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C l Description
Groupe extensible de récupération d'énergie par l'éclusage des eaux usées {eaux ménagères (salles de bain, cuisines, buanderies, ...)} et/ou des eaux de pluie, sauf des eaux fécales. v5
Le but est de récupérer la chaleur portée et sinon évacuée principalement et non limitativement dans les eaux domestiques chaudes ou mitigées rejetées par les blocs d'appartements et les maisons d'habitation de plus ou moins grande importance et/ou dans leurs eaux de pluie.
Il n'y a pas de doute que des quantités de chaleur considérables partent dans les réseaux d'égout. Le budget de chauffage de l'eau domestique {cuisine (cuisson et vaisselle), bains, lessiveuse, ... } d'un ménage moderne vivant dans un certain confort est appréciable comparé à celui du chauffage par exemple ; les gens ne se rendent pas toujours compte.
Le
C<1>5 problème est donc de domestiquer au mieux ces pertes instables et de les reconvertir en un maximum d'énergie utile.
A notre modeste connaissance la question semble négligée et il n'y aurait pas de traitement systématique connu et répandu de ces rejets caloporteurs discontinus.
Pour ce faire certains paramètres sont à maîtriser : 0 1 ^ > Les rejets sont sales, eaux polluées (savons, graisses, ...) et chargées (cheveux, saletés en suspension, ...).
> Les écoulements varient par périodes en durée et en débit ; c'est également valable pour les eaux de pluie.
> Les évacuations doivent pouvoir être assurées en toutes circonstances sans 025 perturbation pour les habitants. Les systèmes d'évacuation internes du bâtiment à traiter doivent être séparatifs (réseaux séparés pour les eaux ménagères et les eaux fécales) ; c'est heureusement souvent le cas.
Les eaux de pluie sont aussi toujours séparées. La récupération de chaleur doit être relativement rapide ; ne pas laisser refroidir les 030 rejets intempestivement.
N.B. Dans une construction où l'on envisagerait de faire ce type de récupération d'énergie, il faudrait idéalement calorifuger un maximum de tuyauteries d'évacuation des eaux ménagères.
035 Notre concept de la récupération de chaleur par RETENUE temporaire est exposé ciaprès.
< L'idée de base est celle de réaliser un système simple et standardisable le meilleur marché possible dans le cadre de l'application à des maisons uni- ou multifamiliales. 22007/0197
Nous pensons à un ensemble :
- ) > Qui puisse absorber les variations de période, de durée et d'intensité des rejets de manière à pouvoir traiter L'ensemble de ceux-ci.
> Facile à entretenir si on pense au nettoyage.
> Qui assure les écoulements même si une panne le perturbe. Extensible ou adaptable en fonction par exemple du nombre d'habitants et du degré s -o d'équipement (nombre de salles de bain, ...) de la maison ou du bloc. Prenant un minimum de place. Qui soit durable et ainsi pouvoir dépasser largement la période d'amortissement
*> Le GROUPE se compose donc : * 5<)>D'un RESERVOIR (El) (voir fig.l) de transit ( passage obligé) devant assurer la double fonction d'écluse et d'échangeur de chaleur.
Il est réalisé en cuivre ou à 100
% en acier inoxydable de qualité appropriée.
Il doit être enveloppé complètement au moyen d'une isolation thermique efficace avec jaquette de finition en tôle métallique ou à base de matière plastique.<1 ">^ U est voulu très simple, très robuste et facile à nettoyer si nécessaire (du côté eau usée ).
Il est constitué de deux viroles concentriques (1) et (2) (deux sections de tube de fabrication standard par exemple) de diamètres voisins, de longueur inégale (Ll sup. à L2) et disposées symétriquement.
Deux lèvres (une intérieure et une extérieure) Î -> * sont placées à la même hauteur et l'espace circulaire ainsi formé est obturé par une couronne (3) soudée en continu sur chacune d'elles.
Un fond plat (4) (il peut être bombé mais ce n'est pas nécessaire - peu de pression), épaisseur minimale 2 mm, muni :
- d'un manchon d'alimentation (0 110 mm) à bride (5). '-ô - d'un manchon de ventilation (0 50 mm) à bride au point le plus haut (5') est alors soudé à son tour en continu sur la couronne (3). Une seconde couronne de fermeture (6) est soudée en continu d'une part sur la lèvre de la virole extérieure (2) et d'autre part sur le corps de la virole intérieure (1). Ainsi est formée l'enveloppe hydraulique ou chemise d'eau (7) devant recevoir le fluide secondaire.
