Brevet FR2685063A1 — publié le 19930618

La présente invention concerne un système de chauffage et un système de climatisation de bâtiments, notamment de bâtiments abritant des animaux d'élevage, tels que des porcs, volailles, etc. Pour de tels bâtiments, il est nécessaire d'avoir un système de chauffage ou mieux un système de climatisation qui permette d'obtenir une température ambiante donnée en fonction des saisons, tout en maintenant une hygrométrie prédéterminée et une vent'ilation et donc un renouvellement de l'air du local. En hiver, on insuffle dans le local l'air extérieur dont on a élevé la température. En été, par contre, on insuffle l'air extérieur dont on a abaissé la température. On utilise généralement des échangeurs de chaleur encore appelés aérothermes qu'on relie, selon la saison, à des systèmes de chauffage ou à des systèmes de production de froid. Ces systèmes présentent l'inconvénient majeur d'être consommateurs d'énergie. Un système de chauffage selon l'invention est du type qui comprend une unité de climatisation raccordée à au moins une unité d'utilisation. L'unité de climatisation comprend un accumulateur relié à un chauffe-eau via une pompe, ledit chauffe-eau et ladite pompe étant commandés par un thermostat monté dans l'accumulateur. L'unité d'utilisation comprend au moins une pompe et un échangeur thermique, ladite pompe étant commandée par un thermostat monté dans le local à chauffer. Le but de l'invention est donc de proposer un système de chauffage de ce type qui dépense un minimum d'énergie. A cet effet, la sortie d'un chauffe-eau est reliée à l'entrée d'un diviseur de débit comportant une première sortie débouchant à l'intérieur de l'accumulateur et une seconde sortie reliée à l'entrée de l'unité d'utilisation, la sortie de l'unité d'utilisation débouchant dans ledit accumulateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit diviseur de débit est constitué d'un élément tubulaire en "T" dont le diamètre d'entrée est sensiblement égal au diamètre de sortie vers l'unité d'utilisation mais supérieur ou égal au diamètre de sortie vers l'accumulateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité d'utilisation comprend au moins un aérotherme dont l'entrée est reliée à la sortie de ladite seconde pompe, un thermostat commandant en même temps un ventilateur de l'aérostat et ladite seconde pompe. Selon une autre caractéristique de l'invention, sur la sortie de refoulement de la seconde pompe est piquée l'entrée d'un circuit d'humidification. L'invention concerne également un système de climatisation comprenant un système de chauffage tel que celui qui vient d'être décrit et un circuit de refroidissement. Selon une caractéristique de l'invention, ledit circuit de refroidissement est constitué d'un récipient en communication avec l'accumulateur et dont la sortie est reliée, via une vanne, à l'entrée de l'unité d'utilisé sation, un moyen de refroidissement de l'eau contenue dans ledit récipient étant piloté par un thermostat monté dans l'accumulateur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit moyen de refroidissement est un appareil de production de glaçons. Les caractéristiques de l'invention mentionnées cidessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est un schéma de l'unité de climatisation d'un système de climatisation selon l'invention, et la Fig. 2 est un schéma de l'unité d'utilisation qui est connectée à une unité de climatisation telle que celle qui est représentée à la Fig. 1. La description qui suit est relative à un système de climatisation selon l'invention. Aidé de notes dans le texte de cette description, l'homme du métier saura modifier ce système de climatisation pour pouvoir réaliser un système de chauffage selon l'invention. Un système de climatisation selon l'invention est essentiellement constitué d'une unité de climatisation telle que celle représentée à la Fig. 1 qui est connectée à une unité d'utilisation telle que