CH617762A5

CH617762A5 -

Info

Publication number: CH617762A5
Application number: CH1303777A
Authority: CH
Inventors: Edmond Girard
Original assignee: Messier Sa
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1980-06-13
Also published as: CA1076536A; US4189096A; IT1089587B; FR2373016A1; BE859915A; FR2373016B1; GB1575118A; DE2754301A1

Description

La présente invention concerne une installation de chauffage central assurant le chauffage de locaux publics ou privés, associant une source de chaleur de base et une source de chaleur d'appoint à un réseau de diffuseurs de base ainsi qu'à un réseau de diffuseurs d'appoint par l'intermédiaire de deux bouteilles de mélange.

Par source de chauffage «à haute température», on entend généralement, dans ce domaine technique, une source de chauffage dont un fluide caloporteur est issu à ime température d'environ 90°C, alors qu'issu d'une source dite «à basse température», sa température est d'environ 40°C.

Il est bien connu de chauffer des locaux de diverses natures au moyen d'installations de chauffage central, réalisées sous la forme d'un circuit, incorporant une source «à haute température», d'un fluide caloporteur, dont on fait varier le débit de passage dans des diffuseurs ou radiateurs situés, par exemple, dans les locaux à chauffer.

Ce mode d'utilisation des diffuseurs connus étant d'un mauvais rendement, en ce qui concerne les échanges thermiques s'effectuant au travers des parois des diffuseurs entre le fluide caloporteur à haute température et l'air ambiant des locaux à chauffer, l'emploi de telles installations classiques s'est avéré coûteux sur le plan des combustibles, consommés par les calorifères équipant ces circuits, pour l'obtention d'une température minimale acceptable dans les locaux chauffés.

De plus, que les réglages de fonctionnement des diffuseurs de ces installations soient effectués manuellement ou par l'intermédiaire d'un ensemble thermostatique, la régulation en température des locaux chauffés évolue généralement selon une courbe en dents de scie, ce qui constitue une source d'in-confort pour les occupants éventuels desdits locaux.

Enfin, sous certaines conditions climatiques particulières, les performances de ces installations classiques sont inadaptées, c'est-à-dire, soit surabondantes, soit insuffisantes, et un circuit de chauffage d'appoint, indépendant du circuit principal, doit être utilisé seul ou en plus du circuit principal.

Les problèmes de régulation en température des locaux peuvent être encore plus délicats du fait des fonctionnements simultanés possibles de deux circuits indépendants.

2

s io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

617762

L'installation selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients, et elle autorise, en plus, des économies très substantielles de consommation de combustible, réalisées grâce à un meilleur mode d'utilisation des diffuseurs, ainsi qu'une grande souplesse de mise en œuvre et de réglage.

L'installation de chauffage selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau de diffuseurs d'appoint montés en parallèle et alimentés par l'une et/ou l'autre des deux sources, les deux réseaux pouvant être alimentés simultanément, séparément ou alternativement, la source principale, constituée sous la forme d'une source de chaleur à basse température, alimentant le réseau des diffuseurs principaux par l'intermédiaire d'une première bouteille de mélange, et la source d'appoint fonctionnant en source de secours et constituée sous la forme d'une source de chaleur à haute température, alimentant le réseau des diffuseurs d'appoint par l'intermédiaire d'une seconde bouteille de mélange, les première et seconde bouteilles de mélange étant reliées par une double liaison pour que chacune puisse alimenter l'autre de sorte que la source principale puisse alimenter le réseau des diffuseurs d'appoint par l'intermédiaire de la première puis de la seconde bouteille de mélange, et que la source d'appoint puisse alimenter le réseau des diffuseurs principaux par l'intermédiaire de la seconde puis de la première bouteille de mélange.

Dans une forme d'exécution préférée de réalisation, la première bouteille de mélange alimente chacun des diffuseurs principaux au travers d'une première entrée et de l'unique sortie d'une vanne trois-voies motorisée, dont l'autre entrée reçoit une fraction du débit de sortie des diffuseurs principaux, dont la sortie est également reliée à l'entrée de la source principale.

