Brevet FR2600146A1 — publié le 19871218

La prés ente invention concerne une installaticn nst att at i on de chauffage. On sait que dans les installations de chauffage a échelle industrielle, en particuLier mais non exclusivement dans Les stations de chauffage à source de chaleur géothermique, Le fluide en contact avec La source de chaleur n!est pas envoyé directement dans le réseau d'utilisation mais dans une boucLe principale sur laquelle des circuits primaires sont branchés en parallèle et sont associés à des échangeurs de chaLeur servant à échauffer Le fLuide d'un circuit secondaire sur lequel sont branchés des réseaux d'utilisation. Ces réseaux industriels sont calculés pour véhiculer un fluide circulant entre une ligne d'arrivée et une ligne de retour correspondant à une certaine puissance thermique transportée pour une température extérieure contractuelle. L a régulation pour des températures extérieures dîflérentes de La température contractuelle est faite soit à débit constant et écarts de température décroissant avec L'étéva- tion de température extérieure, soit à débit variaale e écarts de température croissant avec L'élévation de température extérieure. La solution avec débit constant sim@@ifie le fonctionnement des installations dans la mesure ou elle ne nécessite pas la mise en place d'une pompe à débi. variable dans le circuit primaire ni de régulation de pression, et simplifie Les problèmes d'équiLibrage qui peuvent être ma maîtrisés tri Sés une fois pour toutes pour Le débit nominal constant toute L'année. Toutefois, la solution de la régulation à débit constant sur le secondaire présente L'inconvénient d'envoyer sur la Ligne de retour du secondaire un fluide dont La température n'est pas constante et reste donc, dans certaines conditions, porteur de calories aui sont inutilisees. On a donc etc ame@é , en particulier lorsque la source de chaleur est u@ puits gé@thermique, à reconsidérer toutes les régulations secon@aires pour @ue soient conservés les niveaux de tempéra ture de retour des émetteurs de chaleur jusqu au puits, au moyen de différents échangeurs nécessaires à ce type d'installation et d'une distribution à débit variable sur le primaire. Le problème de la régulation est particuLièrement important Lorsque Le secondaire comporte pLusieurs utilisations différentes obéissant à des Lois de régulation particu Lières, par exemple Lorsque L'une des utilisations est ur chauffage par La façade tandis qu'une autre utiLisation est une production d'eau chaude sanitaire, ou Lorsque Le chauffage est un chauffage central de bureaux dont Les horaires d'utilisation sont décalés ou des lo@aux à des températures différentes. On a envisagé dans ce cas d'utiliser un échangeur de chaleur par réseau secondaire et de créer des réseaux secondaires multiples fonctionnant en parallèle sur une même arrivée du réseau primaire. Mais cette solution multiplie les échangeurs et les régulations et est parfois difficile à mettre en glace dans des locaux techniques existants. Une autre solticn consiste å installer ur se@l échangeur et à créer un réseau de fluide secondaire température constante reconstituant un départ de chaleur à peu prés équivalent à celui d'une chaudière. Ii est alors nécessaire de prévoir une pompe de secondaire a @é@ variable. Toutefois, les matérieLs existants n'ont générale- ment oas un fonctionnement satisfaisant dans les gammes de puissance requises au niveau des circuits secondaires.De plus, ces pompes à débit variable sont généralement entraînées par un moteur éLectrique et dans le cas d'une multiplication des circuits secondaires fonctionnant dans des conditions différentes il est nécessaire de multiplier Le nombre de pompes à débit variable et donc le nombre ce moteurs électriques, c e qui peut poser des problèmes @ puissance électrique au niveau de l'installation et exig@ j renforcement de lignes électriques couteux et diffici@e a mettre e lace. Un but de la présente invention est de proposer une installation de chauffage comportant un c; rcuit secondaire ayant une série