Brevet FR2972246A1 — publié le 20120907

INSTALLATION DE PRODUCTION D'EAU CHAUDE SANITAIRE EXPLOITANT UNE TECHNOLOGIE THERMODYNAMIQUE DANS UNE HABITATION COLLECTIVE ET PROCÉDÉ ADAPTÉ DE GESTION DE LA VENTILATION DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de la production de l'eau chaude sanitaire dans les habitations collectives et notamment aux adaptations permettant de réaliser cette production dans les meilleures conditions dans les habitations collectives à rénover. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Compte tenu des contraintes environnementales actuelles, il devient de plus en plus important de réaliser des économies d'énergie dans les habitations. Les besoins de chauffage tendent à diminuer fortement car les progrès sur les différents matériaux (isolation, vitrage, pont thermique, etc...) ont permis de réduire de manière importante les déperditions thermiques des habitations. La ventilation mise en place est également optimisée de façon à diminuer les déperditions par renouvellement d'air. On constate désormais que les besoins en eau chaude sanitaire (ECS) deviennent le poste le plus consommateur d'énergie. Il devient donc majeur de réaliser des économies d'énergie également sur ce poste. L'évolution de la réglementation européenne et notamment celle définie par la Directive ErP font que les chauffe-eau électriques à accumulation devraient être interdits dans les années à venir. Or, il existe aujourd'hui un parc important de ce type de produits qui ne pourront plus être remplacés par des produits équivalents du fait de ladite évolution. Différentes solutions de remplacement existent et notamment les chauffe-eau thermodynamiques sur l'air - 2 extrait ou sur l'air extérieur qui utilisent l'énergie de l'air extrait ou de l'air extérieur de l'habitation pour chauffer l'eau sanitaire. Ces chauffe-eau sont équipés d'une pompe à chaleur qui nécessite la circulation d'un volume minimal d'air. Les habitations collectives présentent un réseau aéraulique collectif comprenant une ou plusieurs colonnes d'extraction de l'air reliées au moyen d'au moins une conduite d'extraction a une ou plusieurs bouches d'extraction disposées dans les logements et à un module de ventilation qui, créant le déplacement de l'air dans la ou les colonnes, est disposé classiquement en partie haute (toit, combles,...) de l'habitation. Les différents sous-ensembles formant le réseau aéraulique collectif sont dimensionnés pour assurer la ventilation desdits logements selon un débit conforme aux normes en vigueur. Ainsi, les débits d'extraction, les capacités de déplacement de volume d'air, les dimensions des canalisations formant le réseau sont fixes et non modifiables. Aussi, dans le cadre de l'économie d'énergie recherchée, le remplacement d'un chauffe-eau par accumulation existant par un chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait se heurte à plusieurs difficultés, dont celles décrites ci-dessous. En effet, les bouches d'extraction classiquement installées dans les habitations collectives sont des bouches à débit fixe et sur une plage donnée de pression, la perte de charge supplémentaire définie par la présence du nouveau chauffe-eau ferait fonctionner ces dernières sur une plage de pression où les débits d'air ne seraient pas régulés déclenchant un déséquilibre global dans l'installation aéraulique. De plus, du fait de son principe de fonctionnement requérant un déplacement minimal de volume d'air, l'ajout d'un chauffe-eau thermodynamique peut requérir, lors du fonctionnement du compresseur, une extraction d'air plus importante dans les bouches d'extraction. Ainsi, le volume - 3 - d'air renouvelé devient plus important requérant un chauffage adapté et donc une dépense d'énergie conséquente non prévue. Il n'est en outre pas possible de regrouper l'ensemble des bouches d'extraction sur une seule colonne car le débit d'air extrait serait trop important sur une seule colonne d'extraction. Une telle configuration entraînerait en effet trop de perte de charge et une réduction du débit pour les logements les plus défavorisés. Du fait des modifications des performances du réseau aéraulique collectif existant qu'elle entraîne, l'exploitation d'un chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait n'a pu être jusqu'ici envisagée dans le cadre de la rénovation d'une habitation collective. Une autre difficulté s'ajoutant à celles déjà décrites quant à la possibilité de remplacement réside dans l'encombrement d'un tel chauffe-eau thermodynamique qui doit s'intégrer dans les volumes d'accueil des chauffe-eau à accumulation à remplacer et dans son coût. Une autre difficulté liée à l'installation d'un tel chauffe-eau thermodynamique réside dans le fait qu'elle requiert la présence d'un filtre. Or, les pertes de charges liées à l'encrassement des filtres constituent une des premières causes de performances dégradées pour un réseau aéraulique. