Brevet FR2954473A1 — publié le 20110624

Installation permettant le chauffage ou la climatisation d'un bâtiment comprenant une unité de stockage d'un effluent pourvue d'un échangeur de calories ou de frigories [001] L'invention concerne une installation de chauffage ou de climatisation pour des bâtiments. [002] Par bâtiments, on entend tout type de bâtiments, qu'il s'agisse de bâtiments d'habitation individuels ou collectifs, de bâtiments tertiaires ou de bâtiments industriels ou agricoles. [003] L'invention concerne plus particulièrement une installation permettant un chauffage ou un rafraîchissement du bâtiment régulé en fonction de la température extérieure. [4] Dans le domaine de la géothermie, il est connu d'utiliser dans les installations de chauffage ou de climatisation des échangeurs air/sol ou liquide/sol formés de nappes de tubes, plastiques ou métalliques, enterrés dans le sol. Ces échangeurs sont parcourus par un fluide caloporteur du type eau ou frigorigène. [5] De tels échangeurs présentent cependant un certain nombre d'inconvénients. En particulier, leur réalisation nécessitant d'importants travaux de terrassements, il s'ensuit alors des coûts de réalisation particulièrement onéreux. Par ailleurs, ils ne permettent pas de réguler le réchauffement ou le rafraîchissement de l'air du bâtiment en fonction de la température extérieure, seuls les échanges thermiques entre le sol et le fluide caloporteur intervenant du fait de leur implantation dans le sol. [6] II est également connu d'utiliser des aérothermes pour chauffer des bâtiments. Cependant, ces appareils présentent l'inconvénient majeur d'être d'importants consommateurs d'énergie. [007] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant une installation de chauffage ou de climatisation de bâtiments ne nécessitant pas la mise en oeuvre de moyens de terrassement importants. [8] L'invention a également pour objectif de proposer une installation permettant une régulation de la température à l'intérieur du bâtiment en fonction de la température extérieure et ce, de manière simple et peu onéreuse. [9] L'invention a également pour objectif de mettre en oeuvre une solution écologique en proposant une installation de chauffage ou de climatisation permettant une préservation de l'environnement et ayant une faible consommation en énergie. [0010] A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose une unité de stockage d'un effluent comprenant un bassin apte à contenir l'effluent à traiter et au moins un échangeur apte à être parcouru par un fluide caloporteur, l'échangeur étant agencé au niveau du bassin pour permettre des échanges de calories ou de frigories entre l'effluent contenu le bassin d'une part et le fluide caloporteur lorsque celui-ci circule dans l'échangeur d'autre part. [0011] L'implantation des échangeurs dans des unités de stockage d'effluents permet ainsi d'utiliser les températures auxquelles sont maintenus les effluents. Une telle implantation est particulièrement intéressante lorsqu'il s'agit d'unités de stockage destinées au traitement biologique des effluents. En effet, celles-ci présentent une amplitude de température beaucoup moins importante que l'air ambiant extérieur. Ainsi, en saison froide leur température est plus élevée que l'air extérieur, et à l'inverse en saison chaude, leur température est moins importante. [0012] L'implantation d'échangeurs, non pas dans le sol, mais dans des unités de stockage d'effluents permet ainsi de réduire fortement les coûts de terrassement, seul le terrassement des réseaux de raccordement des échangeurs aux bâtiments intervenant lorsqu'il a été choisi d'enterrer ces derniers dans le sol. [0013] Avantageusement, l'échangeur est situé à l'intérieur de la paroi inférieure du bassin. [0014] L'unité de stockage peut également comprendre un échangeur situé sur la face interne de l'une au moins des parois du bassin. Par « parois », s'entend la ou les parois latérales du bassin selon la forme de celui-ci, et la paroi inférieure définissant le fond du bassin. [0015] Selon une configuration particulière, l'échangeur comprend une nappe de conduits agencée pour former une canalisation serpentant sur tout ou partie de la paroi inférieure du bassin. Cela permet ainsi d'augmenter la surface d'échange utile et donc l'efficacité de l'échangeur. [0016] Avantageusement, l'échangeur