Brevet FR2926626A1 — publié le 20090724

L'invention concerne une installation de production d'eau chaude sanitaire pour une habitation collective. Compte tenu des contraintes environnementales et du coût important de l'énergie, il est nécessaire de réduire la consommation des différentes installations équipant une habitation. Les besoins de l'installation de chauffage de l'habitation ont été considérablement réduits, en particulier par l'utilisation de nouveaux matériaux d'isolation, la pose de vitrages adaptés, et la diminution des ponts thermiques lors de la construction du bâtiment. De même, les besoins d'une installation destinée à la ventilation de l'habitation sont considérablement réduits en utilisant une ventilation double flux, permettant de récupérer des calories sur le flux d'air extrait pour les transférer au flux d'air insufflé ou en utilisant une ventilation modulée, dont le fonctionnement est limité aux besoins réels et fonction, par exemple, du taux d'hygrométrie à l'intérieur de l'habitation. On constate actuellement que, dans les habitations de type � basse consommation �, l'installation destinée à la production d'eau chaude sanitaire est celle consommant le plus d'énergie. Il apparaît donc nécessaire de réduire les besoins en énergie de ce type d'installation. Dans ce but, il est connu d'utiliser une installation de production d'eau chaude sanitaire comportant un chauffe-eau comprenant un réservoir à l'intérieur duquel est stocké un fluide à chauffer, ainsi qu'un système de ventilation mécanique contrôlée destiné à extraire de l'air d'une habitation, le système de ventilation mécanique contrôlée étant couplé à un circuit thermodynamique à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène, le circuit thermodynamique comportant un évaporateur agencé pour échanger de la chaleur avec l'air extrait, un compresseur, un détendeur, et un condenseur agencé pour échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir. Une telle installation est généralement désignée par le terme � chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait �. Une installation de ce type permet de récupérer une partie de la chaleur de l'air extrait et de la transférer au fluide contenu dans le réservoir du chauffe-eau, par l'intermédiaire du circuit thermodynamique et des échangeurs de chaleur formés par l'évaporateur et le condenseur. Les installations connues de ce type ne sont toutefois pas adaptées aux habitations collectives. Pour des raisons de sécurité liées à la propagation des incendies, il n'est pas possible de rejeter l'air extrait de chaque installation dans un conduit d'extraction commun aux différents logements. Dans le cas où une telle installation était prévue et dans l'hypothèse d'une panne au niveau de l'extraction d'un des logements, par exemple en cas de défaillance d'un ventilateur d'extraction correspondant, les phénomènes de surpression à l'intérieur du conduit commun entraîneraient un risque de propagation des fumées ou du feu à l'intérieur du logement équipé du ventilateur défaillant. II serait alors nécessaire que chaque logement possède son propre réseau d'extraction d'air, ce qui engendre un surcoût et/ou une difficulté importante de mise en oeuvre. II existe d'autres d'installation de production d'eau chaude sanitaire, adaptées aux habitations collectives. Il est par exemple connu d'utiliser une installation de production d'eau chaude centralisée, équipée d'une chaudière raccordée à un réseau de distribution permettant d'acheminer l'eau chaude sanitaire aux différents logements. Une telle installation doit ainsi comporter au moins une pompe de circulation de l'eau chaude. Ce type d'installation est coûteux et entraîne de fortes déperditions thermiques puisque l'eau chaude doit circuler sur de longues distances dans le réseau de distribution, ainsi qu'une consommation électrique au niveau des pompes. Une autre installation connue est le chauffe-eau solaire collectif. Une telle installation comporte un réservoir commun d'eau à chauffer, à partir duquel s'étend un réseau de distribution d'eau chaude sanitaire dans les différents logements. Ce type d'installation présente les mêmes inconvénients que l'installation précédente. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une installation de production d'eau chaude sanitaire adaptée à une habitation 30 collective, peu coûteuse, et présentant un rendement accru. A cet effet, l'invention concerne une installation de production d'eau chaude sanitaire pour une habitation collective, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de chauffe-eau, destinés à équiper une pluralité de logements individuels de l'habitation, chaque chauffe-eau comportant un 35 réservoir à l'intérieur duquel est stocké un fluide à chauffer, chaque logement étant en outre équipé d'au moins une conduite d'extraction d'air, en particulier au niveau des pièces techniques, raccordée à un réseau d'extraction d'air commun aux différents logements, chaque logement comportant en outre des moyens d'échange de chaleur agencés pour échanger de la chaleur entre l'air extrait circulant dans la conduite d'extraction d'air et le fluide contenu dans le réservoir, de manière à chauffer le fluide en vue de produire de l'eau chaude sanitaire. L'eau chaude sanitaire peut être produite au niveau de chaque logement, de manière à limiter les déperditions thermiques liées au transport de l'eau sur de longues distances. En outre, les calories puisées dans l'air extrait permettent le chauffage du fluide contenu dans le réservoir du chauffe-eau, de manière à augmenter le rendement global de l'installation. Enfin, le fait que l'extraction soit réalisée par l'intermédiaire d'un réseau commun d'extraction d'air évite de prévoir des moyens de ventilation, par exemple des ventilateurs, au niveau de chaque logement. De cette manière, les phénomènes précités de surpression à l'intérieur du réseau d'extraction sont évités et, par conséquent, les risques de propagation d'incendie également. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'échange de chaleur comportent un circuit thermodynamique à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène, le circuit thermodynamique comportant un évaporateur agencé pour échanger de la chaleur avec l'air extrait, un compresseur, un détendeur, et un condenseur agencé pour échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir. Selon une forme de réalisation de l'invention, le condenseur est disposé à l'intérieur du réservoir du chauffe-eau, de manière à échanger directement de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens d'échange de chaleur comportent un circuit secondaire d'échange de chaleur à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur, traversant le condenseur de manière à échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur, le circuit secondaire comportant en outre un échangeur de chaleur disposé à l'intérieur du réservoir du chauffe-eau, de manière à échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir. Selon une possibilité de l'invention, l'installation comporte un réseau d'insufflation d'air commun aux différents logements, chaque logement étant équipé d'un échangeur de chaleur de type double flux, dans lequel le flux d'air insufflé dans le logement et provenant du réseau d'insufflation d'air échange de la chaleur avec le flux d'air extrait du logement. L'utilisation d'un échangeur de type double flux permet de limiter les déperditions thermiques liées à l'extraction d'air et de récupérer une partie des calories contenues dans l'air extrait pour chauffer l'air insufflé dans le logement. Préférentiellement, l'échangeur de chaleur de type double flux est disposé en amont des moyens d'échange de chaleur entre l'air extrait et le fluide contenu dans le réservoir, dans le sens de circulation de l'air extrait. Selon une caractéristique de l'invention, l'installation comporte des moyens de recyclage permettant de diriger une partie de l'air insufflé provenant du réseau d'insufflation, directement dans le réseau d'extraction d'air, en amont des moyens d'échange de chaleur dans le sens de circulation de l'air extrait. Les moyens de recyclage permettent de pouvoir accélérer, si nécessaire, le débit d'air circulant dans les moyens d'échange de chaleur, de manière à favoriser le chauffage de l'eau chaude sanitaire. Avantageusement, le réseau d'extraction d'air commun aux différents logements est équipé d'au moins un ventilateur apte à effectuer 20 l'extraction d'air de chaque logement. Selon une possibilité de l'invention, le réseau d'insufflation d'air commun aux différents logements est équipé d'au moins un ventilateur apte à effectuer l'insufflation d'air de chaque logement. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la 25 description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cette installation de production d'eau chaude sanitaire. Figure 1 est une représentation schématique d'une habitation collective équipée d'une installation selon l'invention : 30 Figure 2 est un plan d'un logement de l'habitation détaillant l'emplacement des différents éléments de l'installation ; Figure 3 est une vue schématique d'une partie de l'installation, selon une première forme de réalisation de l'invention ; Figure 4 est une vue correspondant à la figure 3, d'une seconde 35 forme de réalisation de l'invention. Une habitation collective 1 équipée d'une installation de production d'eau chaude sanitaire est représentée à la figure 1. L'habitation comporte une pluralité de logements 2 répartis sur plusieurs étages. Seul un logement 2 par étage est représenté à la figure 1 5 pour des raisons de lisibilité. Chaque