Brevet FR2651866A1 — publié le 19910315

La présente invention concerne une installation collective de chauffage et de distribution d'eau chaude sanitaire, ainsi qu'un poste individuel pour une telle installation. Une installation de ce type comporte typiquement une source d'énergie, une pluralité de postes individuels consommateurs d'énergie et un circuit fermé de distribution alimentant les postes individuels en énergie produite par la source. Le plus souvent, le circuit fermé de distribution est réalisé sous la forme d'un circuit en double boucle, avec une conduite d'alimentation en fluide caloporteur, généralement de l'eau chaude (première boucle) et une conduite de retour (seconde boucle). Les différents postes individuels sont montés en pont entre les deux boucles ; ils reçoivent l'eau chaude de la première boucle et la recyclent vers la seconde boucle après qu'elle ait traversé les divers éléments consommateurs dténergie (radiateurs, échangeurs de chaleur, etc.) du poste individuel et cédé son énergie thermique à ces derniers. Ce système permet d'individualiser la distribution de l'énergie produite par la source commune, chaque poste individuel correspondant à un logement donné ou une zone de bureaux donnée. On pourra notamment effectuer un comptage de l'énergie consommée au niveau de chaque poste individuel Cependant, ce comptage est souvent difficile à réaliser, dans la mesure où il dépend de deux facteurs (débit d'alimentation du poste individuel par le fluide, d'une part, et température de celui-ci, d'autre part), ce qui nécessite l'usage de systèmes de comptage qui sont généralement soit peu précis soit peu fiables.En outre, si l'on souhaite pouvoir réaliser un relevé à distance des compteurs individuels, on devra mettre en place des circuits relativement complexes de calcul, de conversion et de télétransmission de la quantité d'énergie consommée par les différents postes individuels. L'un des buts de l'invention est de proposer un système de chauffage et de distribution d'eau chaude sanitaire permettant de remédier à ces inconvénients. On verra notamment que la réalisation du circuit fermé de distribution peut être notablement simplifiée, avec une réduction corrélative du coût des infrastructures. En outre et surtout, on verra que le système de l'invention permet de simplifier considérablement le comptage de l'énergie consommée par chaque poste individuel ; on pourra ainsi, malgré l'économie des moyens mis en oeuvre, assurer un suivi centralisé, à distance et en temps réel, de la consommation de chacun des postes individuels. A cet effet, de façon caractéristique de l'invention, dans l'installation du type précité, le circuit fermé de distribution comporte une boucle commune unique dans laquelle un fluide caloporteur circule à débit constant, et les postes individuels comprennent chacun un circuit primaire, branché sur la boucle commune de manière à être alimenté par celleci à débit constant, et des moyens pour relier ce circuit primaire à une première boucle individuelle assurant le chauffage de radiateurs et/ou à une deuxième boucle individuelle assurant le chauffage de l'eau chaude sanitaire. Le terme boucle unique sera entendu par opposition aux doubles boucles parallèles de l'art antérieur (une boucle d'alimentation en fluide caloporteur et une boucle de retour), le terme de boucle unique n'excluant pas qu'une même installation puisse comporter une pluralité de boucles distinctes alimentant chacune une série de postes individuels - mais dans ce dernier cas le fonctionnement de chaque boucle sera entièrement indépendant de celui des autres. Outre le fait que l'on prévoit une boucle simple au lieu d'une boucle double (ce qui réduit d'autant le coût de l'infrastructure), le fonctionnement à débit constant, à la fois dans la boucle commune de l'installation et dans le circuit primaire de chaque poste individuel, permet de s'affranchir du paramètre de débit pour le comptage de l'énergie consommée. Ainsi, l'installation comporte avantageusement, à cet effet, des moyens de mesure de la diminution de température, entre l'amont et l'aval de chaque poste individuel, du fluide caloporteur circulant dans la boucle commune, et des moyens de calcul pour déterminer, à partir de cette mesure, la quantité d'énergie consommée par le poste individuel correspondant, cette détermination étant essentiellement indépendante du