Brevet FR2753526A1 — publié le 19980320

Installation de chauffage-climatisation avec réseau bouclé à température constante alimentant des unité terminales de transfert de calories. L'invention concerne le domaine des installations de chauffage et de climatisation avec un réseau bouclé alimentant des unités terminales de transfert de calories disposés dans des locaux indépendants. On connaît un premier type d'installation dans lequel chaque unité terminale est équipée d'une batterie d'échange, qui de type aérotherme ou équivalent, est alimentée par le réseau bouclé à partir. d'une unité centrale comprenant une chaudière délivrant de l'eau chaude à une température pouvant aller jusqu' 90"C et un groupe frigorifique délivrant de l'eau refroidie autour de 7"C. Selon la saison, le réseau bouclé est alimenté soit par la chaudière, soit par le groupe frigorifique. L'inconvénient de ce type d'installation est que les unités terminales de tous les locaux sont soit en fonction chauffage, soit en fonction rafraîchissement et qu'il n'est pas possible de combiner les deux fonctions sur le réseau. Par ailleurs, une telle installation nécessite dès l'origine un investissement global et important tout en ne réalisant pas de récupération d'énergie par transfert entre les locaux traités. Dans un second type d'installation à réseau bouclé, ce réseau est alimenté par une unité centrale comprenant une source chaude, telle qu'échangeur, chaudière, réseau de chaleur, une source froide, telle que aéroréfrigérant atmosphérique, refroidisseur à sec ou équivalent, et les unités terminales comprennent chacune un ensemble frigorifique, de type pompe à chaleur, composé d'un premier échangeur alimenté par le réseau et disposé sur un circuit frigorifique avec un organe de détente, un second échangeur, un compresseur et une vanne d'inversion des circuits. Cette vanne fait fonctionner les premier et second échangeurs, soit en condenseur et en évaporateur, pour la fonction chauffage, soit en évaporateur et en condenseur, pour la fonction rafraîchissement. Cette dernière technique qui est utilisée par de nombreux fabriquants présente de nombreux inconvénients - elle nécessite à priori des investissements importants, car les unités terminales intègrent obligatoirement les fonctions chauffage et rafraîchissement, - elle implique de surdimensionner les échangeurs participant au chauffage, car les caractéristiques de ceux-ci sont déterminées par les besoins du rafraîchissement (pompage), - elle conduit à une consommation importante d'énergie électrique pour la fonction chauffage, puisqu'il faut alimenter la pompe à chaleur du groupe frigorifique de chaque unité terminale, ce qui est particulièrement désavantageux en hiver, au moment où l'énergie est la plus chère. A cela, il faut ajouter que, depuis quelques temps, et pour économiser l'énergie, la construction des bâtiments prend de plus en plus en compte la réduction des pertes de chaleur et met en oeuvre des isolations importantes, des vitrages isolants et de nombreux autres moyens économiseurs de chaleur, tandis que, parallèlement, les bâtiments à usage de bureaux, par un éclairage plus important et le développement be la bureautique, génèrent davantage de calories. I1 en résulte que les besoins de rafraîchissement croissent, tandis que les besoins de chauffage décroissent, de sorte que les installations actuellement fournies sont inadaptées aux besoins, puisque conçues pour satisfaire aux besoins du rafraîchissement, leurs unités terminales sont surdimensionnées pour le chauffage. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en fournissant une installation de chauffage-climatisation, avec réseau bouclé à température constante, nécessitant un investissement de départ réduit pour assurer la fonction chauffage, et permettant, par un investissement complémentaire, déporté dans le temps, d'assurer la fonction rafraîchissement de façon modulaire pour chaque unité terminale, cette installation permettant d'assurer simultanément par diverses unités terminales, la fonction chauffage et la fonction rafraîchissement, tout en réduisant la consommation électrique en période hivernale A cet effet, dans chaque unité terminale de l'installation selon l'invention, l'échangeur thermique de chauffage est constitué par une batterie de chauffage connectée en permanence au réseau bouclé, avec interposition d'au moins une vanne de sélection, cette batterie étant disposée dans un caisson comportant un logement recevant, immédiatement ou ultérieurement, un ensemble de rafraîchissement comprenant un condenseur alimenté, à travers la vanne de sélection, par la branche du