de réseaux d'utilisation paral Léles et une régulation de température simple, fonctionnant avec une grande souplesse et ayant une grande capacité d'adaptation même dans le cas d'une multiplication des réseaux d'utiLisation. En vue de La réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention une installation de chauffage comportant un circuit pri;Tiaire dans lequel est montée une vanne à servo-commande et un organe d'échange de chaleur primaire, un circuit secondaire en boucle fermée associé au circuit primaire par un organe d'échange de chaleur secondaire et sur lequel sont branchés des réseaux d'utilisation paralléles comprenant chacun une vanne de régulation ayant au moins une première entrée reliée au circuit secondaire en un premier point de celui-ci et une sortie reliée au circuit secondaire en un second point de celui-ci, au moins un organe de commande de la vanne 8 servo-commande du circuit primaire, cet orga@e de commande étant disposé dans le circuit r c u' t secondaire, et une pompe de régulation disposée dans le circuit secondaire, dans lequel la pompe de régulation est entraînée en rotation par une turbine disposée dans le circuit primaire. Ainsi, lorsque le débit dans le circuit primaire est modifié par la vanne à servo-commande, la vitesse de rotation de la turbine se trouve automatiquement modifiée dans les mêmes proportions et, par voie de conséquence, la pompe de régulation dont La vitesse de rotation est directemen-t asscciée celle de la turbine agi t automatiquement comme pompe à débit variable. On constate donc que le nombre de circuits secondaires peut être augmente à volonté sans augmente la puissance électrique nécessaire au niveau ce la station. Selon une version avantageuse de l'invention, chaque vanne de @ég@lation des circuits d'utilisation est une vanne à tr@@s voies ayant une première entrée reliee au prem@er point du circuit secondaire et une sortie reliée d'une part a une seconde entrée de cette meme vanne et d'autre part au second point du circuit secondaire, une pompe de circulation est disposée dans chaque réseau d'utilisation, Le premier et le second point du circuit secondaire sont reliés entre eux par un tronçon de ligne, les roseaux d'utilisation parallèles ont une ligne d'arrivée branchée sur un tronçon de Ligne commun lui-meme relié au premier point du circuit secondaire et l'or- gane de commande de La vanne à servo-commande du primaire est un premier thermostat disposé sur Le tronçon de ligne commun. Ainsi, la partie de circuit secondaire entre le premier et le second point du circuit secondaire est utilisée pour un recyclage du fluide provenant des réseaux d'utilisation, de sorte que Le fluide oui retourne à L'organe d'échange de chaleur secondaire est à une température sensiblement constante. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'installation de chauffage comporte un second thermostat de commanae disposé dans le circuit secondaire en amont d@ pre- mier point du circuit secondaire et la vanne à servo-ccrmande du circuit primaire est sensible à un signal différentiel du premier et du second thermostat de commande. Ainsi on détecte immediatement un sens de circulation inappropriè de flou au dans la Partie de Ligne comprise entre le premier ex le second point du circuit secondaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaitront à la lecture de la description qui suit en liaison avec les dessins ci-joints parmi lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de L'installation de chauffage selon L'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'un second mode de réalisation de l'installation de chauffage selon l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'un troisiè- me mode de réalisation de l'installation de chauffage selon l'invention E n réference à la figure 1, l'installation ce chauffage selon l'invention comporte un circuit prima@@e généralement cès@gné en 1 et u@ circuit secondaire généra@e- ment désigné en 2. Le circuit primaire comprend une ligne d'arrivée de fluide chaud 3 sur laquelle est montée