débit de fluide caloporteur circulant dans chaque poste individuel. Puisqu'il ne s'agit de mesurer que des températures, les moyens mis en oeuvre à cet effet pour effectuer la mesure et la centralisation des données recueillies peuvent être simplifiés par rapport aux systèmes de comptage d'énergie traditionnels. Typiquement, ces moyens comportent alors une sonde de mesure de la température du fluide caloporteur en amont de chaque poste individuel, des moyens de numérisation de la mesure donnée par cette sonde et des moyens de transmission, sur un bus commun, de la donnée ainsi obtenue vers les moyens de calcul, le parcours du bus suivant essentiellement celui de la boucle commune de distribution du fluide caloporteur. L'invention a également pour objet, en tant que tel, le poste individuel destiné à une installation du type que l'on vient d'exposer. Avantageusement, ce poste individuel comporte dans son circuit primaire un volume réducteur de pression, alimenté par le débit constant du circuit primaire et pourvu de prises d'alimentation reliées à la première et à la seconde boucle individuelle. Cette configuration, caractéristique de l'invention, permet d'assurer le prélèvement - variable en fonction des besoins individuels - du fluide caloporteur essentiellement sans perturber le débit de celui-ci dans le circuit primaire du poste individuel et dans la boucle commune, ces débits devant être essentiellement constants, comme on l'a indiqué plus haut. Dans le cas où le poste individuel doit également fournir l'eau chaude sanitaire, on prévoit, dans une deuxième boucle individuelle reliée au circuit primaire, un échangeur thermique assurant le chauffage de l'eau chaude sanitaire par un circuit secondaire distinct. On assure ainsi le réchauffage par l'échangeur thermique de l'eau froide amenée séparément au poste individuel, ce qui permet de distinguer entièrement le circuit de chauffage de l'eau chaude sanitaire (deuxième boucle individuelle), qui sera toujours un circuit fermé, et celui de la distribution de cette eau chaude sanitaire, qui sera un circuit ouvert. On n'opère ainsi aucun prélèvement de fluide sur le circuit de distribution d'énergie. Enfin, chaque poste individuel comporte de préférence, dans le circuit primaire, un circulateur fonctionnant en continu et une vanne de réglage du débit dans le circuit primaire. En ajustant ainsi un débit constant dans le circuit primaire de chaque poste individuel, on garantit la constance du débit dans la boucle commune de distribution d'énergie 0 On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés. On notera que, d'une figure à l'autre, les mêmes références numériques désignent des éléments identiques. Par ailleurs, on a représenté par convention en trait plein les circuits de distribution de fluide caloporteur et en trait interrompu les circuits électriques et électroniques de collecte, de transmission et de traitement des données relatives aux consommations d'énergie des différents postes. La figure 1 est une représentation schématique du système de l'invention, montrant la structure générale de la boucle commune et d'un poste individuel avec les appareils qu'il dessert. La figure 2 représente, de façon plus détaillée, la structure interne d'un poste individuel. La figure 3 montre l'organisation du circuit de collecte et de traitement des données relatives à l'énergie consommée par chaque poste individuel. La figure 4 est un détail de la figure 3, montrant la manière dont un boîtier commun peut recueillir et numériser les données en provenance de plusieurs postes individuels différents. 0 Sur la figure 1, la référence 100 désigne de façon générale le système de production et de distribution de l'énergie de chauffage (chauffage des locaux et/ou de l'eau chaude sanitaire), intégré à l'infrastructure du bâtiment). Ce système 100 comporte essentiellement une source d'énergie constituée par une ou plusieurs chaudières 110 assurant le chauffage d'un fluide caloporteur (généralement de l'eau) circulant en circuit fermé (c'est-à-dire avec recyclage total) dans une boucle d'énergie monotube 120 à débit constant. Chaque logement est équipé d'un poste individuel ou satellite 200 venant s'alimenter sur la boucle 120. Chacun de ces satellites 200 comporte une prise d'entrée 201 dérivant une partie du débit de la boucle 120, une prise de sortie 202 restituant à la boucle 120 le débit