CH712934B1 - Urban heat exchange network. - Google Patents
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Abstract
Le réseau urbain (10) d'échange thermique de l'invention comporte une unité (14) de production d'énergie thermique et plusieurs dispositifs utilisateurs (15) d'énergie thermique. Pour augmenter la capacité de stockage du milieu environnant dans lequel est disposé le réseau (10) d'échanges thermiques, chaque dispositif utilisateur (15) est associé à un circuit dit circuit de stockage d'énergie thermique, constitué d'une part d'un conduit aller (18a) et d'un conduit de retour (18b), sensiblement parallèles entre eux et parcourus par un fluide caloporteur, et d'autre part d'un ensemble de corbeilles (19) de stockage d'énergie thermique, couplées entre ledit conduit aller (18a) et ledit conduit de retour (18b). Des moyens pour stocker de l'énergie thermique et, le cas échéant, pour transférer audit dispositif utilisateur (15) une partie de cette énergie stockée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique comportent lesdites corbeilles (19) qui sont disposées dans des cavités verticales (20), localisées en-dessous de tranchées (50) qui abritent une boucle de distribution (16) d'énergie thermique correspondant à un dispositif utilisateur (15). Dans une réalisation, les corbeilles (19) sont composées d'une spirale (19a) faite d'un enroulement d'un tube (19b) et comportent une arrivée raccordée au conduit aller (18a) correspondant et une sortie raccordée au conduit de retour (18b) correspondant.The urban heat exchange network (10) of the invention comprises a thermal energy production unit (14) and several thermal energy user devices (15). To increase the storage capacity of the surrounding environment in which the heat exchange network (10) is arranged, each user device (15) is associated with a circuit called the thermal energy storage circuit, consisting of a part of a go duct (18a) and a return duct (18b), substantially parallel to each other and through which a heat transfer fluid passes, and on the other hand a set of baskets (19) for storing thermal energy, coupled between said go duct (18a) and said return duct (18b). Means for storing thermal energy and, if necessary, for transferring to said user device (15) part of this energy stored in said thermal energy storage circuit comprise said baskets (19) which are arranged in cavities vertical (20), located below trenches (50) which house a thermal energy distribution loop (16) corresponding to a user device (15). In one embodiment, the baskets (19) are composed of a spiral (19a) made from a winding of a tube (19b) and have an inlet connected to the corresponding outward duct (18a) and an outlet connected to the return duct (18b) corresponding.
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne un réseau urbain d'échange thermique du type anergie, comportant au moins une unité de production d'énergie thermique, au moins une première boucle dite boucle d'approvisionnement en énergie thermique, comportant un conduit agencé pour véhiculer un fluide caloporteur entre une sortie dite chaude de ladite unité de production d'énergie thermique et une entrée de retour dite froide de ladite unité de production d'énergie thermique, une pluralité de dispositifs utilisateurs d'énergie thermique, chacun desdits dispositifs utilisateurs comportant une boucle de distribution d'énergie thermique connectée à ladite boucle d'approvisionnement en énergie thermique cette boucle de distribution étant équipée d'un point de soutirage de fluide caloporteur pour en extraire de l'énergie thermique et d'un point d'injection pour réinjecter ledit fluide caloporteur dans ladite boucle de distribution, après un soutirage d'énergie thermique par ledit dispositif utilisateur, ladite boucle de distribution étant déposée dans une tranchée ménagée dans le terrain environnant et comblée avec des matériaux de remblaiement. The present invention relates to an urban heat exchange network of the anergy type, comprising at least one thermal energy production unit, at least one first loop called the thermal energy supply loop, comprising a conduit arranged to convey a heat transfer fluid between a so-called hot outlet of said thermal energy production unit and a so-called cold return inlet of said thermal energy production unit, a plurality of thermal energy user devices, each of said user devices comprising a thermal energy distribution loop connected to said thermal energy supply loop, this distribution loop being equipped with a heat transfer fluid draw-off point to extract thermal energy therefrom and an injection point to re-inject said heat transfer fluid in said distribution loop, after withdrawal of thermal energy by said device used sator, said distribution loop being deposited in a trench in the surrounding land and filled with backfilling materials.
