Brevet FR2800157A1 — publié le 20010427

DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé de chauffage et /ou de climatisation avec la possibilité de produire l'eau chaude sanitaire de bâtiments à locaux multiples. L'installation consiste ' utiliser un groupe thermodynamique individuel, raccordé sur une boucle à eau comprenant les éléments de ventilation, d'évaporation et de condensation. Aujourd'hui, ils existent plusieurs types de chauffage et de réfrigération dont les plus courants sont à détente directe individuelle ou centralisée. Les principaux inconvénients de ces procédés sont 1 Installations centralisées. Contraintes pour l'emplacement de la POMPE à CHALEUR (PAC) qui se situe généralement soit en terrasse soit au sous-sol Nuisances sonores importantes dues au refroidissement de la PAC Traitement acoustique encombrant et onéreux Mise en place des réseaux de distribution du fluide caloporteur compliqués et inesthétiques nécessitant des habillages. Entretien complexe de l'installation. En cas de panne de la pompe à chaleur (PAC), la totalité des installations bâtiment sont hors services. Comptage individuel par compteur de calories et de frigories onéreux avec obligations d'effectuer les relevés. Impossibilité pour l'utilisateur de choisir son mode de fonctionnement chaud froid. Emplacement des unités de traitement d'air en faux plafond nécessitant hauteur de plénum importante qui réduit la hauteur sous plafond. Trappe d'accès, permettant l'entretien des appareils inesthétiques. Ces trappes sont vites dégradées après 2 ou 3 démontages. Perte énergétique des réseaux de distribution entre la pompe à chaleur (PAC) et les appareils individuels Risques de fuites des fluides caloporteurs ou des eaux de condensation pouvant dégrader les faux plafonds. Traiten lent acoustique délicat des unités intérieures > Grilles de reprise de l'air apparentes en faux plafond inesthétique. 2 Installation à détente directe individuelle Mise en place des unités extérieures Unités extérieures bruyantes et inesthétiques Raccordements des tuyauteries frigorifiques entre les unités exterieures et intérieures inesthétiques et difficiles à dissimuler Implantation des unités intérieures en faux plafond présentant mêmes inconvénients que type ci-dessus. Le système de régulation ne permet aucune économie d'énergie, bien au contraire, du fait de la nécessité d'un débit d'air permanent sur l'évaporateur du groupe à détente directe vers la pièce principale. De plus ce système rend la pièce principale prioritaire sur l'ensemble des autres pièces. Obligation de création d'un réseau d'évacuation des eaux de condensation des unités extérieures. EN CONCLUSION D'une façon générale ces types d'installations cumulent les inconvénients et n'offrent pas les avantages que l'on peut attendre sur des systèmes collectifs ou individuels à savoir Coût de l'installation réduit 7 regroupement des installations dans un minimum de place avec accès direct économie d'énergie confort et esthétique fonctionnement performant et adaptable suivant la destination des locaux (appartements, bureaux) Possibilité de choisir son mode de chauffage ou de refroidissement individuellement. Le procédé est une pompe à chaleur sur boucle d'eau (air eau) assurant le chauffage, la climatisation et le réchauffage de l'eau chaude sanitaire de logements collectifs ou individuels. L'air nécessaire au chauffage ou à la climatisation des différentes pièces composant l'habitation est véhiculé par un ventilateur soufflant à basse vitesse dans un réseau de gaine Jorifugée. La température de chaque pièce est réglée de manière individuelle l'intermédiaire d'un thermostat d'ambiance. Durant toutes les phases de climatisation de chauffage, la pompe à chaleur assure le réchauffage du ballon d'eau chaude sanitaire. Ce procédé offre une pleine autonomie quant au choix mode de fonctionnement chaud ou froid de façon totalement individuelle. Ce procédé caractérisé par Cycle thermod namique en_phase "c li matisation" (b) Mode été - Figure 2 Calories vers chaude