CH624205A5 - - Google Patents

Description

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour commander l'environnement climatique d'ime enceinte comportant des parais et ayant au moins une partie souterraine en contact direct avec le sol et susceptible de renf ermer une source dégageant une certaine quantité de chaleur parasite.

Par source susceptible de dégager (ou dégageant) ime quantité de chaleur parasite, il faut entendre tout appareillage, machine ou ensemble de machines, dont la mise en œuvre ou le fonctionnement s'accompagne inévitablement d'une dissipation d'énergie calorifique non désirée, tant du point de vue de l'environnement que du point de vue de l'appareillage ou de la machine, dont réchauffement peut nuire aux performances, ce qui rend parfois indispensable de disposer ces sources de chaleur parasite à l'intérieur d'enceintes ou de salles climatisées, ou dont on contrôle l'environnement climatique.

On peut citer, comme exemples traditionnels, les salles informatiques et les centraux téléphoniques, où, respectivement, des ordinateurs et des baies téléphoniques en fonctionnement dissipent, le plus souvent, une quantité trop importante de chaleur parasite pour que l'on ne soit pas amené à souffler, dans les locaux contenant ces installations, de l'air froid provenant de groupes frigorifiques, le soufflage s'effec-tuant, par exemple, au travers d'un faux-plancher, et l'air réchauffé au contact des sources de chaleur parasite étant évacué vers l'atmosphère au travers d'un faux-plafond, alors qu'en hiver par exemple, une installation de chauffage peut être amenée à intervenir pour maintenir ces locaux à une température acceptable n'entraînant aucune altération dans le fonctionnement des installations. Ceci ne tient pas compte des personnels attachés an fonctionnement de ces installations, et qui séjournent dans des locaux voisins ou annexes, tels que bureaux, présentant un besoin potentiel de chauffage non négligeable puisque ce besoin existe, sous nos latitudes,

environ la moitié de l'année.

Afin de favoriser l'évacuation de chaleur parasite vers l'atmosphère, les appareillages précédemment cités en exemple sont disposés dans des locaux en surface, renfermant, par ailleurs, l'installation frigorifique et l'installation de chauffage nécessaires, et voisins des bureaux chauffés par une éventuelle seconde installation de chauffage.

On sait, d'autre part, que les variations de la température de ■ l'air à l'extérieur, qui sont de deux types, variation diurne et s variation annuelle, dont l'amplitude est variable suivant les climats, se retrouvent dans les couches du sol, avec ime atténuation d'autant plus importante que la profondeur de ces couches est grande. De plus, les minima et maxima de température à une profondeur donnée subissent, par rapport à ceux de la température extérieure, des retards dont l'importance croît également avec la profondeur. En région parisienne, on a constaté que la variation diurne est pratiquement négligeable à partir de 0,80 m de profondeur, et la variation annuelle à partir de 10 m de profondeur.

L'idée à la base de l'invention consiste à utiliser directement les caractéristiques régulatrices du sol en profondeur, compte tenu de l'inertie thermique qui lui est propre, pour lui faire jouer le rôle de source calorifique ou, inversement, d'absorbant thermique, selon les besoins du moment, vis à vis d'une enceinte renfermant des sources de chaleur parasite.

A cet effet, l'enceinte considérée doit être située entièrement sous le niveau du sol, à une profondeur moyenne qui ne devrait pas dépasser une dizaine de mètres en général, sous nos latitudes, cette profondeur étant cependant variable selon la nature géologique particulière du terrain dans lequel l'enceinte considérée sera implantée, afin de profiter de l'effet de tampon thermique apporté par le terrain environnant, dont la température sur l'année, à cette profondeur, est pratiquement constante, et se situe, à titre d'exemple, aux alentours de 12°C en région parisienne.

Selon l'invention, le procédé pour commander l'environnement climatique d'une telle enceinte comportant des parois et ayant au moins une partie souterraine en contact direct avec le sol et susceptible de renfermer une source dégageant une certaine quantité de chaleiu: parasite, est caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'échange thermique de la portion de paroi souterraine en contact avec le sol en fonction des températures respectives du sol et de l'intérieur de l'enceinte.

Le dispositif selon l'invention pour la mise en œuvre de ce procédé est caractérisé en ce que la surface latérale interne des parois de l'enceinte, réalisées en un matériau présentant un coefficient d'échange thermique élevé, est recouverte d'un réseau de clapets articulés, à ouverture commandée, réalisés en un matériau isolant, l'ouverture maximum favorisant le transfert de la chaleur au travers de parois de l'enceinte, et la fermeture s'opposant à ce transfert.