réseau provenant de l'unité centrale, ce condenseur étant disposé sur un circuit frigorifique comprenant un organe de détente, un évaporateur, un compresseur sous le contrôle d'un boîtier de commande réagissant au capteur de la température du local, tandis que le réseau bouclé est alimenté, en toute saison et par l'unité centrale, en fluide caloporteur à une température constante apte à assurer la fonction chauffage en direct et la fonction rafraîchissement. Grâce à cet agencement, l'installation de base comprend d'origine, dans l'unité centrale, une source chaude, pouvant être constituée par tout moyen utilisant toute énergie, une source froide utilisant des moyens de rafraîchissement à air ou à eau (aéroréfrigérant ou refroidisseur à sec), et chaque unité terminale ne comporte qu'une batterie de chauffage avec ses moyens générant un flux d'air. Par ailleurs, la batterie de chauffage de chaque unité terminale est calculée et dimensionnée par rapport à la température d'eau qui lui est délivrée par le réseau bouclé et non pour les besoins du rafraîchissement, ce qui évite son surdimensionnement. Lorsque le besoin s'en fait sentir, c'est à dire immédiatement après l'installation ou ultérieurement, l'équipement de rafraîchissement peut être mis en place dans toutes les unités terminales et seulement dans celles qui nécessitent un tel rafraîchissement. Dans une forme d'exécution de l'invention, dans le logement ménagé dans chaque unité terminale pour recevoir l'ensemble de rafraîchissement, débouche au moins un conduit d'entrée d'air et un conduit de soufflage se prolongeant au-delà de la batterie de chauffage, ce conduit de soufflage étant muni d'un motoventilateur propulsant l'air sur la batterie de chauffage. Avec cet agencement, le chauffage d'un local s'effectue sans recours à aucun autre moyen. Avantageusement, 1' ensemble de rafraîchissement est disposé dans un châssis qui s'engage à la façon d'un tiroir dans le logement de chaque unité terminale, ce châssis comportant des moyens de fixation dans ce logement, des moyens de raccordement aux deux branches du réseau bouclé, des moyens de raccordement aux moyens de régulation de la température dans le local et des conduits internes reliant le conduit d'entrée d'air au conduit de soufflage de l'unité terminale. Ainsi, l'adaptation de la fonction rafraîchissement à un local quelconque s'effectue très rapidement et à moindre frais. Lorsque cet ensemble de rafraîchissement est en fonctionnement, le soufflage de l'air froid est assurée par le même ventilateur que celui assurant le soufflage de l'air chaud et sous le contrôle des mêmes moyens de régulation, ce qui simplifie le réglage et réduit l'investissement. Par ailleurs, lorsqu'un ensemble de rafraîchissement est utilisé dans une unité terminale, les calories dégagées sont renvoyées-dans la branche retour du réseau bouclé et peuvent donc etre utilisées pour réduire la consommation d'énergie utilisée pour la fonction chauffage. I1 apparaît ainsi que l'installation selon l'invention fonctionne, dans son ensemble, en pompe à chaleur avec utilisation directe de la chaleur produite au niveau thermique du condenseur de l'équipement travaillant en froid et cela sans intervention d'un deuxième étage de compression (d'ou gain sur la consommation électrique). D'autres caractéristiques et avantages ressartiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention. Figure 1 est une vue schématique générale de l'installation, Figure 2 est une vue partielle montrant, à échelle agrandie, le schéma fonctionnel de deux unités terminales, l'unité de gauche étant représentée sans l'équipement frigorifique assurant le rafraîchissement de l'air. Comme montré à la figure 1, cette installation comprend, de manière générale, une unité centrale C et plusieurs unités terminales T1, T2, T3,...Tn. L'unité centrale comprend une source chaude 2 et une source de froid 3 disposées sur la branche aller 4a d'un réseau bouclé 4a, 4b, dont la branche de retour 4b revient à la source chaude 2. La branche aller 4a est équipée d'une pompe 5 propulsant, dans le réseau bouclé, un fluide caloporteur, tel que de l'eau, de l'eau glycolée ou autre. L'unité centrale C comporte également des moyens de régulation 6 gérant la source chaude 2 et la source froide 3, en fonction des besoins. Comme montré pour l'unité T1 sur la partie gauche de la figure 2, chaque unité terminale comprend, dans sa version de départ, un caisson 11 intégrant les éléments nécessaires à la fonction chauffage à savoir - une batterie de chauffage 7 alimentée par des conduits 8a et 8b connectés, avec vanne d'isolement 9, sur les branches 4a, 4b