Brevet FR2800155A1 — publié le 20010427

RESEAU DE CIRCULATION A DEBIT MASSIQUE (DEBIT VOLUMIQUE) STABILISE La présente invention se rapporte à un réseau de circulation à débit massique (débit volumique stabilisé) exempt des fluctuations de pression du système de distribution. De plus, la présente invention se rapporte à ce qu'on appelle une passerelle de stabilisation de débit massique au moyen de laquelle le réseau peut être établi. De préférence, l'invention est utilisée pour le développement et la mise en oeuvre économique d'un circuit de desserte d'eau chaude consommable (CHW), étant donné qu'elle est susceptible d'éliminer les problèmes15 provenant de la distribution, des mesures d'économie et du comptage. Une desserte de qualité équilibrée pour des utilisateurs situés à des distances différentes du site de production de chaleur est une exigence qui va à20 l'encontre d'un réseau CHW économique moderne. Par la littérature, on connaît des solutions concernant un certain nombre d'utilisateurs reliés en parallèle ou concernant des circuits de circulation constitués par des systèmes secondaires d'utilisateurs25 (Recknagel, Sprengel, Schramek: Taschenbuck fur Heinzung und Klimatechnik R. Oldenburg Verlag, Munich, pages 1580 à 1628). Certains agencements réels de connexion publiés dans la littérature examinent la solution de certaines tâches partielles, par exemple la commande de température ou la mesure de quantité de l'eau consommée. Le Brevet U.S. n 1 708 287 revendique un système de chauffage d'eau de circulation, solution dans laquelle le circuit de desserte de chauffage est relié en parallèle avec le35 circuit de circulation de chauffage d'utilisateur. 2 L'unité de commande du réseau de circulation est une vanne trois voies intégrée dans le point d'angle du circuit de desserte. La pompe de circulation est intégrée dans le circuit de circulation de desserte. La technique 5 précédente permet une commande de la température de l'eau même pendant la consommation. Une solution similaire est revendiquée dans le Brevet U.S. n 4 065 054 et également dans le Brevet allemand n 2 104 535. Dans le Brevet hongrois n 200 227, un agencement de connexion est10 publié, dans lequel le circuit de circulation de desserte, en plus de la pompe et d'un échangeur de chaleur, comporte également un réservoir de stockage d'eau chaude. Les utilisateurs sont sur un circuit de circulation indépendant qui est mis en oeuvre par une15 pompe. La pompe met en circulation l'eau chaude d'utilisateur par l'intermédiaire du circuit secondaire d'un échangeur de chaleur relié au circuit primaire par l'intermédiaire d'une tuyauterie auxiliaire, technique dans laquelle le circuit secondaire est relié au circuit20 primaire par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur et d'un débitmètre. L'unité de mesure construite de la manière précédente et mise en oeuvre selon le circuit interne à circulation indépendante est susceptible de mesurer la quantité exacte d'eau consommée.25 Un réseau CHW classique (figure 1) est constitué d'un équipement de production de chaleur 1, d'un tuyau CHW 2, d'un circuit de circulation 3 et d'une pompe 4 intégrée dans le circuit de circulation. Un tuyau d'eau froide 5 est utilisé pour remplir le réseau avec de30 l'eau. Le tuyau CHW 2 va de l'équipement de production de chaleur jusqu'au dernier orifice d'alimentation d'utilisateur (limite de desserte d'utilisateur), et le circuit de circulation 3 étant responsable dans le réseau de la circulation allant du dernier orifice35 d'alimentation d'utilisateur jusqu'à l'équipement de production de chaleur. Dans le cas du réseau classique de circulation de desserte CHW, le débit massique (débit volumique) de l'eau en circulation est exprimé de la manière suivante: c x V Vc = c x D x V = l1f3 o Vc = Vs + Vu m (kg) masse d'eau existant dans le système de tuyauterie du circuit de circulation désigné mc (kg/s) masse d'eau en circulation dans le système de tuyauterie désigné V (m3) volume d'eau existant dans le circuit de circulation désigné Vc (m3/h) volume d'eau en circulation dans le système de tuyauterie du circuit de circulation