Brevet FR2743408A1 — publié le 19970711

DOMAINE TECHNIQUE Le présent document concerne la climatisation des batiments d'habitation collectifs. ETAT DE LA TECHNIQUE La climatisation des batiments d'habitation reste pour l'instant marginale. Cependant, un marché commence à émerger, et il semble que ce secteur soit appelé à un développement important dans les années qui viennent, sous l'effet de deux facteurs principaux : D'une part une demande de confort accrue dans l'habitat, avec maitrise de la température, de l'hygrométrie et de la qualité de l'air ; d'autre part une évolution de la règlementation acoustique qui impose en pratique de maintenir les fenêtres fermées pour se protéger des nuisances sonores extérieures. Dans ces conditions, la climatisation apparait comme le seul moyen permettant d'assurer un confort d'été satisfaisant. Tout système de climatisation comporte deux parties principales, à savoir d'une part les émetteurs situés à l'intérieur des locaux à traiter, et d'autre part un dispositif plus ou moins complexe assurant l'évacuation à l'extérieur de la chaleur prélevée dans ces locaux. A l'heure actuelle, l'offre en matière de climatiseurs intérieurs est extrèmement riche, avec des appareils technologiquement fiables, très performants, peu encombrants, très silencieux et d'une esthétique soignée. Par contre, le refroidissement de ces climatiseurs pose encore des problèmes dans les batiments d'habitation collectifs, compte tenu des contraintes d'esthétique et de niveau sonore inhérentes à ces immeubles. Le dispositif exposé ci-après apporte une réponse satisfaisante à ce problème, puisque son mode de refroidissement est totalement invisible, avec un niveau sonore très bas et un coût d'installation modéré. Il permet par ailleurs un pré-équipement du batiment lors de sa construction ou de sa réhabilitation, la climatisation proprement dite de chaque appartement pouvant alors être différée, voire réalisée en plusieurs phases et au besoin pièce par pièce. Ce procédé est une combinaison de moyens, dont certains sont connus, qui échappe à la plupart des défauts constatés sur les systèmes de climatisation existants. PRESENTATION GENERALE : SOLUTION DE BASE DESSINS La FIGURE 1 représente la coupe en élévation sur un batiment de quatre niveaux, avec 2 logements par niveau et une gaine technique centrale. Cette figure schématise la structure d'ensemble de l'installation. Afin de ne pas surcharger le dessin, certains organes répétitifs ne sont pas tous repérés. La FIGURE 2 représente le schéma de raccordement hydraulique d'un appartement climatisé. La FIGURE 3 représente le schéma de raccordement hydraulique d'un appartement en attente d'équipement. La FIGURE 4 représente le schéma de principe au niveau de 1 'aéroréfrigérant collectif en toiture. La FIGURE 5 représente le détail de la variante N"2. NOMENCLATURE (01) Appartement (02) Gaine technique (03) Toiture terrasse (04) Climatiseur individuel à détente directe (05) Groupe moto-compresseur individuel avec condenseur à eau (06) Liaisons entre climatiseurs et compresseur (07) Vannes d'isolement individuelles sur le circuit de refroidissement à eau (08) Bipasse avec organe d'équilibrage (09) Antenne individuelle du circuit de refroidissement à eau (10) Circuit de refroidissement collectif à eau (11) Aéroréfrigérant collectif à eau (12) Dispositif de remplissage du circuit collectif (13) Dispositif de charge en antigel (14) Vase d'expansion collectif (15) Pompe de circulation collective (16) Echangeur individuel pour récupération de chaleur (17) Alimentation en eau froide du chauffe-eau individuel (18) Vannes d'isolement et de bipasse de l'échangeur Dans le texte qui suit, le terme climatiseur désigne l'appareil intérieur qui assure l'émission effective dans le local climatisé. Le terme aéroréfrigérant désigne l'appareil collectif chargé de dissiper dans l'atmosphère la chaleur produite par les climatiseurs. Le procédé faisant l'objet du présent document se compose de deux ensembles distincts - Les installations individuelles situées à l'intérieur de chaque appartement, gérées par l'occupant et dont les consommations sont imputées sur son compteur EDF particulier. - Une installation collective à eau assurant le refroidissement des climatiseurs en circuit fermé. Cette installation est gérée au même titre que les autres installations communes de l'immeuble telles que la VMC ou les ascenseurs. INSTALLATIONS INTERIEURES INDIVIDUELLES Chaque appartement est équipé des éléments suivants - Dans chaque local rafraichi, un climatiseur individuel (04) permettant un traitement personnalisé pièce par pièce. En principe, seules sont équipées les pièces principales, a savoir le séjour et