Brevet FR2666403A1 — publié le 19920306

i Installation pour le chauffage et/ou le refroidissement de bâtiments La présente invention concerne une installation pour le chauffage hivernal et/ou le refroidissement estival de bâtiments, dans laquelle des tubes véhiculant un liqui- de caloporteur pour amener la chaleur ou le froid nécessai- res respectivement au chauffage ou au refroidissement sont incorporés dans des plafonds du bâtiment et communiquent par le liquide qu'ils véhiculent avec un compresseur pro- duisant de la chaleur (ou du froid) Dans le cas d'une in- stallation connue de ce genre (brevet d'addition CH 221508) les locaux du bâtiment sont chauffés ou refroidis par des éléments chauffants s'étendant en forme de serpentins et noyés dans les planchers et les plafonds Dans ce cas le fluide chauffant est aspiré par un organe de circulation à partir de conduits, puis refoulé dans un condenseur et di- rigé par l'intermédiaire de conduits de départ et d'un dis- tributeur dans des éléments chauffants montés en parallèle qui sont noyés dans le plafond et/ou le plancher Un com- presseur associé et les éléments chauffants installés dans différents locaux peuvent être amenés à fonctionner à des moments différents de sorte que la puissance électrique prélevée sur le secteur pour l'entraînement du compresseur et sa puissance calorifique ainsi que les frais de l'in- stallation se trouvent réduits Pour cette installation les tubes véhiculant le liquide caloporteur sont noyés dans un élément de construction en béton massif, par exemple dans le plancher et dans le plafond, dont le pouvoir d'accumula- tion de chaleur est important de façon à obtenir une accu- mulation de chaleur relativement forte D'autre part, le pouvoir d'accumulation de chaleur d'un plafond peut dans cette installation de chauffage être rendu relativement restreint en garnissant ce dernier, en tant que plafond en béton, de briques moulées creuses et de tubes chauffants. Etant donné que dans le cas de cette installation les dif- férents éléments de construction constitutifs de locaux présentent des pouvoirs d'accumulation de chaleur diffé- rents, il est possible, en raison du haut pouvoir d'accumu- lation de chaleur du plancher et du plafond, de chauffer les éléments chauffants principalement de nuit, c'est-à- dire lorsque la demande de courant est faible, alors que les éléments chauffants du plafond à faible pouvoir d'accu- mulation de chaleur sont parcourus par le fluide chauffant durant la journée Ainsi on évite que tous les éléments chauffants ne soient chauffés ou refroidis simultanément; par conséquent, la puissance et les frais d'installation du système de chauffage se trouvent réduits pour une durée de service accrue. Dans le brevet allemand 3116872 est décrit un plancher climatisé muni d'une couche de recouvrement mon- tée, sur des éléments d'espacement, au-dessus d'un plancher inférieur et pour lequel il s'agit de pouvoir être posé ai- sément et de permettre une disposition des tubes chauffants qui réponde aux besoins calorifiques A cette fin il est prévu entre le plancher inférieur et la couche de recouvre- ment un espace intermédiaire qui est soumis à un écoulement d'air, des tubes chauffants s'étendant entre le plancher inférieur et la couche de recouvrement et une couche ther- miquement isolante posée sur le plancher inférieur étant prévue L'air doit s'écouler par les tubes chauffants et entre le tubes chauffants et la couche de recouvrement ain- si qu'entre les tubes chauffants et la couche thermiquement isolante Un inconvénient de cette installation consiste en le mauvais transfert de chaleur depuis les tubes chauffants par l'intermédiaire de l'espace creux à la surface de plan- cher proprement dite, ce qui en cas de chauffage nécessite des températures d'aller très élevées et en cas de refroi- dissement très basses Si l'on prévoyait pour cette instal- lation un compresseur, le rendement de celui-ci serait en conséquence mauvais, le risque de formation de condensat existant en outre en cas de refroidissement