logement 2 comporte un chauffe-eau comportant un réservoir 3 à l'intérieur duquel est stocké un fluide à chauffer. Chaque logement 2 est en outre équipé d'au moins une conduite d'extraction d'air 4, en particulier au niveau des pièces techniques 5, comme 10 cela est mieux représenté à la figure 2. Dans le cas représenté aux figures 1 et 2, l'air entre dans le logement 2 au niveau des fenêtres 6 et est extrait par l'intermédiaire de bouches d'extraction 7 en communication avec la conduite 4, comme cela est représenté par des flèches. L'installation fonctionne ainsi avec un système de 15 ventilation de type simple flux. Les débits d'air insufflé et d'air extrait indiqué à la figure 2 sont donnés à titre d'exemple uniquement. Différentes configurations peuvent, bien entendu, être envisagées. La conduite 4 d'extraction d'air de chaque logement 2 est 20 raccordée à un réseau d'extraction d'air 8 commun aux différents logements, le réseau d'extraction d'air 8 comportant une partie supérieure équipée d'un ventilateur 9. En outre, chaque logement 2 comporte des moyens d'échange de chaleur 10 agencés pour chauffer le fluide contenu dans le réservoir 3 à partir 25 de l'air extrait circulant dans la conduite 4. Selon une autre possibilité de l'invention, un réseau d'insufflation d'air 11 commun aux différents logements (figures 3 et 4), équipé d'un ventilateur. Dans ce cas, l'insufflation et l'extraction d'air sont commandées simultanément. On parle ainsi de ventilation de type double flux. Dans le cas 30 d'une ventilation à double flux, les entrées d'air sont réalisées, non plus au niveau des fenêtres, mais au niveau de bouches d'entrées d'air disposées dans les pièces de séjour 12. La structure des moyens d'échange de chaleur 10 va maintenant être décrite plus en détail en référence aux figures 3 et 4, dans le cas d'une 35 ventilation de type double flux. Selon une première forme de réalisation représentée à la figuré 3, les moyens d'échange de chaleur 10 comportent un circuit thermodynamique 13 à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène. Le circuit thermodynamique 13 comporte successivement, dans le sens de circulation de fluide frigorigène, un évaporateur 14 disposé dans la conduite 4 et agencé pour échanger de la chaleur avec l'air extrait, un compresseur 15, un condenseur 16 agencé pour échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir 3, et un détendeur 17. Le sens de circulation du fluide frigorigène est représenté par des flèches. En outre, la phase et la pression du fluide frigorigène sont identifiés par les références VBP (Vapeur Basse Pression), VHP (Vapeur Haute Pression), LHP (Liquide Haute Pression) et LBP (Liquide Basse Pression). Plus particulièrement, le condenseur 16 présente la forme d'un sepentin et est disposé à l'intérieur du réservoir 3 du chauffe-eau, de manière à échanger directement de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir 3. L'installation comporte en outre un échangeur de chaleur de type double flux 18, dans lequel le flux d'air insufflé FI dans le logement 2 échange de la chaleur avec le flux d'air extrait F2 du logement 2. Plus précisément, l'évaporateur 14 permet d'échanger de la chaleur entre le flux d'air entrant F1 provenant du réseau d'insufflation d'air 11 et dirigé vers le logement 2 par l'intermédiaire d'une conduite de distribution individuelle 19 permettant de distribuer l'air insufflé dans les différentes pièces de séjour 12, et le flux d'air sortant F2 provenant des pièces techniques 5, acheminé depuis ces différentes pièces par la conduite d'extraction d'air 4, et dirigé vers le réseau d'extraction d'air 8. Ainsi, l'échangeur de chaleur de type double flux 18 est disposé en amont de l'évaporateur 14 du circuit thermodynamique 13, dans le sens de circulation de l'air extrait. En outre, l'installation comporte des moyens de recyclage 20 permettant de diriger une partie de l'air insufflé, provenant du réseau d'insufflation 11, directement dans le réseau d'extraction d'air 8, c'est-à-dire sans le rejeter dans le logement 2. Les moyens de recyclage sont situés en amont de l'évaporateur, dans le sens de circulation de l'air extrait, et comportent un clapet commandé ainsi qu'une branche de dérivation permettant de dériver l'air insufflé hors de l'échangeur double flux 18. Dans une seconde forme de réalisation représentée à la figure 2, le condenseur 16 est disposé à l'extérieur du réservoir 3. Les moyens d'échange de chaleur 10 comportent alors en outre un circuit secondaire 21 d'échange de chaleur, équipé d'une pompe 22 et à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur. Le circuit secondaire 21 traverse le condenseur 16 de manière à échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur. Le circuit secondaire 21 comporte de plus un échangeur de chaleur 23 se présentant sous la