Technique antérieurePrior technique
[0002] Les réseaux urbains d'échanges thermiques appelés réseaux anergie, véhiculent, dans un circuit constitué d'une ou de plusieurs boucles, un liquide caloporteur à basse température afin qu'il puisse capter de l'énergie calorifique dans le milieu dans lequel il est logé. En effet, lorsque la température moyenne du sol dans lequel sont placées les boucles qui véhiculent le liquide caloporteur est supérieure, ne serait-ce que de quelques degrés, à la température du liquide caloporteur, les échanges thermiques se font dans le sens sol-conduit et non plus dans le sens conduit-sol, comme dans les circuits de distribution de chaleur classiques, dans lesquels on note une déperdition de chaleur, soit une perte d'énergie, alors que le précédent correspond à un apport d'énergie. Bien entendu, le prélèvement de calories doit être effectué via une pompe à chaleur. Ce constat est bien connu, mais seuls les réseaux anergie sont en mesure de le solutionner. [0002] Urban heat exchange networks called anergy networks convey, in a circuit consisting of one or more loops, a low-temperature heat transfer liquid so that it can capture heat energy in the medium in which he is housed. Indeed, when the average temperature of the ground in which the loops which convey the heat transfer liquid are placed is higher, if only by a few degrees, than the temperature of the heat transfer liquid, the heat exchanges take place in the ground-pipe direction. and no longer in the duct-ground direction, as in conventional heat distribution circuits, in which there is a loss of heat, or a loss of energy, whereas the previous one corresponds to an energy input. Of course, the calorie extraction must be carried out via a heat pump. This observation is well known, but only anergy networks are able to solve it.
[0003] On a toutefois constaté que la capacité de stockage d'énergie thermique naturelle n'était pas illimitée et que la chaleur produite par exemple en été, par le rayonnement solaire, s'épuisait très vite et ne pouvait pas être conservée très longtemps. Il est dès lors évident que tous les moyens naturels permettant de stocker une énergie thermique d'origine solaire, disponible gratuitement pendant la courte période estivale ou des moyens naturels pour stocker une énergie thermique d'origine industrielle, disponible pendant des périodes de consommation creuses, sont efficaces pour augmenter la rentabilité d'un réseau urbain du type anergie, de distribution d'énergie thermique. [0003] It has however been found that the natural thermal energy storage capacity was not unlimited and that the heat produced, for example in summer, by solar radiation, ran out very quickly and could not be stored for very long. . It is therefore obvious that all natural means of storing thermal energy of solar origin, available free of charge during the short summer period or natural means of storing thermal energy of industrial origin, available during off-peak consumption periods, are effective in increasing the profitability of an urban network of the anergy type, for the distribution of thermal energy.
Exposé de l'inventionDisclosure of Invention
[0004] La présente invention se propose de pallier l'ensemble des inconvénients mentionnés ci-dessus en développant un réseau de chauffage à distance du type anergie, à savoir, dans lequel le fluide caloporteur est véhiculé à une température inférieure à la température moyenne de l'environnement dans lequel sont disposés les conduits. L'invention se propose également d'augmenter la capacité de stockage d'énergie thermique de cet environnement afin de prolonger la durée de captage d'énergie thermique naturellement disponible temporairement et d'allonger la période pendant laquelle cette énergie thermique est récupérable lorsqu'elle est naturellement injectée dans le réseau anergie. The present invention proposes to overcome all the drawbacks mentioned above by developing a remote heating network of the anergy type, namely, in which the heat transfer fluid is conveyed at a temperature below the average temperature of the environment in which the conduits are arranged. The invention also proposes to increase the thermal energy storage capacity of this environment in order to extend the duration of thermal energy capture naturally available temporarily and to lengthen the period during which this thermal energy is recoverable when it is is naturally injected into the anergy network.
