Brevet FR2698159A1 — publié le 19940520

DOMAINE D'APPLICATION Le présent document concerne le domaine technique du chauffage et de la climatisation dans les immeubles d'habitation collectifs. ETAT DE LA TECHNIQUE Dans ces batiments, divers systèmes thermiques connus permettent le chauffage en mode individuel, collectif ou semicollectif. Dans les zones où l'on doit aussi assurer le confort d'été, les systèmes de climatisation connus viennent compléter les installation de chauffage. Mais cette juxtaposition de deux installations séparées pose de nombreux problèmes d'encombrement et d'intégration architecturale. Elle engendre aussi des coûts d'installation élevés. Le procédé objet de l'invention s'applique aux installations de chauffage semi-collectives, dans lesquelles la production de chaleur est assurée par une chaufferie centrale, l'émission de chaleur dans les logements étant individualisée. I1 intégre dans cette structure de base les éléments nécessaires à un fonctionnement d'été assurant la climatisation. Le résultat est une installation dans laquelle on retrouve en été les mêmes avantages qu'en hiver, à savoir une production de froid centralisée pour l'immeuble, avec un réglage et un comptage d'énergie individualisés par logement. En outre, le fait d'utiliser des éléments communs déja financés pour les besoins du chauffage permet de reduire très sensiblement les coûts d'installation. PRESENTATION GENERALE La présente invention concerne un système thermique semicollectif à eau basse pression, assurant dans les batiments d'habitation collectifs le chauffage central en hiver et la climatisation en été. Par climatisation d'été, il faut entendre ici un abaissement de la température et de l'humidité absolue, ainsi qu'une filtration de l'air des logements. L'installation se compose essentiellement d'un générateur collectif de chaleur, d'un générateur collectif de froid, d'un réseau de distribution collectif unique pour l'hiver et l'été, d'un système de comptage individuel été-hiver, d'un ensemble individuel de corps de chauffe pour l'hiver, d'un ou plusieurs ventilo-convecteurs individuels pour l'été, de dispositifs assurant l'inversion automatique de régime été-hiver, et de dispositifs assurant la régulation et la programmation automatiques individuelles. Pour la distribution du fluide caloporteur, le procédé couvre 2 options 10) - Mode traditionnel à flux hydraulique continu, c'est-àdire ayant le même sens en hiver et en été 20) - Distribution à flux hydraulique alternatif, c'est-à-dire n'ayant pas le même sens de circulation en hiver et en été. PRESENTATION DES DESSINS - La Figure 1 représente les générateurs et le circuit collectif en mode hiver - La Figure 2 représente les générateurs et le circuit collectif en mode été - La Figure 3 représente les éléments de comptage été et hiver, dans le cas où le comptage été est assuré par un compteur horaire enregistrant le temps de marche du ventiloconvecteur, sur circuit à flux alternatif - La Figure 4 représente les compteurs été et hiver, montés en opposition sur circuit à flux alternatif - La Figure 5 représente le comptage été et hiver à l'aide d'un compteur combiné à deux intégrateurs monté sur circuit à flux continu - La Figure 6 représente les installations individuelles d'un logement en mode hiver - La Figure 7 représente les installations individuelles d'un logement en mode été - La Figure 8 représente les installations individuelles d'un logement, dans une variante simplifiée où le ventiloconvecteur assure seul le chauffage et la climatisation - La Figure 9 illustre le principe du flux hydraulique alternatif des parties collectives en mode hiver, le régulateur de pression différentielle 25 étant facultatif - La Figure 10 illustre le principe du flux hydraulique alternatif des parties collectives en mode été, le régulateur de pression différentielle 26 étant facultatif - La Figure 11 représente les installations individuelles d'un logement, dans une variante avec vanne 3 voies motorisée et pompe de circulation - La Figure 12 