De surcroît, pour ce plancher climatisé un effet de chauffage ou de re- froidissement additionnel vers le bas est absolument exclu du fait de la présence d'une couche thermiquement isolante. En partant de l'état de la technique décrit en premier, la présente invention a pour but de réaliser une installation de chauffage du genre mentionné de telle mani- ère que la chaleur et/ou le froid amené aux plafonds du bâ- timent par l'intermédiaire des tubes véhiculant le liquide caloporteur soit transmis, d'un côté des plafonds, à un courant d'air frais guidé positivement et appliqué sur ces derniers et, de l'autre côté des plafonds, en même temps à l'air ambiant du bâtiment qui s'y trouve. Ce but est atteint selon l'invention, en ce qui concerne une installation pour le chauffage hivernal et/ou le refroidissement estival de bâtiments dans laquelle des tubes véhiculant un liquide caloporteur pour amener la cha- leur ou le froid nécessaires respectivement au chauffage ou au refroidissement sont incorporés dans des plafonds du bâ- timent et communiquent par le liquide qu'ils véhiculent avec un compresseur produisant de la chaleur (du froid), par le fait qu'aux plafonds sont associés des espaces creux guidant de l'air frais et qui présentent des ouvertures pour l'entrée de l'air frais et d'autres ouvertures pour la sortie de l'air frais réchauffé (refroidi) dans des zones de séjour du bâtiment et qu'il est prévu des organes de circulation pour l'air frais. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention les espaces creux sont formés par des faux pla- fonds ou par des canaux montés dans les plafonds Dans ce cas les plafonds peuvent avantageusement être réalisés en tant que plafonds en béton armé dans lesquels les tubes véhiculant le fluide caloporteur sont noyés Une forme de réalisation avantageuse est obtenue lorsque les espaces creux sont formés par des doubles planchers construits avec un certain espacement sur les plafonds Dans l'installation de chauffage selon l'invention les ouvertures d'entrée d'air frais peuvent être prévues à l'extérieur du bâtiment, par exemple dans les façades de celui- ci D'autre part, dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention il peut être utilisé pour la circulation de l'air frais, c'est-à-dire pour son écoulement positif, la dépression en- gendrée à l'intérieur du bâtiment au moyen de ventilateurs lors de l'évacuation de l'air du bâtiment par aspiration. De plus, il peut être associé aux espaces creux des venti- lateurs pour faire circuler l'air frais. Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce qu'au compresseur sont associées des valves d'inver- sion qui permettent à l'installation de passer du chauffage de l'air frais au refroidissement des plafonds. Avantageusement, le compresseur est entraîné par un moteur électrique auquel est associé un organe de com- mande d'accumulation qui, équipé d'une sonde externe ainsi que d'un détecteur de chaleur résiduelle, emmagasine la chaleur ou le froid, principalement avec du courant de nuit à tarif bas, dans les plafonds. Le compresseur est avantageusement raccordé à des tubes qui, montés dans la région des fondations du bâtiment et véhiculant le liquide caloporteur, se trouvent pour leur part en relation de transfert de chaleur avec la terre sous-jacente qui sert de récepteur et d'accumulateur de chaleur en été et, en conséquence, également de source de chaleur hivernale. Une forme de réalisation avantageuse de l'inven- tion consiste en ce que le compresseur est entraîné au moyen d'un moteur électrique et en ce que la chaleur ou le froid est principalement emmagasiné dans les plafonds avec du courant de nuit à tarif bas à l'aide d'un organe de com- mande d'accumulation, d'une sonde externe ainsi que d'un détecteur de chaleur résiduelle. Avantageusement, par l'intermédiaire du compres- seur et des tubes montés dans la région des fondations du bâtiment et véhiculant le liquide caloporteur, de la cha- leur normalement dissipée en pure perte est selon les be- soins accumulée dans