Un manchon t<¯>de raccordement (8) et/ou (9) (DN 15 ou 0 V2 ' minimum) est soudé à chaque extrémité de la virole extérieure (2) de façon à permettre les raccordements hydrauliques du circuit secondaire.
L'échange thermique entre primaire et secondaire doit se faire par conduction à travers la paroi commune (virole 1). 0<¯>"5 Améliorations souhaitables
Préalablement à l'introduction de la virole intérieure (1) dans son enveloppe (2) il y a lien 32007/0197 de souder sur le corps de la première (1) : Deux couronnes perforées (10) et (11) pour la bonne distribution périphérique du fluide secondaire dans la chemise (7).
<;>i.Nî i - La couronne (10) est positionnée juste à droite du manchon (8).
- La couronne (11) est positionnée juste à gauche du manchon (9).
Des chicanes (12) (par exemple des languettes de tête en forme de V renversé) afin de perturber le flux laminaire du fluide secondaire dans la chemise (7).
X5 Une couronne (13) perforée {orifices de passage de vis de serrage (15)} est soudée à l'extrémité restée libre de la virole intérieure (1). Un fond plat (14) : Egalement perforé en périphérie {passage des vis de serrage (15)}.
Epaisseur minimum 2 mm.
> Muni d'au moins deux doigts de gant pour sonde de température, s<)>Muni d'un manchon (0 110 mm) à bride (16). permet de fermer le réservoir d'eau usée (fluide primaire) par son application avec l'interposition d'un joint d'étanchéité (17) contre la couronne (13) et le serrage du tout au moyen de deux brides folles (en acier ordinaire peint) (18) et des vis de serrage (15).
t 5 Deux robinets à papillon motorisés DN 100 (PI normalement ouvert = N0 et P2 normalement fermé = NF) montés en brides obturent d'une part le manchon d'entrée (5) et d'autre part le manchon de sortie (16).
Deux pieds métalliques (19) (acier ordinaire à peindre soudé sur la virole extérieure) permettant la pose au sol, sur consoles murales ou sur potences, complètent le tout
1<s>s" N.B.
El est disposé en pente légère vers P2.
Afin de fixer les idées nous pensons dans un premier temps :
> A une virole extérieure en acier inoxydable (type 304) de diamètre 323,9 mm x 2 mm et de longueur 1400 mm. i 05 > A une virole intérieure en acier inoxydable (type 304) de diamètre 304 mm x 2 mm et de longueur 1500 mm. Ceci donnerait : Une chemise d'eau secondaire de ca. 8 mm d'épaisseur.
> Une capacité de retenue d'eau usée (fluide primaire) de 100 litres. 1 : Une surface d'échange de chaleur par conduction de ca. 1 ,3 m .
Ceci permettrait théoriquement de fabriquer quatre réservoirs d'échange par longueur standard de tube de 6 mètres.
D faut évidemment voir, d'abord par calculs et ensuite par expérimentation, ce que ces données permettent comme puissance thermique.
Il y a logiquement lieu de jouer sur le
<;>i.Nîi
42007/0197 i 1 ^ diamètre de la virole intérieure et sur la longueur L2 pour augmenter la capacité de rétention et la surface d'échange thermique.
D'un RESERVOIR (RI) (voir Fig. 1) d'attente à disposer en charge à l'aplomb de El.
12 II est réalisé en acier inoxydable, en acier galvanisé à chaud ou en matière plastique (PE, ...) ou tout autre matériau rigide résistant à la corrosion. Il doit également être complètement enveloppé par une isolation thermique efficace avec jaquette de finition. Il est de forme cylindrique ou parai Jélépipédique allongée. Il est pourvu :
325 D'un manchon (20) d'entrée et ou de sortie (0 110 mm pour une question de standardisation) à bride au point bas.
D'un manchon (21 ) de ventilation (040 mm) à bride au point haut.
> De deux pieds (22) permettant la pose sur consoles murales ou potences.