celle que l'on a représentée à la Fig. 2, la sortie A et l'entrée B de l'unité de climatisation étant respectivement reliées à l'entrée A et la sortie B de l'unité d'utilisation. L'unité de climatisation est essentiellement composée d'un accumulateur d'eau chaude 1, d'une pompe 2, d'un chauffe-eau 3 et d'un circuit de refroidissement 4. Notons que le circuit de refroidissement 4 n'est pas utilisé dans le cas où le système de climatisation est uniquement destiné au chauffage de locaux. L'accumulateur 1 est constitué d'une cuve ou d'un ballon calorifugé dont la capacité est, par exemple, d'au moins cinq cents litres, voire mille litres. Il possède, dans sa partie basse, une sortie 10 reliée à l'entrée d'aspiration 20 de la pompe 2. La mise en marche de la pompe 2 est commandée au moyen d'un thermostat 5, par exemple du type à bulbe, monté dans la partie haute de l'accumulateur 1. Ainsi, lorsque la température de l'eau à l'intérieur de l'accumulateur 1 descend en-dessous d'une température de consigne prédéterminée du thermostat 5, la pompe 2 est mise en route. Elle est ensuite arrêtée lorsque cette température monte au-dessus de cette consigne. La sortie de refoulement 21 de la pompe 2 est reliée à l'arrivée d'eau froide 30 du chauffe-eau 3. Celui-ci est, par exemple, un chauffe-eau à gaz ou un chauffe-eau électrique. La mise en route du chauffe-eau 3 est commandée en même temps que la pompe 2. Cette commande est, par exemple, effectuée lorsque la pression de l'eau sur son arrivée d'eau froide 30 croit. La sortie d'eau chaude 31 du chauffe-eau 3 est reliée à l'entrée 60 d'un diviseur de débit 6 prévu à l'intérieur de l'accumulateur 1, dans sa partie haute. Une première sortie 61 du diviseur 6 débouche à l'intérieur de l'accumulateur 1 alors que la seconde sortie 62 est connectée, via une canalisation 7, à une première entrée 80 d'une vanne à trois voies 8. La sortie 81 de cette dernière est reliée à la sortie A de l'unité de climatisation qui est connectée à l'entrée A de l'unité d'utilisation (Fig. 2). Le diviseur 6 est par exemple constitué d'un élément tubulaire en "T" dont le diamètre d'entrée est sensiblement égal au diamètre de sortie vers l'unité d'utilisation mais supérieur au diamètre de sortie vers l'accumulateur 1. Il est destiné à diviser le flux d'eau chaude à son entrée en deux flux. Le rapport des débits en sortie du diviseur 6 peut être cinquante/cinquante, mais on a trouvé qu'un rapport de débits déséquilibré, c'est-à-dire supérieur à cinquante pour le flux destiné à l'unité d'utilisation, donnait de meilleurs résultats. Un rapport de soixante dix/trente donne entière satisfaction. L'accumulateur 1 est pourvu d'une entrée d'eau 11 à laquelle est reliée une canalisation de retour 9 issue, via l'entrée B, de l'unité d'utilisation. L'accumulateur 1 possède une entrée d'eau de renouvellement 12 qui est reliée à la sortie d'une électrovanne 13 dont l'entrée est reliée à une source en eau S. L'électrovanne 13 est pilotée par un détecteur de niveau 14 afin de maintenir sensiblement constant le niveau dans l'accumulateur 1. L'accumulateur 1 possède également un trop plein 15. L'unité de climatisation comporte encore un circuit de refroidissement 4 dont la fonction essentielle est de refroidir, lorsqu'il est en marche, l'eau qui est contenue dans l'accumulateur 1. Selon le mode de réalisation représenté sur la Fig. 1, le circuit de refroidissement 4 est constitué d'un récipient 40 en communication, via une conduite 41, avec l'intérieur de l'accumulateur 1 si bien que les niveaux d'eau dans le récipient 40 et dans l'accumulateur 1 sont les mêmes. La sortie 42 du circuit 4 est réalisée dans la partie basse du récipient 40, par exemple dans le fond. Elle est reliée à une seconde entrée 82 de la vanne à trois voies 8.Au-dessus du récipient 40, est monté un moyen de refroidissement 43 qui est prévu pour refroidir l'eau contenue dans le récipient 40 et qui est piloté par un thermostat 44 monté à