiblement à fleur avec la couche de glace 18. De préférence, les rebords 17 sont recouverts d'un tapis en caoutchouc 19, afin d'assurer la sécurité des usagers. La patinoire 1 conforme à l'invention comporte en outre un dispositif de réfrigération 20 composé de plusieurs éléments, et permettant d'une part, de refroidir l'ensemble de la dalle 4 et- de l'air ambiant 21 de la patinoire 1, et d'autre part, de récupérer I'énergie extraite de la patinoire 1, afin de l'utiliser dans un dispositif de chauffage ou un ensemble de stockages d'énergie annexes non représentés. Le système de réfrigération de la patinoire I selon l'invention est - ba- sé sur le principe de la pompe à chaleur,. c'est-à-dire qu'il réalise un transfert thermodynamique d'énergie calorifique prélevé au niveau de l'air ambiant 21 de la salle de patinage, et au niveau de la dalle 4, cette énergie calorifique étant restituée à un ensemble de stockage d'énergie etlou de chauffage non représentés. A cet effet, le dispositif de réfrigération 20 à récupération d'énergie se compose de pompes à chaleur ordinaires 22 et 23 de puissance relativement modeste, et connectées d'une part, au réseau réfrigérant 24 de la patinoire 1, qui constitue leur source froide et dont elles extraient de l'énergie calorifique et, d'autre part, à l'ensemble de stockage d'énergie et/ou de chauffage précités, qui constitue leur source chaude, à laquel;e elles restituent l'énergie calorifique extraite du réseau réfrigérant 24 de la patinoire 1. II est à noter que selon l'invention, le réseau réfrigérant 24 de la patinoire 1 se compose, d'une part, de moyens 25 de refroidissement de l'eau pour la formation et l'entretien d'une couche de glace 18, et, d'autre part, de moyens 26 de refroidissement et d'assèchement de l'air ambiant 21 de la patinoire 1. De cette façon, les déperditions de froid étant limitées vers le sol primaire 5 du fait de la présence de la dalle 4 isolée, I'on évite également la dégradation de la glace 18 par l'air humide produit par les usagers, en asséchant et en refroidissant l'air ambiant 21 de la patinoire. Ainsi, il est possible d'obtenir une couche de glace 18 de très bonne qualité. Cependant, il est préalablement nécessaire de former la couche de glace 18 à partir de l'eau répandue sur la dalle 4, ceci étant réalisé à l'aide de moyens 25 de refroidissement de l'eau, qui sont constitués selon l'invention par des tubes 13 en matière plastique disposés dans la dalle 4 comme décrit précédemment et parcourus par un liquide réfrigérant. Ce liquide réfrigérant est de préférence constitué par un mélange d'eau et de glycol permettant d'éviter le gel dudit mélange lorsque la température s'abaisse jusqu'aux alentours de moins quinze degrés Celsius. De plus, - pour des raisons de coût, de facilité de pose et de fiabilité, les tubes- en matière plastique sont de préférence. en polybuthylène plastique. Bien entendu, il existe diverses façons de répartition des tubes 13 dans la dalle 4, mais toutes n'obtiennent pas les mêmes- résultats sur le plan de L'homogénéité de la -température. de surface de la glace 18. Par consé quent, les tbes en matière plastique 13 sont de préférence arrangés sebon une nappe 2T consti part un brin utuque 28 de tubes ; Ce brin unique 28 possède un orifice d'entrée 29 et un orifice de sortie 30 du fluide, tels que représentés sur la figure 3.Dans le cas où l'ensemble de la dalle de la patinoire 1 est constitué par une juxtaposition de plusieurs dalles élémentaires 31 et 32, chacune de ces dalles élémentaires comporte une nappe 27 de tubes plastiques 13 pouvant être réfrigérés séparément. De ce fait, il est possible d'augmenter ou de diminuer à loisir la surface patinable de la patinoire 1 en fonction de l'affluence ou de la saison. II suffit pour cela d'intercaler entre les différentes dalles élémentaires 31, 32 des joints 33 thermiquement isolants et réalisés dans un matériau approprié. Dans le cas de figures où plusieurs dalles élémentaires 31 et 32 sont utilisées, les différents orifices d'entrée 29 