[0005] Ces buts sont atteints par le réseau de chauffage urbain, tel que défini en préambule etcaractérisé en ce quechaque dispositif utilisateur de ladite pluralité de dispositifs utilisateurs est couplé à un circuit dit circuit de stockage d'énergie thermique, ledit circuit de stockage d'énergie thermique étant constitué d'une part d'un conduit aller et d'un conduit de retour, sensiblement parallèles entre eux et parcourus par un fluide caloporteur, et d'autre part d'un ensemble de corbeilles de stockage d'énergie thermique, montés en parallèle entre ledit conduit aller et ledit conduit de retour, ledit conduit aller et ledit conduit de retour comportant des moyens pour transférer audit dispositif utilisateur de l'énergie thermique prélevée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique. [0005] These objects are achieved by the district heating network, as defined in the preamble and characterized in that each user device of said plurality of user devices is coupled to a circuit called a thermal energy storage circuit, said thermal energy storage circuit. thermal energy consisting on the one hand of an outward conduit and of a return conduit, substantially parallel to each other and traversed by a heat transfer fluid, and on the other hand of a set of thermal energy storage baskets , mounted in parallel between said outward conduit and said return conduit, said outward conduit and said return conduit comprising means for transferring to said user device thermal energy taken from said thermal energy storage circuit.
[0006] Lesdits moyens pour transférer audit dispositif utilisateur de l'énergie thermique prélevée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique comportent avantageusement un échangeur de chaleur auquel sont couplés ledit conduit aller et ledit conduit de retour dudit circuit de stockage d'énergie thermique, afin de permettre de déconnecter les circuits pour la maintenance et les réparations. [0006] Said means for transferring to said user device thermal energy taken from said thermal energy storage circuit advantageously comprises a heat exchanger to which said outward conduit and said return conduit of said thermal energy storage circuit are coupled. , to allow circuits to be disconnected for maintenance and repairs.
[0007] Lesdites corbeilles de stockage d'énergie thermique comportent chacune, de préférence au moins une spirale d'un tube thermiquement conducteur, ladite spirale étant parcourue par ledit fluide caloporteur qui circule dans ledit conduit aller et dans ledit conduit de retour. Said thermal energy storage baskets each preferably comprise at least one spiral of a thermally conductive tube, said spiral being traversed by said heat transfer fluid which circulates in said outward conduit and in said return conduit.
[0008] Lesdites corbeilles de stockage d'énergie thermique d'un même circuit de stockage d'énergie thermique affecté à un dispositif utilisateur, sont espacées entre elles d'une distance sensiblement comprise entre 2 et 5m, avantageusement entre 3 et 4m et sensiblement proche de 3,5 m. [0008] Said thermal energy storage baskets of the same thermal energy storage circuit assigned to a user device are spaced apart by a distance substantially between 2 and 5 m, advantageously between 3 and 4 m and substantially close to 3.5 m.
[0009] Ladite spirale d'un tube thermiquement conducteur de chacune desdites corbeilles de stockage d'énergie thermique est avantageusement logée dans une cavité verticale ménagée dans le sol, en-dessous de ladite boucle de distribution d'énergie thermique. [0009] Said spiral of a thermally conductive tube of each of said thermal energy storage baskets is advantageously housed in a vertical cavity formed in the ground, below said thermal energy distribution loop.
[0010] De manière préférentielle, au moins un circuit de stockage d'énergie thermique est couplé à au moins un tronçon de la boucle d'approvisionnement en énergie thermique dudit réseau d'échanges thermiques, et au moins un circuit de stockage d'énergie thermique est couplé à au moins un tronçon d'une boucle de distribution d'énergie thermique dudit réseau d'échanges thermiques. Lesdites corbeilles de stockage d'énergie thermique sont avantageusement disposées chacune dans une cavité verticale, disposée sensiblement au centre de ladite tranchée dans laquelle est logée ladite boucle de distribution d'énergie thermique. Preferably, at least one thermal energy storage circuit is coupled to at least one section of the thermal energy supply loop of said heat exchange network, and at least one energy storage circuit thermal is coupled to at least one section of a thermal energy distribution loop of said heat exchange network. Said thermal energy storage baskets are each advantageously arranged in a vertical cavity, arranged substantially in the center of said trench in which said thermal energy distribution loop is housed.