désigné c numéro de circulation u et s indices se rapportant aux circuits d'utilisateur et de desserte 3 coefficient se rapportant au réglage entre le côté utilisateur et le côté desserte qn = 1/p rapport du réglage Dans le cas de systèmes classiques, la valeur est normalement supérieure à 1, d'une manière générale, sa valeur est comprise entre 1,5 et 2,0. En conséquence, on se réfère à la possibilité ne pouvant pas être maîtrisée du réseau classique de circulation CHW. Indépendamment du nombre d'orifices d'utilisateur reliés en parallèle ou du nombre de circuits hydrauliques secondaires dans le système classique précédemment mentionné, il constitue un réseau de circulation mis en oeuvre par un équipement (pompe). Jusqu'à ce qu'il n'y ait aucune consommation, le système est en équilibre, cependant dans le cas de consommation au niveau d'un quelconque orifice d'utilisateur, l'équilibre devient rompu. L'un des principaux problèmes de la mise en oeuvre de circuits de desserte d'eau chaude est que la consommation de l'eau chaude n'est pas constante, et dépend grandement de l'heure du jour, c'est-à-dire que la consommation la plus élevée a lieu le matin et le soir. La fluctuation de la consommation produit en permanence un changement de pression dans une plage relativement grande. Le circuit de circulation central devrait être réglé pour ces changements de pression indéfinissables. Le réseau de circulation de l'alimentation en eau chaude de centaines d'appartements devrait être mis en oeuvre de sorte que les utilisateurs obtiennent un niveau de desserte similaire, c'est-à-dire l'obtention d'eau chaude20 en quantité souhaitée et à la température voulue. Afin de parvenir à un rapport de circulation correct dans chaque partie du système, à cause de la distribution médiocre, le réseau est conçu de manière surdimensionnée. Evidemment, un système plus grand souffre également d'une25 perte de chaleur plus grande. La circulation d'une grande quantité d'eau exige une pompe ayant une capacité élevée, ce qui conduit à un coût d'investissement excessivement élevé et également à une absorption de puissance élevée. De plus, des inconvénients des réseaux classiques sont les suivants: - Ils ne sont pas susceptibles de stabiliser le débit massique dans le réseau central de circulation d'eau chaude ni du côté utilisateur, ni du côté desserte, et en conséquence ils ne sont pas susceptibles d'assurer35 une desserte de grande qualité. (C'est-à-dire qu'il y a toujours des orifices d'utilisateur o la température de l'eau est inférieure à la demande). - Un type de desserte de ce genre n'effectue pas de demande à l'encontre du système d'utilisateur, ou plutôt le réseau classique décrit est inadéquat pour effectuer une quelconque demande, étant donné qu'il ne comporte aucune solution correcte pour définir la limite entre les utilisateurs et la desserte. Pour cette raison, les responsabilités entre les utilisateurs et la desserte ne10 peuvent pas être séparées les unes des autres, et même la dépendance d'intérêt de la desserte ne peut pas être déterminée entre l'utilisateur et la desserte. La légionnellose devrait également être mentionnée ici, car ces dernières années, en relation avec la desserte CHW, toute l'attention était portée sur cette maladie. Les germes pathogènes de cette maladie sont des bactéries que l'on peut trouver n'importe o dans les eaux de surface et qui provoquent de graves affections pulmonaires et qui sont susceptibles de se multiplier20 aisément dans un réseau CHW construit de manière incorrecte. (K. Seidel: Bundesgesundheitsblatt 2/90, Bundesgesundheitsamt/WaBoLu/DVGW Richtlinien/WHO/DINRaumlufttechnhnik, pages 1 à 7). L'objectif de la présente invention est l'élimination des inconvénients précédemment mentionnés des réseaux CHW. Selon la présente invention, le côté desserte et le côté utilisateurs peuvent être séparés l'un de l'autre au moyen de la mise en place de ce qu'on appelle une30 "passerelle de stabilisation de débit". Elle permet d'établir un circuit d'utilisateur complètement distinct du circuit de desserte, qui a un débit massique (débit volumique) stabilisé et qui est