l'intérieur de l'accumulateur 1, si bien que, lorsque la température de l'eau dans l'accumulateur 7 descend en-dessous de la température de consigne du thermostat 44 le moyen 43 est mis en route pour refroidir l'eau contenue dans le récipient 40 et, par conséquent dans l'accumulateur 1. Le moyen 43 est par exemple constitué d'un appareil de production de gla çons. Dans ce cas, une grille 45 est prévue dans le récipient 40 afin que les glaçons n'obturent pas la sortie. Comme on le verra par la suite, le fonctionnement du moyen de refroidissement 43 n'est autorisé que lorsque le système de climatisation est en "position été". Par commande de la vanne 8 dans une position ou dans l'autre, l'eau destinée à l'unité d'utilisation est soit l'eau en sortie du diviseur 6 et la vanne 8 est dite en "position hiver", soit l'eau en sortie du circuit de refroidissement 4 et elle est en "position été". Le circuit de refroidissement 4, et donc la vanne 8, peuvent être omis dans le cas où le système de climatisation est utilisé en tant que système de chauffage. Il ne fonctionne alors qu'en "position hiver L'unité d'utilisation est essentiellement constituée d'une pompe 100, d'un aérotherme 110, d'un circuit d'humidification 120 et, si besoin est, d'un échangeur statique auxiliaire 130. L'entrée A de l'unité d'utilisation est reliée à l'entrée d'aspiration 101 de la pompe 100. La sortie de refoulement 102 de la pompe 100 est reliée à l'entrée 111 de l'aérotherme 110 dont la sortie 112 est reliée à la canalisation de retour 140 connectée à la canalisation 9 correspondante de l'unité de climatisation (Fig. 1). La mise en route de la pompe 100 est commandée par un thermostat d'ambiance 150 lorsque la température de l'air ambiant est ou en dessous ou en dessus d'une température de consigne prédéterminée, selon la position été ou hiver sélectionnée. L'aérotherme 110 est constitué d'un échangeur eau chaude-air chaud 113 et d'un ventilateur 114 qui aspire l'air extérieur et le souffle sur l'échangeur 113. La commande du ventilateur 114 est effectuée en même temps que la pompe 100 au moyen du thermostat d'ambiance 150. Devant l'aérotherme 110, est prévu le circuit d'humidification 120. Il est par exemple constitué d'une buse de vaporisation 121 branchée à la sortie d'une électrovanne 122 pilotée par une sonde hygrométrique 123. L'entrée de l'électrovanne 122 est piquée sur la canalisation 160 en sortie de la pompe 100. La buse de vaporisation 121 est prévue pour fournir un brouillard dont les fines gouttelettes d'eau sont entraînées par le courant d'air issu de l'aérotherme 110. L'échangeur statique 130 est connecté en parallèle sur l'aérotherme 110. Il est par exemple constitué d'un tube en "U" 131 pourvu d'ailettes 132. Le fonctionnement de l'unité de climatisation est maintenant décrit. On considère pour cela qu'elle est raccordée à une unité d'utilisation du type de celle qui est représentée à la Fig. 2. On considère d'abord que la vanne 8 est en "position hiver". Supposons, dans un premier temps, que la température de l'eau contenue dans l'accumulateur 1 soit au-dessus de la température de consigne du thermostat 5, qui est par exemple de 500 C. Dans ce cas, lorsque l'unité d'utilisation devient demanderesse de chaleur, c'est-à-dire lorsque la température ambiante du local à chauffer est inférieure à la température de consigne du thermostat 150, la pompe 100 se met en route. Elle aspire, via le diviseur 6, l'eau contenue dans l'accumulateur 1 et la refoule dans l'aérotherme 110 et, éventuellement, dans l'échangeur auxiliaire 130. Une fois le transfert de chaleur opéré dans l'unité d'utilisation, l'eau refroidie retourne à l'accumulateur 1, via son entrée 11. On notera que la sortie 61 du diviseur 6 joue le rôle ici d'une entrée. Lorsque la température de l'eau dans l'accumulateur 1 baisse en dessous de la température de consigne du thermostat 5, la pompe 2 se met en route, aspire l'eau de l'accumulateur 1 et la refoule