[0011] Selon une variante de réalisation, lesdites corbeilles de stockage d'énergie thermique peuvent être logées dans un habitacle sensiblement cylindrique en un matériau thermiquement conducteur, ledit habitacle étant placé dans ladite cavité verticale ménagée dans le sol, en-dessous de ladite boucle de distribution d'énergie thermique. [0011]According to a variant embodiment, said thermal energy storage baskets can be housed in a substantially cylindrical compartment made of a thermally conductive material, said compartment being placed in said vertical cavity formed in the ground, below said loop thermal energy distribution.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
[0012] La présente invention et ses principaux avantages apparaîtront mieux dans la description d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une partie du réseau urbain d'échanges thermiques selon l'invention, illustrant notamment un circuit de stockage d'énergie thermique associé à des dispositifs utilisateurs, la figure 2 est une vue agrandie qui illustre des corbeilles de stockage d'énergie thermique et leur connexion avec le dispositif utilisateur. la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une tranchée dans laquelle est installé un conduit anergie d'une boucle de distribution d'énergie thermique à un dispositif utilisateur et une corbeille de stockage d'énergie thermique, selon l'invention, et la figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une tranchée dans laquelle est installé un conduit anergie d'une boucle de distribution d'énergie thermique à un utilisateur, et des corbeilles de stockage d'énergie thermique.The present invention and its main advantages will appear better in the description of a preferred embodiment, with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a schematic view of part of the urban heat exchange network according to the invention, illustrating in particular a thermal energy storage circuit associated with user devices, FIG. 2 is an enlarged view which illustrates thermal energy storage baskets and their connection with the user device. FIG. 3 is a cross-sectional view of a trench in which is installed an anergy conduit of a thermal energy distribution loop to a user device and a thermal energy storage basket, according to the invention, and Figure 4 is a partial view in longitudinal section of a trench in which is installed an anergy conduit of a thermal energy distribution loop to a user, and thermal energy storage baskets.
Meilleure(s) manière(s) de réaliser l'inventionBest way(s) to carry out the invention
[0013] En référence aux figures, notamment la figure 1, le réseau 10 d'échanges thermiques comporte au moins une unité 14 de production d'énergie thermique et au moins une boucle dite boucle d'approvisionnement 12 en énergie thermique, comportant un conduit 11 agencé pour véhiculer un fluide caloporteur 13 entre une sortie dite chaude de ladite unité 14 de production d'énergie thermique et une entrée de retour dite froide de ladite unité 14 de production d'énergie thermique. Ladite boucle d'approvisionnement 12 est raccordée à une pluralité de dispositifs utilisateurs 15 d'énergie thermique, chacun desdits dispositifs utilisateurs comportant une boucle de distribution 16 d'énergie thermique connectée à ladite boucle d'approvisionnement 12 et équipée d'un point de soutirage de fluide caloporteur pour en extraire de l'énergie thermique et d'un point d'injection pour réinjecter ledit fluide caloporteur 13 dans ladite boucle de distribution, après un soutirage d'énergie thermique par ledit dispositif utilisateur. Dans la pratique, le soutirage et la réinjection sont effectués par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 17, en principe un échangeur à plaques qui est monté sur la boucle de distribution 16. Chaque boucle de distribution 16 d'énergie thermique correspondant à un dispositif utilisateur 15 comporte un conduit d'arrivée 16a audit ledit dispositif utilisateur et un conduit de départ 16b. Le conduit d'arrivée 16a est équipé d'un échangeur de chaleur 17. Le conduit d'arrivée 16a et le conduit de départ 16b sont connectés respectivement à une entrée et une sortie dudit échangeur de chaleur 17. Referring to the figures, in particular Figure 1, the heat exchange network 10 comprises at least one unit 14 for producing thermal energy and at least one so-called supply loop 12 of thermal energy, comprising a conduit 11 arranged to convey a heat transfer fluid 13 between a so-called hot outlet of said thermal energy production unit 14 and a so-called cold return inlet of said thermal energy production unit 14. Said supply loop 12 is connected to a plurality of thermal energy user devices 15, each of said user devices comprising a thermal energy distribution loop 16 connected to said supply loop 12 and equipped with a draw-off point heat transfer fluid to extract thermal energy and an injection point to reinject said heat transfer fluid 13 into said distribution loop, after withdrawal of thermal energy by said user device. In practice, withdrawal and reinjection are carried out via a heat exchanger 17, in principle a plate heat exchanger which is mounted on the distribution loop 16. Each distribution loop 16 of thermal energy corresponding to a user device 15 comprises an incoming conduit 16a to said user device and an outgoing conduit 16b. The inlet duct 16a is equipped with a heat exchanger 17. The inlet duct 16a and the outlet duct 16b are respectively connected to an inlet and an outlet of said heat exchanger 17.