exempt de fluctuation de pression. La stabilisation de débit massique signifie la35 commande du débit massique de l'eau en circulation du circuit d'utilisateur et du circuit de desserte dans la plage fonctionnelle demandée. L'amélioration des conditions de circulation réduit ou élimine le risque de formation d'eau stagnante responsable de la légionnellose. A cet effet l'invention concerne une passerelle de stabilisation de débit massique (débit volumique), caractérisée en ce qu'elle comprend une passerelle hydraulique munie de raccords primaires d'entrée et de sortie, et des raccords secondaires de sortie et d'entrée, et de plus, un tuyau de distribution secondaire muni d'une connexion de sortie et un tuyau de retour secondaire muni d'une connexion d'entrée, dans laquelle l'orifice de sortie secondaire de la passerelle15 hydraulique est relié au tuyau de distribution secondaire, tandis que son orifice d'entrée secondaire est relié au tuyau de retour secondaire et l'équipement de circulation est installé sur le tuyau secondaire. Le réseau de circulation examiné dans la présente invention diffère, à la base, des réseaux de circulation classiques mis en oeuvre par un seul équipement (pompe) étant donné qu'il est mis en oeuvre par plus d'un équipement (pompes), par exemple les circuits secondaires hydrauliques sont mis en oeuvre dans des systèmes autonomes constitués d'un circuit de circulation de desserte et d'un certain nombre de circuits de circulation indépendants d'utilisateur. Chaque circuit de circulation d'utilisateur est relié au circuit de circulation de desserte par l'intermédiaire d'une30 passerelle de stabilisation de débit massique. L'invention concerne également un système de circulation à stabilisation de débit massique (débit volumique), caractérisé en ce qu'il comprend des circuits de circulation mis en oeuvre de manière indépendante avec35 l'application de la passerelle de stabilisation de débit 7 massique mise en place dans un quelconque système de circulation faisant couler du liquide ou de l'air. Ce système peut être caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de circulation de desserte et des circuits de circulation d'utilisateur mis en oeuvre de manière indépendante les uns des autres, et les circuits de circulation d'utilisateur sont reliés dans le circuit de circulation de desserte par l'intermédiaire de la passerelle de stabilisation de débit massique.10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, prise en relation avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma représentant un réseau CHW classique; la figure 2 est un schéma représentant un réseau de circulation selon la présente invention; la figure 2a est un graphique représentant les pressions dans les différents composants du système en fonction de la distance au centre de production de chaleur, selon la présente invention; la figure 3 représente un mode de réalisation de passerelle de stabilisation de débit massique selon la présente invention; 25 la figure 3a représente un autre mode de réalisation de la passerelle de stabilisation de débit massique de la figure 3; la figure 3b représente encore un autre mode de réalisation de la passerelle de stabilisation de débit massique de la figure 3. La figure 2 présente une réalisation possible du réseau de circulation examiné dans la présente invention. Le réseau est constitué de l'équipement de production de chaleur 1, du tuyau CHW côté desserte 2a (allant de35 l'équipement de production de chaleur jusqu'à l'orifice 8 d'entrée 7 de la dernière passerelle de stabilisation de débit massique 6), du circuit de circulation de desserte 3a (allant de l'orifice de sortie 8 de la dernière passerelle de stabilisation de débit massique 6 jusqu'à l'équipement de production de chaleur 1) et de la pompe 4 installée sur le tuyau de circulation 3. Le tuyau d'eau froide 5 est utilisé pour l'alimentation en eau. L'ensemble des éléments précédemment mentionnés constitue le circuit de circulation de desserte. Chaque circuit de10 circulation d'utilisateur est relié au circuit de circulation de desserte par l'intermédiaire de la passerelle