Brevet FR2638223A1 — publié le 19900427

Installation et appareil pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire individuels à partir d'une chaufferie collective. L'invention concerne une installation et un appareil pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire, à fluide caloporteur, avec distribution par local individuel à partir d'une chaufferie collective. Il est connu de chauffer des logements et principalement des appartements à partir d'une chaufferie collective à fluide caloporteur et notamment à eau chaude. Toutefois, ce système est souvent abandonné à cause de certains inconvénients tels que: - difficulté d'équilibrage du débit d'eau par appartement du fait des pertes de charge importantes dans les circuits; - gaspillage d'énergie du fait du manque de régulation possible par appartement; - injustice d'une répartition des charges de chauffage proportionnellement à la surface des logements et non par rapport à une consommation réelle; - nécessité d'installations individuelles propres pour les besoins sanitaires ou déperditions importantes de calories dues aux canalisations de transmission en cas de distribution d'eau sanitaire également collective. Par contre, le chauffage purement individuel, s'il présente des avantages tels que la facilité de régulation et le calcul de la consommation exacte d'énergie, il présente aussi les inconvénients inhérents à son individualisation et, notamment, les inconvénients dus aux problèmes d'installation (évacuation des fumées, ventilation,...), aux coûts de l'entretien et des réparations, aux nuisances acoutisques et autres, aux risques de fuites, aux problèmes de sécurité,... C'est pourquoi l'inventeur a imaginé une installation qui a les avantages à la fois d'un chauffage individuel et d'un chauffage collectif, sans en avoir les inconvénients. L'invention propose une installation pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire, à fluide caloporteur, avec distribution par local individuel à partir d'une chaufferie collective qui comporte pour chaque local individuel à chauffer, au moins une canalisation d'arrivée et une canalisation de retour formant un circuit dénommé circuit primaire, lesdites canalisations étant branchées sur des conduites respectivement d'entrée et de sortie du circuit de chauffage dudit local, installation qui est remarquable en ce qu'elle comporte un compteur de consommation thermique, tandis qu'un circuit de réchauffage d'eau sanitaire est branché sur le circuit de chauffage du local, ces deux circuits formant un circuit dénommé circuit secondaire, le tout de manière telle que ledit compteur permet de compter les calories utilisées par tout le circuit secondaire. De la sorte, on retrouve dans une installation de ce type, les mêmes avantages que ceux d'un chauffage individuel, sans -en avoir les inconvénients, ces derniers étant justement confondus avec les avantages d'un chauffage collectif. En outre, une telle installation présente des avantages propres, tels qu'une puissance totale installée dans le bâtiment, qui est inférieure à la somme des puissances des chaudières individuelles à production d'eau chaude instantanée ou à la puissance d'une chaufferie collective assurant simultanément le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire. De plus, on peut remarquer qu'un seul compteur est nécessaire pour mesurer l'ensemble de l'énergie consommée par le chauffage et le réchauffage d'eau sanitaire pour chaque local. Le circuit de réchauffage d'eau sanitaire comporte, par exemple, un ballon d'eau sanitaire muni d'un échangeur de chaleur entre l'eau sanitaire et le fluide caloporteur. Il est clair toutefois qu'un échangeur du type instantané, à plaques ou à tubes par exemple, est parfaitement envisageable. Avantageusement, le circuit primaire et le circuit secondaire communiquent entre eux par l'intermédiaire d'un conteneur de mélange muni d'une première entrée et d'une première sortie sur]esquelles sont branchées les canalisations respectivement d'arrivée et de retour du circuit primaire, et d'une deuxième entrée et d'une deuxième sortie sur lesquelles sont branchées les conduites respectivement de sortie et d'entrée du circuit de chauffage du local. De préférence dans ce cas, chaque entrée du conteneur est prévue éloignée de sa sortie correspondante. Le conteneur de mélange assure notamment, un équilibrage des circuits et un débit sensiblement constant pour le système de comptage de la consommation thermique. Selon un mode de réalisation, le circuit de réchauffage o10 d'eau sanitaire est branché en parallèle sur le circuit de chauffage du local par l'intermédiaire d'une vanne directionnelle. Toutefois, pour une installation comportant un ballon d'eau sanitaire, un autre mode de réalisation est remarquable en ce que l'échangeur de chaleur entre l'eau sanitaire et le fluide caloporteur est constitué par l'enveloppe extérieure du ballon d'eau sanitaire et par une -chemise de circulation dudit fluide caloporteur qui enveloppe ledit ballon, alors que le conteneur de mélange entre les circuits respectivement primaire et secondaire est constitué par ladite chemise de fluide caloporteur. Avantageusement, le circuit de chauffage du local comporte une pompe de circulation et une vanne de mélange, cette dernière étant disposée entre les conduites d'entrée et de sortie dudit - circuit de chauffage. La présence d'une pompe de circulation dans le circuit secondaire assure avantageusement de très faibles pertes de charge dans le circuit primaire (contrairement à un système classique). L'invention concerne aussi un appareil remarquable en ce qu'il rassemble les organes de commande et de contrôle de l'installation, ledit appareil étant branché sur les canalisations d'entrée et de sortie du circuit primaire et sur les conduites d'arrivée et de sortie du circuit secondaire. Dans le cas o le circuit de réchauffage d'eau sanitaire comporte un ballon, alors ledit appareil est de préférence aménagé au voisinage immédiat dudit ballon, par exemple à côté. Une carrosserie peut aussi être imaginée pour englober l'ensemble, y compris le ballon, surtout dans le cas du deuxième mode de réalisation mentionné (ballon à chemise d'eau). Ainsi, l'utilisateur aura tous les éléments de contr8le rassemblés au même endroit, alors que seules, les canalisations et les conduites de l'installation émergent dudit appareil. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement une installation selon un premier mode de réalisation selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation selon l'invention, - la figure 3 montre un appareil selon l'invention. - la figure 4 montre un appareil selon un autre mode de réalisation. Sur les figures I à 4, on peut voir un circuit primaire comportant deux canalisations respectivement d'arrivée 101,201,301,401 et de retour 102, 202,302,402. Ces canalisations appartiennent à une chaufferie collective à fluide caloporteur et plus particulièrement à eau chaude, dont la ou les chaudières, telles que 330 et 430 sur les figures 3 et 4, peuvent être de tout type (à charbon, bois, fuel, gaz,...). La canalisation d'arrivée 101,201 est pourvue d'une sonde de température 103,203 et la canalisation de retour 102,202 d'un compteur de consommation thermique 104,204, souvent dénommé compteur de calories. La sonde de température 103,203 est reliée audit compteur 104,204 comme le montrent les dessins, tandis que ce dernier est aménagé pour calculer l'énergie dépensée entre l'arrivée et le retour, en fonction du débit et du gradient de température mesuré entre ladite arrivée et ledit retour. Toutefois, il est bien sûr tout à fait envisageable d'utiliser tout autre type de compteur. Comme le montrent aussi les figures 1 et 2, on peut prévoir une vanne de barrage 105,205 sur la canalisation d'arrivée et une vanne de barrage 106, 206 sur la canalisation de retour, de même qu'une vanne d'isolation compteur 107,207 et un filtre o5 108,208, ces deux derniers éléments étant aménagés tous deux du côté opposé à la vanne 106,206 par rapport audit compteur 104,204. Comme le montrent encore les figures, l'installation comporte en outre un circuit de chauffage pourvu d'une conduite d'entrée 109,209,309,409 et d'une conduite de sortie 110,210,310,410: Le circuit de chauffage comporte des corps de chauffe 111,211,311,411 tels que des radiateurs ou des canalisations noyées dans le sol du local à chauffer. L+e circuit de chauffage comporte aussi une pompe de circulation 112,212, une vanne mélangeuse 113,213 (automatique ou manuelle) et un thermomètre ,220. Sur le circuit de chauffage précédemment décrit est branché un circuit de réchauffage d'eau sanitaire comportant un ballon d'eau sanitaire.114,214,314 muni d'un échangeur de chaleur dont il sera question ci-après. Dans la description qui précède, on peut constater que tous les éléments du mode de réalisation de la figure 1 référencés 101 à 114 se retrouvent quant à leur fonction sur la figure 2 et prennent les références correspondantes 201 à 214, et l'analogie entre ces deux modes de réalisation n'est pas terminée. Sur la figure 1, on peut voir que le ballon 114 est muni d'un échangeur 115 qui est branché sur un circuit 116 en parallèle sur le circuit de chauffage 109,110, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 117 et d'une vanne directionnelle à trois voies 118. Dans ce mode de réalisation de la figure 1, on pourrait toutefois prévoir. comme déjà dit un autre type d'échangeur, à plaques ou à tubes par exemple, du genre instantané et donc sans ballon. L'ensemble du circuit (109,110), d'une part, et 116, d'autre part, forme un circuit dénommé circuit secondaire. Le circuit primaire 101,102 et le circuit secondaire précité communiquent entre eux par un conteneur de mélange 119 muni, d'une part, de deux entrées sur lesquelles sont branchées respectivement la canalisation d'arrivée 101 du