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à réaliser le remplacement des chauffe-eau par accumulation existants dans une habitation collective, par des chauffe-eau thermodynamiques sur l'air extrait sans modification des performances du réseau aéraulique existant. Ces recherches ont abouti à une nouvelle conception d'une installation de production d'eau chaude sanitaire dans un logement d'une habitation collective du type de - 4 celle comportant une pluralité de logements individuels, chaque logement individuel comportant : - un chauffe-eau à accumulation, - au moins une conduite d'extraction d'air à partir d'une ou plusieurs bouches d'extraction d'air et raccordée à au moins une colonne d'extraction d'air commune aux différents logements comportant une partie supérieure équipée d'un ventilateur. Selon l'invention, cette installation est remarquable en ce qu'au moins un des logements est équipé d'un chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait associé à un moyen de régulation de débit et à une conduite de circulation d'air à l'intérieur du chauffe-eau thermodynamique, ledit chauffe-eau thermodynamique venant remplacer le chauffe-eau à accumulation du logement et ladite conduite de circulation d'air venant remplacer la conduite d'extraction reliant une bouche d'extraction à la colonne de sorte que l'air extrait par la bouche circule dans le chauffe-eau thermodynamique et dans le moyen de régulation de débit avant de passer dans la colonne, et ledit moyen de régulation de débit présentant une plage de régulation élargie afin de permettre le fonctionnement de la bouche et la régulation du débit selon une pression plus basse. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet le fonctionnement du chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait ainsi que celui du système aéraulique malgré la perte de charge qu'il définit. Ainsi, il devient possible de remplacer les chauffe-eau, individuellement logement par logement, sans pour autant nécessiter une rénovation lourde. Il est donc possible grâce au concept de l'invention de bénéficier, dans le cadre d'une rénovation ponctuelle, des économies d'énergie pour le poste de production d'eau chaude sanitaire apportées par une telle technologie. - 5 Une telle solution a également pour avantage de ne pas nécessiter le remplacement simultané de l'ensemble des chauffe-eau de l'habitation collective qui imposerait à chaque fois des autorisations des copropriétés gérant lesdites habitations collectives. En conséquence, une telle installation ne dégrade ni ne modifie les performances du réseau aéraulique existant. Une telle solution exploitant la mise en mouvement de l'air déjà mis en oeuvre par le système aéraulique existant présente un coût particulièrement avantageux en se contentant de changer une ou plusieurs bouches et en utilisant une technologie de chauffe-eau thermodynamique simple à débit minimum de fonctionnement ne nécessitant pas de compresseur à vitesse variable. Une telle installation permet en outre d'améliorer le système de ventilation existant. En effet, en utilisant une plage de régulation plus grande, l'installation de l'invention autorise un réglage du débit malgré la perte de charge due au colmatage du filtre associée à la bouche. Cette caractéristique constitue un net progrès en regard du réseau aéraulique initial de l'art antérieur qui, en dessous d'une certaine pression, ne pouvait réguler le débit. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse où l'habitation comprend plus d'une colonne d'extraction, l'installation comprend une bouche d'extraction associée à un moyen de régulation du débit à plage de régulation élargie et raccordée au chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait qui en assure lui-même la régulation et qui vient se connecter à une première colonne d'extraction, les autres bouches liées à l'autre colonne assurant le complément de débit de manière à ce que la somme des deux débits (l'un sorti d'une première colonne du chauffe-eau et l'autre sorti de la deuxième colonne corresponde au débit global d'air initial à extraire du logement. - 6 - Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, dans le cas où la colonne d'extraction comprend deux bouches d'extraction initiales, les deux bouches d'extraction sont remplacées par une bouche d'extraction associée à un moyen de régulation du débit à plage de régulation élargie et raccordée au chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait qui en assure lui-même la régulation, et par une seconde bouche d'extraction qui assure le complément de débit de manière à ce que la somme des deux débits (l'un sorti du chauffe-eau et l'autre sorti de la deuxième bouche) corresponde à la somme de deux débits des deux bouches d'extraction initiales. Ainsi, le débit global par colonne et par logement reste le même ne perturbant pas le fonctionnement du réseau aéraulique collectif. De plus, en assurant le juste complément du débit, la nouvelle installation évite un renouvellement trop important de l'air qui constituerait une source de dépense d'énergie pour son chauffage. Les nouvelles bouches d'extraction et/ou les nouveaux moyens de régulation permettent de moduler le débit extrait en regard de paramètres prédéterminés tels : - le dioxyde de carbone, - la température, - l'humidité, - la présence des habitants du logement, - etc... Cette modulation permet par exemple de ne pas ventiler l'habitation dans des proportions trop grandes exigeant un chauffage adapté alors que les habitants sont absents. L'installation de l'invention qui comprend un chauffe-eau thermodynamique et un régulateur de débit associé à une bouche d'extraction, va permettre l'exploitation de ces capacités de modulation. Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention où la conduite d'extraction est - 7 équipée d'une seule bouche d'extraction, le chauffe-eau thermodynamique est traversé par un débit modulé conforme à la réglementation lorsque son compresseur est arrêté et est traversé par un débit supérieur si cela est nécessaire, lors du fonctionnement du compresseur. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le moyen de régulation est intégré dans le chauffe-eau thermodynamique. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la bouche d'extraction initiale à laquelle est relié le chauffe-eau thermodynamique est remplacée par une nouvelle bouche d'extraction dans laquelle est intégré le susdit moyen de régulation. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le moyen de régulation est intégré dans la conduite reliant la bouche d'extraction et le chauffe-eau thermodynamique, la bouche devenant une bouche simple de type à lamelles. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le moyen de régulation est intégré dans la conduite reliant la sortie d'air du chauffe-eau à la colonne d'extraction. Selon un mode de réalisation préféré, la plage de régulation du débit classiquement définie entre 50 et 150 Pa, est élargie à une plage définie entre 10 et 150 Pa. L'invention concerne également le procédé de gestion de la ventilation de l'installation ci-dessus décrite qui consiste à compenser les différences de débit dues à la présence du chauffe-eau thermodynamique sur l'air extrait par pilotage des autres bouches d'extraction et/ou des autres moyens de régulation du logement. Cette compensation qui a pour but de maintenir un débit global constant à l'échelle du logement, peut être mise en oeuvre de différentes façons. Ce procédé peut exploiter les capacités des bouches -8- d'extraction et/ou des régulateurs à moduler le débit extrait selon des paramètres précis comme décrits plus haut. Ainsi, une première méthode consiste à réguler le débit selon le paramètre de l'humidité. Aussi, si la bouche liée au chauffe-eau thermodynamique et le régulateur associé régulent un débit qui augmente du fait de l'ordre de marche du compresseur (augmentation due au passage d'un débit modulé à un débit "normal" de fonctionnement) les autres bouches de l'autre colonne vont se fermer du fait que l'air va s'assécher. Une autre solution consiste à piloter électriquement ou électroniquement le fonctionnement des bouches et/ou des régulateurs associés de sorte que les autres bouches et/ou leur régulateur associé se ferment pour transférer 15 le débit vers la pompe à chaleur du chauffe-eau thermodynamique de sorte que la somme des débits n'augmente pas à l'échelle du logement. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, plusieurs modes de réalisation d'une installation conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple d'une habitation collective dont un des logements reçoit un chauffe-eau de remplacement; La figure 2 est une représentation schématique d'un autre exemple d'habitation collective dont un des logements reçoit un chauffe-eau de remplacement; La figure 3 est un dessin schématique d'une vue de dessus en coupe de l'installation du logement rénové selon la figure 1; La figure 4 est un dessin schématique d'une vue de dessus en coupe du logement rénové selon la figure 2. 10 20 25 30 35 5 15 20 25 30 35 - 9 - DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 1, l'habitation collective à rénover référencée H dans son ensemble est du type de celle comprenant un réseau aéraulique collectif et une installation de production d'eau chaude sanitaire individuelle dans chaque logement. Cette habitation comporte une pluralité de logements individuels dont trois L1, L2, L3 sont seulement représentés pour une meilleure lisibilité. De plus, pour la même raison, les chauffe-eau ainsi que les colonnes, conduites et bouches d'extraction ont été ramenés dans le même plan de coupe. Comme illustré dans les logements non rénovés L1 et L3, chaque logement individuel comporte classiquement : - un chauffe-eau à accumulation Ca, - plusieurs conduites d'extraction d'air 110, 120, 130 reliant les bouches d'extraction 210, 220 et 230 d'air à deux colonnes d'extraction d'air 310 et 320 communes aux différents logements et appartenant au réseau aéraulique existant. Ces colonnes 310 et 320 