de stabilisation de débit massique 6. Chaque circuit de circulation d'utilisateur est constitué du tuyau CHW côté utilisateur 2b (allant de l'orifice de15 sortie 12 de la passerelle de stabilisation de débit massique 6 jusqu'au dernier orifice de desserte d'utilisateur) et du tuyau de circulation d'utilisateur 3b (allant du dernier orifice de desserte d'utilisateur jusqu'à l'orifice d'entrée 13 de la passerelle de stabilisation de débit massique 6). La passerelle de stabilisation de débit massique 6 est présentée de façon détaillée à la figure 3. La passerelle de stabilisation de débit massique 6 est constituée de la passerelle hydraulique 9 munie de25 raccords primaires d'entrée 7 et de sortie 8, et de raccords secondaires de sortie 10 et d'entrée 17, du tuyau de distribution secondaire 2b muni d'une connexion de sortie 12 et du tuyau de retour secondaire 3b muni d'une connexion d'entrée 13. L'orifice de sortie30 secondaire 10 de la passerelle hydraulique 9 est relié au tuyau de distribution secondaire 2b, tandis que l'orifice d'entrée secondaire 13 est relié au tuyau de retour secondaire 3b. Une vanne de coupure 11 est mise en place dans le tuyau secondaire 2b. Une pompe 4 est installée35 dans le tuyau secondaire 3b, tandis qu'un clapet de non- 9 retour 16 est monté sur le tuyau 3b, ainsi qu'une unité de réglage de quantité 15 et, dans un cas particulier, une correction de température 14. La pompe de circulation 4 détermine les conditions de circulation du côté utilisateur. En fonction de la demande, la pompe 4 peut être mise en oeuvre de façon continue ou de manière intermittente. Pour le réglage du débit massique (débit volumique) du système utilisateur, l'unité de réglage de quantité 15 associée à la pompe 4 est utilisée. Les sens d'écoulement sont bien déterminés au moyen du clapet de non-retour 16. Il y a deux façons basiques d'appliquer la passerelle de stabilisation de débit massique 6. - Une unité préfabriquée (3a) à installer dans le nouveau système ou dans le système existant. Dans ce dernier cas, la passerelle préfabriquée peut être mise en place dans le système par un découpage de la partie appropriée du tuyau CHW, et les tuyaux de distribution et de retour du système CHW d'utilisateur sont reliés20 ensemble aux orifices primaires 7, 8 de la passerelle hydraulique 9. - Elle peut même être mise en place dans un réseau existant au moyen de l'utilisation du présent système transférant la tuyauterie existante dans la passerelle25 hydraulique, c'est-à-dire le tuyau de circulation d'utilisateur ayant un diamètre correct est relié au tuyau CHW (figure 3b). En tenant compte du fait que l'établissement de la passerelle hydraulique 9 dépend des paramètres du système existant, il est nécessaire de se30 livrer à une tâche de conception dans un cas de ce type pour étudier l'installation de la passerelle hydraulique. Indépendamment de la fluctuation de pression du circuit de desserte, le réseau de circulation développé de la manière précédente avec l'application des35 passerelles de stabilisation de débit massique 6 est susceptible de stabiliser le débit massique (débit volumique) du circuit de circulation CHW d'utilisateur par l'intermédiaire d'un filtrage des fluctuations de pression dans le circuit de desserte du réseau par la5 mise en oeuvre du circuit de circulation CHW d'utilisateur supportée par des passerelles de stabilisation de débit massique. De plus, on peut conclure que deux circuits hydrauliques indépendants sont établis avec une différence de pression de zéro entre les circuits de desserte et d'utilisateur. En conséquence, il y a des circuits de débit massique (débit volumique) en circulation à la fois du côté desserte et du côté utilisateur. Les conditions de circulation peuvent être caractérisées par le numéro de circulation "c". Le numéro de circulation est le suivant: m V c = _ ou c= m V avec m flux massique V flux volumique cu numéro de circulation du côté utilisateur Cs numéro de circulation du côté desserte cu = cs un réglage du mode de fonctionnement est nécessaire dans la plage de cu/cs = 0,8 à Conditions de fonctionnement normal Vu desserte et