représente les installations individuelles d'un logement, dans une variante avec vanne 3 voies motorisée sans pompe de circulation. DESCRIPTION GENERALE DU PROCEDE : ELEMENTS COLLECTIFS (FIG. 1 et 2) Le générateur collectif de chauffage est constitué par une ou plusieurs chaudières avec leurs accessoires (1), ainsi que par une ou plusieurs pompes primaires de circulation (2). La chaleur est fournie par n'importe quel type de combustible ou d'énergie. Le générateur collectif de froid est constitué par un ou plusieurs groupes refroidisseurs de liquide avec leurs accessoires (4), ainsi que par une ou plusieurs pompes primaires de circulation (5). Le froid est fourni par un compresseur frigorifique actionné par l'énergie éléctrique, ou par une machine à absorption fonctionnant au gaz. Le générateur peut aussi être mixte et commun, sous la forme d'une pompe à chaleur réversible. La liaison entre les générateurs et l'entrée dans les logements est assurée par un ou plusieurs circuits collectifs composés de nourrices et de collecteurs (7)(8), horizontaux ou verticaux, disposés en principe dans les locaux communs de l'immeuble. Dans certaines configurations, les circuits peuvent être équipés de régulateurs de pression différentielle ou de limiteurs de débit. Le réseau collectif véhicule de l'eau chaude en hiver et de l'eau glacée en été. Il sera donc soigneusement calorifugé, afin de réduire les pertes en hiver et supprimer tout risque de condensation en été. Selon le mode de comptage de l'énergie thermique fournie aux logements, les pompes primaires seront montées de manière à assurer dans l'installation un flux hydraulique continu (montage traditionnel), ou bien un flux hydraulique alternatif, c'est-à-dire n'ayant pas le même sens en hiver et en été. DESCRIPTION GENERALE DU PROCEDE : ELENENTS D'INTERFACE (FIG. 3, 4, 5) Sur le circuit collectif et pour chaque logement desservi, on trouve le branchement d'une boucle intermédiaire (15), avec 2 vannes d'isolement (9) (10). Dans certaines configurations, les branchements peuvent être équipés de vannes d'équilibrage ou de limiteurs de débit. Dans les gaines ou locaux techniques des parties communes, se trouvent également les compteurs d'énergie thermique et de froid de chaque logement. Pour ce comptage, le moyen le plus simple consiste en un compteur d'énergie thermique d'hiver (11), monté en série avec un clapet anti-retour (12). Ce groupe est couplé à une conduite de dérivation équipée également d'un clapet antiretour (13) monté en opposition avec le premier. L'ensemble s'applique à une installation dans laquelle le sens du flux hydraulique est alternatif, c'est-à-dire différent en hiver et en été. Cette disposition permet de dériver automatiquement le flux sur les compteurs, sans intervention manuelle. En hiver le compteur de chaleur sera irrigué par le retour de la boucle du logement, et en été il sera neutralisé par une circulation inversée passant par la dérivation. Le comptage été est alors assuré par un totalisateur d'heures de marche du ventiloconvecteur (20b), avec pondération tenant compte de la puissance. Ce procédé simplifié de comptage est rendu possible par le fait que la puissance d'un ventilo-convecteur est sensiblement constante en froid pour une vitesse de rotation donnée, compte tenu de l'alimentation en eau glacée à température constante, et du travail sur l'air recyclé dont les conditions sont relativement stables. Le compteur horaire (20b) est posé dans la gaine palière afin de permettre le relevé sans pénétrer dans le logement. Dans une variante, la dérivation peut être équipé d'un compteur de froid (23), qui sera lui-même neutralisé en hiver par l'inversion du flux hydraulique, grace à son clapet antiretour (13). Le compteur horaire sur le ventilo-convecteur est alors inutile. Dans une autre variante, un seul compteur mixte (24) assure le double comptage hiver et été, grace à deux intégrateurs distincts. Dans ce cas, la dérivation est inutile, et l'installation fonctionne de manière traditionnelle avec flux hydraulique