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FR3095262A1 - Système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire - Google Patents

Système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire Download PDF

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Abstract

Système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire Ce système (2) de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire comprend un système de traitement d’air (4), dans lequel un flux d’air (F1) destiné à être insufflé dans des pièces d’un local est réchauffé ou refroidi, un système de production d’eau chaude (6) produisant de l’eau chaude sanitaire (12) et de l’eau chaude destinée à réchauffer un flux d’air (F1) dans le système de traitement d’air (4), et un circuit d’eau (14) dans lequel l’eau chaude produite par le système de production d’eau chaude (6) pour le chauffage circule, et qui passe dans le système de traitement d’air (4). Ce système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire (2) comprend en outre un ballon d’eau chaude thermodynamique (16), alimenté par un réseau d’eau froide (8). Le circuit d’eau (14) dans lequel circule l’eau destinée au réchauffement dans le système de traitement d’air (4) comporte une branche (14b) reliée au ballon d’eau chaude thermodynamique (16), et le ballon d’eau chaude thermodynamique (16) est configuré pour stocker (160) de l’eau réchauffée par échange thermique avec l’eau contenue dans le circuit d’eau de chauffage (14). Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

Système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire
La présente invention concerne un système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire.
Les installations de traitement d’air utilisent de façon connue de l’eau chaude pour le chauffage, et ne peuvent générer de l’air frais pour du rafraîchissement, qui est coûteux et logiquement pénalisé fortement énergétiquement dans les outils de calcul réglementaires pour limiter les émissions de CO2 et la consommation d’énergie. Les solutions individuelles de climatisation sont des unités encombrantes à énergie électrique souvent implantées sur les façades, sur le balcon et incluant une volumineuse unité intérieure murale, plafonnière ou en console. En version collective, l’unité de production d’eau glacée peut également être prévue sous la forme de pompe à chaleur ou refroidisseur de liquide collectif très majoritairement en extérieur, avec l’inconvénient du coût, et de la difficulté d’installation.
Pour apporter de la fraicheur, il est également connu d’installer des planchers rafraichissants utilisant une circulation d’eau froide obtenue avec un ballon thermodynamique mettant en œuvre des échanges thermiques entre l’eau circulant dans le plancher rafraichissant et un circuit d’eau chaude du local. Les planchers rafraichissants sont adaptés aux maisons individuelles et beaucoup moins aux habitats collectifs. En outre le rafraichissement par eau présente une réactivité moindre que celle de l’air et une influence faible sur le confort intérieur car pour éviter les phénomènes de condensation sur le plancher, il n’est pas possible de trop abaisser la température du plancher.
C’est à ces inconvénients qu’entend remédier l’invention en proposant un système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire avec une importante économie d’énergie.
A cet effet, l’invention concerne un système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire comprenant un système de traitement d’air, dans lequel un flux d’air destiné à être insufflé dans des pièces d’un local est réchauffé ou refroidi, un système de production d’eau chaude produisant de l’eau chaude sanitaire et de l’eau chaude destinée à réchauffer un flux d’air dans le système de traitement d’air, et un circuit d’eau dans lequel l’eau chaude produite par le système de production d’eau chaude pour le chauffage circule, et qui passe dans le système de traitement d’air. Ce système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire est caractérisé en ce qu’il comprend en outre un ballon d’eau chaude thermodynamique, alimenté par un réseau d’eau froide, en ce que le circuit d’eau dans lequel circule l’eau destinée au réchauffement dans le système de traitement d’air comporte une branche reliée au ballon d’eau chaude thermodynamique, et en ce que le ballon d’eau chaude thermodynamique est configuré pour stocker de l’eau réchauffée par échange thermique avec l’eau contenue dans le circuit d’eau de chauffage.
Grâce à l’invention, la production d’eau chaude sanitaire et d’eau froide de rafraîchissement peut être combinée, ce qui permet de refroidir un flux d’air tout en économisant de l’énergie par rapport à un système de climatisation électrique classique.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement admissible :
- En cas de demande de rafraichissement d’une pièce, l’eau circulant dans le système de traitement d’air est rafraîchie en cédant des calories à l’eau contenue dans le ballon d’eau chaude thermodynamique.