les chambres. Ces climatiseurs banalisés sont disponibles chez tous les constructeurs. En règle générale, ils se composent essentiellement d'un moto-ventilateur, d'une batterie à détente directe, d'une grille de reprise avec filtre d'air, d'un diffuseur d'air, d'une régulation électronique, d'une télécommande infra-rouge et d'une micro-pompe d'évacuation des condensats. Les appareils sont du type froid seul, non réversible. Pour le chauffage, il peuvent être équipés de résistances électriques. - Dans un local de service (placard, WC, meuble sous évier, etc..), un groupe moto-compresseur (05) avec condenseur refroidi par eau, dispositifs de régulation et de sécurité, capotage insonorisé et accessoires divers. Dans la gamme de puissance requise pour un appartement, les appareils de ce type actuellement disponibles sur le marché sont en général prévus pour un refroidissement en eau perdue et la desserte d'un seul climatiseur. A notre connaissance, il n'existe donc pas actuellement de groupe compresseur de petite puissance (3 à 6 KW en froid), pouvant fonctionner avec de l'eau de refroidissement en circuit fermé, apte à desservir plusieurs climatiseurs, et éventuellement réversible. Une évolution technologique du matériel sera donc nécessaire. - Entre le compresseur et chaque climatiseur, une liaison (06) comprenant le circuit frigorifique en phase liquide et en phase gazeuze, un cable électrique et un tube d'évacuation des condensats. - Un ou plusieurs raccordements des tubes de condensats sur une évacuation d'eaux usées, avec siphon. - Depuis le tableau d'abonné de l'appartement, une alimentation électrique du groupe moto-compresseur et de ses satellites. Le groupe moto-compresseur individuel situé dans chaque appartement est raccordé au circuit collectif de refroidissement par l'intermédiaire de 2 vannes d'isolement aller et retour (07). Pour les logements dont la climatisation est différée, les 2 vannes en attente peuvent être reliées par un bipasse avec organe d'équilibrage (08). Lors de l'équipement du logement, le bipasse est remplacé par les 2 flexibles de raccordement du compresseur. CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT COLLECTIF Les groupes moto-compresseurs sont raccordés à un circuit de refroidissement collectif fermé, véhiculant de l'eau additionnée d'un produit antigel. Ce réseau se compose des parties suivantes - Des antennes individuelles (09) desservant chaque logement et aboutissant sur les vannes d'isolement (07) des compresseurs. - Une ou plusieurs colonnes descendantes (10), situées dans les gaines techniques du batiment. Pour les cages d'escalier comprenant de nombreux niveaux avec peu d'appartements par étage, on peut avoir une seule gaine technique commune située dans la cage d'escalier. Dans d'autres configurations, les colonnes descendantes peuvent cheminer à l'intérieur des gaines techniques internes aux appartements. Dans certains cas, on peut aussi envisager un sous-circuit direct entre chaque appartement et les collecteurs en toiture. - Eventuellement un collecteur en toiture regroupant les colonnes descendantes, soit en combles, soit sur terrasse. Le circuit de refroidissement collectif est réalisé selon les règles de l'art applicables aux installations de chauffage en circuit fermé. La température nominale moyenne de l'eau en été est de l'ordre de 450C. Bien que ce ne soit pas une nécessité absolue, il est souhaitable que ce réseau soit calorifugé. AEROREFRIGERANT COLLECTIF Le circuit collectif de refroidissement des condenseurs aboutit sur un aéroréfrigérant eau/air (11) situé en toiture, soit directement sur terrasse, soit sur une terrasse technique aménagée dans une couverture en tuiles. Le rôle de cet aéroréfrigérant est d'évacuer à l'atmosphère la chaleur produite par les climatiseurs. N'ayant pas de compresseur, ce type d'appareil est très silencieux. Il se compose essentiellement d'une batterie d'échange avec tubes a ailettes parcourus par l'eau en circuit fermé, d'un ou plusieurs motoventilateurs, d'un ensemble de régulation, d'un chassis, d'une carrosserie, et d'accessoires divers. Certains modèles peuvent être dotés d'un dispositif complémentaire d'arrosage externe de la batterie afin d'améliorer le rendement. L'aéroréfrigérant est équipé d'un ensemble hydraulique comprenant un dispositif de remplissage en eau (12), un dispositif de charge en produit antigel (13), un vase d'expansion (14), une pompe de circulation (15), ainsi que la robinetterie et les accessoires conformes aux règles de l'art. L'alimentation en eau, limitée au remplissage initial du circuit et aux appoints éventuels, est assurée à partir du compteur des communs. La consommation électrique des ventilateurs