la terre sous-jacente et ensuite réu- tilisée en tant que chaleur du milieu environnant De pré- férence, le compresseur est réalisé de façon à pouvoir être amené à passer selon les besoins, au moyen de valves d'in- version, du chauffage au refroidissement du bâtiment. L'invention est expliquée plus en détail ci-des- sous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au des- sin annexé. La figure unique montre une installation destinée au chauffage hivernal et/ou au refroidissement estival d'un bâtiment et dans laquelle il est prévu dans les plafonds 2 du bâtiment des tubes 4 qui, véhiculant du liquide calopor- teur, amènent de la chaleur ou du froid nécessaires respec- tivement au chauffage ou au refroidissement et communiquent par le liquide qu'ils véhiculent avec un compresseur pro- duisant de la chaleur (du froid) Ainsi que la figure le montre, il est associé aux plafonds 2 des espaces creux 5 qui guident de l'air frais et présentent des ouvertures 13 pour l'entrée de l'air frais 1 et en outre des ouvertures 13 ' pour la sortie de l'air frais réchauffé ou refroidi 1 dans les zones de séjour A du bâtiment De plus, l'air frais est déplacé positivement du fait que des organes de circulation appropriés 7; 14 sont prévus à cette fin. Par conséquent, dans le bâtiment toute la chaleur et tout le froid nécessaires respectivement au chauffage et au refroidissement sont amenés, par l'intermédiaire des plafonds massifs 2 en béton armé aptes à les emmagasiner et prévus presque dans tous les bâtiments, à l'aide de tubes 4 noyés dans le béton constitutif des plafonds et véhiculant un liquide caloporteur Les espaces creux 5 associés aux plafonds 2 peuvent être formés par exemple par des faux plafonds ou des canaux incorporés dans les plafonds 2 De préférence, il est monté sur les plafonds 2 à une certaine distance de ceux-ci des doubles planchers 6 tels qu'ils sont utilisés, en raison de la diversité de plus en plus indispensable de l'installation électrique et du réseau des connexions d'ordinateurs, sans cesse davantage, notamment dans des bâtiments industriels et administratifs L'air frais 1 passe par des ouvertures d'entrée 13 ménagées dans les façades 15, parcourt les espaces creux 5 formés entre les plafonds 2 et les doubles planchers 6 et est réchauffé ou refroidi, par le plafond réchauffé ou refroidi 2, avant d'entrer dans les zones de séjour Etant donné que la sur- face des plafonds 2 est importante, le réchauffage ou le refroidissement de l'air frais 1 à amener au bâtiment n'exigent ni des températures superficielles ni des tempé- ratures d'aller plus élevées ou plus basses que celles nécessaires pour réchauffer ou refroidir l'intérieur du bâtiment. Le circulation de l'air frais 1, c'est-à-dire son écoulement forcé, est obtenue soit par la dépression qui s'établit à l'intérieur du bâtiment du fait que l'air sor- tant est aspiré à l'aide de ventilateurs 14, soit au moyen de ventilateurs 7 associés aux espaces creux 5. Pour permettre à l'installation de passer du ré- chauffage de l'air frais à l'aide des plafonds 2 à son re- froidissement il est prévu des valves d'inversion 12 qui sont associées au compresseur 3 A cet égard il est avanta- geux que le compresseur 3 soit entraîné par un moteur élec- trique, un organe de commande d'emmagasinage 8 équipé d'une sonde externe 9 ainsi que d'un détecteur de chaleur résidu- elle 10 et destiné à accumuler la chaleur ou le froid, principalement avec du courant de nuit à tarif bas, dans les plafonds 2 étant associé au moteur électrique. Dans la forme de réalisation représentée à titre d'exemple le compresseur 3 est en outre raccordé à des tu- bes il qui, véhiculant du liquide caloporteur, sont incor- porés dans la région des fondations 17 du bâtiment et se trouvent pour leur part en relation de transfert de chaleur avec la terre sous-jacente 18 de sorte que celle-ci fait office de récepteur et moyen d'accumulation de chaleur es- tivale et, par conséquent, également de source de chaleur hivernale. Le fait que, outre la tâche du dessous du