continu. Dans certains cas définis par la Règlementation, le comptage de chaleur est facultatif. Les compteurs sont alors remplacés par des tronçons de canalisations démontables permettant leur installation future éventuelle. DESCRIPTION GENERALE DU PROCEDE : ELEMENTS INDIVIDUELS A ) - SOLUTION DE BASE SELON FIG. 6 et 7 Dans chaque logement, on trouve - Une boucle intermédiaire (15) qui alimente en série la bouteille de dérivation (16) pour le chauffage et la batterie d'un ventilo-convecteur (20) pour la climatisation. La boucle intermédiaire véhicule de l'eau chaude en hiver et de l'eau glacée en été. Elle est donc soigneusement calorifugée, ainsi que la bouteille de dérivation. Selon les configurations de comptage, cette boucle est parcourue par un flux alternatif ou par un flux continu. - Une bouteille de dérivation (16) assurant l'alimentation du circuit de chauffage du logement - Une pompe de chauffage individuelle (17), avec une ou plusieurs boucles de distribution (18) de type quelconque, équipées ou non d'une vanne de régulation centrale - Les corps de chauffe à eau chaude (19) de type quelconque, avec les organes d'arrêt et de régulation conformes à la règlementation - Un ventilo-convecteur (20) avec filtre d'air, motoventilateur, batterie unique et bac de condensats raccordé à une évacuation siphonnée. Le soufflage de l'air dans les pièces principales du logement est assuré par des conduits individuels calorifugés passant en faux-plafond et par des diffuseurs. La reprise de l'air en recyclage total est assurée par un jeu sous les portes intérieures et par une grille générale. Le ventilo-convecteur est installé de préférence dans une niche verticale avec panneau d'accès pour entretien, abritant par ailleurs la pompe et la bouteille de mélange. I1 peut aussi être incorporé au faux-plafond. Cet appareil ne fonctionne que l'été. - Un thermostat (21) placé sur la boucle intermédiaire assure automatiquement l'inversion de cycle été-hiver selon le régime des générateurs, par l'intermédiaire d'un relais électrique provoquant la permutation du sens de commande du thermostat d'ambiance, le blocage du ventilo-convecteur en hiver (ainsi que de son compteur horaire éventuel), et le blocage de la pompe de chauffage en été. - Un régulateur-programmateur automatique d'ambiance (22), placé dans le séjour, permet à chaque usager de régler les niveaux de température jour-nuit, de programmer et d'arrêter éventuellement son installation, le tout en hiver comme en été. B ) - VARIANTE SELON FIGURE 8 Dans le cas des petits logements tels que les studios, la bouteille de dérivation, la pompe de chauffage, les corps de chauffe et leur circuit de distribution peuvent être supprimés. Le chauffage d'hiver et la climatisation d'été sont alors assurés par le ventilo-convecteur seul. Dans cette variante - Le ventilo-convecteur (20) est en service été et hiver - Le thermostat d'inversion (21) assure uniquement la permutation de régime sur le régulateur d'ambiance, et le blocage en hiver du compteur de temps de marche du ventiloconvecteur, lorsque ce compteur horaire existe. - Le chauffage des locaux nécessitant une très faible puissance, comme les salles de bains, est assuré par un convecteur électrique. C ) - VARIANTE SELON FIGURE 11 : La bouteille de dérivation (16) est alimentée par une vanne 3 voies motorisée (27) qui assure la régulation automatique en hiver et en été, et par le sous-circuit (15b). La pompe (17) est en service permanent l'hiver, et stoppée l'été. Le ventilo-convecteur (20) est stoppé l'hiver. Cette configuration, qui procure un niveau de confort élevé, s'applique de préférence à un flux hydraulique continu. D ) - VARIANTE SELON FIGURE 12 La bouteille de dérivation et la pompe de chauffage individuelles sont supprimées, les corps de chauffe (19) étant alimentés par l'intermédiaire d'une vanne 3 voies motorisée (27) qui assure la régulation automatique d'hiver. Cette configuration s'applique de préférence à un flux hydraulique continu. En plus des options présentées, d'autres configurations