et de sortie 30 des tubes plastiques 13 sont, selon une réalisation préférentielle de l'invention, connectés respectivement à un premier collecteur 34 et à un second collecteur 35. Alors que les tubes 13 ont un diamètre interne relativement faible de l'or- dre d'un demi-pouce, les collecteurs 34 et 35 ont un diamètre plus important et sont reliés à la pompe à chaleur 22, tel que représenté figure 1. Afin d'optimiser la répartition du froid fourni par le fluide réfrigérant qui circule dans les tubes 13 en matière plastique, lesdits tubes sont disposés selon des nappes 27 affectant la forme d'une spirale double, de façon à ce que les portions adjacentes 36 et 37 soient toujours traversées par le fluide réfrigérant respectivement dans un sens aller et dans un sens retour par rapport à la pompe à chaleur 22. De ce fait, deux portions adjacentes 36 et 37 sont toujours traversées l'une par un fluide un peu plus froid en provenance de la pompe à chaleur 22, et autre par un fluide déjà légèrement réchauffé, qui retourne à la pompe à chaleur 22 pour lui céder son énergie calorifique.De cette façon, les écarts de température entre deux portions adjacentes 36 et 37 sont minimaux, ce qui garantit une température pratiquement constante sur l'ensemble de la surface de la glace 18. Pratiquement, lors du fonctionnement du dispositif de réfrigération de la patinoire 1, l'on constate une différence de température de l'ordre de un demi à un degré Celsius entre le fluide réfrigérant circulant dans les tubes 13 et la couche de béton 15 dans laquelle les tubes 13 sont noyés. Les moyens 26 pour le refroidissement et l'assèchement de l'air ambiant 21 de la patinoire 1 sont, quant à eux, constitués par une deuxième pompe à chaleur 23 du type air-eau. Cette pompe à chaleur 23 est connectée à deux ventilateurs 38 et 39 par l'intermédiaire de conduites 40 et 41, le ventilateur 41 extrayant l'air réchauffé et humide de la patinoire 1 pour le délivrer à ladite pompe à chaleur 23, et le ventilateur 22 soufflant l'air froid et sec issu de cette même pompe à chaleur 23 à -l1intérieur de la patinoire. Afin de minimiser le parcours du fluide réfrigérant et de l'air froid circulant entre la patinoire 1 et les pompes à chaleur 22 et 23, ces dernières peuvent être implantées- de préférence dans un local annexe 42. Selon un exemple de réalisation nullement limitatif de la présente invention, une surface patinable de l'ordre de 300 m2 peut être formée à une température de moins quinze degrés Celsius, par des pompes à chaleur de petite dimension, dont les compresseurs consomment une puissance éléctri- que de l'ordre de 36 kilowatts qui est donc inférieure aux 50 kilowatts à partir desquels une installation est considérée comme classée pour la protection de l'environnement. II est particulièrement intéressant de noter que cette puissance de 36 kilowatts fournis sous forme de travail mécanique aux pompes à chaleur 22 et 23 permet de récupérer, en considérant un coefficient de performance moyen de l'ordre de 2,5, une puissance thermique de l'ordre de 90 kilowatts que l'on peut fournir, par l'intermédiaire d'un ensemble de conduites 43, à la source chaude (non représentée) pouvant être constituée par un dispositif de stockage d'énergie ou un système de chauffage d'un bâtiment annexe. Les avantages qui découlent de l'utilisation de la patinoire 1 conforme à l'invention sont, par conséquent, multiples et ne se limitent pas à la récupération de la chaleur extraite pour une utilisation à des fins de chauffage. En effet, la structure particulière du dispositif de réfrigération agissant à la fois sur la dalle 4 et sur l'air ambiant 21, ainsi que l'utilisation de tubes 13 disposés selon un schéma bien particulier, permettent d'obtenir une qualité de glace constante et durable, ceci avec un coût de fonctionnement considérablement plus faible que celui des patinoires couvertes connues dans l'état actuel de la technique. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces éléments, sans pour autant s'éloigner du cadre et de l'esprit de la présente invention. Revendications 1. Patinoire artificielle couverte composée d'un bâtiment fermé construit sur une dalle isolante destinée à être recouverte par de la glace, caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif de réfrigération (20) à récupération d'énergie, de la dalle isolante (4) et de l'air ambiant (21), connecté, d'une part, à un réseau réfrigérant (24), et, d'autre part, à un ensemble de stockage d'énergie etlou de chauffage. 2. Patinoire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif de réfrigération (20) à récupération d'énergie, se compose de pompes à chaleur ordinaires (22) et (23) connectées, d'une part, au réseau réfrigérant (24) constituant une source froide et dont elles extraient de l'énergie calorifique, et d'autre part, à un ensemble de stockage d'énergie etlou de chauffage, constituant leur source chaude et à laquelle elles restituent l'énergie calorifique extraite du réseau réfrigérant (-24) de la patinoire (1), 3.Patinoire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit réseau réfrigérant (24) se compose, d'une part, de moyens (25) de refroidissement de l'eau pour la formation et l'entretien d'une couche de glace (18), et d'autre part, de moyens (26) de refroidissement et d'assèchement d l'air ambiant (21) de la patinoire ~1). 4. Patinoire selon la revendication 3, caractérisée par le fait c;Üe les mcyens (25) de refroidissement de l'eau sont constitués par des tubes (13) en matière plastique disposés dans a dalle (4), parcourus par un fluide réfrigérant, et arrangés selon une nappe (27) constituée par un brin unique (28) dont l'orifice d'entrée (29) du fluide est relié à un premier col- lecteur (34) et l'orifice de sortie (30) du fluide est relié à un second collecteur (35), les collecteurs (34) et (35) étant connectés à une pompe à chaleur (22). 5. Patinoire selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les tubes (13) en matière plastique sont disposés selon des nappes (27) affectant la forme d'une spirale double, dont les portions de tube adjacentes (36, 37) sont traversées par le fluide réfrigérant respectivement dans un sens. aller et dans un sens retour par rapport à la pompe à chaleur (22). 6. Patinoire selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le mélange réfrigérant est un mélange d'eau et de glycol. 7. Patinoire selon la revendication 3, caractérisée par le fait que tes moyens de refroidissement et d'assèchement de l'air ambiant (21) de la patinoire (1) sont constitués par une pompe à chaleur (23) air-eau connectée à deux ventilateurs- (38) et (39) par l'intermédiaire de conduites (40) et (41), le ventilateur (39) extrayant l'air réchauffé et humide de la patinoire (1-) pour le délivrer à ladite pompe à chaleur (23)-, et le ventilateur (38) soufflant l'air froid et sec issu de cette même pompe à chaleur (23). 8. Patinoire selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite dalle isolante (4) destinée à être recouverte par la glace, se compose successivement d'une épaisseur de béton de propreté (6) répandu sur le sol primaire (5), d'une juxtaposition de hourdis creux (7) recouverts d'une chape en béton (8), d'un film (9), notamment en PVC, isolant contre l'humidité, de deux ou plusieurs couches de polystyrène croisées t 9. Patinoire selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte plusieurs dalles élementaires (31, 32) juxtaposées et séparées par des joints d'isolation thermique (33), chaque dalle élémentaire (31) ou (32) comportant son propre tube (13) de réfrigération, connecté à une pompe à chaleur (22) par llintermédiaire du collecteur aller 134) et du collecteur retour (35). 10. Patinoire selon les revendications 1 et 8, caractérisée par le fait que la dalle isolante (4) est délimitée par un rebord (17) faisant saillie par rapport à la surface de la dalle (4) et recouvert d'un tapis de protection (19) en caoutchouc. 11. Patinoire selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les tubes (13) sont en polybuthylène plastique.