Chacune des vannes trois-voies motorisées coopérant avec un diffuseur principal peut être pilotée par des moyens thermostatiques, afin de moduler, selon les besoins, les débits d'entrée de chaque vanne alimentant le diffuseur principal correspondant en fluide caloporteur à débit constant et température variable.

Il peut être prévu une vanne trois-voies motorisée, située en amont de la source principale, afin de diriger directement à l'entrée de la première bouteille de mélange une fraction réglable du débit de sortie des diffuseurs principaux non retourné vers l'entrée de ces derniers.

La seconde bouteille de mélange peut alimenter le réseau de diffuseurs d'appoint au travers de l'unique entrée et d'une première sortie d'une vanne trois-voies motorisée, dont la seconde sortie communique directement avec la seconde bouteille de mélange, la sortie des diffuseurs d'appoint ou de secours étant reliée à la seconde bouteille de mélange, elle-même reliée à l'entrée de la source d'appoint ou de secours.

Dans ce cas, des moyens thermostatiques sont avantageusement prévus pour piloter la vanne trois-voies motorisée par laquelle la seconde bouteille de mélange alimente les diffuseurs d'appoint, de sorte que ces derniers sont alimentés, selon les besoins, en fluide caloporteur à température constante et débit variable.

De même, la seconde bouteille de mélange peut alimenter la première au travers de l'unique entrée et d'une première sortie d'une vanne trois-voies motorisée, dont la seconde sortie communique directement avec la seconde bouteille de mélange.

L'installation peut encore prévoir des moyens thermostatiques, détectant la température du fluide caloporteur quittant la première bouteille de mélange pour alimenter les diffuseurs principaux, pour piloter la vanne trois-voies motorisée par laquelle la seconde bouteille de mélange est susceptible d'alimenter la première, et moduler, selon les besoins, le débit de fluide caloporteur transmis de la seconde à la première bouteille.

Avantageusement, des moyens de commande manuels ou thermostatiques, détectant la température externe aux locaux susceptibles d'être chauffés, sont montés en parallèles sur lesdits moyens thermostatiques pilotant la vanne trois-voies motorisée par laquelle la seconde bouteille de mélange est susceptible d'alimenter la première, pour court-circuiter l'action de ces derniers lorsque la température externe est supérieure à une valeur de référence donnée, en provoquant une alimentation maximale de la première bouteille de mélange par la seconde.

Une exécution préférée de l'installation de chauffage selon l'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure unique, correspondant à une représentation schématique de l'installation.

Cette dernière est composée d'un circuit de chauffage de base ou principal, réalisé sous la forme d'un circuit de chauffage «à basse température» 1, auquel est associé un circuit de chauffage d'appoint ou de secours, réalisé sous la forme d'un circuit de chauffage «à haute température» 2.

Le circuit principal ou à basse température 1 comprend une source de chaleur «à basse température» 3, constituée par une pompe à chaleur dont le circuit d'utilisation est principalement constitué par le circuit 1, mais peut être constitué par l'ensemble des deux circuits 1 et 2 ou par le seul circuit 2 comme expliqué ci-après, la pompe à chaleur étant, de préférence, couplée, au moyen d'un circuit hydraulique, à un générateur accumulateur, constitué par la combinaison d'éléments naturels, tels que l'air ambiant, les eaux en sous-sol peu profond et/ou les couches terrestres proches de la surface, dont les propriétés thermiques sont utilisées en tant que source chaude de la pompe à chaleur. La pompe à chaleur 3 extrait donc de la chaleur du générateur accumulateur ainsi défini, pour le transmettre au fluide caloporteur, (par exemple de l'eau) qui circule dans l'installation de chauffage, et qu'une conduite 5 mène à une bouteille de mélange 7, jouant le rôle d'une capacité tampon et assurant l'homogénéisation en température du fluide caloporteur qu'elle contient et qui est issu des différentes conduites débouchant dans la bouteille de mélange 7, comme il sera expliqué ci-après. Par la conduite 9, le fluide caloporteur, homogène en température, est distribué dans un réseau de radiateurs de base 11, montés en parallèle, et situés dans le ou les locaux à chauffer, ou à leur proximité, au travers de l'une des deux entrées, puis de l'unique sortie, de vannes trois-voies motorisées 13, en nombre égal au nombre des radiateurs de base 11.