également aux systèmes secondaires d'utilisateur. Dans le cas de systèmes de desserte CHW classiques, une circulation centrale de l'eau chaude résout le maintien de la température demandée de l'eau chaude de25 consommation au niveau des orifices d'utilisateur. L'application du processus de l'invention supporte la séparation des circuits de circulation de desserte et d'utilisateur, et procure une opportunité de compensation indépendante de température des circuits de desserte et30 de circulation d'utilisateur. En fonction de l'état du circuit d'utilisateur (par exemple, le degré d'isolation thermique), la température de l'eau (refroidie) de retour dans le circuit varie grandement, ce qui est du ressort de l'utilisateur. Le35 compensateur de température 14 (par exemple, une gaine de 12 chauffage électrique) mis en place sur le tuyau secondaire de retour 3b de la passerelle de stabilisation de débit massique 6 chauffe l'eau qui s'est précédemment refroidie dans le système d'utilisateur. En conséquence,5 la réduction sans cause de la température de l'eau dans le circuit de desserte peut être éliminée. De plus, la société fournissant la desserte n'est pas responsable de la perte d'énergie dans le circuit d'utilisateur et elle peut être facturée à l'utilisateur. La compensation de10 température procure une possibilité de séparer la perte de chaleur du système d'utilisateur de celle du côté desserte, et en conséquence, l'absence d'intérêt du système d'utilisateur antérieur peut être réduit, en outre, les pertes du côté utilisateur ne s'imputent pas15 au système de desserte. Pour les raisons précédentes, dans le cas de systèmes de desserte, on recommande que la passerelle de stabilisation de débit massique 6 soit intégrée par la combinaison de compensation de température.20 Manières de compenser la température 1. Compensation totale de température 1.1. Application d'une unité de compensation à puissance constante (figure 3). La capacité de l'unité de chauffage est réglée sur la vitesse de refroidissement25 déterminée par une mesure ou une sortie des quantités et l'opération de compensation de température est démarrée par la mise en oeuvre de la pompe de circulation d'utilisateur. 1.2. Dans la fonction de réduction de température du circuit d'utilisateur (2t = tCHW - tcirc) par l'application d'une unité de chauffage ayant une capacité réglable (figure 3a), l'unité de chauffage précédemment spécifiée chauffe au moyen de la capacité déterminée selon le signal t (OC) entre les circuits de circulation35 et CHW. 2. Compensation partielle (figure 3b) Formation d'un système dont la qualité dépend de la satisfaction partielle ou complète de la demande. La CHW entrant dans le système d'utilisateur préchauffe l'eau refroidie en circulation. En fonction de son propre système, l'utilisateur reçoit une qualité d'eau inférieure. Seule une compensation partielle de chaleur est prévue pour l'utilisateur. Les pertes dues à la compensation partielle sont comptabilisées de manière distincte. Dans le cas d'un système de circulation à débit massique stabilisé. VuCHW n = 1 - VuCHW + VsCHW et en tenant compte du facteur précédent, le débit massique de la CHW en circulation peut être déterminé par20 l'équation suivante: Vcirk.stab = 1p x n x Vcirk (m3/h) Le refroidissement du réseau d'eau chaude peut être calculé de manière similaire au système de circulation classique. Par la réduction du débit massique de l'eau en circulation, la vitesse du milieu en circulation dans le réseau est réduite à: Vcirk.stab = Vcirk x n (m/s) dans laquelle la réduction du coefficient de transfert de chaleur (W/m2K) signifie également la réduction de la perte de chaleur dans le réseau.35 Le système de circulation développé par la 14 passerelle de stabilisation de débit massique 6 et muni de la compensation de température 14 est susceptible d'optimiser la distribution du système, et en conséquence réduit la perte de chaleur du système et réduit également 5 les coûts dans le cas d'un investissement. Dans le cas o le système de stabilisation de débit massique est mis en place dans un système secondaire d'utilisateur, l'unité de