13 N.B. RI est disposé en pente légère vers le manchon (20).
Afin de fixer les idées, nous pensons par exemple à un réservoir cylindrique de diamètre 500 mm et de longueur 1500 mm (environ la longueur Ll de El pour une question de disposition. Ceci donnerait une capacité de ca. 300 litres.
Mais tout est possible.
i 35 m D'un RESERVOIR (R2) semblable à RI disposé à l'aplomb de celui-ci et ainsi de suite avec R3, ... ou R' 1 , R'2, ... , le nombre de réservoirs est à étendre en fonction du volume rejeté en pointe, donc fonction du(des) logement(s).
D'une COLONNE (23) d'alimentation (en eau usée et/ou en eau de pluie) EN.CHA RGE 1 (voir Fig. 1) et munie de branchements en té et/ou en croix.
Elle est réalisée en PVC ou en PE, 0 110 minimum.
Elle communique avec tous les éléments (El, RI, R2, R'I, ...) et avec la tuyauterie (voir ciaprès) de by-pass (25).
145 m D'une COLONNE double (24 et 26) de ventilation (voir Fig. 1).
Elle est réalisée en PVC ou en PE, 040 mm minimum pour RI , R2, R' 1 , ... (26) et 50 mm minimum pour El (24).
La première (26) communique avec tous les points hauts de RI, R2, R3, ...) avec la tuyauterie (voir ci-après) de by-pass (25) et à un niveau plus élevé avec la seconde (24). î 50 La seconde (24) doit pouvoir être sous eau lorsque RI, R2, R3, ... se remplissent successivement par suite d'un coup d'eau (afflux de pointe). 52007/0197
D'une tuyauterie (25) de BY-PASS (voir Fig. 1)
155 Elle est réalisée en PVC ou en PE, 0 110 mm minimum. Elle est branché de manière plongeante sur la colonne 23 (de sorte que dans des circonstances normales, elle ne prend pas d'eau), surmonte le réservoir (RX) supérieur et rejoint la conduite de rejet (27) en aval de P2.
En cas de panne au niveau de l'un ou l'autre robinet motorisé (PI, P2) ou en cas d'un afflux
1<J,>d'eau (normalement d'eau de pluie) supérieur à la capacité de retenue du groupe, le liquide inépuisable est automatiquement rejeté en direct.
D'un système de REGULATION
Le circuit secondaire de El (équipé d'une pompe P) est idéalement raccordé à l'évaporateur ! 5 d'une pompe à chaleur (PAC) eau - eau .
La température minimale de retour au réservoir-échangeur El peut par exemple être fixée à
+ 6[deg.] C.
Nous pensons à deux sondes de température SI et S2 (qui peut être partie intégrante de la
PAC). 1<" )>El est rempli partiellement ou totalement et SI = + 8[deg.]C par exemple :
> P démarre.
> PAC démarre ;
L'eau usée se refroidit jusqu'à ce que S2 = + 6[deg.]C :
> PAC s'arrête.
P5 > P s'arrête.
> PI se ferme.
> P2 s'ouvre.
Une temporisation prédéterminée intervient le temps nécessaire à El pour se vider complètement et ensuite : I SO > P2 se ferme.
> PI s'ouvre et on attend un nouvel afflux de chaleur dans El pour recommencer le cycle.
Le nouvel afflux de chaleur précité est en attente si RI et ou R2, ou R3, ou ... sont ! 85 remplis, ceci déterminant le nombre de cycles consécutifs jusqu'à l'épuisement du
stockage . Tout fonctionne par gravité avec la collaboration organisée de PI et P2. La disposition relative des réservoirs d'attente (RI, R2, R'I, ...) doit être telle que ces alternances de flux et reflux par gravité, soient rendues possibles.
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C l Description
Expandable group of energy recovery by the lockdown of sewage (greywater (bathrooms, kitchens, laundries, ...)} and / or rainwater, except faecal waters. v5
The goal is to recover heat carried and otherwise evacuated mainly and not limited to domestic hot or mixed water rejected by blocks of apartments and houses of greater or lesser importance and / or in their rainwater.
There is no doubt that considerable amounts of heat go into the sewer systems. The budget for heating domestic water (cooking (cooking and washing up), baths, washing machines, etc.) of a modern household living in a certain comfort is appreciable compared to that of heating for example; people do not always realize.
The
C <1> 5 problem is to domesticate at best these unstable losses and convert them back into a maximum of useful energy.