plafond qui consiste à chauffer et refroidir le bâtiment, le dessus du plafond soit lui aussi utilisé pour chauffer et refroi- dir l'air frais à amener à l'intérieur du bâtiment offre les avantages suivants: la température superficielle du dessus additionnel du plafond suffit, grâce à son étendue, à réchauffer et re- froidir l'air frais; on peut se dispenser de registres de chauffage et de refroidissement particuliers avec leurs conduits d'amenée, ou bien d'un système de prépara- tion d'air frais central avec ses canaux de distribution encombrants et coûteux, pour l'air amené et l'air de re- tour, s'étendant à travers tout le bâtiment; les faibles gradients de température conditionnés par les surfaces particulièrement grandes d'un plafond offrent les meilleures conditions pour l'utilisation de compres- seurs (éventuellement nécessaires de toute manière pour le refroidissement) également à des fins de chauffage, et ce avec de bons rendements, c'est-à-dire avec une faible consommation d'énergie, et par conséquent également pour la possibilité de se dispenser d'un chauffage tradition- nel additionnel qui est non seulement coûteux et s'effec- tue au moyen de combustibles fossiles mais émet en outre du C 02 susceptible de nuire au climat; les gradients de température faibles conditionnés par les surfaces particulièrement étendues d'un plafond permet- tent en outre d'obtenir un effet d'autorégulation automa- tique et de se dispenser d'organes de commande coûteux; et la masse importante d'un plafond en béton armé (un pla- fond de 30 cm d'épaisseur présente par m 2 une masse de 750 kg) permet, pour des compresseurs entraînés par voie électrique, d'emmagasiner de nuit avec du courant bon marché la quantité de chaleur ou de froid nécessaire de jour. Le fait que des tubes 11 qui, noyés dans du béton dans la région 17 des fondations et se trouvant sur le plan du transfert de chaleur en relation avec la terre sous-ja- cente 18, véhiculent du liquide caloporteur et communiquent avec le compresseur 3, soient utilisés pour l'absorption de la chaleur exeidentaire estivale permet: de mettre la chaleur estivale normalement dissipée en pu- re perte à profit au moins partiellement pour le chauffa- ge hivernal de façon à remplir une autre condition pour renoncer à un chauffage utilisant des combustibles fossi- les et de réduire ainsi les émissions de C 02 discutables sur le plan climatologique; de se dispenser d'un échangeur de chaleur coûteux qui, fonctionnant au moyen d'un ventilateur, produisant du bruit et devant par conséquent dans bien des cas être in- sonorisé, sert à "consumer", ou dissiper, la chaleur es- tivale excédentaire L'évacuation de la chaleur dans la région des fondations s'effectue sans aucun bruit; et de faire passer la chaleur estivale excédentaire dans la terre 18 moyennant une dépense d'énergie moindre que cel- le nécessaire à sa dissipation au contact de l'air exté- rieur puisque les températures de la terre, en particu- lier durant les journées chaudes o l'on a besoin de re- froidissement, sont toujours inférieures à celles de l'air extérieur. Grâce à l'invention l'installation et sa fabrica- tion se trouvent donc au total simplifiées et rendues moins coûteuses, la consommation d'énergie de compresseurs, né- cessaire au refroidissement d'air frais, est réduite, le besoin en courant de compresseurs à commande électrique se trouve dans une large mesure déplacé vers la tranche horai- re nocturne à tarif bas et la chaleur excédentaire en été est rendue au moins partiellement utilisable pour le chauf- fage hivernal Par conséquent, on obtient non seulement une diminution considérable du coût de fabrication et des frais d'exploitation pour le conditionnement thermique de l'air frais à amener surtout à des bâtiments industriels et admi- nistratifs, mais également une diminution de la consomma- tion de combustibles fossiles ainsi que des émissions de C 02 discutables sur le plan climatologique. REVENDICATIONS 1 Installation pour le chauffage hivernal et/ou le refroidissement estival