sanitaire Lorsqu'une demande de climatisation est faite, le compresseur frigorifique la pompe à chaleur refoule des gaz frigorifiques ( Fréon R22 ou 134A) surchauffés (phase vapeur 80 c ) dans l'échangeur du ballon d'eau chaude sanitaire (repère 215 Fig. 2). Au contact de l'eau plus froide, le Fréon cède des calories à l'eau contenue dans le ballon (201 - Fig. 2) et le réchauffe. Calories vers condenseur à eau A la sortie du ballon d'eau chaude sanitaire (201 - Fig. 2), le Fréon est vehiculé vers la vanne d'inversion de cycles (203 - Fig. 2) qui oriente celui-ci vers le condenseur à eau (205 - Fig. Au contact l'eau plus froide, le Fréon cède à nouveau des calories. Cet échange thermique appelé "condensation" entraîne sur le Fréon changement d'état (phase vapeur à la phase liquide). Frigories vers-évaporateur à air A la sortie du condenseur (205 - Fig. 2) le Fréon est orienté par un clapet anti-retour (212 - Fig. 2) vers le filtre déshydrateur (211 - Fig. 2) qui le sépare de ces impuretés éventuelles. II se dirige vers le détendeur en traversant celui-ci. Le Fréon passe brutalement de haute en basse pression (passe de - 18 bars à - 4 bars). Ce brusque changement de pression à l'entrée de l'évaporateur (213 - Fig. 2) entraîne une baisse significative de la température du gaz frigorifique (passe de - 35 C à Au contact du Fréon véhiculé dans l'évaporateur (213 - Fig. 2), l'air chaud aspi le ventilateur centrifuge (214 - Fig. 2) cède ses calories ; cet air est alors dirigé vers les pièces composant le Dgement pour le climatiser. Cet échange thermique appelé "évaporation" entraîne sur le Fréon un changement d'état (phase liquide à phase vapeur). Retour au compresseur A la sortie de l'evaporateur (213 - Fig. 2), les vapeurs sont dirigées vers la vanne d'inversion de cycles (203 - Fig. 2) qui les oriente vers le compresseur (204 - Fig. 2) pour être à nouveau comprimées et refaire un cycle frigorifique complet. Les cycles frigorifiques ne se terminent que lorsque toutes les pièces sont climatisées. Cycle thermodyn am ique en pha se "chauffage" (a) Mode Hiver- Figure 3) Calories vers chaude sanitaire Lorsqu'une demande de chauffage est faite, le compresseur (304 - Fig. 3) frigorifique de la pompe à chaleur refoule des gaz frigorifiques ( Fréon R22 ou 134A) surchauffés (phase vapeur - ) dans l'échangeur du ballon d'eau chaude sanitaire (315 - Fig. Au contact de l'eau plus froide, le Fréon cède des calories à l'eau contenue dans ballon (301 - Fig. 3) et le réchauffe. Calories vers condenseur à air A la sortie du ballon d'eau chaude sanitaire, le Fréon est véhiculé vers la vanne d'inversion de cycles (303 - Fig. 3) qui oriente celui-ci vers le condenseur à air (313 Fig. 3) Au contact du Fréon véhiculé dans le condenseur (313 - Fig. 3), l'air froid aspiré le ventilateur centrifuge (314 - Fig. 3) lui cède ses calories. Cet air est alors dirigé vers les pièces composant le logement pour le chauffer. Cet échange thermique appelé "condensation" entraîne sur le Fréon un changement d'état (phase vapeur à la phase liquide). Frigories vers éva porateur à eau A sortie du condenseur (313 - Fig. 3), le Fréon est orienté par un clapet anti-retour (repère 12 du schéma de principe) vers le filtre déshydrateur (311 - Fig. 3) le sépare impuretés éventuell^s, puis se dirige vers le détendeur (309 - Fig. 3). traversant celui " le Fréon passe Li-utalement de haute en basse pression (passe - 18 bars à - bars). Ce brusque changement de pression à l'entrée de l'évaporateur 3 - Fig. 3) entraîne une baisse significative de la température du gaz frigorifique (passe = 35 C à - 0 C ). Au contact du Fréon véhiculé dans l'évaporateur (305 - Fig. 3), l'eau contenue dans celui-ci lui cède ses calories et le réchauffe. Cet échange thermique appelé "évaporation" entraîne sur le Fréon un changement d'état (phase liquide ' la phase vapeur). Retour au compresseur A la sortie de l'évaporateur (305 - Fig. 3), les vapeurs sont dirigées vers la vanne d'inversion de cycles (303 - Fig. 3) qui les oriente vers le compresseur (304 - 3) pour être à nouveau comprimées et refaire un cycle frigorifique complet. Les cycles frigorifiques ne terminent que lorsque toutes les pièces sont chauffées. Régulation des températures Ballon d'eau chaude sanitaire Le ballon d'eau chaude sanitaire (301 - Fig. 3) est équipé d'un échangeur (315 - Fig. 3) permettant, durant toutes les phases de chauffage ou de climatisation, d'assurer le réchauffage de l'eau contenue dans celui-ci. Néanmoins, si la température l'eau du ballon d'eau chaude sanitaire est suffisante, l'électrovanne (302 - Fig. 3) s'ouvre oriente le Fréon vers la vanne d'inversion de cycle (303 - Fig. 3) empêchant ainsi une surchauffe anormale du ballon (301 - Fig. 3). Durant les heures dites "creuses", le ballon (301 Fig.3) peut être réchauffé par la résistance électrique équipant celui-ci. Ce type de réchauffage traditionnel est très peu utilisé dans ce procédé, car le maintien constant de la température du ballon se fera tout au long de la journée, minorant ainsi de manière substantielle, les dépenses liées à la consommation électrique du chauffe-eau, Log ement logement est équipé d'une sonde pilote fixant les températures Maxi : hiver Mini : Eté Un sélecteur 3 positions permet les modes suivants 1) Chauffage 2) Arrêt 3) Froid Pièces (Figure 4 L'ensemble des pièces composant le logement est équipé d'un thermostat (408 - 4). Ce dernier analyse la température et la compare à sa consigne. Si un écart d'au moins un degré est constaté, ce dernier ouvre un volet d'air (404 - Fig. 4) qui autorise le soufflage de l'air dans la pièce (407 - Fig. 4). Afin d'éviter tout réglage aberrant (exemple température ambiante 5 C ou 35 C), la température de la pièce ne pourra être inférieure ou supérieure aux limites fixées par l'utilisateur. Toutes les pièces fonctionnent sur le même principe. Quand toutes les pièces sont arrivées à la température désirée, la ventilation et les productions calorifiques ou frigorifiques s'arrêtent. Aucune pièce n'est prioritaire sur l'autre. Toutes sont réglables individuellement. Traitement de l'air ( Figure 4 Plénum de soufflage Le ventilateur de soufflage comporte en partie haute un plénum équipé de l'ensemble des volets trois voies (404 - Fig. 4) nécessaires au traitement individuel de chaque pièce. A chaque demande individuelle d'une pièce, pour le refroidissement ou le chauffage de son volume, le volet trois voies (404 - Fig. 4) concerné s'ouvre, il autorise le traitement de la pièce par la mise en service du ventilateur. Quel que soit le nombre de pièces en demande de chauffage ou de climatisation, les débits d'air par pièce ne changent pas. Les volets trois voies permettent, lors de la régulation d'une pièce, de réinjecter l'air soufflé à l'aspiration du placard technique améliorant ainsi ces performances. Réseau de distribution d'air Le réseau de distribution d'air (405 - Fig. 4) vers les pièces des locaux à chauffer ou à climatiser à partir du placard technique (403 - Fig. 4) est réalisé en gaines doubles peaux iso phonique et anti-conderqation, situé dans les faux plafond des couloirs et dégagement (410 - Fig. 4) du logerritjnt. Boites à bouches Les boites à bouches (406 - Fig. 4) revêtues d'une isolation phonique permettent le raccordement de la gaine de soufflage à la bouche de soufflage. Bouches de soufflage Les bouches de soufflage (407 - Fig. 4) de l'air dans les pièces à chauffer ou à climatiser sont placées en contact avec les faux plafonds (410 Fig. 4) au droit des portes ou cloisons des pièces à traiter. Elles sont de type double déflexions. Reprise d'air Les reprises d'air de chaque pièce traitée se feront soit dessous des portes (409 - Fig. 4), détalonnage, soit par une grille de transfert d'air. L'air ainsi repris au sol des pièces traitées cheminera vers le placard technique (403 - 4) par l'intermédiaire d'une grille (401 - Fig. 4) située en partie basse du placard technique afin d'améliorer le confort en hiver. Economie d'énergie et_rendement Rendement Le rendement d'une pompe à chaleur est le rapport de la production