capté par la prise 201 et une alimentation en eau froide 203, cette eau froide étant réchauffée à l'intérieur du satellite 200 et distribuée par une conduite 204 aux sanitaires 205. Par ailleurs, des conduites 206, comportant un circuit aller et un circuit retour, distribuent liteau chaude à des radiateurs 207 pour le chauffage du logement. La figure 2 montre la structure interne du satellite 200. Celui-ci comporte un circuit primaire 210 relié à la boucle commune 120, un circuit secondaire 220 pour le chauffage et la distribution de l'eau chaude sanitaire et/ou un autre circuit secondaire, distinct du précédent, pour le chauffage de l'eau destinée aux radiateurs. Le circuit primaire 210 du satellite 200 est monté entre un piquage d'entrée 211 et un piquage de sortie 212 établi sur la boucle commune 120. On notera que le prélèvement de fluide caloporteur au moyen de piquages permet d'éviter que le débit dans la boucle commune ne soit perturbé par un mauvais fonctionnement (obstruction, etc.) de l'un des satellites et permet en outre le réglage individuel du débit de chaque satellite indépendamment du débit global dans la boucle commune. Le circuit primaire du satellite comporte successivement, en partant du piquage d'entrée 211, un circulateur primaire 213 alimenté en continu, une vanne d'arrêt 214, un volume réducteur de pression 215 et une vanne de réglage et de mesure du débit 216. Le volume réducteur de pression 215, ou bouteille cassepression , est simplement constitué d'un volume, par exemple un réservoir cylindrique, provoquant pour l'écoulement de fluide une augmentation importante de diamètre par rapport à celui de la conduite qui l'alimente. Compte tenu du fait que le fluide y circule à débit constant, l'accroissement de diamètre va provoquer une diminution corrélative de la vitesse du fluide et donc une diminution importante de la perte de charge dans cette région du circuit, conduisant à un abaissement de la pression du fluide dans le volume 215 par rapport à celle dans la conduite commune 120. Par ailleurs, la combinaison du circulateur 213 et de la vanne de réglage 216 permet, au moment de la mise en service du satellite, d'ajuster le débit dans le circuit primaire 210 au niveau de chaque logement, garantissant ainsi la constance du débit dans la boucle commune. On peut utiliser pour la vanne 216 un modèle permettant à la fois réglage et mesure du débit (typiquement, à 5 % près), la vanne étant plombée une fois le réglage effectué. La bouteille casse-pression 215 assure la distribution du fluide caloporteur vers des circuits secondaires d'utilisation : un premier circuit secondaire 220 assure le chauffage de l'eau chaude sanitaire, et un deuxième circuit secondaire 230 assure la distribution d'eau chaude vers les radiateurs. De préférence, on prélève l'eau destinée au circuit 220 au sommet de la bouteille casse-pression 215 (qui est alors configurée sous forme d'un récipient allongé vertical), et celle destinée au circuit 230 en partie inférieure de cette bouteille. Ceci permet, en cas de besoin énergétique important, de donner la priorité à l'eau chaude sanitaire, la température du fluide caloporteur étant plus élevée au sommet de la bouteille 215 qu'en partie inférieure de celleci en présence d'un gradient de température à l'intérieur du volume 215, et le flux incident étant dirigé vers le haut. Pour donner l'eau chaude sanitaire, on ne prélève pas l'eau circulant dans la boucle commune afin ne pas perturber le débit dans celle-ci, mais on chauffe séparément, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 221, de l'eau froide amenée par la conduite 203. Le circuit secondaire 220, qui est donc un circuit fermé, comporte successivement une vanne d'arrêt 222, un circulateur 223, l'échangeur thermique 221 et une vanne d'arrêt 224 recyclant le fluide caloporteur vers la bouteille 215. On prévoit en outre une vanne trois voies 225 entre les vannes d'arrêt 222 et 224. L'eau chaude sanitaire, qui provient du circuit secondaire de l'échangeur 221 (circuit ouvert, à la différence du circuit primaire), est distribuée par un répartiteur 226 sur lequel sont montées les conduites d'eau chaude aboutissant aux divers sanitaires. Une vanne trois voies 227 est également prévue au secondaire de l'échangeur 221. Le collecteur 226 est également équipé de ces vannes d'arrêt (non représentées). L'autre circuit secondaire, qui