- L’eau contenue dans le ballon d’eau chaude thermodynamique qui a été réchauffée en absorbant des calories de l’eau circulant dans le système de traitement d’air est chauffée une deuxième fois par le système de production d’eau chaude en cas de demande d’eau chaude sanitaire.
- Le ballon d’eau chaude thermodynamique comprend une vanne d’évacuation, et lorsqu’une demande de rafraichissement d’une pièce a lieu et que le ballon d’eau chaude est rempli d’eau à une température ne permettant pas le refroidissement de l’eau du circuit de traitement d’air, une quantité d’eau est évacuée par la vanne d’évacuation jusqu’à l’abaissement de la température de l’eau du ballon.
- La vanne d’évacuation est raccordée à un système de récupération d’eau.
- Le système comprend des moyens d’interruption de la connexion fluidique entre le circuit d’eau de traitement d’air et le ballon thermodynamique.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire conforme à son principe, faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’un système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire (ECS) conforme à l’invention;
- la figure 2 est une vue schématique similaire à la figure 1, dans une configuration de soufflage d’air chaud d’un système de traitement d’air du système de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue schématique similaire à la figure 1, dans une configuration de soufflage d’air froid du système de traitement d’air ;
- la figure 4 est une vue schématique similaire à la figure 1, dans une configuration de fonctionnement d’un ballon thermodynamique à eau perdue du système de la figure 1.
La figure 1 représente un système 2 de chauffage ou refroidissement d’air et de production d’ECS. Ce système 2 comprend un système 4 de traitement d’air, dans lequel un flux d’air F1, destiné à être insufflé dans des pièces d’un local non représenté, est réchauffé ou refroidi. Le système 4 de traitement d’air comprend un caisson 40 dans lequel sont prévus un échangeur 42 dans lequel ont lieu des échanges thermiques entre le flux d’air F1 et un circuit d’eau, et un dispositif de soufflage d’air 44 entretenant la circulation du flux d’air F1. Le caisson 40 comprend également un plénum de distribution 46, à partir duquel s’étendent des gaines de distribution d’air 47 terminées par des bouches de soufflage 48 implantées dans chacune des pièces du local.
Ce système 2 comprend également un système 6 de production d’eau chaude produisant de l’eau chaude sanitaire et de l’eau chaude destinée à réchauffer le flux d’air F1 dans le système de traitement d’air 4. Dans l’exemple représenté, ce système 6 de production d’eau chaude est formé par une chaudière à gaz alimentée par une arrivée de gaz 60.
Le système 2 comprend un premier circuit d’eau 7 incluant une arrivée d’eau froide 8 qui se prolonge vers une branche dirigée vers un réseau d’eau froide sanitaire 10. Une autre branche issue de l’arrivée d’eau froide 8 passe dans le système de production d’eau chaude 6 et forme un réseau d’eau chaude sanitaire 12.
Le système 2 comprend également un second circuit d’eau 14, indépendant du circuit d’eau 7. Par indépendant, on entend qu’à aucun endroit du système 2 les eaux circulant dans les circuits 7 et 14 ne sont mélangées. Le circuit d’eau 14 comprend une première branche 14a dans laquelle de l’eau chaude produite par le système de production d’eau chaude 6 pour le chauffage circule, et qui passe dans le système de traitement d’air 4, notamment dans l’échangeur 42.
Conformément à l’invention, ce système 2 comprend en outre un ballon d’eau chaude thermodynamique 16, alimenté par l’entrée d’eau froide 8, et le circuit d’eau 14. Le circuit d’eau 14 dans lequel circule l’eau destinée au réchauffement et au rafraîchissement du flux d’air F1 dans le système de traitement d’air 4 comporte une seconde branche 14b reliée au ballon d’eau chaude thermodynamique 16, qui est configuré pour chauffer et stocker de l’eau du circuit 7 réchauffée par le circuit thermodynamique du ballon 16.
Ainsi, le ballon d’eau chaude thermodynamique 16 est connecté en aval de l’entrée d’eau froide sanitaire 8 et en amont du système de production d’eau chaude 6. Le ballon thermodynamique 16 comporte une cuve 160, alimentée par le réseau 7, et qui alimente à son tour le réseau 12 via le système de production d’eau chaude 6.