circuit primaire et la conduite de sortie 110 du circuit de chauffage et, d'autre part, de deux sorties sur lesquelles sont branchées respectivement la canalisation de retour 102 du circuit primaire et la conduite d'entrée 109 du circuit de chauffage. Le conteneur de mélange 119 permet, notamment, d'équilibrer les circuits et de garantir un débit sensiblement constant pour le compteur 104. Le mode de réalisation de la figure 2 est tout à fait original. En effet, dans ce mode de réalisation, le conteneur de mélange 119 de la figure 1 est remplacé par une chemise d'eau 219 aménagé autour du ballon 214. On retrouve bien pour cette chemise d'eau les deux entrées sur lesquelles sont branchées respectivement la canalisation d'arrivée 201 du circuit primaire et la conduite de sortie 210 du circuit de chauffage et les deux sorties sur lesquelles sont branchées respectivement la canalisation de retour 202 du circuit primaire et la conduite d'entrée 209 du circuit de chauffage. Dans ce mode de réalisation particulier, l'échangeur 115 de la figure 1 est alors constitué par l'enveloppe extérieur du ballon 214 (en inox par exemple) et par la chemise d'eau 219, cette dernière servant aussi, comme déjà dit, de conteneur de mélange. On peut aussi noter, à ce stade de la description, que pour assurer de bons mélanges, les entrées dans le conteneur 119 ou 219 sont aménagées à distance de leurs sorties respectives et même à l'opposé en ce qui concerne le mode de réalisation de la figure 2. Etant donné la disposition de l'installation de la figure 1, le circuit secondaire est alors pratiquement confondu avec le circuit de chauffage, la chemise 219 étant bien disposée entre les circuits primaire 201,202 et secondaire 209,210. Les flèches montrent la circulation de l'eau dans les divers circuits. Dans les deux cas (figures 1 et 2), on constate que le compteur 104,204 permet de mesurer la quantité totale d'énergie consommée. La vanne mélangeuse 113,213 permet de régler la température du circuit de chauffage, température mesurée par le thermomètre 120,220. Toutefois, dans le cas de la figure 1, le circuit 116 de réchauffage d'eau sanitaire peut être court-circuité à volonté par la vanne directionnelle 118 en cas, par exemple, de dépassement d'une température de consigne, la vanne 118 pouvant être motorisée et commandée à partir d'une sonde de température 121 prévue dans le ballon 116 (la vanne 118 permet généralement l'ouverture, soit du circuit chauffage, soit du circuit de réchauffage d'eau sanitaire). On peut remarquer que le circuit de réchauffage d'eau sanitaire est prioritaire dans les deux montages des figures 1 et 2. Si dans le mode de réalisation de la figure 2, contrairement à celui de la figure 1, on ne peut pas court- circuiter le circuit de réchauffage sanitaire de telle sorte que la température dans le ballon 214 n'est pas réglable par l'utilisateur, il est clair qu'il est parfaitement possible d'utiliser, dans ce mode de réalisation, comme dans le premier d'ailleurs, un ou des mitigeurs thermostatiques, réglables ou non par l'utilisateur. Ce ou ces mitigeurs peuvent être aménagés dans le circuit d'eau sanitaire qui comporte, notamment, au moins un conduit d'alimentation 122,222,322,422 et un conduit de retour 123,223,323,423 comme le montrent bien les figures 1 à 4. L'invention concerne bien sûr les installations des figures 1 et 2, mais il est clair que ces installations peuvent être agencées de plusieurs manières. L'inventeur a, notamment, imaginé de rassembler tous les organes de commande et de contrôle, y compris l'éventuel mitigeur thermostatique, sous une même carrosserie formant un véritable appareil 324,424, comme le montrent les figures 3 et 4. Dans le mode de réalisation de la figure 3, l'appareil 324 est disposé sous le ballon 314, ce qui correspond plut8t à un mode de réalisation du type de l'installation de la figure 1. Dans le cas de l'installation de la figure 2, et éventuellement aussi pour celle la figure 1, l'appareil 424 peut avantageusement regrouper sous la même carrosserie l'ensemble des composants et le ballon, comme le montre la figure 4. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, des appareils 324 et 424, n'émergent que les canalisations 301,302; 401,402, les conduites 309,310; 409,410 et les conduits 322,323; 422,423 précédemment décrits (les conduits 322,323 et 422,423 provenant en fait directement du ballon d'eau sanitaire; tous les organes rassemblés dans l'appareil, tels que le conteneur t19 et la vanne 118 (dans le cas de la figure 1), la vanne mélangeuse 113,213, etc, ne sont évidemment pas visibles sur les figures 3 et 4, qui montrent des appareils carrossés. Sur les appareils 324 et 424 des figures 3 et 4, on peut voir par contre, un tableau de commande respectivement 325 et 425 qui comporte, par exemple, un bouton de manoeuvre 327,427 de la vanne mélangeuse 113,213, ainsi qu'un cadran de contrôle 'de température 328,428- qui est