sont possibles en combinant l'organisation des éléments. DIVERS Indépendamment de la présente description, la production d'eau chaude sanitaire est assurée de manière collective ou individuelle par un système de type quelconque. EXPOSE DETAILLE D'UN MODE DE REALISATION A titre d'exemple, la description ci-après illustre un mode de réalisation de l'invention et une variante. Tous les composants étant connus et disponibles dans le commerce, il ne sera donné aucun détail descriptif des éléments. Selon ces exemples de solutions, le chauffage et la climatisation de chacun des logements d'un batiment d'habitation collectif pourraient être obtenus par la mise en oeuvre des éléments et dispositions suivants (FIG. 1, 2, 3, 6 et 7) - Une chaudière collective fonctionnant au gaz (1), avec tous ses accessoires - Une pompe de circulation collective de chauffage (2) - Des vannes d'isolement du générateur de chauffage (3) - Un groupe de production d'eau glacée collectif (4), avec tous ses accessoires - Une pompe de circulation collective d'eau glacée (5) - Des vannes d'isolement du générateur de froid (6) - Les canalisations du circuit hydraulique collectif (7)(8) - 2 vannes d'isolement pour chaque logement (9) (10) - Un compteur d'énergie thermique d'hiver par logement (11) - Un clapet anti-retour (12), couplé au compteur précédent, automatiquement ouvert en hiver et fermé en été - Un clapet anti-retour (13), monté en dérivation et en opposition de sens par rapport au compteur hiver, ce qui lui permet d'être automatiquement ouvert en été et fermé en hiver - Une séparation (14) entre les éléments situés en gaine palière commune et ceux situés à l'intérieur du logement - Une boucle intermédiaire (15) reliant le réseau collectif aux organes individuels de chauffage et de climatisation de chaque logement - Une bouteille de dérivation individuelle (16) pour le chauffage de chaque logement - Une pompe de circulation de chauffage individuelle (17), dans chaque logement - Une ou plusieurs boucles de chauffage (18), dans chaque logement - Les corps de chauffe individuels de chaque logement (19) - Un ventilo-convecteur individuel à batterie unique (20) dans chaque logement, avec conduits de soufflage d'air froid vers les pièces principales et compteur horaire du temps de marche (20b) reporté en gaine palière commune - Un thermostat d'inversion (21) monté sur la boucle intermédiaire de chaque logement, avec relais électriques appropriés, pour la permutation automatique été-hiver - Un thermostat d'ambiance double à horloge (22), assurant la régulation et la programmation automatiques individualisées dans chaque logement, en hiver et en été. La FIG. 8 représente un montage économique destiné principalement aux petits logements, dans lequel le ventiloconvecteur (20) assure seul le chauffage et la climatisation. Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples de solutions mentionnés, mais couvre au contraire toutes les variantes. FONCTIONNEMENT DE BASE SELON LES FIG. 1, 2, 3, 6 et 7 Cette configuration correspond à un fonctionnement à flux hydraulique alternatif, avec comptage hiver par un compteur d'énergie thermique (11), et comptage été par un compteur (20b) de temps de marche du ventilo-convecteur. FONCTIONNEMENT D'HIVER (FIG. 1, 3, 6, 9) - Le générateur de froid (4) ainsi que sa pompe (5) sont arrêtés, et les vannes (6) fermées. - L'eau chaude produite par la chaudière (1) est véhiculée dans le réseau collectif par la pompe (2) qui maintien dans la branche (7) une préssion supérieure à celle de la branche (8). De ce fait, le fluide chauffant circule en permanence dans la boucle intermédiaire (15) suivant le sens (9), (20), (16), (10), en passant par le compteur de chaleur (11) et son clapet anti-retour (12). Le thermostat (21) détectant un fluide chaud permute le sens d'action du thermostat d'ambiance (22) en régime hiver, et bloque le ventilateur du ventilo-convecteur (20) ainsi que son compteur horaire (20b). La batterie du ventilo-convecteur se comporte donc comme un simple tronçon de