du réseau bouclé, - un motoventilateur 10 assurant la circulation de l'air, - et des équipements complémentaires, tels que filtre 41, grilles de soufflage 42 et de reprise d'air 43. Cette unité comporte également, dans sa partie centrale, un logement 12 dans lequel débouche au moins un, et de préférence deux conduits d'entrée d'air latéraux 13 et un conduit de soufflage 14 qui, contenant le motoventilateur 10, s'étend au-delà de la batterie de chauffage 7. La référence 15 désigne un capteur mesurant la température dans le local contenant l'unité terminale et réagissant sur un boîtier 16 pilotant une vanne de régulation du débit de fluide caloporteur 44 parvenant à la batterie de chauffage 7 et éventuellement la vitesse du ventilateur 10. Le circuit d'alimentation et de commande 17 allant au ventilateur 10 comporte une dérivation 18 dont l'utilité sera précisée plus loin. Enfin, le conduit 8a est équipé d'une vanne de sélection 19, à trois voies et actionnement automatique, de laquelle part une branche 20 débouchant dans le logement 12, tandis que le conduit 8b comporte une branche 22 débouchant dans le logement 12 et équipée d'un robinet d'arrêt 23. Lorsque l'unité centrale est en fonction de chauffage, la vanne de sélection 19 ferme la branche 20. Cela permet au fluide caloporteur de circuler, à partir de la branche 4a du réseau bouclé, par le conduit 8a, par la batterie de chauffage 7, par le conduit 8b pour revenir à la branche 4b du réseau bouclé. Le fluide caloporteur qui est refroidi lors de sa traversée de la batterie 7, par le flux d'air généré dans le conduit de soufflage 14 par le motoventilateur 10, est ainsi ramené par la branche 4b du réseau bouclé à la source de chaleur 2 qui lui apporte les calories manquantes pour le ramener à sa température de service qui, selon l'invention, est de l'ordre de 43"C. L'unité terminale T2, représentée sur la partie de droite de la figure 2, est équipée d'un ensemble de rafraîchissement composé d'un ensemble frigorifique comprenant un condenseur 30, la branche 32a d'un circuit frigorifique, un organe de détente 33 disposé sur la branche précitée, un évaporateur 34, la branche 32b du circuit frigorifique et un compresseur 35 disposé sur la branche 32b reliant l'évaporateur 34 au condenseur 30. Ce condenseur est également raccordé, par des conduits souples, aux branches 20 et 22 ménagées en attente dans le caisson 11 de l'unité. Cet ensemble de rafraîchissement est disposé dans un châssis 36 qui s'engage à la façon d'un tiroir dans le logement 12 du caisson 11. Ce châssis comporte des moyens de fixation dans le logement, non représentés, et des conduits internes 37 et 38 reliant les conduits d'entrée 13 au conduit de soufflage 14 ménagé dans le caisson 11. Le boîtier de commande 39 du compresseur 35 est raccordé, par un circuit électrique 40, à la dérivation 18 de régulation, en attente dans le caisson 11. Bien entendu, le châssis 36 comporte également divers organes de sécurité frigorifique, de même que les organes de puissance, de commande et de sécurité électrique des différents éléments et les moyens de raccordement au réseau électrique, non représentés. Il apparaît déjà que la mise en place de l'ensemble de rafraîchissement s'effectue de manière rapide et avec un minimum de main d'oeuvre. Pour bénéficier de la fonction rafraîchissement, il faut actionner la vanne de sélection 19, de manière qu'elle dirige le fluide caloporteur non plus sur la batterie de chauffage 7, mais sur le condenseur 30 , la vanne 22 étant ouverte en permanence. Cette action est effectuée en permanence par la régulation En fonctionnement, 1" ensemble de rafraîchissement utilise le fluide caloporteur porté à une température maximale de 430C et les calories résiduelles sont ramenées par la branche 22 au conduit 8b, puis à la branche 4b du réseau bouclé. Selon les applications, chaque unité terminale peut être sous forme de console ou de plafonnier et être habillée ou non. La source chaude 2 peut être obtenue à partir d'énergies diverses, telles que fuel, gaz, électricité, réseau de chaleur. On notera l'intérêt d'utiliser du gaz naturel puisque, grâce à la basse température du réseau bouclé, il est possible de récupérer la chaleur de condensation sur les fumées, ce qui réduit la consommation énergétique. La source froide peut être constituée par un aéroréfrigérant à circuit ouvert ou fermé, par un refroidisseur sec ou par de l'eau pompée dans une nappe phréatique. Par rapport aux installations existantes, l'installation selon l'invention présente de nombreux avantages. Au niveau de 1 investissement, elle permet, dans un premier temps, de ne mettre en