Le ballon thermodynamique 16 comprend un circuit thermodynamique interne 162, qui capte une partie de l’énergie thermique de l’eau circulant dans le circuit 14 et qui traverse une partie 164 du ballon thermodynamique 16, au moyen d’un échangeur 166 et la restitue à l’eau contenue dans la cuve 160 en circulant dans une série de tubes enroulés autour de la cuve 160. Une circulation de fluide caloporteur dans le circuit thermodynamique 162 est entretenue par énergie électrique. Ainsi, le ballon thermodynamique 16 refroidit l’eau de la branche 14b tandis qu’il chauffe l’eau de la cuve 160.
Le fonctionnement du système 2 est le suivant. Dans une configuration de chauffage classique représentée à la figure 2, le système de traitement d’air 4 nécessite uniquement la circulation d’eau chaude dans le circuit 14. Dans un tel cas, le ballon thermodynamique 16 est inactif : l’eau qui arrive dans la cuve 160 par l’arrivée d’eau froide 8 ressort à la même température et circule directement jusqu’au système de production d’eau chaude 6 puis vers le réseau 12. L’eau contenue dans la branche 14a est chauffée par le système de production d’eau chaude 6 et est dirigée directement vers le système de traitement d’air 4. L’eau du circuit 14 n’est pas dirigée vers la branche 14b, et aucun échange thermique n’a lieu entre les circuits d’eau 7 et 14. La branche 14b n’étant pas alimentée en eau, elle n’est pas représentée sur la figure 2. Le système 2 comprend à cet effet des moyens d’interruption de la connexion fluidique entre le circuit d’eau de traitement d’air 14 et le ballon thermodynamique 16. L’interruption de l’écoulement d’eau dans la branche 14b peut être obtenue par des vannes 21 et 22, connectées sur des points de raccordement entre la branche 14b et la branche 14a.
Le ballon thermodynamique 16 est utilisé de façon avantageuse à la figure 3. En cas de demande de rafraichissement d’une pièce, l’eau circulant dans le système de traitement d’air 4 est refroidie en cédant des calories à l’eau contenue dans le ballon thermodynamique 16. A cet effet, l’eau circulant dans la branche 14b passe donc dans l’échangeur 166 dans lequel elle cède des calories au fluide caloporteur circulant dans le circuit 162. L’eau circulant dans la branche 14b est donc refroidie. Les calories prélevées sont restituées par le circuit 162 à l’eau contenue dans la cuve 160, qui est donc réchauffée. Il n’y a pas de circulation d’eau dans la branche 14a.
L’eau contenue dans le ballon thermodynamique 16 qui a été réchauffée en absorbant des calories de l’eau circulant dans la branche 14b, est chauffée de façon supplémentaire par le système de production d’eau chaude 6 en cas de demande d’eau chaude sanitaire.
Le ballon thermodynamique 16 permet donc de réaliser le rafraîchissement à un coût énergétique réduit, car l’énergie utilisée pour refroidir l’eau est utilisée pour produire de l’eau chaude de façon simultanée. Les problèmes énergétiques des climatisations électriques sont donc évités. La climatisation pouvant également être réalisée en utilisant les bouches de soufflage d’air chaud déjà présentes sur les murs, l’encombrement et le montage des volumineuses unités de climatisation murales est évité.
Selon un aspect optionnel représenté à la figure 4, le ballon thermodynamique 16 peut comprendre une vanne d’évacuation 168, et lorsqu’une demande de rafraichissement d’une pièce a lieu et que le ballon thermodynamique 16 est rempli d’eau ayant une température trop élevée, ne permettant pas le refroidissement de l’eau du circuit 14, une quantité d’eau est évacuée par la vanne d’évacuation 168 jusqu’à l’abaissement de la température de l’eau du ballon par l’apport supplémentaire d’eau froide dans la cuve 160.
Selon un exemple, la vanne d’évacuation 168 peut être raccordée à un système de récupération d’eau 18 pour une utilisation ultérieure, par exemple pour alimenter un système d’arrosage, un système de chasse d’eau, etc.
Selon une variante non représentée, au lieu d’une chaudière, le système de production d’eau chaude 6 peut être un module thermique d’appartement (MTA).