asservi au thermomètre 120,220. L'appareil 324 comporte en outre un bouton 326 de commande générale de mise en marche ou d'arrêt de l'installation de chauffage et de production d'eau -chaude sanitaire (et par conséquent de tout le circuit secondaire), ce bouton 326 n'existant évidemment pas dans le cas d'un mode de réalisation selon la figure 2. Enfin, le bouton 329,429 sert, par exemple, à commander la mise en marche de la pompe de circulation 112,212, avec deux positions souvent appelées position "été" et position "hiver". En position "été", le bouton 329 de l'appareil 324 autorise la mise en marche de la pompe 112, uniquement pour le réchauffage du ballon 114, alors qu'en position "hiver", ce bouton commande ladite pompe pour le réchauffage du ballon et le chauffage du corps de chauffe 111,311. Le bouton 429 de l'appareil 424, qui est plutôt destiné au mode de réalisation de l'installation de la figure 1, commande selon les positions dites "été" et "hiver", la mise hors service, ou respectivement en fonction, de la pompe 212. D'autres moyens peuvent en outre être prévus, telle, par exemple, qu'une fenêtre 431 pour permettre la lecture du compteur de consommation thermique dans le cas o celui-ci est aménagé dans l'appareil. REVENDICATIONS 1) Installation pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire, à fluide caloporteur, avec distribution par local individuel à partir d'une chaufferie collective qui comporte pour chaque local individuel à chauffer, au moins une canalisation d'arrivée (101,201,301,401) et une canalisation de retour (102,202,302,402) formant un circuit dénommé circuit primaire, lesdites canalisations étant branchées sur des conduites respectivement d'entrée (109,209,309,409) et de sortie (110,210, 310,410) du circuit de chauffage dudit local, installation caractérisée en ce qu'elle comporte un compteur de consommation thermique (104,204), tandis qu'un circuit de réchauffage d'eau sanitaire est branché sur le circuit de chauffage du local, ces deux circuits formant un circuit dénommé circuit secondaire, le tout de manière telle que ledit compteur permet de compter les calories utilisées par tout le circuit secondaire. 2) Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de réchauffage d'eau sanitaire comporte un ballon d'eau sanitaire (114,214,314) muni d'un échangeur de chaleur (115,219) entre l'eau sanitaire et le fluide caloporteur. 3) Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le circuit primaire et le circuit secondaire communiquent entre eux par l'intermédiaire d'un conteneur de mélange (119, 219) muni d'une première entrée et d'une première sortie sur lesquelles sont branchées les canalisations respectivement d'arrivée (101,201,301, 401) et de retour (102,202,302,402) du circuit primaire, et d'une deuxième entrée et d'une deuxième sortie sur lesquelles sont branchées les conduites respectivement de sortie (110,210,310,410) et d'entrée (109,209,309,409) du circuit de chauffage du local. 4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque entrée du conteneur est prévue éloignée de sa sortie correspondante. ) Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le circuit de réchauffage d'eau sanitaire est branché en parallèle (116) sur le circuit de chauffage du local par l'intermédiaire d'une vanne directionnelle (118). 6) Installation selon l'ensemble des revendications 2 et 3 ou 2 et 4, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur entre l'eau sanitaire et le fluide caloporteur est constitué par l'enveloppeextérieure du ballon (214) d'eau sanitaire et par une chemise de circulation (219) dudit fluide caloporteur qui enveloppe ledit ballon, alors que le conteneur de mélange entre les circuits respectivement primaire et secondaire est constitué par ladite chemise (219) de fluide caloporteur. 7) Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le circuit de chauffage du local comporte une pompe de circulation (112,212) et une vanne de mélange (113,213), cette dernière étant disposée entre les conduites d'entrée et de sortie dudit circuit de chauffage. 8) Appareil (324;424) pour installation de chauffage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il rassemble les organes de commande et de contrôle (326,327,328,329; 427,428,429) de l'installation, ledit appareil étant branché sur les canalisations d'entrée et de sortie du circuit primaire et sur les conduites d'arrivée et de sortie du circuit secondaire. 9) Appareil selon l'ensemble des revendications 2 et 8 pour installation dont le circuit de réchauffage d'eau sanitaire comporte un ballon (314) d'eau sanitaire, caractérisé en ce que ledit appareil (324) est aménagé au voisinage immédiat dudit ballon (314). ) Appareil selon l'ensemble des revendications 2 et 8 pour installation dont le circuit de réchauffage d'eau sanitaire comporte un ballon d'eau sanitaire, caractérisé en ce que ledit appareil (424) englobe ledit ballon sous la même carrosserie.