de bâtiments, dans laquelle des tubes ( 4) véhiculant du liquide caloporteur pour amener la chaleur ou le froid nécessaires respectivement au chauffage et au refroidissement sont incorporés dans des plafonds ( 2) du bâtiment et communiquent par le liquide qu'ils véhicu- lent avec un compresseur produisant de la chaleur (ou du froid), caractérisée en ce qu'aux plafonds ( 2) sont associ- és des espaces creux ( 5) véhiculant de l'air frais et qui présentent des ouvertures ( 13) pour l'entrée de l'air frais ( 1) et des ouvertures ( 13 ') pour la sortie de l'air frais réchauffé (refroidi) ( 1) dans des zones de séjour (A) du bâtiment et en ce que des organes de circulation ( 7; 14) pour l'air frais ( 1) sont prévus. 2 Installation selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les espaces creux ( 5) sont formés par des faux plafonds ou par des canaux incorporés dans les pla- fonds ( 2). 3 Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les plafonds ( 2) sont des plafonds en béton armé dans lesquels les tubes ( 4) véhiculant le li- quide caloporteur sont noyés. 4 Installation selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que les espaces creux ( 5) sont formés par des doubles planchers ( 6) construits sur les plafonds ( 2) à une certaine distance de ces derniers. Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que les ouver- tures d'entrée d'air frais ( 13) sont prévues à l'extérieur du bâtiment, par exemple dans les façades ( 15) de celui-ci. 6 Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que pour la circulation de l'air frais ( 1) est utilisée la dépression s'établissant à l'intérieur du bâtiment lors de l'aspira- tion, au moyen d'un ventilateur ( 14), de l'air sortant du bâtiment. 7 Installation selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 5, caractérisée en ce que des ventilateurs ( 7) associés aux espaces creux ( 5) sont prévus pour la cir- culation de l'air frais ( 1). 8 Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce qu'au compres- seur ( 3) sont associées des valves d'inversion ( 12) qui permettent à l'installation de passer du chauffage de l'air frais au refroidissement des plafonds ( 2). 9 Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que le com- presseur ( 3) est commandé par un moteur électrique et en ce qu'à ce dernier est associé un organe de commande d'emmaga- sinage ( 8) qui, équipé d'une sonde externe ( 9) ainsi que d'un détecteur de chaleur résiduelle ( 10), est destiné à emmagasiner la chaleur ou le froid, principalement avec du courant de nuit à tarif bas, dans les plafonds ( 2). Installation selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que le com- presseur ( 3) est raccordé à des tubes ( 11) qui, incorporés dans la région ( 17) des fondations du bâtiment et véhicu- lant un liquide caloporteur, se trouvent pour leur part en relation de transfert de chaleur avec la terre sous-jacente ( 18) servant de récepteur et de moyen d'accumulation de chaleur estivale et donc également de source de chaleur hi- vernale. il Procédé de fonctionnement d'une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le compresseur ( 3) est entraîné au moyen d'un moteur électrique et en ce que la chaleur ou le froid est emmagasiné dans les plafonds ( 2), principalement avec du courant de nuit à tarif bas, à l'aide d'un organe de commande d'emmagasinage ( 8), d'une sonde externe ( 9) ainsi que d'un détecteur de chaleur résiduelle ( 10). 12 Procédé selon la revendication 11, caracté- risé en ce que de la chaleur excédentaire est selon les be- soins, par l'intermédiaire du compresseur ( 3) et des tubes ( 11) montés dans la région 17 des fondations du bâtiment et véhiculant du liquide caloporteur, emmagasinée dans la ter- re sous-jacente ( 18) et réutilisée en tant que chaleur du milieu environnant. 13 Procédé selon la revendication il ou 12, ca- ractérisé en ce que le compresseur ( 3) est amené à passer, en fonction des besoins de chauffage du bâtiment, au re- froidissement de celui-ci au moyen de valves d'inversion ( 12).