To our modest knowledge the question seems neglected and there would be no known and widespread systematic treatment of these discontinuous heat transfers.
To do this some parameters have to be mastered: 0 1 ^> Discharges are dirty, polluted water (soaps, greases, ...) and loaded (hair, dirt in suspension, ...).
> The flows vary by period in duration and in flow; it is also valid for rainwater.
> Evacuations must be ensured in all circumstances without disturbance to the inhabitants. The internal evacuation systems of the building to be treated must be separative (separate networks for greywater and faecal waters); it is fortunately often the case.
Rainwater is also always separated. Heat recovery must be relatively fast; do not allow the 030 releases to be allowed to cool off.
N.B. In a building where this type of energy recovery is envisaged, it would be ideal to insulate a maximum of domestic waste water pipes.
035 Our concept of heat recovery by temporary RETENTION is explained below.
<The basic idea is to create a simple and standardized system that is the cheapest possible for use in single- or multi-family homes. 22007/0197
We think of a set:
-)> Who can absorb the variations of period, duration and intensity of the rejections in order to be able to treat all of them.
> Easy to maintain if you think about cleaning.
> Which ensures the flows even if a breakdown disturbs it. Expandable or adaptable depending for example on the number of inhabitants and degree s -o equipment (number of bathrooms, ...) of the house or block. Taking a minimum of space. That is sustainable and thus be able to greatly exceed the amortization period
*> The GROUP therefore consists of: * 5 <)> A TANK (El) (see fig.l) transit (passage required) to ensure the dual function of lock and heat exchanger.
It is made of copper or 100
% stainless steel of appropriate quality.
It must be wrapped completely by means of an efficient thermal insulation with sheet metal or plastic base cover. <1 "> ^ U is very simple, very robust and easy to clean if necessary (on the water side worn).
It consists of two concentric ferrules (1) and (2) (two sections of standard manufacturing tube for example) of neighboring diameters, of unequal length (L1 to L2) and arranged symmetrically.
Two lips (one inner and one outer) Î -> * are placed at the same height and the circular space thus formed is closed by a crown (3) welded continuously on each of them.
A flat bottom (4) (it can be curved but it is not necessary - little pressure), minimum thickness 2 mm, provided:
- a feed sleeve (0 110 mm) with flange (5). '- a - a ventilation sleeve (0 50 mm) flange at the highest point (5') is then welded in turn continuously on the crown (3). A second closure ring (6) is welded continuously on the one hand on the lip of the outer shell (2) and on the other hand on the body of the inner shell (1). Thus is formed the hydraulic envelope or water jacket (7) to receive the secondary fluid.
A connection sleeve (8) and / or (9) (DN 15 or 0 V2 'minimum) is welded to each end of the outer shell (2) so as to allow the hydraulic connections of the secondary circuit.
The heat exchange between primary and secondary must be done by conduction through the common wall (ferrule 1). 0 <¯> "5 Desirable improvements
Prior to the introduction of the inner ferrule (1) in its envelope (2) there is link 32007/0197 to weld on the body of the first (1): Two perforated crowns (10) and (11) for the good peripheral distribution of the secondary fluid in the liner (7).
The crown (10) is positioned just to the right of the sleeve (8).
- The crown (11) is positioned just to the left of the sleeve (9).
Baffles (12) (e.g. inverted V-shaped head tabs) to disrupt the laminar flow of the secondary fluid in the liner (7).
X5 A perforated ring (13) (tightening screw holes (15)) is welded to the free end of the inner shell (1). A flat bottom (14): Also perforated at the periphery {passage of the clamping screws (15)}.
Minimum thickness 2 mm.
> Equipped with at least two thermowells for temperature probes, fitted with a flanged sleeve (0 110 mm) (16). allows to close the waste water tank (primary fluid) by its application with the interposition of a seal (17) against the crown (13) and the tightening of all by means of two crazy flanges (steel ordinary painted) (18) and clamping screws (15).
t 5 Two motorized butterfly valves DN 100 (PI normally open = N0 and P2 normally closed = NC) flanged on the one hand seal the inlet sleeve (5) and on the other hand the outlet sleeve (16) .
Two metal legs (19) (ordinary steel paint welded on the outer shell) for laying on the floor, on wall brackets or on brackets, complete the whole
1 <s> s "N.B.