dans le chauffe-eau 3. Celui-ci se met également en route et délivre au diviseur 6 une eau réchauffée dont la température est supérieure à la température de consigne. La température de consigne est, par exemple, 500 C et la température en sortie du chauffe-eau est d'environ 750 C. Deux cas peuvent se présenter selon que l'unité d'utilisation est demanderesse de chaleur ou pas. Supposons qu'elle ne le soit pas. La pompe 100 n'est pas en route et l'eau issue du chauffe-eau 3 est entièrement refoulée, via le diviseur 6, dans l'accumulateur 1 où elle transfert sa chaleur à toute l'eau contenue dans celui-ci ou plus exactement à l'eau dans sa partie haute. La température de l'eau dans l'accumulateur 1 croit donc jusqu'à ce qu'elle dépasse la température de consigne du thermostat 5. Par contre, si l'unité d'utilisation est demanderesse de chaleur, dans le diviseur 6, une partie de l'eau réchauffée (par exemple 30%) est refoulée dans la partie haute de l'accumulateur 1 alors que l'autre partie (par exemple 100% - 30% = 70%) est fournie à l'unité d'utilisation. Celle-ci fonctionne donc non plus avec de l'eau de l'accumulateur 1 qui est par exemple à 500 C mais directement avec l'eau issue du chauffe-eau 3 qui, elle, est à 750 C. Le local à chauffer monte donc plus rapidement en température que si on avait prélevé l'eau directement dans l'accumulateur 1. On constate donc que le fonctionnement de l'aérotherme 110 est alternatif, avec une première phase où il est traversé par de l'eau à température modérée (par exemple 500 C moins les pertes) et une seconde phase où il est traversé par de l'eau à température élevée (par exemple 750 C moins les pertes). Le principal avantage réside dans le fait que, le rendement de l'aérotherme 110 étant plus élevé à haute température, il y a moins de pertes d'énergie de chauffe et le rendement énergétique du système est amélioré. il réside aussi dans le fait que l'air chaud pulsé dans le local crée un brassage des masses d'air qui sont à des températures différentes, ce qui entraîne une meilleure ventilation et un renouvellement de l'air plus efficace. Une faible quantité d'eau dans l'accumulateur 1 s'évapore. L'entrée d'eau de renouvellement 12 reliée à la source S permet de compenser cette évaporation en maintenant le niveau dans l'accumulateur 1 constant. En position été, l'unité d'utilisation reçoit l'eau qui est issue du circuit de refroidissement 4. On notera que le fonctionnement du thermostat 150 est inversé par rapport à ce qui vient d'être décrit. L'eau contenue dans l'accumulateur 1 est froide. Lorsque sa température croit à partir de cette température de consigne, le thermostat 44 commande la mise en route du moyen 43, c'est-à-dire de l'appareil de production de glace. L'eau dans le récipient 40 refroidit et, du fait de la communication entre le récipient 40 et l'accumulateur 1, il en est de même de celle qui est contenue dans l'accumulateur 1. L'eau dans l'accumulateur 1 est donc sensiblement maintenue à la température de consigne du thermostat 44. On notera que les glaçons formés par l'appareil 43, en cèdant leurs frigories à l'eau contenue dans le récipient 40, fondent. Cette quantité d'eau en excédant dans l'accumulateur 1 s'écoule par le trop-plein 15. Lorsque la température ambiante du local à climatiser monte au-dessus de la température de consigne du thermostat 150, la pompe 100 et le ventilateur 114 de l'aérotherme 110 sont mis en route. L'air aspiré à l'extérieur passe sur l'échangeur 113 de l'aérotherme 110 en cédant ses calories à l'eau qui le traverse et refroidit, par conséquent, le local à climatiser jusqu'à la température de consigne du thermostat. Lorsque, aussi bien en "position hiver" qu'en "position été", le taux d'hygrométrie descend en dessous d'une valeur de consigne prédéterminée donnée par la sonde 123, l'électrovanne 122 permet l'alimentation en eau de la buse 121. Un brouillard se forme devant l'aérotherme 110 et, soufflé, il contribue