est destiné à alimenter les radiateurs, comporte successivement un robinet d'arrêt 231 prélevant le fluide caloporteur dans la bouteille 215, un circulateur 233, un distributeur 232, les différents radiateurs du logement (non représentés), un collecteur de retour 234 et un robinet d'arrêt 235 recyclant le fluide caloporteur vers la bouteille 215. Le fonctionnement du circulateur 232 est régulé par un thermostat d'ambiance 236 placé en un endroit approprié du logement. Les différentes conduites internes au satellite 200 et celles servant à raccorder celui-ci à la boucle commune 120 peuvent être réalisées en tube d'acier ou de cuivre ; en revanche, celles qui alimentent les sanitaires et les radia teurs à partir des distributeurs et collecteurs 226, 233 et 234 peuvent être réalisées en matière plastique (polyéthylène par exemple), du fait que l'on travaille en basse pression, celle-ci ayant été abaissée par la bouteille 215. Les tubes en matière plastique peuvent être noyés dans la dalle de sol des logements ou circuler sous plinthe plastique. On va maintenant décrire le système d'acquisition et de traitement des données relatives aux consommations individuelles de chaque satellite. Ce système 300 (figure 3) comporte essentiellement un calculateur 310 (par exemple, un micro-ordinateur) relié à un bus 320 suivant le même parcours que celui de la boucle commune 120 de distribution du fluide caloporteur. Au niveau de chacun des N logements est disposé une sonde de température 330, par exemple une sonde de type classique sous doigt de gant mesurant la température du fluide caloporteur dans la boucle 120 à l'entrée de chaque logement, c'est-à-dire juste avant le piquage d'entrée 211 de prélèvement du fluide. La température Tn mesurée par cette sonde est numérisée par un boîtier 340 qui, comme on l'a illustré figure 4, peut être commun à une pluralité de sondes 330. Ce boîtier 340 va numériser les différentes températures des sondes qui lui sont reliées et appliquer les données correspondantes sur le bus 320 auquel il est raccordé. Le bus 320 va transmettre, à des intervalles de temps prédéfinis, les températures T1, T2, ... TN ainsi recueillies au calculateur 310, qui va pouvoir ainsi suivre en temps réel (à l'intervalle d'échantillonnage près) l'évolution de la température du fluide caloporteur tout au long de la boucle 120. Le calculateur reçoit également d'un compteur d'énergie primaire 350 la valeur de l'énergie globalement consommée par l'ensemble du système. A partir de ces données, le calculateur 310 détermine une échelle de répartition de la consommation d'énergie entre les différents logements d'après les relations suivantes, qui prennent en compte, conformément aux règles en usage, la situation du logement et le chauffage des parties communes. L'énergie consommée par le ne logement est donnée par En = P (a.E + b EC), p étant un coefficient destiné à pondérer la consom mation imputée, en plus ou en moins par rapport à une valeur neutre p = 1, selon la situation du logement (par exemple un logement situé au dernier étage ou en pignon, ou au contraire un logement bien abrité ou entouré d'autres logements chauffés), a étant la part privative de la clef de répartition des charges de chauffage, b étant la part commune de la clef de répartition des charges de chauffage (a + b = 1), Ei étant l'énergie individuelle consommée par le ne logement, et Ec étant la part d'énergie consommée pour le chauf fage des parties communes. Ec est donnée par E étant l'énergie globale consommée par l'installa tion (déterminée par le capteur 350), Vn étant le volume du ne logement, et N étant le nombre total de logements. Ei est donnée par Ei = E . r, r étant un coefficient d'échelle de répartition, caractéristique de la présente invention, calculé comme suit T n étant la température du ne logement, et dt étant l'intervalle d'intégration, correspondant ou non à l'intervalle d'échantillonnage des valeurs de température. Comme on peut le voir, ce mode de calcul est entièrement indépendant du débit, aussi bien de celui de la boucle commune que celui de la boucle primaire de chacun des satellites, et ne requiert que l'acquisition de données de température, ce qui ne pose aucune difficulté particulière. Dans le calcul qui précède, on a supposé que les pertes thermiques étaient négligeables entre la prise de sortie d'un logement donné et la prise d'entrée