El is arranged on a slight slope towards P2.
In order to fix the ideas we think at first:
> Has a stainless steel outer ring (type 304) with a diameter of 323.9 mm x 2 mm and a length of 1400 mm. i 05> Has a 304 stainless steel inner ring (type 304) with a diameter of 304 mm x 2 mm and a length of 1500 mm. This would give: A secondary water jacket of ca. 8 mm thick.
> A wastewater holding capacity (primary fluid) of 100 liters. 1: A surface of heat exchange by conduction of ca. 1, 3 m.
This would theoretically allow the manufacture of four exchange tanks per standard tube length of 6 meters.
It is obviously necessary to see, first by calculation and then by experimentation, what these data allow as thermal power.
It is logical to play on the
<;> I.Nîi
42007/0197 i 1 ^ diameter of the inner shell and the length L2 to increase the retention capacity and the heat exchange surface.
Of a TANK (RI) (see Fig. 1) waiting to dispose in load in line with El.
12 It is made of stainless steel, hot-dip galvanized steel or plastic (PE, ...) or any other rigid material resistant to corrosion. It must also be completely wrapped with efficient thermal insulation with a dust jacket. It is cylindrical in shape or elongated Jelepipedic parai. It is provided:
325 An inlet and / or outlet sleeve (0 110 mm for a standardization issue) with a flange at the low point.
Ventilation sleeve (21) (040 mm) with flange at the high point.
> Two feet (22) allowing installation on wall brackets or brackets.
13 N.B. RI is disposed in a slight slope towards the sleeve (20).
In order to fix the ideas, we think, for example, of a cylindrical tank with a diameter of 500 mm and a length of 1500 mm (about the length Ll of El for a question of disposal, which would give a capacity of about 300 liters.
But everything is possible.
35 m of a RESERVOIR (R2) similar to RI placed in line with it and so on with R3, ... or R '1, R'2, ..., the number of tanks is to extend according to the volume rejected in peak, thus function of (the) housing (S).
A COLUMN (23) supply (in waste water and / or in rainwater) EN.CHA RGE 1 (see Fig. 1) and provided with tee and / or cross connections.
It is made of PVC or PE, 0 110 minimum.
It communicates with all the elements (El, RI, R2, R'I, ...) and with the piping (see below) by-pass (25).
145 m of a double COLUMN (24 and 26) of ventilation (see Fig. 1).
It is made of PVC or PE, 040 mm minimum for RI, R2, R '1, ... (26) and 50 mm minimum for El (24).
The first (26) communicates with all the high points of RI, R2, R3, ...) with the piping (see below) by-pass (25) and at a higher level with the second (24) . The second (24) must be able to be under water when R1, R2, R3, ... are successively filled as a result of a blow of water (peak influx). 52007/0197
BY-PASS piping (25) (see Fig. 1)
155 It is made of PVC or PE, 0 110 mm minimum. It is plungingly connected to the column 23 (so that under normal circumstances it does not take water), overcomes the upper tank (RX) and rejoins the discharge line (27) downstream of P2.
In the event of a fault at one or the other motorized tap (PI, P2) or in case of an influx
1 <J,> of water (normally rainwater) greater than the holding capacity of the group, the inexhaustible liquid is automatically rejected live.
A REGULATION system
The El secondary circuit (equipped with a P pump) is ideally connected to the evaporator! 5 of a heat pump (PAC) water - water.
The minimum temperature of return to the exchange tank El can for example be fixed at
+ 6 [deg.] C.
We think of two temperature probes SI and S2 (which can be an integral part of the
CAP). 1 <")> El is partially or totally filled and SI = + 8 [deg.] C for example:
> P starts.
> PAC starts;
The waste water cools until S2 = +6 [deg.] C:
> PAC stops.
P5> P stops.
> PI closes.
> P2 opens.
A predetermined time delay intervenes the time required for El to empty completely and then: I SO> P2 closes.
> PI opens and we expect a new influx of heat in El to start the cycle again.
The new inflow of heat mentioned above is waiting if RI and or R2, or R3, or ... are! 85, which determines the number of consecutive cycles until the
storage. Everything works by gravity with the organized collaboration of PI and P2. The relative arrangement of holding tanks (RI, R2, R'I, ...) must be such that these alternations of flow and reflux by gravity, are made possible.