canalisation de la boucle (15). La bouteille de dérivation (16) permet à la pompe (17) d'alimenter la boucle (18) et les corps de chauffe (19), sous le contrôle du thermostat d'ambiance (22) FONCTIONNEMENT D'ETE (FIG. 2, 3, 7, 10) - La fonction chauffage de la chaudière (1) est hors service, la pompe (2) est arrêtée, et les vannes (3) sont fermées. - L'eau glacée produite par le générateur de froid (4) est véhiculée dans le réseau collectif par la pompe (5) qui maintien dans la branche (8) une préssion supérieure à celle de la branche (7). De ce fait, le fluide chauffant circule en permanence dans la boucle intermédiaire (15) suivant le sens (10), (16), (20), (9), en passant par le clapet anti-retour (13). Le sens du flux hydraulique est donc inversé par rapport à l'hiver, et le compteur de chaleur (11) se trouve automatiquement neutralisé par son clapet (12), le flux étant dérivé par (13). Le thermostat (21) détectant un fluide froid permute le sens d'action du thermostat d'ambiance (22) en régime été, et bloque la pompe de chauffage individuelle (17). Bien que la bouteille (16) soit irriguée par de l'eau glacée, la boucle (18) et les corps de chauffe (19) sont donc neutralisés. Le thermostat d'ambiance (22) assure la régulation automatique de la climatisation par commande du ventilo-convecteur (20), dont le temps de marche est totalisé par le compteur horaire (20b). FONCTIONNEMENT SELON VARIANTE DE LA FIG. 4 - Un compteur de froid (23) est monté en couple avec le clapet anti-retour (13). Il remplace le compteur horaire sur le ventilo-convecteur. Pour le reste, le fonctionnement est identique à la solution de base, avec flux hydraulique alternatif. FONCTIONNEMENT SELON VARIANTE DE LA FIG. 5 - Le comptage d'énergie thermique en été et en hiver est assuré par un compteur combiné (24), généralement composé d'un seul mesureur de débit associé à deux intégrateurs. Dans ce cas, l'installation fonctionne avec flux hydraulique à sens unique, selon un schéma classique. Le montage de la pompe (5) est alors modifié en conséquence. FONCTIONNEMENT SELON VARIANTE DE LA FIG. 8 Ce montage simplifié fonctionne en flux alternatif dans le cas de comptage selon Fig. 3 ou 4, et en flux continu dans le cas de comptage selon Fig. 5. Il n'y a plus de corps de chauffe à eau chaude, et le ventiloconvecteur (20) en service permanent fournit seul le chauffage en hiver et la climatisation en été. Le thermostat d'inversion (21) assure la permutation de régime sur le régulateur (22). I1 assure aussi le blocage du compteur horaire (20b) en hiver, dans le cas de comptage été réalisé selon Fig. 3. APPLICATION INDUSTRIELLE Le procédé est applicable à tous les cas de chauffage et de climatisation dans les batiments d'habitation collectifs. REVENDICATIONS 1 ) - Système thermique semi-collectif polyvalent capable d'assurer à la fois le chauffage et la climatisation des batiments d'habitation collectifs, caractérisé par l'assemblage des élements ci- après, selon l'organisation fonctionnelle suivante - un générateur collectif de chaleur sous forme d'eau chaude (1), de type quelconque, avec ses accessoires, sa pompe de circulation (2), et ses vannes d'isolement (3), - un générateur collectif de froid sous forme d'eau glacée (4), de type quelconque, avec ses accessoires, sa pompe de circulation (5), et ses vannes d'isolement (6), - un circuit collectif calorifugé (7)(8), véhiculant de l'eau chaude en hiver et de l'eau glacée en été, équipé ou non de régulateurs de pression différentielle (25) et (26) - des vannes d'isolement (9) (10) assurant le raccordement individuel de chaque logement sur le circuit collectif, - un compteur d'énergie thermique individuel (11) par logement, associé à un clapet anti-retour (12) - un clapet anti-retour (13) monté en dérivation et en opposition de sens par rapport au couple (11) (12) - une séparation (14) entre les organes de comptage situés dans les locaux communs et les éléments individuels privatifs - pour chaque logement, une boucle intermédiaire calorifugée (15), équipée ou non d'un