est apte à être raccordé en sortie à au moins un échangeur de frigories ou de calories situé dans un bâtiment à chauffer ou à refroidir. [0017] Selon un autre aspect, l'invention concerne une installation permettant le chauffage ou la climatisation de bâtiments, comprenant au moins une unité de stockage d'un effluent telle que décrite précédemment, et un réseau tubulaire de circulation d'un fluide caloporteur, le réseau tubulaire de circulation comprenant au moins un échangeur de calories ou de frigories disposé dans un bâtiment, ledit échangeur du bâtiment étant raccordé à l'échangeur de calories ou frigories de l'unité de stockage. [0018] Les stations de traitement d'effluents comportent généralement des générateurs d'air chaud pour la production d' un « air process » (nommé par la suite générateur d'air process). Cet air process est destiné notamment, mais non exclusivement pour le traitement des effluents contenus dans les unités de stockage. Il est le plus souvent porté à des températures très élevées aux refoulements des générateurs. Afin de mettre à profit les températures de l'air process produit par le générateur, l'échangeur de l'unité de stockage est avantageusement raccordé à l'échangeur du bâtiment par l'intermédiaire d'une canalisation de circulation montée autour de la canalisation de refoulement d'air d'un générateur d'air process. Cela permet ainsi la réalisation d'échanges 3 caloriques entre l'air chaud refoulé par le générateur d'air process dans la canalisation de refoulement et le fluide caloporteur traversant la canalisation de circulation depuis l'échangeur de l'unité de stockage vers l'échangeur du bâtiment. [0019] Afin de permettre l'utilisation du réseau tubulaire de circulation du fluide caloporteur pour refroidir le bâtiment, il est avantageusement prévu que l'installation comporte une conduite de dérivation du fluide caloporteur disposée de manière à contourner la canalisation de refoulement d'air process. [0020] Avantageusement, le réseau tubulaire de circulation est déployé en réseau fermé. [0021] Avantageusement, la circulation du fluide caloporteur dans le réseau tubulaire de circulation est effectuée au moyen d'une pompe ou d'un circulateur. [0022] L'invention concerne également une installation de traitement biologique d'un effluent comprenant une unité de stockage telle que décrite précédemment. [0023] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente une vue schématique d'un exemple d'installation selon l'invention permettant le chauffage ou la climatisation d'un bâtiment ; ù la figure 2 représente une vue de dessus de l'unité de stockage de l'installation de la figure 1 ; la figure 3 représente une vue de détail de la jonction du réseau tubulaire de circulation du fluide caloporteur avec des surpresseurs équipant le bâtiment ; et ù la figure 4 représente une vue de détail du réseau de circulation du fluide caloporteur de la figure 3 comprenant un circuit de dérivation. [0024] En relation avec les figures 1 à 3, il est décrit une installation 1 permettant la récupération de calories ou de frigories de l'effluent stocké et sa distribution dans un bâtiment 2. [0025] L'installation 1 comporte une unité de stockage 3 d'un effluent et deux échangeurs de calories ou de frigories 10, 20 équipant respectivement l'unité de stockage 3 et le bâtiment 2. [0026] Dans l'exemple donné, l'unité de stockage comprend un bassin 30 destiné à recevoir des eaux usées aux fins de leur traitement biologique. Il est bien entendu évident que l'invention ne se limite pas à ce type de bassin, et que toute unité permettant de stocker un effluent à traiter, de manière biologique ou non, rentre dans le champ du brevet. [0027] Comme on le verra plus loin, l'échangeur 10, ménagé au niveau du bassin 30, est destiné à récupérer les calories ou les frigories dont bénéficie l'effluent contenu dans le bassin 30. L'échangeur 20 ménagé au niveau du bâtiment est quant à lui destiné à dissiper la chaleur récupérée au niveau de l'échangeur primaire 10 et transportée par le fluide caloporteur. On désignera par la suite les échangeurs du bassin 30 et du bâtiment 2 respectivement d'échangeur « primaire» 10 et d'échangeur « secondaire » 20. [0028] Les échangeurs primaire et secondaire 10 , 20, sont raccordés entre eux de manière à former un réseau tubulaire de