et de la pompe (très réduite) est également imputée sur le compteur EDF des communs. Selon les configurations, l'installation collective fonctionne à débit constant ou à débit variable. Elle est donc équipée avec les dispositifs appropriés à chaque cas. PARTICULARITES Le procédé décrit ci-dessus présente les caractéristiques suivantes - Simplicité d'installation et de fonctionnement, garantissant une grande fiabilité avec de faibles coûts d'exploitation. - Séparation nette entre les parties privatives alimentées par le compteur EDF de l'appartement et les parties collectives, sans aucune liaison électrique entre l'intérieur des appartements et les parties communes de l'immeuble. - Faible capacité totale en fluide frigorigène, ce qui est positif en matière de protection de l'environnement. - Pas de circuit d'eau glacée, ce qui simplifie l'installation et son calorifugeage. - Les installations collectives sont réalisées lors de la construction du batiment ou de sa réhabilitation (prééquipement). - Les installations intérieures des appartements peuvent être réalisées, entretenues et remplacées par de petites Entreprises, voire par des Artisans. Cet équipement individuel peut être différé, et réalisé en plusieurs phases afin d'étaler l'investissement. Dans certains cas, on peut ainsi imaginer de climatiser au départ une seule pièce (le séjour), puis progressivement les différentes chambres. - Il n'y a aucun appareil extérieur visible sur les façades. - Le niveau sonore généré à l'intérieur des logements est très faible. En effet, les climatiseurs terminaux installés dans les pièces de vie n'ont pas de compresseur et atteignent couramment des niveaux inférieurs à 28 dB(A). Par ailleurs, le groupe central du logement est un compresseur refroidi par eau, insonorisé, et installé dans un local de service (placard, WC, meuble sous évier, etc..). - Le niveau sonore des appareils extérieurs (aéroréfrigérant en toiture) est également très faible, puisqu'il est comparable à celui d'un groupe de VMC. L'installation ne soulève donc aucune difficulté par référence à la nouvelle réglementation acoustique (NRA 96). - L'incidence architecturale des installations communes est nulle dans le cas de batiments avec toitures terrasses ; elle est faible dans le cas des couvertures en tuiles. Dans un batiment de 20 logements, l'ordre de grandeur de prix pour un appartement moyen (type P3 de 65 m2) est le suivant : Pré-équipement collectif = 4 000 F.HT/Logt installations individuelles intérieures : 40 000 F.HT/Logt PRESENTATION GENERALE : VARIANTES VARIANTE NO 1 Le système de base décrit ci-dessus n'est pas réversible et assure donc uniquement le rafraichissement en été. Le traitement des logements en hiver doit donc être assuré soit par des résistances électriques intégrées aux climatiseurs, soit par tout autre système de chauffage électrique ou à combustibles. Mais on peut concevoir une variante assurant le rafraichissement en été et le chauffage en hiver.Les installations de base sont alors modifiées comme suit - Le groupe moto-compresseur de chaque logement est du type réversible par inversion du cycle frigorifique, son échangeur frigorigène-eau devenant alors condenseur en été et évaporateur en hiver, les batteries terminales des climatiseurs devenant alors des évaporateurs en été et des condenseurs en hiver, avec ou sans résistances électriques d'appoint pour le chauffage. - Le circuit collectif conserve la même structure. Il véhicule de l'eau chaude en été, et de l'eau froide en hiver. Il est obligatoirement calorifugé. - L'aéroréfrigérant est complété par une source collective de chauffage de type quelconque (à génération directe, ou par récupération de chaleur, ou encore combinant les deux modes). Il peut aussi être remplacé par une pompe de chaleur réversible air-eau, qui assure le refroidissement du circuit en été et sa régénération thermique en hiver (mais cette dernière version nécessite des précautions particulières contre les nuisances sonores externes). La pompe de chaleur peut également assurer une récupération d'énergie en hiver comme en été, par exemple sur l'air extrait. En hiver, on assure une simple régénération thermique de la boucle collective, le plus gros travail étant assuré par les groupes moto-compresseurs individuels fonctionnant en pompes de chaleur. Le comptage de chaleur individuel est donc superflu. Néanmoins, des compteurs de chaleur peuvent être montés sur les antennes individuelles (09). Dans ce cas, ces compteurs sont neutralisés en été. VARIANTE NO 2 En été, la chaleur produite par le groupe moto-compresseur de chaque logement peut être en partie récupérée pour le préchauffage de l'eau chaude sanitaire. A coté du groupe (ou à l'intérieur de ce dernier), on monte alors un petit échangeur à plaques (16), dont le primaire est alimenté par l'antenne individuelle (09) du circuit de refroidissement, et dont le secondaire est parcouru par la canalisation d'eau froide (17) allant vers le chauffe-eau, avec vannes d'isolement et de bipasse (18). Compte tenu des régimes de température (500C au maximum sur le primaire) il n'y a aucune régulation L'échangeur est irrigué en permanence sur le primaire, et le secondaire récupère simplement la chaleur disponible, au fil des soutirages sur le chauffe-eau. EXPOSE DETAILLE A titre d'exemple de solution, une installation conforme à la présente demande de brevet pourrait être réalisée par la mise en oeuvre des équipements suivants INSTALLATIONS INTERIEURES INDIVIDUELLES Dans les pièces principales de chaque logement (séjours et chambres), installation d'un climatiseur non réversible (04), avec télécommande infra-rouge et micro-pompe de relevage des condensats intégrée. Ces appareils sont sélectionnés dans la gamme très étendue offerte par de nombreux fabricants. Le niveau sonore est très faible, et en tous cas conforme à la Règlementation en vigueur. Base de puissance frigorifique donnée à titre purement indicatif : 1 000 W dans les chambres, 2 000 W dans le séjour.Au plafond des toilettes (WC), installation d'un groupe moto-compresseur (05) avec condenseur à refroidissement par eau, régulation, accessoires, carrosserie insonorisée et montage sur silentblocs, de manière à obtenir un niveau sonore compatible avec la règlementation en vigueur. Le groupe étant irrigué en permanence par le circuit de refroidissement fermé, la vanne pressostatique est facultative. L'installation est alimentée électriquement à partir du tableau d'abonné de l'appartement. A titre purement indicatif, la puissance frigorifique du groupe serait de l'ordre de 3 500 W pour un logement moyen de type P3, compte tenu du foisonnement. Entre les climatiseurs et le compresseur, liaisons (06) par conduites frigorifiques standard, pré-chargées et isolées, avec cable électrique et tube souple d'évacuation de condensats. Les conduites frigorifiques, le cable électrique et le tube de condensats sont logés de préférence dans un fourreau commun individuel. A proximité du compresseur, les tubes de condensats sont regroupés et raccordés sur une évacuation d'eaux usées, avec interposition d'un siphon à forte garde d'eau. Le chauffage est assuré soit par une résistance électrique intégrée à chaque climatiseur, soit par une installation indépendante, telle que des convecteurs électriques ou des corps de chauffe à eau chaude pré-existants. Le groupe motocompresseur individuel situé dans chaque appartement est raccordé au circuit collectif de refroidissement par l'intermédiaire des 2 vannes d'isolement aller et retour (07). A titre indicatif, le diamètre intérieur des antennes de raccordement individuelles est de l'ordre de 18 mm. Pour les appartements en attente de climatisation, les 2 vannes sont reliées par un bipasse avec organe de réglage de débit (08). CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT COLLECTIF Les groupes de condensation (05) de chaque appartement sont reliés à l'aéroréfrigérant extérieur par un circuit qui comprend les antennes individuelles (09), ainsi qu'une ou plusieurs colonnes descendantes (10). Ce circuit véhicule de l'eau glycolée. L'installation fonctionnant en froid seul (climatiseurs non réversibles), le circuit collectif n'est en service que l'été, avec une température moyenne de l'ordre de 450C. Dans son parcours intérieur à l'immeuble, le circuit est calorifugé. Pour ce réseau, on peut utiliser n'importe quel type de canalisations convenant aux circuits de chauffage (acier, cuivre, ou matériaux de synthèse). En ce qui concerne les organes de robinetterie et d'équilibrage, ce réseau est également traité selon les règles de l'art applicables aux circuits de chauffage fermés.A titre indicatif, le diamètre intérieur du collecteur général est de l'ordre de 50 mm pour un bloc de 20 logements. AEROREFRIGERANT COLLECTIF Cet appareil (11) est composé essentiellement de plusieurs moto-ventilateurs, d'une batterie d'échange eau/air, d'un chassis et d'organes de régulation. L'ensemble est traité contre la corrosion. Pour une température extérieure de 350, le régime nominal des températures d'eau est de l'ordre de 500C à l'entrée et 400C à la sortie. A titre indicatif, la puissance à dissiper compte tenu du foisonnement est de l'ordre de 60 KW pour un bloc de 20 logements. L'installation est complétée par un dispositif de remplissage en eau avec disconnecteur (12) alimenté par le compteur des communs, par un dispositif de charge