calorifique ou frigorifique (puissance exprimée en KW) sur les dépenses d'énergies nécessaires à ces productions (puissance exprimée en KW). Dans les systèmes de fuel ou gaz, ce rapport est dans le meilleur des cas égal à 1. Dans ledit procédé, ce rapport varie de 2 à 3,5 en fonction des conditions de température extérieure. De ce fait, les dépenses liées au conditionnement d'air des volumes à traiter, sont divisées de moitié voir de deux tiers. Les productions calorifiques et frigorifiques des "pompes ` chaleur" sont basées sur le transfert d'énergie du milieu extérieur vers le volume à traiter. Dans le cas où le milieu extérieur deviendrait particulièrement froid (-- 5 ), le transfert d'énergie devient difficile et entraîne une baisse du rendement frigorifique. Aussi, afin maintenir ce rendement dans des limites allant de 2 à 3.5, les machines pompe à chaleur sont équipées d'une résistance électrique (308 - Fig. 3) réchauffant l'eau entrant dans l'évaporateur ceci uniquement en mode chauffage. Cette résistance ne enclenche que si la température extérieure est inférieure à 0 C. Ce type de réchauffage été préféré au réchauffage global traditionnel dans les pompes à chaleur sur boucle d'eau, ceci afin d'éviter un réchauffage inutile et d'assurer une meilleure gestion es charges locatives. Pour les installations où le transfert d'énergie se fait par l'intermédiaire d'un échangeur sur nappe phréatique, la résistance électrique ne sera pas installée Dimensionnement et matériels Ces placards techniques ont été réalisés dans le but s'insérer harmonieusement dans un volume réduit. Tous les éléments nécessaires conditionnement d'air et à la production d'eau chaude sanitaire du logement y sont réunis. Dans un souci de fiabilité, les matériels composants les machines sont issus de grands constructeurs nationaux et internationaux, ce qui rend la disponibilité des materiels éventuellement immobilisés, rapide et aisé. REGULATION et SECURITE En façade avant de l'appareil se trouve à disposition, la sonde permettant d'afficher les températures maximums désirées aussi bien en chaud qu'en froid. Les thermostats individuels d'ambiance, placé dans les différentes pièces à traiter, agissant sur des volets d'air motorisés 3 voies. Le débit d'air du ventilateur est ainsi recyclé sur la batterie d'échange. Lorsque tous les volets motorisés 3 voies, équipés de contact de fermeture et d'ouverture, sont en position "fermer" le ventilateur s'arrête. De plus le système d'automate permet, selon son désir, le renvoie à distance des informations de fonctionnement de l'installation au moyen d'une ligne téléphonique. De façon générale, l'ensemble du principe de régulation, de distribution d'air, des circuits frigorifiques et de récupération d'énergie est détaillé dans les schémas de principe qui font partie intégrante de l'invention (Voir annexe) Matériels de régulation et de sécurité Sécurité Pressostat haute et basse pression Ils mesurent en permanence les pressions dans le circuit frigorifique et les comparent au minimum et maximum requis et arrêtent l'installation en cas de trop fortes pressions ou dépressions. Di sjoncteur L'ensemble des moteurs électriques composant la machine est protégé par des disjoncteurs du type magnétothermique protégeant les moteurs contre d'éventuelles surcharges électriques. REGULATION Automate programmable 12 e ntées 8 sorties II est le cerveau de la machine, il analyse en permanence tous les paramètres de fonctionnement de l'installation et autorise tous les différents modes fonctionnement. Thermostat eau chaude sanitaire II analyse en permanence la température de l'eau chaude sanitaire, " cette dernière est trop basse il autorise la circulation du Fréon dans l'échangeur eau chaude sanitaire, si cette dernière est correcte, il l'interdit. L'ensemble de l'installation de régulation est piloté par un automate placé dans le placard. PRINCIPE DE RECUPERATION D'ENERGIE Ce principe permet de chauffer gratuitement le ballon de stockage d'eau chaude sanitaire par la récupération