une vanne à servo-commande 4, et une Ligne de retour 5 reliée à la ligne d'arrivée par I' intermédiaire d'un organe d'échange de chaleur primaire, par exemple de circuit primaire d'un échangeur de chaleur à plaques 6. Le circuit secondaire 2 est associé au circuit primaire par un organe d'échange de chaleur secondaire, par exemple Le circuit secondaire de l'échangeur à plaques 6 et forme une boucle fermée sur laquelle sont branchés des réseaux d'utilisation parallèles, ici deux réseaux d'utilisation généralement désignés en 7.1 et 7.2. Chacun des r ès e-aux d'utilisation comprend une vanne à trois voies, respectivement 8.1, 8.2, ayant une première entrée, respectivement 9.1, 9.2, reliée à un tronçon de ligne commune 10 par une ligne d'arrivée du réseau d'utilisation, respectivement 11.1, 11.2. Le tronçon de ligne commun 1G est lui-même relié à un premier point 12 du circuit secondaire. Chacue vanne à trois voies comporte une sortie, respectivement 13.1, 13.2, reliée à une entrée d'une pompe ae circulation, respectivement 14.1, 14.2, ayant elle -meme une sortie reliée d'une part à une seconde entrée, respectivement 15.1, 15.2, de la vanne à trois voies et d'autre Part en un second point 16 du circuit secondaire. Un organe émetteur, respectivement 17.1, 17.2, est dispose entre la Dompe de circulation 14.1, 14.2 et la seconde entrée 15.1, 15.2 de la vanne à trois voies correspondante. Chacune des vannes à trois voies est commandée soit manuel Liement, soit de préférence par un thermostat, par exemple ur thermostat d'ambiance ou un thermostat extérieur, respectivement 18.1, 18.2. Les points 12 et 16 sont reliés par ur tronçon de ligne direct. Un therm@stat de commande 19 est monté sur le tro@@ non de ligne Commun 10 pour mesurer la température de celu@-ci et est re@ié a la serv@-commande de la vanne 4. U@e pompe de régulation 20 est montée. dans le circuit secondaire et est entrainée er, rotation par une turbine 21 disposée dans le circuit primaire. A ce propos on notera que pour réduire les problèmes d'étanchéité. La pompe 20 et La turbine 21 sont avantageusement montées dans un même carter. En particulier, lorsque l'on réalise une unité préfabriquée, La pompe 20 et la turbine 21 sont de préférence intégrées à L'échangeur de chaleur 6, le carter de la pompe et de La turbine étant par exemple réalisé par des conformations appropriées. L'installation de chauffage selon l'invention fonctionne de la fanon suivante : la ligne d'arrivee 3 du primaire est alimentée en fluide chaud, par exemple à 750 C, par des pompes à débit variable de grande puissance (non représentées) montées dans La boucle principale sur laquelle est branché le circuit primaire. Le débit de fluide dans le circuit primaire est réglé par la vanne à servo-commande 4 et, après passage dans l'échangeur de chaleur 6, il revient par la ligne de retour 5, par exemple à 47 C. Dans le circuit secondaire, le fluide est entraîné par la pompe 20 selon le sens indiqué par les fleches sur la figure 1.Dans le secondaire, le fluide Sont de l'échangeur de chaleur 6 à une température Légèrement inférieure à celle du circuit primaire, par exemple à 730C et est aspiré dans Les réseaux d'utilisa- tion par les pompes de circulation 14.1, 14.2. Les vannes à trois voies 8.1, 8.2 assurent la régulation de la température dans chacun des réseaux dwutilisation en provoquant un recyclage plus ou moins important du fluide contenu dans chaque boucle. Si le débit de fluide dans le circuit primaire est trop important par rapport à La quantité de chaleur nécessaire au niveau des réseaux d'utilisation, la pompe 20 associée à la turbine 2 fa t elle-même circuler une trop grande quantité de fluide dans le secondaire et le thermostat 19 détecte une température supérieure à La consigne; il agit alors Sur la vanne 4 pour ferrer celle-ci, ce qui réduit la vitesse de rotation de la turbine 21 et, par voie de conséquence, la vitesse de rotation de la pompe 20.Le fluide du circuit secondaire étant entraîné à un débit plus faible, la quantité de chaleur transportée est