Brevet FR3007107A1 — publié le 20141219

La présente invention se situe dans le domaine de la climatisation, notamment d'un local à usage tertiaire. L'invention concerne plus généralement une unité de climatisation en toit de bâtiment qui permet l'introduction permanente ou 5 non de flux d'air neuf à l'intérieur du bâtiment, après chauffage de cet air. Ainsi, une telle unité se prête tout particulièrement au chauffage de locaux tertiaires, tels que des salles de loisirs ou de spectacle, des bureaux, des commerces ou des galeries commerciales par exemple. 10 Les unités connues de climatisation en toiture de bâtiment, comme leur nom l'indique, sont disposées sur le toit des bâtiments dont l'air est à traiter. Ces unités de type connu comprennent une centrale de traitement d'air, laquelle comporte un compartiment de mélange d'air 15 pourvu d'au moins une entrée d'air neuf provenant de l'extérieur et d'au moins une entrée d'air repris provenant de l'intérieur du bâtiment, des moyens de chauffage disposée dans la continuité du caisson de mélange, de sorte que l'air présent dans ledit caisson de mélange les traverse tout en se réchauffant, ainsi qu'un compartiment d'air soufflé, qui reçoit l'air 20 réchauffé et le dirige vers l'intérieur du bâtiment, On connait une unité de ce genre dans laquelle les moyens de chauffage consistent en un générateur à gaz à chauffage indirect, qui comporte un brûleur à gaz. Les inconvénients liés à ce type d'équipement sont les 25 suivants. En premier lieu, le système à brûleur ayant une modulation limitée, on ne peut que régler grossièrement la température de l'air soufflé vers l'intérieur du bâtiment. De plus, les rendements du brûleur sont limités, et l'encombrement d'un tel système est important, ce qui augmente d'autant 30 celui de l'ensemble de la centrale d'air. Une unité connue d'un autre genre comporte, entre les deux compartiments, une batterie d'eau chaude. Par cette dernière expression, on entend un échangeur de chaleur eau/air principalement constitué de plusieurs tubes métalliques munis d'ailettes, dans lequel circule l'eau destinée à réchauffer l'air en circulation Dans ce cas, la batterie est alimentée par un réseau d'eau externe reliée à une chaufferie centralisée, disposée au pied du bâtiment 5 à traiter. Le premier inconvénient de cette installation réside bien entendu dans la nécessité de devoir disposer d'une chaufferie (coût élevé, surface au sol importante). Un deuxième inconvénient réside dans le fait qu'il est 10 nécessaire de relier la chaufferie à la batterie d'eau chaude par un réseau de tuyaux disposés à l'extérieur et qu'il est donc nécessaire de calorifuger afin de limiter autant que possible les pertes thermiques. Malgré tout, les coûts d'exploitation sont élevés en raison de pertes thermiques résiduelles et de pertes de charge hydrauliques importantes. 15 La présente invention vise à résoudre les inconvénients décrits ci-dessus en liaison avec les deux types d'installations connues. Ainsi, cette unité de climatisation en toiture de bâtiment, qui comprend une centrale de traitement d'air, laquelle comporte : - un compartiment de mélange d'air pourvu d'au moins une 20 entrée d'air neuf provenant de l'extérieur et d'au moins une entrée d'air repris provenant de l'intérieur du bâtiment ; - une batterie d'eau chaude disposée dans la continuité du caisson de mélange, de sorte que l'air présent dans ledit caisson de mélange traverse cette batterie, tout en se réchauffant ; 25 - un compartiment d'air soufflé, qui reçoit l'air réchauffé et le dirige vers l'intérieur du bâtiment, se caractérise par le fait qu'elle comporte en outre un module contigu à ladite centrale, qui referme au moins une chaudière à condensation, reliée par un circuit hydraulique à ladite batterie. 30 Grâce à cette combinaison de caractéristiques, on parvient à une grande modulation de puissance de chauffage et on limite au maximum les pertes thermique et de charge liées au réseau hydraulique. Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'invention : 35 - ledit module est contigu audit compartiment de mélange ; - elle comprend au moins deux chaudières montées en parallèle ; - ledit circuit hydraulique qui relie ledit module à ladite batterie s'étend à l'intérieur dudit compartiment de mélange ; - l'unité est pourvue en outre d'une batterie thermodynamique disposée en amont de la batterie d'eau chaude lorsque l'on considère le sens de déplacement de l'air ; - l'unité comporte des moyens permettant de faire fonctionner, à la demande, l'une ou l'autre des deux batteries ; - l'unité comporte des moyens permettant de faire fonctionner, à la demande, l'une et l'autre des deux batteries. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Elle sera faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma très simplifié et en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation de l'unité selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du module (ouvert) qui équipe ladite unité, ainsi que de la batterie d'eau chaude et du réseau 20 hydraulique associé ; - la figure 3 est aussi une vue en perspective, d'une partie du module de la figure 2 ; - enfin, la figure 4 est une vue analogue à la figure 4 d'un autre mode de réalisation de l'invention. 25 L'unité E représentée très schématiquement à la figure 1, comporte une centrale de traitement d'air 1 qui se présente, comme généralement connu, sous la forme d'un bloc unitaire (le plus souvent en forme de parallélépipède rectangle). Elle est réalisée préférentiellement sous la forme d'une 30 structure entièrement en aluminium (châssis et carrosserie), ce qui lui confère une tenue à la corrosion très efficace. L'unité est placée en toiture d'un bâtiment, cette toiture étant référencée T. Par ailleurs, les références INT et EXT se rapportent 35 respectivement à l'intérieur du bâtiment à traiter, et à l'extérieur du bâtiment (ainsi que l'extérieur de l'unité E proprement dite). Sur la gauche de la figure 1 est visible, au sein de la centrale 1, un compartiment de mélange d'air 10. Ce compartiment 10 est pourvu, au niveau d'une de ses faces verticales d'au moins une entrée 100 d'air neuf AN qui le fait communiquer 5 avec l'extérieur EXT. Ce même compartiment est pourvu également d'au moins une seconde entrée d'air 110 qui le fait communiquer avec l'intérieur du bâtiment. Cette entrée permet d'accepter à l'intérieur du compartiment 10 de l'air recyclé. 10 Dans la continuité du compartiment de mélange d'air 10 se situe un compartiment d'air soufflé 11 qui, comme on le verra plus loin, reçoit de l'air réchauffé du premier compartiment et le dirige vers l'intérieur du bâtiment. Cet air réchauffé est référencé AS. Au moins un ventilateur V "aspire" l'air réchauffé et le refoule 15 à l'intérieur du bâtiment. Entre les deux compartiments 10 et 11 est prévu au moins un filtre 3 apte à débarrasser l'air accueilli des particules et autres sources de pollution qu'il contient. Immédiatement en aval de ce filtre est montée une batterie à eau chaude 4 qui répond à la définition donnée plus haut. 20 Conformément à l'invention, l'unité E est pourvue d'un module 2 qui est contigu à la centrale 1 et, dans ce cas précis au compartiment de mélange 10,qui renferme au moins une chaudière à condensation 20. Préférentiellement, on utilise au moins deux chaudières 25 montées en parallèle. Ces chaudières, notamment visibles aux figures 2 et 3, sont reliées par un circuit hydraulique 40, 41 à la batterie d'eau chaude 4. On entend par "chaudière à condensation" des chaudières à gaz qui tirent profit de la chaleur latente de la vapeur d'eau contenue 30 dans les gaz d'échappement, en condensant ces vapeurs avant de rejeter l'eau sous forme liquide. Ainsi le rendement c'est à dire le rapport de l'énergie fournie au circuit d'eau chaude par la chaudière sur la chaleur émise lors de la combustion du gaz) de cette chaudière est particulièrement élevé. 