Dans un mode d’utilisation n’impliquant pas le système de traitement d’air 4, le système 2 fonctionne uniquement pour la production d’eau chaude sanitaire. Le système de production d’eau chaude 6 chauffe l’eau du circuit 14, qui transfère une partie de ses calories à l’eau froide de la cuve 160 du ballon thermodynamique 16. Cela fournit un premier niveau de chauffage à l’eau du circuit 7, puis un second niveau de chauffage lorsque l’eau du circuit 7 passe dans le système de production d’eau chaude 6. On améliore ainsi le coefficient de performance de la production d’eau chaude du système 2, par rapport à une configuration d’utilisation unique du système de production d’eau chaude 6. On utilisant à la fois l’énergie provenant du gaz, lorsque le système de production d’eau chaude 6 est une chaudière, et l’énergie électrique consommée par le ballon thermodynamique 16 pour opérer les transferts thermiques dans le circuit 162.
Le système 2 peut comprendre une unité de contrôle non représentée, configurée pour recevoir des signaux électriques représentatifs des paramètres de fonctionnement des divers composants et de contrôler le système 2 sur la base de consignes. Les données de consigne peuvent être, notamment, une température d’air ambiant souhaitée par un utilisateur au niveau d’un thermostat d’ambiance par pièce, et une pression d’eau chaude sanitaire demandée au niveau de robinets du local. En fonction de mesures de température dans le ballon thermodynamique 16 et dans le circuit d’eau 14, le circuit thermodynamique 162, le système de production d’eau chaude 6, le système de traitement d’air 4 et les vannes 21 et 22 peuvent être contrôlés par l’unité de contrôle pour sélectionner les configurations d’utilisation adéquates du système 2.

Claims (6)

  1. Système (2) de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire comprenant un système de traitement d’air (4), dans lequel un flux d’air (F1) destiné à être insufflé dans des pièces d’un local est réchauffé ou refroidi, un système de production d’eau chaude (6) produisant de l’eau chaude sanitaire (12) et de l’eau chaude destinée à réchauffer un flux d’air (F1) dans le système de traitement d’air (4), et un circuit d’eau (14) dans lequel l’eau chaude produite par le système de production d’eau chaude (6) pour le chauffage circule, et qui passe dans le système de traitement d’air (4), ce système de chauffage ou rafraîchissement d’air et de production d’eau chaude sanitaire (2) étant caractérisé en ce qu’il comprend en outre un ballon d’eau chaude thermodynamique (16), alimenté par un réseau d’eau froide (8), en ce que le circuit d’eau (14) dans lequel circule l’eau destinée au réchauffement dans le système de traitement d’air (4) comporte une branche (14b) reliée au ballon d’eau chaude thermodynamique (16), et en ce que le ballon d’eau chaude thermodynamique (16) est configuré pour stocker (160) de l’eau réchauffée par échange thermique avec l’eau contenue dans le circuit d’eau de chauffage (14).
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’en cas de demande de rafraichissement d’une pièce, l’eau (14) circulant dans le système de traitement d’air (4) est rafraîchie en cédant des calories à l’eau contenue dans le ballon d’eau chaude thermodynamique (16).
  3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’eau contenue dans le ballon d’eau chaude thermodynamique (16) qui a été réchauffée en absorbant des calories de l’eau circulant dans le système de traitement d’air (4) est chauffée une deuxième fois par le système de production d’eau chaude (6) en cas de demande d’eau chaude sanitaire (12).
  4. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ballon d’eau chaude thermodynamique (16) comprend une vanne d’évacuation (168), et en ce que lorsqu’une demande de rafraichissement d’une pièce a lieu et que le ballon d’eau chaude (16) est rempli d’eau à une température ne permettant pas le refroidissement de l’eau du circuit de traitement d’air (14), une quantité d’eau est évacuée par la vanne d’évacuation (168) jusqu’à l’abaissement de la température de l’eau du ballon (16).
  5. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vanne d’évacuation (168) est raccordée à un système de récupération d’eau (18).
  6. Système selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’interruption (21, 22) de la connexion fluidique entre le circuit d’eau de traitement d’air (14) et le ballon thermodynamique (16).
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