organe d'équilibrage ou d'un limiteur de débit, laquelle boucle alimente en série une bouteille de dérivation (16) pour le chauffage et un ventiloconvecteur (20) pour la climatisation - dans chaque logement, une pompe de chauffage (17) raccordée sur la bouteille de dérivation (16), une ou plusieurs boucles (18) de type quelconque, ainsi que des corps de chauffe (19) également de type quelconque - Dans chaque logement, un ventilo-convecteur (20) pour la climatisation, installé de préférence en niche verticale, avec conduits calorifugés et bouches de soufflage d'air froid dans les pièces du logement, la reprise d'air s'effectuant par transfert et par une grille générale, et le comptage de froid s'effectuant par un compteur de temps de marche (20b) - dans chaque logement, un thermostat d'inversion (21) monté sur la boucle (15) pour la permutation automatique été-hiver par l'intermédiaire de relais électriques appropriés, - dans chaque logement, un régulateur-programmateur automatique de type quelconque (22), agissant en été sur le moteur du ventilo-convecteur (20), et en hiver sur la pompe (17). 2 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sens du flux hydraulique dans les boucles intermédiaires (15) est alternatif, le sens de circulation d'été étant contraire au sens de circulation d'hiver ; cette particularité, associée au montage opposé et en parallèle des clapets (12) et (13), assure un aiguillage automatique des flux sur les compteurs d'énergie thermique selon la saison, de manière à respecter leurs conditions de travail spécifiques. 3 ) - Système thermique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque boucle intermédiaire (15) alimente en série la bouteille de dérivation (16) et la batterie (20), en hiver suivant le sens (9) (20) (16) (11) (12) (10), et en été suivant le sens contraire (10) (13) (16) (20) (9). 4 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermostat d'inversion (21), lorsqu'il détecte de l'eau chaude dans la boucle (15), permute le régulateur d'ambiance (22) en régime hiver, et bloque simultanément le ventilo-convecteur de climatisation (20) ainsi que son compteur horaire (20b). 5 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le thermostat d'inversion (21), lorsqu'il détecte de l'eau glacée dans la boucle (15), permute le régulateur d'ambiance (22) en régime été, et bloque simultanément la pompe de chauffage (17). 6 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante conforme à la Fig.4, un compteur spécifique de froid (23) est monté en couple avec le clapet (13), en dérivation et en opposition par rapport au couple (11)(12), pour le comptage d'été en remplacement du compteur horaire (20b). 7 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante conforme à la Fig. 5, un compteur individuel mixte de chaleur et de froid (24) assure le comptage en hiver et en été, le montage des pompes collectives (2) et (5) étant alors modifié de manière à obtenir un flux continu ayant le même sens en hiver qu'en été dans les boucles (15) 8 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante conforme à la Fig. 8, le ventilo-convecteur (20) assure seul le chauffage d'hiver et la climatisation d'été, les organes (16), (17), (18), (19) étant alors supprimés, et le travail du thermostat (21) étant modifié en conséquence. 9 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante conforme à la Fig. 11, une vanne 3 voies motorisée (27) alimente la bouteille de dérivation (16) par l'intermédiaire d'un souscircuit (15b) et assure la régulation automatique été-hiver, avec la pompe (17) en service permanent l'hiver. 10 ) - Système thermique selon les revendications 1 et 9, caractérisé en ce que, dans une sous-variante appliquée à la Fig. 11, la bouteille (16) et la pompe (17) sont supprimées. 11 ) - Système thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante conforme à la Fig. 12, une vanne 3 voies motorisée (27) alimente directement le circuit (18) et les corps de chauffe (19), la bouteille (16) et la pompe (17) étant alors supprimés.