à la remontée de ce taux. On notera qu'en "position hiver", ce brouillard est chaud et qu'il contribue à l'élévation de la température du local et qu'inversement en "position été" il est froid, contribuant à son abaissement. Le rapport de débit déséquilibré créé par le diviseur de débit 6 permet à l'eau qui est contenue dans l'accumulateur 1 de ne pas se réchauffer trop vite et il est alors possible de profiter pleinement de l'avantage de l'invention qui consiste en l'utilisation par l'unité d'utilisation de l'eau surchauffée fournie par le chauffe-eau 3. Les bâtiments d'élevage sont généralement composés d'un couloir central sur lequel donnent des cases. Dans des bâtiments de ce type, l'aérotherme 110 peut être monté avantageusement au plafond du couloir et insuffle, dans l'axe longitudinal du couloir, l'air qu'il a aspiré à l'extérieur et qu'il a réchauffé ou refroidi. Cet air est conduit par des ouvertures appropriées dans chacune des cases. Pour les cases les plus froides ou pour celles qui ont des besoins énergétiques plus élevés, ces ouvertures peuvent être munies d'échangeurs thermiques statiques 130. On notera que plusieurs échangeurs statiques 130 peuvent être prévus pour une même unité d'utilisation. De même, plusieurs unités d'utilisation peuvent être prévues pour une même unité de climatisation. Cette dernière remarque s'applique notamment dans le cas d'une application du système de chauffage ou du système de climatisation de l'invention au chauffage ou à la climatisation de grandes salles telles que des salles d'élevage de volailles. Les unités d'utilisation sont alors disposées en des endroits différents prédéterminés de ces salles. REVENDICATIONS 1) Système de chauffage de bâtiments comprenant une unité de climatisation raccordée à au moins une unité d'utilisation, ladite unité de climatisation comprenant un accumulateur relié à un chauffe-eau via une pompe, ledit chauffe-eau et ladite pompe étant commandés par un thermostat monté dans l'accumulateur, et ladite unité d'utilisation comprenant au moins une pompe et un échangeur thermique, ladite pompe étant commandée par un thermostat monté dans le local à chauffer, caractérisé en ce que la sortie du chauffe-eau (3) est reliée à l'entrée (60) d'un diviseur de débit (6) comportant une première sortie (61) débouchant à l'intérieur de l'accumulateur (1) et une seconde sortie (62) reliée à l'entrée (A) de l'unité d'utilisation, la sortie (B) de l'unité d'utilisation débouchant dans ledit accumulateur (1). 2) Système de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit diviseur de débit (6) est constitué d'un élément tubulaire en "T" dont le diamètre d'entrée est sensiblement égal au diamètre de sortie vers l'unité d'utilisation mais supérieur ou égal au diamètre de sortie vers l'accumulateur. 3) Système selon une des revendications précédentes, caractérisé en -ce que l'unité d'utilisation comprend au moins un aérotherme (110) dont l'entrée (111) est reliée à la sortie (102) de ladite pompe (100) de l'unité d'utilisation, un thermostat (150) commandant en même temps un ventilateur (114) de l'aérotherme (110) et ladite pompe (100). 4) Système selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur la sortie de refoulement (102) de la pompe (100) est piquée sur l'entrée d'un circuit d'humidification (120). 5) Système de climatisation comprenant un système de chauffage selon une des revendications précédentes et un circuit de refroidissement, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement (4) est constitué d'un réci pient (40) en communication avec l'accumulateur (1) et dont la sortie (42) est reliée, via une vanne (8), à l'entrée (A) de l'unité d'utilisation, un moyen de refroidissement (43) de l'eau contenue dans ledit récipient (40) étant piloté par un thermostat (44) monté dans l'accumulateur (1). 6) Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyen de refroidissement (43) est un appareil de production de glaçons.