forme d'un serpentin, disposé à l'intérieur du réservoir 3 du chauffe-eau, de manière à échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir 3. La structure des moyens d'échange de chaleur 10 est décrite ci-dessus en combinaison avec une ventilation de type double-flux. Toutefois, la structure des moyens d'échange de chaleur 10 reste inchangée dans le cas d'une ventilation simple flux, seuls le réseau d'insufflation d'air 11 et l'échangeur de chaleur de type double flux 18 étant dans ce cas inexistants. II apparaît ainsi que l'installation selon l'invention permet de récupérer, au moins en partie, l'énergie thermique disponible dans l'air extrait de manière à la transférer au fluide contenue dans le réservoir afin de produire de l'eau chaude sanitaire avec un rendement élevé. En outre, une telle installation peut être adaptée à des habitations collectives, du fait de l'utilisation d'un réseau d'extraction d'air commun aux différents logements auquel chaque conduite d'extraction d'air correspondante est raccordée. De plus, dans le cas particulier de la ventilation double flux, l'utilisation d'un échangeur de type double flux permet de limiter les 25 déperditions thermiques au travers de l'air extrait. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisations de cette installation, décrites ci-dessus à titre d'exemples, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Installation de production d'eau chaude sanitaire pour une habitation collective (1) caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de chauffe-eau, destinés à équiper une pluralité de logements individuels (2) de l'habitation (1), chaque chauffe-eau comportant un réservoir (3) à l'intérieur duquel est stocké un fluide à chauffer, chaque logement (2) étant en outre équipé d'au moins une conduite d'extraction d'air (4), en particulier au niveau des pièces techniques (5), raccordée à un réseau d'extraction d'air (8) commun aux différents logements (2), chaque logement comportant en outre des moyens d'échange de chaleur (10) agencés pour échanger de la chaleur entre l'air extrait circulant dans la conduite d'extraction d'air (4) et le fluide contenu dans le réservoir (3), de manière à chauffer le fluide en vue de produire de l'eau chaude sanitaire. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'échange de chaleur (10) comportent un circuit thermodynamique (13) à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène, le circuit thermodynamique comportant un évaporateur (14) agencé pour échanger de la chaleur avec l'air extrait, un compresseur (15), un détendeur (17), et un condenseur (16) agencé pour échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir (3). 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le condenseur (16) est disposé à l'intérieur du réservoir (3) du chauffe- eau, de manière à échanger directement de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir (3). 4. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que moyens d'échange de chaleur (10) comportent un circuit secondaire (21) d'échange de chaleur à l'intérieur duquel circule un fluide caloporteur, traversant le condenseur (16) de manière à échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur, le circuit secondaire (21) comportant en outre un échangeur de chaleur (23) disposé à l'intérieur du réservoir (3) du chauffe-eau, de manière à échanger de la chaleur avec le fluide contenu dans le réservoir (3).35 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte un réseau d'insufflation d'air (11) commun aux différents logements (2), chaque logement étant équipé d'un échangeur de chaleur de type double flux (18), dans lequel le flux d'air insufflé (FI) dans le logement (2) et provenant du réseau d'insufflation d'air (11) échange de la chaleur avec le flux d'air (F2) extrait du logement (2). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur de type double flux (18) est disposé en amont des moyens d'échange de chaleur (10) entre l'air extrait et le fluide contenu dans le réservoir (3), dans le sens de circulation de l'air extrait. 7. Installation selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de recyclage (20) permettant de diriger une partie de l'air insufflé provenant du réseau d'insufflation (11), directement dans le réseau d'extraction d'air (8), en amont des moyens d'échange de chaleur (10) dans le sens de circulation de l'air extrait. 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le réseau d'extraction d'air (8) commun aux différents logements (2) est équipé d'au moins un ventilateur (9) apte à effectuer l'extraction d'air de chaque logement. 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le réseau d'insufflation d'air (11) commun aux différents logements (2) est équipé d'au moins un ventilateur apte à effectuer l'insufflation d'air de chaque logement.