comportent une partie supérieure équipée d'un ventilateur 330 assurant l'aspiration d'air dans les colonnes et donc dans les logements. L'installation rénovée telle qu'illustrée sur le dessin du logement L2 des figures 1 et 3, comporte en lieu et place du chauffe-eau Ca, un chauffe-eau thermodynamique Cth sur l'air extrait venant s'intercaler dans la conduite 130 reliant la bouche 230 à la conduite 320 pour être directement relié - pour son entrée d'air et au moyen d'une conduite 140 à une bouche d'extraction 240 associée à un moyen de régulation de débit à plage de régulation élargie afin de permettre le fonctionnement de la bouche 240 et la régulation du débit selon une pression plus basse, - pour sa sortie d'air et au moyen d'une conduite 150, à la colonne 320. 10 15 20 25 30 35 - 10 - La capacité à réguler le débit, malgré une pression plus basse, assure un débit régulier de sortie d'air dans la colonne 320 ce qui permet de ne pas changer les paramètres pour lesquels l'installation existante a été conçue. La bouche 240 et/ou le module de régulation y associé permet une régulation du débit dans la colonne 320. Néanmoins, afin d'éviter que le volume d'air extrait par la bouche 240 liée par l'intermédiaire du chauffe-eau Cth à la colonne 320, additionné au volume d'air extrait par les bouches 250 et 260 reliées à la colonne 310, soit supérieur au volume extrait global du logement avant rénovation du moyen de chauffage de l'eau sanitaire (et nécessite alors une dépense supplémentaire en chauffage), les débits des bouches 260 et 250 sont modulés en fonction de celui de la bouche 240. Ainsi lorsque le débit est trop important dans ladite bouche, les autres bouches sont pilotées de sorte que leur débit respectif soit réduit. Comme illustrée sur le dessin de la figure 2, l'habitation collective H' comporte une pluralité de logements individuels dont trois L1', L2', L3' sont seulement représentés pour une meilleure lisibilité. De plus, pour la même raison les chauffe-eau ainsi que les colonnes, conduites et bouches d'extraction ont été ramenés dans le même plan de coupe. Comme illustré dans les logements non rénovés Li' et L3', chaque logement individuel comporte classiquement : - un chauffe-eau à accumulation Ca', - plusieurs conduites d'extraction d'air 110', 120', 130' reliant les bouches d'extraction d'air 210', 220' et 230' à deux colonnes d'extraction d'air 310' pour la bouche 210' et 320' pour les bouches 220' et 230'. Ces colonnes 310' et 320' sont communes aux différents logements et comportent une partie supérieure équipée d'un ventilateur 330' assurant l'aspiration d'air dans les colonnes et donc - 11 - dans les logements. L'installation rénovée du logement L2' telle qu'illustrée sur les dessins des figures 2 et 3, comporte en lieu et place du chauffe-eau Ca', un chauffe-eau thermodynamique Cth' sur l'air extrait venant s'intercaler dans le local accueillant ledit chauffe-eau Ca' initial, local et n'accueillant pas de conduite. L'accueil du nouveau chauffe-eau Cth' requiert donc ici l'installation d'une nouvelle bouche d'extraction 240' qui, conformément à l'invention, dispose, elle ou son moyen de régulation associé, d'une plage de régulation plus grande permettant de réaliser la régulation du débit malgré la perte de charge pour faire passer l'air extrait dans une nouvelle conduite 140' pour arriver en entrée de chauffe-eau Cth'. Étant donné que, dans la configuration de l'habitation H', le local accueillant le chauffe-eau ne se trouve pas à proximité d'une colonne d'extraction, une nouvelle conduite 150' est installée pour interconnecter la sortie du chauffe-eau Cth' à la conduite d'extraction 310' en passant par le tronçon de conduite 120'. Comme illustrée, la colonne d'extraction 310' comporte initialement deux bouches d'extraction. Ainsi, si l'élargissement de la plage de régulation de la bouche 240' est susceptible de provoquer un trop grand débit dans une même colonne, la deuxième bouche 250' assure le complément de débit de manière à ce que la somme des deux débits (l'un sorti du chauffe-eau et l'autre sorti de la deuxième bouche) corresponde à la somme des deux débits des deux bouches d'extraction initiales telles celles installées dans les autres logements L1 et L3 non rénovés. Ainsi, le débit global par logement reste le même ne perturbant pas le fonctionnement du réseau aéraulique collectif. De plus, en assurant le juste complément du débit, la nouvelle installation évite un renouvellement trop important de l'air qui constituerait une source de dépense d'énergie pour son chauffage. 