Après avoir cédé, au travers des parois des radiateurs de base 11, une certaine quantité de chaleur au milieu ambiant, le fluide caloporteur est mené par la conduite 15 à une pompe de transfert 17, assurant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit principal 1. A la sortie de la pompe 17, le courant de fluide caloporteur est divisé pour être, d'une part, distribué en parallèle par la conduite 19 sur la seconde entrée de chacune des vannes trois-voies motorisées 13, et, d'autre part, mené par la conduite 21 à l'unique entrée d'une vanne trois-voies 23, dont une sortie retourne une fraction du fluide caloporteur dans la pompe à chaleur, où il se réchauffe, tandis que la seconde sortie dirige l'autre fraction du fluide caloporteur directement à la bouteille de mélange 7.

Les vannes trois-voies motorisées 13 sont commandées chacune à partir d'un thermostat 25, dont la sonde de température mesure la température ambiante dans le local chauffé, ou dans la zone d'influence du radiateur 11 correspondant. Le couplage entre chaque thermostat 25 et la vanne trois-voies motorisée 13 qui lui correspond est tel que la variation d'ouverture de l'une des deux entrées de la vanne trois-voies 13 entraîne une variation d'ouverture opposée de l'autre entrée.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

617762

4

La quantité de chaleur cédée par chaque radiateur peut ainsi être réglée, en fonction des besoins du local ou de la partie de local concernée, par modulation du débit d'arrivée de fluide caloporteur chaud, à une température constante donnée, issu de la conduite 9, et du débit d'arrivée de fluide caloporteur non réchauffé, issu de la conduite 19, modulation qui s'effectue dans des proportions déterminées par le thermostat 25. Les radiateurs 11 sont ainsi parcourus par un débit constant de fluide caloporteur à température variable. De même, la vanne trois-voies 23 est, de préférence, motorisée et commandée par un thermostat (non représenté sur la figure unique), dont la sonde de température détecte la température du fluide caloporteur directement à la sortie de la thermopompe. La modulation des débits de fluide caloporteur retournant se réchauffer, et de fluide caloporteur directement mené à la bouteille de mélange 7 s'effectue ainsi dans de bonnes conditions pour qu'une température constante donnée, par exemple 45°C, soit constamment obtenue dans cette dernière.

Le circuit de chauffage d'appoint ou de secours 2 comprend une source de chaleur «à haute température» 4, constituée par une chaudière fonctionnant, par exemple, au gaz, alimentant, par la conduite 6, une seconde bouteille de mélange 8 en eau, constituant le fluide caloporteur de l'installation, à une tempé- ' rature notablement supérieure à celle du fluide caloporteur emplissant la première bouteille de mélange 7, soit, par exemple, 90°C. La seconde bouteille de mélange 8 joue un rôle parfaitement analogue à celui joué par la première, à savoir qu'elle permet d'homogénéiser la température du fluide caloporteur qu'elle contient et qui est issu des différentes conduites qui débouchent dans 8, comme expliqué ci-dessous. Sous l'effet d'une pompe de transfert 10, le fluide caloporteur est amené, simultanément, par la conduite 12, à l'unique entrée de deux vannes trois-voies motorisées 14 et 16, ayant chacune une première sortie permettant le retour du fluide caloporteur dans la bouteille de mélange 8.