compensation de température peut être éliminée.10 Avantages du système Par l'application d'éléments structurels connus, l'établissement d'un nouveau système fonctionnel de base peut être atteint, ce qui garantit la mise en oeuvre de chaque système de circulation et ce qui améliore également en conséquence le niveau de desserte. Il réduit ou élimine la formation de la légionnellose. Il apporte une solution pour la séparation en systèmes bien déterminés des circuits d'utilisateur et de desserte précédemment totalement intégrés. La stabilisation du fonctionnement distinct établit les conditions de la compensation de température du côté utilisateur. Il réduit les coûts de desserte par: - la réduction des pertes de chaleur, - la réduction de l'absorption d'énergie électrique, - la réduction des activités fonctionnelles continues, - l'élimination des pertes du côté utilisateur distinct, - une réduction de la taille de l'équipement fonctionnel. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. q6 Liste des références 1 équipement de production de chaleur 2 tuyau CHW 2a tuyau CHW de desserte 2b tuyau CHW d'utilisateur 3 circuit de circulation 3a tuyau de circulation de desserte 3b tuyau de circulation d'utilisateur 4 pompe (équipement pour la circulation) tuyau d'eau froide 6 passerelle de stabilisation de débit massique 7 raccord primaire d'entrée 8 raccord primaire de sortie 9 passerelle hydraulique raccord secondaire de sortie il vanne de coupure 12 connexion de sortie du tuyau secondaire sortant 2b 13 connexion d'entrée du tuyau secondaire de retour 3b 14 compensation de température unité de réglage de quantité 16 clapet de non-retour 17 raccord secondaire d'entrée REVENDICATIONS 1. Passerelle de stabilisation de débit massique (débit volumique) (6), caractérisée en ce qu'elle comprend une passerelle hydraulique (9) munie de raccords primaires d'entrée (7) et de sortie (8), et des raccords secondaires de sortie (10) et d'entrée (17), et de plus, un tuyau de distribution secondaire (2b) muni d'une connexion de sortie (12) et un tuyau de retour secondaire10 (3b) muni d'une connexion d'entrée (13), dans laquelle l'orifice de sortie secondaire (10) de la passerelle hydraulique (9) est relié au tuyau de distribution secondaire (2b), tandis que son orifice d'entrée secondaire (13) est relié au tuyau de retour secondaire15 (3b) et l'équipement de circulation (4) est installé sur le tuyau secondaire (3b). 2. Passerelle de stabilisation de débit massique (débit volumique) (6) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une vanne de coupure (11) dans le tuyau de distribution secondaire (2b). 3. Passerelle de stabilisation de débit massique (débit volumique) (6) selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un clapet de non- retour (16) dans le tuyau secondaire de retour (3b). 4. Passerelle de stabilisation de débit massique (débit volumique) (6) selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une unité de réglage de quantité (15) dans le tuyau secondaire de retour (3b). 5. Passerelle de stabilisation de débit massique (débit volumique) (6) selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une compensation de température (14) dans le tuyau secondaire de retour (3b). 6. Système de circulation à stabilisation de débit massique (débit volumique), caractérisé en ce qu'il comprend des circuits de circulation mis en oeuvre de manière indépendante avec l'application de la passerelle de stabilisation de débit massique (6) mise en place dans un quelconque système de circulation faisant couler du liquide ou de l'air, et en ce que ladite passerelle est5 selon une des revendications 1 à 5. 7. Système de circulation de desserte d'eau chaude consommable (CHW) à stabilisation de débit massique (débit volumique) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de circulation de desserte et des circuits de circulation d'utilisateur mis en oeuvre de manière indépendante les uns des autres, et les circuits de circulation d'utilisateur sont reliés dans le circuit de circulation de desserte par l'intermédiaire de la passerelle de stabilisation de15 débit massique (6).