elle-même plus faible et on en obtient donc une régulation automatique de la température dans Le circuit secondaire, de sorte que La température sur la I i ne de retour du secondaire est maintenue sensiblement constante, par exemple 450C. On remarquera qu'un intéret de la régulation de débit dans le secondaire est de maintenir la température de retour sensiblement constante à un niveau prédéterminé afin de ne pas renvoyer à L'échangeur des calories qui auraient été inutilisées. A ce propos on remarquera que la circulation de fluide dans la partie de circuit secondaire entre le premier point de branchement 12 et le second point de b n a n c h e-ment 16 n'est pas la même que celle dans le reste du circuit secondaire. En effet, si le fluide circulait cans le sens du point 12 vers le point 16, il reviendrait à l'échangeur de chaleur sans avoir perdu de calorie et aurait donc circulé inutilement dans le circuit secondaire.Le tronçon de ligne entre les points de @ranchement 12 et 16 est donc seulement un tronçon destiné à permettre la circula- tion à débit constant dans Les réseaux d'utilisation même Lorsque la pompe 20 a un débit inférieur au total des débits des pompes de circulation 14.1 et 14.2. Lors d'un fonctionnement normal, le fluide circule donc du point de branchement 16 vers le point de branchement 12. Toutefois, si pour une raison quelconque du fluide en provenance de la pompe 20 court-circuitait Les réseaux d'utilisation en passant directement du point de branchement 12 au point de branchement 16, ce phénomène ne serait pas nécessairement détecte par un thermostat unique 1 9 Pour éviter ce phénomène, on a prévu selon I' invention un second mode de réalisation illu-stre par la figure 2 et dont la structure générale est identique à @elui représenté par la figure 1, la seule différence étant la présence d'un second thermostat de commande 22 disposé dans le circuit secondaire en amont du premier point de branchement 12 du circuit secondaire, la vanne à servo-commande 4 étant alors régulée par un signal différentiel entre le thermostat 19 et le thermostat 22. Cette disposition permet de s'assurer que le mouvement de fluide entre le point 12 et le point 16, dans la mesure ou ce mouvement existe, se fait toujours du point 16 vers le point 12 et en bonne quantité. En effet, en fonctionnement normal, le fluide qui s'écoule dans le tronçon de ligne commun 1 0 est un mélange de fluide chaud en provenance de la pompe 20 et de fluide de recyclage en provenance du tronçon de ligne compris entre Les points 16 et 12.La tampé- rature détectée par le thermostat 19 doit donc être inférieure à celle détectée par Le thermostat 22. Si, pour une raison quelconque, la pompe 20 fonctionne à un débit supérieur à la somme des débits des pompes de circulation 14.1, 14.2, du fluide en provenance de la pompe 20 va circuler du point de branchement 12 vers Le point de branchement 16 et la température détectée par le thermostat 19 va être égale à cet ie détectée par le thermostat 22. Le signal différentiel entre ces thermostats v a donc commander la fermeture de la vanne 4 et, par voie de conséouence, la baisse du débit de la pompe 20, ramenant ainsi l'installation à un fonctionnement optimum. La figure 3 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention qui, comme les précédents, comporte un primaire ayant une lionne d'arrivée 3, une vanne à se r vo - -commande 4 sur la ligne d'arrivée, un échangeur de chaleur 6 pour associer le primaire et le secondaire. De même, une turbine 21 est disposée dans le circuit primaire et une pompe de régulation 20 est disposée dans le secondaire. Les réseaux d'utilisation comprennent cette fois des vannes à deux voies et les points 12 et 16 du circuit secondaire ne sont plus raccordés entre eux par un tronçon de ligne direct.L'organe de comman@e de la vanne à servo-commande 4 est cette fois formé par un pressostat différentiel 24 branché entre Les points 12 et 16. On constate que dans ce mode de réalisation de l'invention les pompes de circulation 14.1, 14.2 ne sont pas nécessaires