La seconde sortie de la vanne trois-voies 14 permet d'alimenter, par la conduite 18, un réseau de diffuseurs d'appoint ou de secours 20, montés en parallèle et situés, soit dans le même local que celui qui reçoit les radiateurs 11, soit dans certains des locaux recevant ces derniers, soit dans les dépendances de ces locaux. Ces diffuseurs d'appoint peuvent être réalisés sous la forme de ventilo-convecteurs, dont les convec-teurs procurent à l'air ambiant un apport complémentaire de chaleur prélevée au fluide caloporteur chaud, et dont les ventilateurs accélèrent la distribution de l'air ainsi réchauffé.

Le fluide caloporteur est ensuite reconduit, par la conduite 22, dans la seconde bouteille de mélange 8, dans laquelle débouche également la conduite 24 provenant de la première bouteille de mélange 7. Le circuit 2 est bouclé par les conduites 26 et 28 menant le fluide caloporteur de la seconde bouteille de mélange 8 à l'entrée de la source de chauffage de secours ou d'appoint à haute température 4, la circulation du fluide caloporteur étant assurée par une pompe de transfert 30.

La vanne trois-voies motorisée 14 est pilotée par un thermostat 32, dont la sonde de température est située dans la zone d'influence des ventilo-convecteurs 20, ce qui permet de moduler, selon les besoins, le débit de fluide caloporteur dirigé vers la bouteille de mélange 8 par rapport au débit de fluide caloporteur utilisé pour assurer l'apport complémentaire de calories. Le mode d'utilisation des ventilo-convecteurs 20 est donc à débit variable mais température constante de fluide caloporteur.

La seconde sortie de la vanne trois-voies motorisée 16 permet, par la conduite 34, d'alimenter la bouteille de mélange 7 du circuit 1, en fluide caloporteur plus chaud que celui qu'elle reçoit en provenance de la source à basse température 3 et de la vanne 23. La vanne trois-voies motorisée 16 est pilotée, d'une part, par un thermostat 36, dont la sonde de température détecte la température du fluide caloporteur à la sortie de la bouteille de mélange 7, ce qui permet de moduler le débit de fluide caloporteur plus chaud, transféré du circuit «à haute température» 2 vers le circuit «à basse température» 1, par rapport au débit directement retourné par la vanne 16 dans la bouteille de mélange 8, et, d'autre part, par des moyens de commande thermostatiques 38, montés en parallèle sur le thermostat 36, et dont la sonde température est sensible à la température externe aux locaux chauffés. Si la température externe vient à être supérieure à une température de référence donnée, les moyens thermostatiques 38 rendent inopérant le thermostat 36, assurent une ouverture totale de la seconde sortie de la vanne 16, afin d'alimenter au maximum la première bouteille de mélange 7, et provoquent l'arrêt de la chaudière 4. Le couplage ainsi obtenu entre les deux sources de chauffage et les deux réseaux de diffuseurs permet de substituer, en partie, la source à haute température 4 à la source à basse température 3, dans ses fonctions vis-à-vis des radiateurs de base 11, dans le cas d'un arrêt pouvant provenir d'une défaillance totale ou partielle de cette source 3. Dans le cas de performances insuffisantes de la source à basse température 3, par suite de conditions climatiques défavorables, le couplage entre les différents éléments permet à la source à haute température 4 de venir partiellement suppléer la source 3 dans ses fonctions vis-à-vis des radiateurs 11, alors que cette source 4 ne cesse de jouer son rôle vis-à-vis des diffuseurs d'appoint ou de secours 20. De même, en cas de panne de fonctionnement au niveau des radiateurs 11 et de leurs éléments associés, la source à basse température peut être amenée à alimenter les diffuseurs 20 jouant ainsi leur rôle de diffuseurs de secours. Si cela s'avère insuffisant, les deux sources de chaleur 3 et 4 peuvent être simultanément utilisées pour alimenter les diffuseurs 20.