Dans le cas où cette enceinte souterraine est associée à des locaux, affectés aux personnels attachés au fonctionnement des installations disposées dans cette enceinte et constituant les sources de chaleur parasite, il est avantageux, afin de satisfaire le besoin potentiel de chauffage de ces locaux, de leur transférer une partie de la chaleur ayant transité du sol vers l'enceinte, et de tirer parti de l'énergie thermique emmagasinée dans le sol pour chauffer les locaux. En outre, lors du dégagement dans l'enceinte d'une quantité de chaleur parasite, le procédé peut consister à transférer dans les locaux cette quantité de chaleur parasites, éventuellement diminuée d'une seconde quantité de calories transitant au travers des parois de l'enceinte, de celle-ci vers le sol, si la quantité de chaleur parasite dégagée est trop importante pour le besoin de chauffage des locaux, et à tirer ainsi parti de la capacité du sol à emmagasiner de l'énergie thermique pour absorber l'excédent de chaleur parasites.

Sur le plan du dispositif, cela peut se traduire par la coopération, avec le réseau de clapets articulés, d'un réseau de tuyauteries, noyé dans les parois de l'enceinte, et dans lequel circule un liquide frigorifique à basse température, absorbant des chaleur provenant indifféremment de l'enceinte ou du sol

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environnant, le réseau de tuyauteries étant disposé en un circuit bouclé sur l'évaporateur d'une pompe, à chaleur lequel le liquide frigorifique cède de la chaleur qu'il a absorbée au fluide frigorigène de la pompe, à chaleur lequel les cède à son tour, dans le condenseur de la thermopompe, au fluide d'un circuit d'utilisation bouclé sur le condenseur, et comportant un réseau de diffuseurs installés dans les locaux à chauffer.

Un mode d'application particulier du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans lesquels:

- la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention, permettant de régler l'environnement climatique de la salle contenant les baies téléphoniques d'un central téléphonique, dont les bureaux présentent un besoin de chauffage,

- la figure 2 représente une coupe d'une paroi latérale de la salle.

Avec référence aux figures, le central téléphonique est constitué d'une salle 1, entièrement située sous la surface 2 du sol, à une profondeur d'environ 10 mètres, et de locaux 3,

situés en surface et devant être chauffés. Les parois 4 de la salle souterraine 1 sont réalisées en un matériau ayant un coefficient d'échange thermique élevé, et un réseau 5 de tuyauteries, noyé dans les parois 4, et disposé à titre d'exemple non restrictif selon la représentation schématique de la figure

1, peut éventuellement constituer en totalité ou en partie l'armature structurale de cette salle 1. Sur la figure 1, le réseau 5 ne se développe que dans les parois délimitant la surface latérale de la salle 1, ceci pour une raison de clarté de la représentation schématique, mais il est bien évident que dans ou sous la paroi inférieure, constituant la dalle de fondation de la salle 1, on peut disposer un réseau complémentaire du réseau 5, éventuellement couplé à ce dernier par une ou plusieurs vannes, de façon à augmenter la surface d'échange. Le réseau 5 de tuyauteries est parcouru par un liquide frigorifique à basse température, en provenance de l'évaporateur 7 d'une pompe à chaleur 6, et retournant à ce dernier, sous l'effet de la pompe de transfert 8, après s'être réchauffé en ayant absorbé la chaleur transitant dans les parois 4, et provenant indifféremment du sol 9, entourant la salle 1, ou de l'intérieur de la salle 1, lorsque les sources de chaleur parasite qui s'y trouvent disposées, par exemple des baies téléphoniques (non représentées), sont actives et dissipent une certaine énergie thermique. Sur la surface latérale interne de la salle 1, est disposé un réseau de clapets articulés 10, à ouverture commandée, réalisés en un matériau isolant. Dans leur position d'ouverture maximum, représentée en traits pleins sur la figure

2, les clapets articulés 10 favorisent le transit calorifique au travers des parois 4 dans un sens comme dans l'autre, alors qu'en position fermée, représentée en traits mixtes, les clapets 10 s'opposent aux échanges thermiques entre la salle 1 et le sol 9. La chaleur absorbée par le liquide frigorifique circulant dans le réseau 5 est cédée dans l'évaporateur 7 au fluide frigorigène circulant dans la pompe à chaleur 6, lequel la cède à son tour, dans le condenseur 11 de la pompe à chaleur 6, au fluide du circuit d'utilisation 12 comportant un réseau de diffuseurs ou radiateurs 13 installés dans les locaux à chauffer 3, et montés en série selon la représentation ou encore en parallèle, la circulation du fluide dans le circuit 12 étant assurée par ime pompe de transfert 14. Une vanne trois-voies 15 permet de diriger le fluide du circuit d'utilisation 12 issu du condenseur 11, vers un circuit 16, monté en parallèle sur le réseau de diffuseurs 13, et pourvu d'un appareil d'extraction 16, placé en extérieur, par exemple du type aéroréfrigérant, tel qu'un condenseur à air. On notera encore que le plafond de la salle 1, qui peut éventuellement servir de séparation entre cette salle 1 et les locaux 3 situés en niveau supérieur, devra présenter une isolation thermique aussi bonne que possible.