en antigel Glycol (13), par un vase d'expansion (14) et par une pompe de circulation (15), ainsi que par la robinetterie et les accessoires nécessaires. L'ensemble est alimenté électriquement depuis le compteur EDF des communs.Si les compresseurs (05) sont équipés d'une vanne pressostatique de régulation de débit, l'installation collective est équipée soit de soupapes de décharge sur le circuit (10), soit d'un variateur automatique de débit sur la pompe (15). PROGRESSIVITE Les installations collectives sont entièrement réalisées lors de la construction de l'immeuble ou de sa réhabilitation (pré-équipement). La climatisation intérieure des appartements peut être réalisée lors de la construction, ou être différée. Pour ces installations individuelles, on dispose suivant les cas de choix multiples - Equipement initial d'une seule pièce (en général le séjour), ou de 2 pièces (le séjour et la chambre principale), puis équipement complémentaire en fonction des besoins - Equipement initial de toutes les pièces principales. APPLICATION INDUSTRIELLE Ce procédé de climatisation est essentiellement destiné aux batiments d'habitation collectifs, neufs ou existants. Une extension est possible pour d'autres batiments, tels que les immeubles de bureaux. Dans ce cas, le terme appartement est remplacé par le terme groupe de locaux individuels , et le terme batiment d'habitation est remplacé par le terme général batiment . REVENDICATIONS 1 ) Procédé de climatisation essentiellement destiné aux batiments d'habitation collectifs, utilisant des appareils et composants dont certains sont connus, et constituant une combinaison de moyens caractérisée par l'assemblage des composants selon le principe fonctionnel suivant - Dans chaque appartement, un ou plusieurs climatiseurs individuels (04) de type standard sans compresseur, avec batterie à détente directe - Dans chaque appartement, un groupe moto-compresseur frigorifique (05) avec condenseur refroidi par de l'eau - Dans chaque appartement, les climatiseurs sont reliés au groupe moto-compresseur par un circuit de fluide frigorigène (06) avec tubes pré-chargés - L'installation intérieure de chaque appartement est alimentée électriquement depuis le tableau d'abonné individuel, sans aucune liaison électrique avec les parties communes de l'immeuble - Le groupe moto-compresseur de chaque logement est relié à un circuit collectif de refroidissement fermé (09) (10), qui véhicule de l'eau additionnée d'un produit antigel - Le réseau de refroidissement est raccordé à un aéroréfrigérant collectif (11) avec batterie à eau en circuit fermé, dont le rôle est d'évacuer à l'atmosphère la chaleur produite par l'installation - L'installation collective est complétée par un dispositif de remplissage en eau, par un dispositif de charge en produit antigel, par une pompe de circulation d'eau, par un vase d'expansion et par des accessoires divers - Les consommations d'eau et d'électricité des parties collectives sont imputées sur les compteurs communs de l'immeuble. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage des appartements en hiver est assuré par des résistances électriques intégrées aux climatiseurs, ou encore par un système de chauffage indépendant de type quelconque. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une variante de composition, le groupe motocompresseur (05) de chaque appartement est du type réversible entre l'hiver et l'été par inversion du cycle frigorifique, son échangeur frigorigène-eau devenant alors condenseur en été et évaporateur en hiver ; les batteries terminales des climatiseurs (04) devenant alors des évaporateurs en été et des condenseurs en hiver, avec ou sans résistances électriques d'appoint pour le chauffage. 4 ) Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, dans la même variante de composition, le réseau collectif (09) (10) de refroidissement d'été devient un réseau collectif de régénération thermique en hiver, avec ou sans compteurs de chaleur individuels. 5 ) Procédé selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que, dans la même variante de composition, l'aéroréfrigérant collectif (11) assurant le refroidissement du réseau en été est complété par un dispositif quelconque assurant la régénération thermique du réseau en hiver, les 2 fonctions pouvant intégrer une récupération d'énergie et être assurées par une seule pompe de chaleur réversible. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une autre variante de composition, le groupe motocompresseur (05) de chaque appartement est équipé d'un petit échangeur à plaques (16) assurant en été une récupération de chaleur transférée sur le tube d'alimentation du chauffe-eau sanitaire de l'appartement.