et ont été supprimées sur le mode de realisa- tion illustre. Si lion souhaite effectuer un recyclage partiel au niveau d'un réseau d'utilisation on peut en outre prévoir un tronçon de recyclage calibré 23.1, 23.2 (représenté en pointillés sur -là figure 3). Dans ce cas il est toutefois souhaitable de rétablir les pompes de circulation entre La sortie de la vanne de régulation secondaire et la ligne de retour du réseau d'utilisation. Bien entendu,- l'invention est susceptible de variantes de réalisation qui apparaîtront à l'homme de métier sans sortir du cadre de protection. En particulier, dans le cas où l'on ne cherche pas à maintenir une température de retour aussi constante que possible mais simplement à réguler la temperature dans le secondaire, on peut prévoir de ramener le thermostat 19 immédiatement à la sortie de la pompe de régulation 20. En outre, dans le cas du mod.e de réalisation de la figure 1, le fonctionnement s'effectue normalement, c'est-à- -dire sans circulation de fluide du point 12 vers te point 16 à condition que la température de consigne du thermostat 19 soit inférieure à la température d'arrivée du primai ne. Si, pour des rai sons t techniques (notamment de puissance calorifique recuise au niveau des réseaux d'utilisation), on fait varier la température bu primaire, i I conviendra de s'assurer que la consigne du thermostat reste inférieure à La température d'arrivée du primaire et, le cas échéant, de modifier la consigne. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage comportant un circuit primaire (1) dans lequel est montée une vanne à- servo -commande (4) et un organe d'échange de chaleur primaire, un circuit secondaire (2) en boucle fermée associé au circuit primaire par un organe d'échange de chaleur secondaire et sur Lequel sont branchés des réseaux d'utilisation parallèles (7.1, 7.2) comprenant chacun une vanne de régulation (8.1, 8.2) ayant au- moins une première entrée (9.1, 9.2) reliée au circuit secondaire en un premier point (12) de celui-ci et une sortie (13.1, 13.2) reliée au circuit secondaire en un second point (16) de celui-ci, au moins un organe de commande (19, 24) de la vanne à servo-commande du circuit -r c u i t primaire, cet organe de commande étant disposé dans le circuit secondaire et une pompe de régulation (20) disposée dans le circuit secondaire, caractérisée en ce que la pompe de régulation (20) est entraînée en rotation par une turbine (21) disposée dans Le circuit primaire. 2. Installation de chauffage selon ta revendication -1 caractérisée en ce que chaque vanne de régulation des circuits d'utilisation est une vanne à trois voies (8.1, 8.2) ayant une première entrée C9.1, 9.2) reliée au premier pcint (12) du circuit secondaire et une sortie (13.1, 13.2) reliée d'une part à une seconde entrée (15.1, 15.2) de cette même vanne et d'autre part au second point (16) du circuit secondaine, en ce qu'unie pompe de circulation (14.1, 14.2) est disposée dans chaque réseau d'utilisation, en ce que le premier et le second point du circuit secondaire sont reliés entre eux par un tronçon de ligne, en ce que les réseaux d'utilisation parallèles ont une ligne d'arrivée (11.1, 11.2) branchée sur un tronçon de ligne commun (10) lui-même relié au premier point (12) du circuit secondaire et en ce oue l'organe de commande de la vanne à servo-commande du primaire est un premier thermostat (19) disposé sur te tronçon de ligne commun (10). 3. Installation de chauffage selon t-a revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comporte un second thermostat de commande (22) disposé dans le circuit secondaire en amont du premier point (12) du circuit secondaire et en ce que La vanne à servo-commande (4) du circuit primaire est sensible à un signal différentiel du premier e-t du second thermostat de commande. 4. Installation dé chauffage selon la revendication 1 caractérisée en ce que ltorgane de commande de la vanne à servo-commande est un pressostat différentiel (24) branche entre le premier point (12) et le second point (16) du circuit secondaire.