De la sorte, en l'absence d'un quelconque besoin de chauffage des locaux 3, et en supposant que les sources de chaleur internes à la salle 1 soient inactives ou peu actives, il suffira de maintenir la pompe à chaleur à l'arrêt et de commander l'ouverture maximale des volets 10, pour que s'effectue un transfert calorifique du sol 9 vers la salle 1, qui sera maintenue à une température acceptable pour ime bonne conservation des sources inactives ou au ralenti, cette température tendant à être celle du sol 9 environnant, ce qui ne peut être gênant pour une salle non destinée à être constamment ocupée par des personnes.

Dans le cas où les sources seraient plus actives, et dégageraient une quantité de chaleur parasite suffisamment importante pour ne pouvoir être conservée dans leur environnement immédiat (c'est-à-dire la salle 1) sans perturber le fonctionnement desdites sources, le maintien des volets 10 en position ouverte assurera un transfert calorifique de la salle 1 vers le sol environnant 9 selon la flèche fl de la figure 2. La capacité du sol 9 à absorber de la chaleur sera alors utilisée pour conserver la salle 1 à une température de bon fonctionnement des sources. Si la production calorifique des sources est trop importante pour qu'elle se trouve suffisamment absorbée par le sol environnant 9, la mise en fonctionnement de la pompe à chaleur 6 et des pompes de transfert 8 et 14 assurera, par le fluide frigorifique du circuit 5, l'évacuation de l'excès de chaleur non absorbée par le sol 9 vers le circuit d'utilisation 12, et, toujours en l'absence d'un besoin de chauffage des locaux 3, la commande de la vanne 15 permettra de dissiper cet excès de chaleur dans l'atmosphère par le dispositif aéroréfrigérant 16.

Dans le cas où un besoin de chauffage des locaux 3 existe, alors que les sources internes à la salle 1 sont inactives, la pompe à chaleur sera mise .en fonctionnement, ainsi que les pompes de transfert 8 et 14, et l'on donnera aux volets 10 une position intermédiaire afin qu'un transfert de chaleur s'effectue du sol simultanément vers la salle 1 et vers le fluide frigorifique du circuit 5, c'est-à-dire, par l'intermédiaire de la pompe à chaleur 6, du circuit 12 et de la vanne 15 alimentant les diffuseurs 13, vers les locaux 3. Si les sources internes àia salle 1 sont peu actives, leur production calorifique étant cependant suffisante pour assurer le maintien de la salle 1 à une température minimale acceptable (flèche f2 sur la figure 2), les volets 10 pourront être fermés, afin que l'essentiel du transfert calorifique s'effectue du sol 9 vers le circuit 5, et donc vers les locaux 3. Par contre, dans le cas d'une production calorifique importante de la part des sources, le transfert de chaleur s'effectuera simultanément de la salle 1 vers le sol 9 et vers le circuit 5, donc vers les locaux 3, les volets 10 étant ouverts, toute modulation de l'ouverture étant permise pour équilibrer les échanges thermiques entre la salle 1 et les locaux 3.

Le procédé et le dispositif permettent donc d'obtenir, avec une grande souplesse de fonctionnement et de façon économique, une bonne maîtrise de l'environnement climatique de toute enceinte souterraine pouvant faire l'objet d'une utilisation, par exemple, à titre de cave artificielle de conservation, de chambre de stockage, de salle de cinéma ou de salle informatique, les sources de chaleur parasite étant de nature également variable.

Bien entendu, on pourra, associer au dispositif décrit tout moyen permettant, par exemple, l'introduction dans la salle souterraine d'air neuf en quantité déterminée en fonction, par exemple, de la température de la salle souterraine et/ou de l'air extérieur, ainsi que tout moyen de ventilation ou de chauffage de secours pour les locaux.

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Claims (5)

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1. Procédé pour commander l'environnement climatique d'une enceinte comportant des parois, et ayant au moins une partie souterraine en contact direct avec le sol et susceptible de renfermer une source dégageant une certaine quantité de chaleur parasite, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'échange thermique de la portion de paroi souterraine en contact avec le sol en fonction des températures respectives du sol et de l'intérieur de l'enceinte.

2. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface latérale interne des parois de l'enceinte, réalisées en un matériau présentant un coefficient d'échange thermique élevé, est recouverte d'un résea de clapets articulés, à ouverture commandée, réalisés en un matériau isolant, l'ouverture maximum favorisant le transfert de la chaleur au travers des parois de l'enceinte, et la fermeture s'opposant à ce transfert.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le réseau de clapets articulés comprend un ensemble d'éléments unitaires rotatifs orientables.

4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de fluide noyé dans le matériau à coefficient thermique élevé et des moyens d'échange thermique couplés avec le circuit de fluide.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le circuit de fluide est constitué par un réseau de tuyauteries constituant une armature structurale de la paroi de l'enceinte.