5 - 12 - On comprend que l'installation et son procédé de travail, qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 10 15 20 25 30 35 10 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS1. Installation de production d'eau chaude sanitaire dans un logement d'une habitation collective (H, H'), ladite habitation comportant un réseau aéraulique collectif et une pluralité de logements individuels (L1, L2, L3, L1', L2', L3'), chaque logement individuel comportant . - un chauffe-eau à accumulation (Ca, Ca'), - au moins une conduite d'extraction d 'air (110, 120, 130, 110', 120', 130') à partir d'une ou plusieurs bouches d'extraction d'air (210, 220, 230, 210', 220', 230') et raccordée à au moins une colonne d'extraction d'air (310, 320, 310', 320') commune aux différents logements (L1, L2, L3, L1', L2', L3') appartenant au réseau aéraulique et comportant une partie supérieure équipée d'un ventilateur (330, 330'), CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU' au moins un des logements (L2, L2') est équipé d'un chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth') sur l'air extrait associé à un moyen de régulation de débit et à une conduite de circulation d'air (140, 150, 140', 150') à l'intérieur du chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth'), ledit chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth') venant remplacer le chauffe-eau à accumulation (Ca, Ca') du logement (L2, L2') et ladite conduite de circulation d'air (140, 150, 140', 150') venant remplacer la conduite d'extraction (130, 120') reliant une bouche d'extraction à la colonne (320, 310') de sorte que l'air extrait par la bouche (240, 240') circule dans le chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth') et dans le moyen de régulation de débit avant de passer dans la colonne (320, 310'), et ledit moyen de régulation de débit présentant une plage de régulation élargie afin de permettre le fonctionnement de la bouche (240, 240') et la régulation du débit selon une pression plus basse. 2. Installation selon la revendication 1 où la- 14 - colonne d'extraction (310') comprend deux bouches d'extraction initiales, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE les deux bouches d'extraction sont remplacées par une bouche d'extraction (240') associée à un moyen de régulation du débit à plage de régulation élargie et raccordée au chauffe-eau thermodynamique (Cth') sur l'air extrait qui en assure lui-même la régulation et par une seconde bouche d'extraction (250') qui assure le complément de débit de manière à ce que la somme des deux débits (l'un sorti du chauffe-eau et l'autre sorti de la deuxième bouche) corresponde à la somme de deux débits des deux bouches d'extraction initiales. 3. Installation selon la revendication 1 où l'habitation comprend plus d'une colonne d'extraction (310, 320), CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QU'elle comprend une bouche d'extraction (240) associée à un moyen de régulation du débit à plage de régulation élargie et raccordée au chauffe-eau thermodynamique (Cth) sur l'air extrait qui en assure lui-même la régulation et qui vient se connecter à une première colonne d'extraction (320), les autres bouches (250, 260) liées à l'autre colonne (310) assurant le complément de débit de manière à ce que la somme des deux débits (l'un sorti d'une première colonne (320) du chauffe-eau (Cth) et l'autre sorti de la deuxième colonne (310) corresponde au débit global d'air initial à extraire du logement. 4. Installation selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE la bouche d'extraction initiale à laquelle est relié le chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth') est remplacée par une nouvelle bouche d'extraction dans laquelle est intégré le susdit moyen de régulation. 5. Installation selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le moyen de régulation est intégré dans la conduite (140, 140') reliant la bouche d'extraction (240, 240') et le chauffe-eau thermodynamique- 15 - (Cth, Cth'). 6. Installation selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le moyen de régulation est intégré dans la conduite (150, 150') reliant le chauffe- eau thermodynamique (Cth, Cth') à la colonne d'extraction (320, 310'). 7. Installation selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE le moyen de régulation est intégré dans le chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth'). 8. Installation selon la revendication 1, CARACTÉRISÉE PAR LE FAIT QUE la plage de régulation du débit est élargie à une plage définie entre 10 et 150 Pa. 9. Procédé de gestion de la ventilation de l'installation selon la revendication 1, CARACTERISE EN CE QU'il consiste à compenser les différences de débit dues à la présence du chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth') sur l'air extrait par pilotage des autres bouches d'extraction et/ou moyens de régulation du logement. 10. Procédé de gestion selon la revendication 9, 20 CARACTERISE EN CE QU'il consiste à moduler le débit selon le paramètre de l'humidité. 11. Procédé de gestion selon la revendication 9, CARACTERISE EN CE QU'il consiste à piloter électriquement ou électroniquement le fonctionnement des bouches et/ou 25 des moyens de régulation associés de sorte que les autres bouches et/ou leur régulateur associé se ferment pour transférer le débit d'air extrait vers la pompe à chaleur du chauffe-eau thermodynamique (Cth, Cth'). 30 35