35 Dans l'exemple montré ici, on fait usage de quatre chaudières, mais ce chiffre peut être différent. Ainsi, selon la puissance requise pour obtenir un air réchauffé à une température déterminée, on met en marche le nombre adéquat de chaudières. Cela procure donc une grande modulation de puissance et, corrélativement, une finesse de réglage et de confort. Ainsi pour une puissance unitaire de 65KW, on obtient une variation de puissance possible entre 65 et 260KW. Des cartes électroniques sont préférentiellement associées à ces chaudières, de sorte qu'un automate non représenté contrôle l'ensemble de ces cartes afin d'optimiser en permanence le temps de fonctionnement des chaudières afin d'obtenir le rendement le plus important. Une liaison filaire peut relier cet automate à un automate associé à la centrale 1 pour ajuster la demande de puissance en fonction du besoin en température d'air de soufflage. Des équipements habituels (tels qu'une pompe 43, un vase d'expansion 42 avec bouchon pour remplissage et bouchon de trop plein, pressostat différentiel contrôlant le fonctionnement des chaudières, sonde de température de départ et de retour d'eau, contrôleur de débit d'eau etc.) peuvent compléter l'ensemble. Au niveau du module 2, un circuit de fumées avec montage 20 permet de séparer l'évacuation des fumées et l'alimentation en air des appareils. Selon un mode de réalisation préférentiel représenté à la figure 2, le circuit hydraulique 40,41 reliant la batterie d'eau chaude 4 au module 2 s'étend à l'intérieur du compartiment 10, de sorte qu'aucune 25 tuyauterie ne subsiste à l'extérieur de l'unité. Cela contribue à améliorer la sécurité de l'ensemble et réduire les déperditions thermiques. Dans le mode de réalisation de la figure 4, on a rajouté à l'unité présentée plus haut une batterie thermodynamique 5, en l'occurrence une pompe à chaleur. Dans un souci de visibilité des figures, 30 celle-ci a volontairement été représentée sous la forme d'un rectangle. Dans un tel cas, le système fait usage de deux énergies différentes, en l'occurrence de l'électricité pour la pompe à chaleur 5 et du gaz pour les chaudières 20. Les performances énergétiques de la pompe à chaleur dépendent essentiellement de la température 35 extérieure. De plus, les coûts de l'électricité et du gaz dépendent notamment des périodes d'utilisation. Il peut donc être judicieux de prévoir des moyens, par exemple électroniques, permettant de faire fonctionner, à la demande, l'une ou l'autre des batteries 4 ou 5. Il est également possible de faire fonctionner ensemble les deux batteries. REVENDICATIONS1. Unité (E) de climatisation en toiture de bâtiment, qui comprend une centrale (1) de traitement d'air, laquelle comporte : - un compartiment (10) de mélange d'air pourvu d'au moins une entrée (100) d'air neuf (AN) provenant de l'extérieur (EXT) et d'au 5 moins une entrée d'air (110) repris (AR) provenant de l'intérieur (INT) du bâtiment ; - une batterie d'eau chaude (4) disposée dans la continuité du caisson de mélange (10), de sorte que l'air présent dans ledit caisson de mélange (10) traverse cette batterie (4), tout en se réchauffant ; 10 - un compartiment (11) d'air soufflé (AS), qui reçoit l'air réchauffé et le dirige vers l'intérieur (INT) du bâtiment, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un module (2) contigu à ladite centrale (1)qui referme au moins une chaudière (20) à condensation, reliée par un circuit hydraulique (40, 41) à ladite batterie 15 (4). 2. Unité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit module (2) est contigu audit compartiment de mélange (10). 3. Unité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'elle comprend au moins deux chaudières (20) montées en parallèle. 20 4. Unité (E) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que ledit circuit hydraulique (40, 41) qui relie ledit module (2) à ladite batterie (4) s'étend à l'intérieur dudit compartiment de mélange (10). 5. Unité selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé par le fait qu'elle est pourvue en outre d'une batterie thermodynamique (5) disposée en amont de la batterie d'eau chaude (4) lors qu'on considère le sens de déplacement de l'air. 6. Unité selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens permettant de faire fonctionner, à la 30 demande, l'une ou l'autre des deux batteries (4, 5). 7. Unité selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens permettant de faire fonctionner, à la demande, l'une et l'autre des deux batteries (4, 5).