du logement suivant, ce qui permet de se contenter d'une mesure unique de température au niveau de chaque logement. Sinon, on devrait prévoir une mesure différentielle entre la prise d'entrée et la prise de sortie de chaque logement, solution qui serait plus complexe à mettre en oeuvre. Le calculateur 310 peut être relié à une imprimante 311 et à un modem 312 permettant de gérer à distance le système de chauffage via le réseau téléphonique commuté (symbolisé en 313) et un organe de commande distant, par exemple un simple terminal vidéotex 314. REVENDICATIONS 1. Une installation collective de chauffage et/ou de distribution d'eau chaude sanitaire, comprenant - une source d'énergie (110), - une pluralité de postes individuels (200) consommateurs d'énergie, et - un circuit fermé de distribution alimentant les postes individuels en énergie produite par la source, installation caractérisée en ce que - le circuit fermé de distribution comporte une boucle commune unique (120) dans laquelle un fluide caloporteur circule à débit constant, et - les postes individuels comprennent un circuit primaire (210), branché sur la boucle commune de manière à être alimenté par celle-ci à débit cons tant, et des moyens pour relier ce circuit primaire à une première boucle individuelle (220) assurant le chauffage de radiateurs et/ou à une deuxième boucle individuelle (230) assurant le chauffage de l'eau chaude sanitaire. 2. L'installation de la revendication 1, comportant en outre - des moyens (330) de mesure de la diminution de température, entre l'amont (Tn) et l'aval (Tn+l) de chaque poste individuel, du fluide caloporteur circulant dans la boucle commune (120), et - des moyens de calcul (310) pour déterminer, à partir de cette mesure, la quantité d'énergie consommée par le poste individuel correspondant, cette détermination étant essentiellement indépendante du débit de fluide caloporteur circulant dans chaque poste individuel. 3. L'installation de la revendication 2, dans laquelle les moyens de mesure comportent - une sonde (330) de mesure de la température (Tn) du fluide caloporteur en amont de chaque poste individuel, - des moyens (340) de numérisation de la mesure donnée par cette sonde, et - des moyens de transmission, sur un bus (320) commun, de la donnée ainsi obtenue vers les moyens de calcul, le parcours du bus suivant essentiellement celui de la boucle commune de distribution du fluide caloporteur. 4. L'installation de la revendication 2, dans laquelle les moyens de calcul déterminent en outre, à partir de l'énergie globale E consommée par l'installation, l'énergie individuelle Ei consommée par le ne logement par une relation de la forme Ei = E . r, r étant un coefficient d'échelle de répartition tel que T n étant la température du ne logement, et dt étant un intervalle d'intégration. 5. Un poste individuel (200) pour une installation collective de chauffage et de distribution d'eau chaude sanitaire comprenant une source d'énergie (110) et un circuit fermé de distribution alimentant une pluralité de postes individuels en énergie produite par la source, caractérisé en ce que, le circuit fermé de distribution comportant une boucle commune unique (120) dans laquelle un fluide caloporteur circule à débit constant, ce poste individuel comprend - un circuit primaire (210), branché sur la boucle commune de manière à être alimenté par celle-ci à débit constant, et - des moyens pour relier ce circuit primaire à une première boucle individuelle (220) assurant le chauffage de radiateurs et/ou à une deuxième boucle individuelle (230) assurant le chauffage de l'eau chaude sanitaire. 6. Le poste individuel de la revendication 5, dans lequel le circuit primaire (210) comporte un volume réducteur de pression (215) alimenté par le débit constant du circuit primaire et pourvu de prises d'alimentation (222, 224 ; 231, 235) reliées à la première et à la seconde boucle indivi duelle 7. Le poste individuel de l'une des revendications 5 et 6, comprenant, dans une deuxième boucle individuelle (230) reliée au circuit primaire, un échangeur thermique (221) assurant le chauffage de l'eau chaude sanitaire par un circuit secondaire distinct. 8. Le poste individuel de l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le circuit primaire (210) comporte un circulateur (213) fonctionnant en continu et une vanne (216) d'ajustement du débit dans le circuit primaire.