circulation du fluide caloporteur fermé. Ainsi, la sortie de l'échangeur primaire 10 est reliée à l'entrée de l'échangeur secondaire 20 par une première canalisation de raccordement 40, et la sortie de l'échangeur secondaire 20 est reliée à l'entrée de l'échangeur primaire 10 par une deuxième canalisation de raccordement 41. [0029] L'échangeur primaire 10 est configuré et agencé au niveau du bassin 30 de façon à permettre les échanges calorifiques entre le fluide caloporteur circulant dans l'échangeur primaire 10 et l'effluent remplissant le bassin 30. [0030] Avantageusement, l'échangeur primaire 10 est disposé à l'intérieur 6 même de la paroi inférieure 31 du bassin 30. [0031] Il est bien entendu évident que l'invention ne se limite pas à une disposition et que toute disposition de l'échangeur primaire 10 au niveau du bassin qui permet les transferts thermiques entre l'effluent contenu dans le bassin 30 et le fluide caloporteur lors de sa circulation au travers de l'échangeur primaire 10 reste dans le champ de l'invention. II pourra notamment être prévu un échangeur posé directement au fond du bassin 2, sur la face interne de la paroi inférieure 31. De même, il peut être prévu un réseau s'étendant sur les parois latérales du bassin 2. [0032] Toutefois, la disposition de l'échangeur à l'intérieur de la paroi de l'unité de stockage sera préférée lorsque cela sera possible (cas des unités de stockage non encore construites). En effet, cela permet d'éviter la formation d'éventuels agglomérats au niveau de la conduite constituant l'échangeur 10 selon les effluents à traiter contenu dans l'unité de stockage. Ainsi, lors de la construction d'une unité de stockage, l'échangeur primaire 20 sera noyé dans le béton, une sortie étant prévue pour son raccordement avec un ou plusieurs échangeurs de bâtiments. [0033] Avantageusement, l'échangeur primaire 10 est agencé pour former une canalisation 32 serpentant sur tout ou partie de la paroi inférieure 31 du bassin 30. Une telle configuration a pour avantage de disposer une longueur importante de conduite sur un maximum de surface du bassin 30 et ainsi d'optimiser la capacité d'échange thermique entre l'effluent et le fluide caloporteur et donc le rendement en terme de récupération de chaleur. [0034] Comme l'échangeur primaire 10, l'échangeur secondaire 20 est configuré et agencé au niveau du bâtiment 2 de façon à permettre les échanges calorifiques entre le fluide caloporteur circulant dans l'échangeur secondaire 20 et l'air ambiant à l'intérieur du bâtiment. De même, l'échangeur secondaire 20 est coulé dans la chape au moment de la réalisation des fondations du bâtiment. Dans un mode de réalisation avantageux, la dalle de béton armé du bâtiment est recouverte d'une couche de béton supplémentaire présentant une bonne 7 performance de conduction afin d'accroître les échanges de calories. [0035] Lorsque le bâtiment comporte au moins un générateur d'air process, tel qu'un surpresseur ou un compresseur, il sera particulièrement avantageux de faire passer le fluide caloporteur au niveau de leur canalisation de refoulement d'air process afin de bénéficier des calories de l'air chaud refoulé et ainsi augmenter la température du fluide caloporteur en provenance de l'échangeur primaire. [0036] Dans l'exemple illustré sur la figure 3, l'installation 1, et plus particulièrement le bâtiment 2, est pourvue de deux surpresseurs 5, 6 disposés en parallèle l'un par rapport à l'autre. Les deux surpresseurs 5, 6 sont connectés sur une même canalisation de refoulement d'air process 7 comprenant une sortie 8 de l'air refoulé commune aux deux surpresseurs 5, 6. Afin de permettre le transfert de chaleur de l'air refoulé vers le fluide caloporteur en provenance de l'échangeur primaire 10, la canalisation de raccordement 41 est agencée pour déboucher à l'entrée 90 d'une canalisation de circulation 9 disposé autour et s'étendant le long de la canalisation de refoulement 7. La sortie 91 de la canalisation de circulation 9 est raccordée, dans l'exemple illustré sur la figure 3, directement à l'échangeur secondaire 20. Dans le cas de refoulements d'air process indépendants pour chaque générateur, il possible d'installer le même dispositif sur chacun des refoulements. [0037] Afin de permettre l'utilisation du réseau tubulaire de circulation du fluide caloporteur pour refroidir