En supposant, par exemple, que cette installation soit montée dans des locaux d'habitation, le circuit de chauffage de base 1 assure dans tous les cas, par un fonctionnement continu, en saison froide et en demi-saison froide, un chauffage minimal des locaux. Le circuit de chauffage d'appoint 2 permet, en saison froide, soit par un fonctionnement continu et un couplage total avec le circuit de base 1, soit par un fonctionnement intermittent lorsque les locaux ne sont pas constamment occupés, d'apporter la quantité de chaleur supplémentaire donnant aux locaux une température ambiante confortable. L'utilisation intermittente du circuit d'appoint 2 est rendue possible du fait du très court temps de réponse de ce circuit, obtenu par la mise en œuvre, modulée par la vanne 14, des ventilo-convecteurs 20.

En demi-saison chaude, la source à haute température 4 et la pompe de transfert 30 du circuit d'appoint 2 peuvent être mises hors-circuit. Les moyens thermostatiques 38 peuvent alors être réglés pour que la vanne 16 assure un retour total du fluide caloporteur vers la bouteille de mélange 7, et le chauffage d'appoint est éventuellement obtenu par les seuls ventilo-convecteurs 20, dont le fonctionnement est modulé par la vanne 14 pilotée par le thermostat 32, la source de chaleur 3 alimentant seule, dans ce cas, les deux réseaux de radiateurs 11 et 20.

Enfin, en saison chaude, le circuit de base 1 peut être mis hors-circuit, par exemple, par manœuvre de la vanne 23 dirigeant tout le fluide caloporteur qu'elle reçoit vers la bouteille de mélange 7, ou par arrêt de la pompe transfert 17, et les éventuels besoins de chauffage peuvent être couverts par un fonctionnement intermittent du seul circuit d'appoint 2.

L'installation décrite apparaît donc comme étant d'une souplesse d'utilisation remarquable, du fait des nombreuses possibilités de fonctionnements simultanés, séparés, voire s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

617762

alternés, des différents éléments associés, dont les divers moyens de réglages et de modulation permettent d'obtenir les températures souhaitées de façon uniforme et homogène.

Il faut remarquer que les sources de chaleur nécessaires ne sont pas particulières à l'installation décrite, et qu'elles peuvent être constituées paT toutes sortes de calorifères utilisant toutes sortes de combustibles pour tenir lieu de sources de chaleur à basse ou haute température.

Par exemple, un fourneau à tourbe, voire des panneaux solaires, peuvent être substitués à la pompe à chaleur en tant que source de chaleur à basse température, alors que la chaudière à gaz peut être remplacée par une chaudière de tout autre type, à fuel ou électrique par exemple.

De même, des moyens de réglage manuel peuvent être substitués aux différents thermostats utilisés.

L'installation décrite s'avère donc particulièrement indiquée pour équiper toute espèce de locaux industriels et commerci-s aux ou privés, dans lesquels la source de chaleur à haute température, qui constitue le seul élément éventuellement dangereux de l'installation, fonctionne sous surveillance, du fait d'une utilisation du circuit d'appoint s'effectuant essentiellement en présence des occupants des locaux chauffés, o Enfin, cette installation de chauffage présente l'avantage de pouvoir se greffer sur tout circuit de chauffage préexistant, en ajoutant et associant à ce circuit préexistant le ou les éléments qui lui manquent.