place que les moyens nécessaires au chauffage des locaux en prenant soin d'installer cependant la source froide nécessaire au rafraîchissement ultérieur, puis, dans un second temps, d'équiper en ensembles de rafraîchissement qu'une partie des unités terminales, selon la demande des occupants des locaux. Sur le plan technique, et indépendamment de l'utilisation d'un réseau bouclé à basse température, l'installation permet d'utiliser une chaudière à gaz ayant un très bon rendement et présente l'avantage de nécessiter un volume réduit pour la mise en place de l'unité centrale dans un local technique. Elle permet également, au niveau du réseau bouclé, une récupération de chaleur avec des écarts de température moins importants, et de fournir une puissance adaptée aux besoins, tant en chaud qu'en froid. Par ailleurs, le recours à des groupes frigorifiques ne fonctionnant qu'à la saison chaude permet de réduire la consommation électrique à la saison froide, c'est à dire quand l'énergie électrique est la plus coûteuse, et, en réduisant le temps de fonctionnement et d'usure du compresseur, d'allonger la durée de vie de l'installation. En saison froide, il est également possible de faire fonctionner l'installation en régime accéléré (mises en régime ou régime d'écrêtement). Sur le plan de l'exploitation, grâce au caractère indépendant de chaque ensemble de rafraîchissement dans les unités terminales, il est possible de contrôler les dépenses de rafraîchissement en prenant en compte, pour la consommation de la source froide, la proportion de la surface rafraîchie par rapport à la surface générale du bâtiment, et, pour la consommation de l'ensemble de rafraîchissement individuel, la consommation électrique relevée aux compteurs des locaux considérés. Dans une variante de réalisation non représentée, la vanne de régulation 16 est confondue avec la vanne d'isolement et de sélection 19. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage-climatisation avec réseau bouclé à température constante alimentant des unités terminales (T1, Tn) de transfert de calories comportant une unité centrale (C) avec une source chaude (2), une source froide (3), des moyens (5) de mise en circulation du fluide caloporteur dans un réseau bouclé (4a, 4b) alimentant les unités terminales (T1 à Tn) équipées chacune d'échangeurs thermiques, respectivement chaud et froid, et de moyens de régulation thermique réagissant à un capteur (15) de la température du local à rafraîchir, caractérisée en ce que l'échangeur thermique de chauffage est constitué par une batterie de chauffage (7) connectée en permanence au réseau bouclé (4a, 4b), avec interposition d'au moins une vanne de sélection (19), cette batterie (7) étant disposée dans un caisson (11) comportant un logement (12) recevant, immédiatement ou ultérieurement, un ensemble de rafraîchissement (36) comprenant un condenseur (30) alimenté, à travers la vanne de sélection (19), par la branche (4a) du réseau provenant de l'unité centrale (C), ce condenseur étant disposé sur un circuit frigorifique (32a, 32b) comprenant un organe de détente (33), un évaporateur (34), un compresseur (35) sous le contrôle d'un boîtier de commande (39) réagissant au capteur (15) de la température du local, tandis que le réseau bouclé (4a, 4b) est alimenté, en toute saison et par l'unité centrale (C), en fluide caloporteur à une température constante apte à assurer la fonction chauffage en direct et la fonction rafraîchissement. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide caloporteur provenant de l'unité centrale (C) est à une température de l'ordre de 430C. 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans le logement (12) ménagé dans chaque unité terminale (T1 à Tn) pour recevoir l'ensemble de rafraîchissement, débouche au moins un conduit (13) d'entrée d'air et un conduit (14) de soufflage se prolongeant au-delà de la batterie de chauffage (7), ce conduit de soufflage (14) étant muni d'un motoventilateur (10) propulsant l'air sur la batterie de chauffage (7). 4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'ensemble de rafraîchissement est disposé dans un châssis (36) qui s'engage, à la façon d'un tiroir, dans le logement (12) de chaque unité terminale (T1 à Tn), ce châssis (36) comportant des moyens de fixation dans ce logement, des moyens de raccordement à deux .conduits (8a, 8b) raccordés aux deux branches (4a, 4b) du réseau bouclé, des moyens (40) de raccordement aux moyens de régulation (15, 16) de la température dans le local et des conduits internes (37, 38) reliant le conduit (13) d'entrée d'air au conduit de soufflage (14) de l'unité terminale.