le bâtiment, il est avantageux de prévoir, lorsque le réseau passe par des générateurs d'air process, des moyens permettant de contourner ces derniers. Les moyens de contournement, illustrés sur la figure 4, comprennent une conduite de dérivation 14 permettant de contourner la canalisation de refoulement d'air 7 et trois vannes 11, 12, 13, deux étant disposées respectivement en amont et en aval de la canalisation de circulation 9, l'autre étant disposée au niveau de la conduite de dérivation 14 de manière à faire passer le fluide caloporteur ou bien dans la canalisation de circulation 9 ou bien dans la conduite de dérivation 14, selon l'ouverture ou la fermeture des vannes 11, 12, 13 mise en oeuvre. [0038] L'installation 1 décrite ci-dessus comporte un réseau de circulation du fluide caloporteur agencé pour passer par des générateurs d'air process (surpresseurs 5, 6). Il est bien entendu évident qu'il peut être prévu des installations comprenant un réseau de circulation de fluide caloporteur ne passant pas par de tels générateurs d'air process, l'échangeur primaire 10 et l'échangeur secondaire 20 étant raccordées directement l'un à l'autre par l'intermédiaire des canalisations de raccordement 40, 41. [0039] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Unité de stockage (3) d'un effluent comprenant un bassin (30) apte à contenir l'effluent à traiter, et au moins un échangeur (10) apte à être parcouru par un fluide caloporteur, l'échangeur (10) étant agencé au niveau du bassin (30) pour permettre des échanges de calories ou de frigories entre le fluide caloporteur lorsque celui-ci circule dans l'échangeur (10) et l'effluent contenu le bassin (3). 2. Unité de stockage (3) d'un effluent selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'échangeur (10) est situé à l'intérieur de la paroi inférieure (31) du bassin (3). 3. Unité de stockage (3) d'un effluent selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'échangeur (10) est situé sur la face interne de l'une au moins des parois du bassin (3). 4. Unité de stockage (3) d'un effluent selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'échangeur (10) comprend une nappe de conduits agencée pour former une canalisation (32) serpentant sur tout ou partie de la paroi inférieure du bassin (3). 5. Unité de stockage (3) d'un effluent selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'échangeur (10) est apte à être raccordé en sortie à au moins un échangeur de frigories ou de calories (20) situé dans un bâtiment à chauffer ou à refroidir. 6. Installation permettant le chauffage ou la climatisation de bâtiments, comprenant au moins une unité de stockage (3) d'un effluent selon l'une quelconque des revendications précédentes, et un réseau tubulaire de circulation d'un fluide caloporteur, le réseau tubulaire de circulation comprenant au moins un échangeur de calories ou de frigories (20)disposé dans un bâtiment, ledit échangeur (20) du bâtiment étant raccordé à au moins un échangeur de calories ou de frigories (10) de l'unité de stockage. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un générateur d'air process comportant une canalisation de refoulement d'air (7), l'échangeur (10) de l'unité de stockage (3) étant raccordé à l'échangeur (20) du bâtiment par l'intermédiaire d'une canalisation de circulation (9) monté autour de la canalisation de refoulement d'air (7) de manière à permettre les échanges caloriques entre l'air chaud refoulé par le générateur d'air process dans la canalisation de refoulement (7) et le fluide caloporteur traversant la canalisation de circulation (9), depuis l'échangeur (10) de l'unité de stockage (3) vers l'échangeur (20) du bâtiment. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une conduite de dérivation (14) du fluide caloporteur disposée de manière à contourner la canalisation de circulation (9) et ainsi le refoulement d'air (7). 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le réseau tubulaire de circulation est déployé en réseau fermé. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la circulation du fluide caloporteur dans le réseau tubulaire de circulation est effectuée au moyen d'une pompe ou d'un circulateur. 11. Installation de traitement biologique d'un effluent comprenant une unité de stockage (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.25