B

1 feuille dessins

Claims

617762 REVENDICATIONS

1. Installation de chauffage central, comprenant un réseau (1) de diffuseurs principaux (11), montés en parallèle, alimentés en fluide caloporteur par l'une et/ou l'autre de deux sources de chaleur (3,4) susceptibles de fonctionner simultanément, dont la première est une source principale, et dont la seconde est une source d'appoint, caractérisée en ce qu'elle comprend un réseau (2) de diffuseurs d'appoint (20) montés en parallèle et alimentés par l'une et/ou l'autre des deux sources (3,4), les deux réseaux (1, 2) pouvant être alimentés simultanément, séparément ou alternativement, la source principale (3), constituée sous la forme d'une source de chaleur à basse température, alimentant le réseau (1) des diffuseurs principaux (11) par l'intermédiaire d'une première bouteille de mélange (7) et la source d'appoint (4) fonctionnant en source de secours et constituée sous la forme d'une source de chaleur à haute température, alimentant le réseau (2) des diffuseurs d'appoint (20) par l'intermédiaire d'une seconde bouteille de mélange (8), les première et seconde bouteilles de mélange (7, 8) étant reliées par une double liaison (24, 34) pour que chacune puisse alimenter l'autre, de sorte que la source principale (3) puisse alimenter le réseau (2) des diffuseurs d'appoint (20) par l'intermédiaire de la première puis de la seconde bouteille de mélange (7, 8), et que la source d'appoint (4) puisse alimenter le réseau (1) des diffuseurs principaux (11) par l'intermédiaire de la seconde puis de la première bouteille de mélange (8,7).

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première bouteille de mélange (7) alimente chacun des diffuseurs principaux (11) au travers d'une première entrée et de l'unique sortie d'une vanne trois-voies (13) motorisée, dont l'autre entrée reçoit une fraction du débit de sortie des diffuseurs principaux, dont la sortie est également reliée à l'entrée de la source principale (3).

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacune des vannes trois-voies motorisées (13) coopérant avec un diffuseur principal, est pilotée par des moyens thermostatiques (25), afin de moduler, selon les besoins, les débits d'entrée de chaque vanne alimentant le diffuseur principal correspondant en fluide caloporteur à débit constant et température variable.

4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une vanne trois-voies motorisée (23), située en amont de la source principale, permet de diriger directement à l'entrée de la première bouteille de mélange une fraction réglable du débit de sortie des diffuseurs principaux non retourné vers l'entrée de ces derniers.

5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde bouteille de mélange (8) alimente le réseau de diffuseurs d'appoint au travers de l'unique entrée et d'une première sortie d'une vanne trois-voies motorisée (14), dont la seconde sortie communique directement avec la seconde bouteille de mélange (8), et que la sortie des diffuseurs d'appoint est reliée à la seconde bouteille de mélange, elle-même reliée à l'entrée de la source d'appoint.

6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que des moyens thermostatiques (38, 36) pilotent la vanne trois-voies motorisée par laquelle la seconde bouteille de mélange (8) alimente les diffuseurs d'appoint (20) de sorte que ces derniers sont alimentés, selon les besoins, en fluide caloporteur à température constante et débit variable.

7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la seconde bouteille de mélange alimente la première bouteille de mélange, au travers de l'unique entrée et d'une première sortie d'une vanne trois-voies motorisée (16) dont la seconde sortie communique directement avec la seconde bouteille de mélange.

8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que des moyens thermostatiques (36), détectant la température du fluide caloporteur quittant la première bouteille de mélange (7) pour alimenter les diffuseurs principaux (11), pilotent la vanne trois-voies motorisée (16) par laquelle la seconde bouteille de mélange est susceptible d'alimenter la première, pour moduler, selon les besoins, le débit de fluide caloporteur transmis de la seconde à la première bouteille.

9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que des moyens de commande manuels ou thermostatiques (38) détectant la température externe aux locaux destinés à être chauffés, sont montés en parallèle sur les moyens thermostatiques (36) pilotant la vanne trois-voies motorisée (16) par laquelle la seconde bouteille de mélange alimente la première, pour court-circuiter l'action de ces derniers lorsque la température externe est supérieure à une valeur de référence donnée, en provoquant une alimentation maximale de la première bouteille de mélange par la seconde.

10. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que les deux vannes trois-voies (14,16), par lesquelles la seconde bouteille de mélange alimente respectivement les diffuseurs d'appoint et la première bouteille de mélange, sont alimentées en parallèle à partir d'une pompe de transfert (10) située sur une sortie de la seconde bouteille de mélange (8).