des gaz chauds du compresseur rotatif. La régulation de température de l'eau chaude sanitaire du chauffe eau se fait au moyen d'une vanne électromagnétique commandée par le thermostat du chauffe eau, fermant ou alimentant l'échangeur commandé par l'automate. (Voir schémas frigorifiques aussi bien froid qu'en chaud joints en annexe). Le système de refroidissement du groupe peut se faire suivant deux procédés 1 ÉCHANGEUR (AÉRORÉFRIGERANT) DR Y COOLER L'échangeur (Aéroréfrigérant) DRY COOLER , seul élément commun de l'installation, a le gros avantage d'être silencieux et peu volumineux. Le réseau de distribution réalisé en tube PVC haute ter-nérature HTA ou ABS évitant tout problème de corrosion. Sur ce circuit de l' échangeur DRY COOLER et en particulier phase hiver, ont peu placer deux systèmes permettant de remonter la température la boucle. a) Récupération de la chaleur évacuée par l'installation de Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) L'air extrait de l'installation de ventilation mécanique controlée (VMC) (104 - Fig. 1) passe à travers une batterie raccordée sur le circuit de l'échangeur (aéroréfrigérant) DRY COOLER , permettant d'élever la température de celle- ci récupération de calories évacuées du bâtiment. b) Installation de panneaux solaires sur boucle d'eau de l'échangeur (Aérorefrigerant) DRY COOLER Ce système permet de remonter la température du réseau fonctionnement hiver 05 - Fig. 1) 2 EAU DE FORAGE (Figure 5) Dans le cas la disponibilité de nappe phréatique avec autorisati de pompage possible, la boucle à eau sera alimentée au moyen d'une ou deux pompes de forage. Ce type d'installation est également peu onéreux aussi bien en coût d'installation qu'en coût de fonctionnement et peut alimenter des réseaux annexes tels que zone de lavage voiture point d'eau garage, arrosage automatique des espaces verts ou tous autres besoins ne nécessitant pas d'eau potable. REVENDICATIONS 1. Procedé de chauffage et /ou de climatisation avec possibilité de production d'eau chaude sanitaire de façon individuelle, de bâtiments à locaux multiples, utilisant unité centralisée l'échangeur DRY COOLER (1 Gj - Fig. 1) comprenant au moins circulateur (103 - Fig. 1), placé en contact avec l'extérieur (101 - Fig. 1) du bâtiment, comprenant un réseau hydraulique ( boucle à eau) (102 - Fig. 1), alimentant placards techniques (108 - Fig. 1) de chaque logement ou bureau. Ledit placard technique (108 - Fig. 1) situé dans le dégagement de l'appartement comprend compresseur (204 - Fig. 2), un évaporateur (213 - Fig. 2), un réchauffeur de boucle individuel (208 - Fig. 2), un filtre déshydrateur (211 - Fig. 2), un condenseur (205 - Fig. un ventilateur (214 - Fig. 2), une platine de régulation, un réseau de gaines de soufflage (405 - Fig. 4), vers les pièces à traiter, des bouches de soufflage double déflexions (407 - Fig. 4) dans chaque pièce à traiter, volets 3 voies motorisés (404 - Fig. 4) à recyclage d'air fixées sur le plénum de soufflage. 2. Procedé suivant revendication 1 caractérisé par la récupération de la chaleur évacuee par installation de ventilation mécanique contrôlée. L'air extrait de l'installation ventilation mécanique contrôlée passe à travers une batterie raccordée sur le circuit l'échangeur DRY COOLER permettant d'élever la température de celle-ci récupération des calories évacuées du bâtiment (104 - Fig. 1). 3. Procédé suivant revendication 1 caractérisé par la récupération de la chaleur panneaux solaires sur la boucle à eau de l'échangeur DRY COOLER . Ce systeme permet de remonter la température en fonctionnement hiver. (105 - Fig. 1) 4. Procédé suivant revendication 1 caractérisé par de l'eau de forage. Dans le cas la disponibilité d'une nappe phréatique avec autorisation de pompage est possible, la boucle d'eau sera alimentée au moyen d'une pompe ou de deux pompes de forage. Ce type d'installation peut desservir des réseaux annexes tels que zone de lavage véhicule, arrosage automatique des espaces verts ou tous autres besoins ne nécessitant pas d'eau potable.