[0014] Afin d'améliorer la capacité de stockage du milieu environnant dans lequel est disposé le réseau 10 d'échanges thermiques, chaque dispositif utilisateur 15 de ladite pluralité de dispositifs utilisateurs 15 est associé à un circuit, dit circuit de stockage d'énergie thermique 18, ledit circuit de stockage d'énergie thermique 18 étant constitué d'une part d'un conduit aller 18a et d'un conduit de retour 18b, sensiblement parallèles entre eux et parcourus par un fluide caloporteur, et d'autre part d'un ensemble de corbeilles 19 de stockage d'énergie thermique, couplées entre ledit conduit aller 18a et ledit conduit de retour 18b. Ledit circuit de stockage d'énergie thermique 18 comporte des moyens pour stocker de l'énergie thermique et, le cas échéant, pour transférer audit dispositif utilisateur 15 une partie de cette énergie stockée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique 18. Ces moyens comportent lesdites corbeilles 19 qui sont disposées dans des cavités verticales 20, localisées en-dessous de tranchées 50 qui abritent chaque boucle de distribution 16 d'énergie thermique correspondant à un dispositif utilisateur 15. Les corbeilles 19 sont composées d'une spirale 19a faite d'un enroulement d'un tube 19b et qui comporte une arrivée 19c raccordée au conduit aller 18a correspondant et une sortie 19d raccordée au conduit de retour 18b correspondant, comme le montre plus précisément la figure 2. In order to improve the storage capacity of the surrounding environment in which the heat exchange network 10 is arranged, each user device 15 of said plurality of user devices 15 is associated with a circuit, called an energy storage circuit. thermal energy 18, said thermal energy storage circuit 18 being constituted on the one hand by an outward conduit 18a and a return conduit 18b, substantially parallel to each other and traversed by a heat transfer fluid, and on the other hand by a set of baskets 19 for storing thermal energy, coupled between said go duct 18a and said return duct 18b. Said thermal energy storage circuit 18 comprises means for storing thermal energy and, if necessary, for transferring to said user device 15 part of this energy stored in said thermal energy storage circuit 18. These means comprise said baskets 19 which are arranged in vertical cavities 20, located below trenches 50 which house each thermal energy distribution loop 16 corresponding to a user device 15. The baskets 19 are composed of a spiral 19a made of a winding of a tube 19b and which has an inlet 19c connected to the corresponding outward conduit 18a and an outlet 19d connected to the corresponding return conduit 18b, as shown more precisely in Figure 2.
[0015] Les figures 3 et 4 représentent des vues en coupe, respectivement transversale et longitudinale des boucles de distribution 16 déposées dans une tranchée 50 ménagée dans le terrain environnant. Les conduits 16a et 16b de la boucle de distribution 16 affectée à un dispositif utilisateur sont posés à proximité du fond de la tranchée 50 et sont recouverts d'au moins une couche de matériaux de remblaiement 51, fins tel que du sable, ou plus volumineux, tels que du gravier ou des produits de concassage. Les conduits 16a et 16b ont une forme de tube à paroi simple réalisés en un matériau thermiquement bon conducteur. Ils véhiculent du fluide caloporteur 13 et échangent de l'énergie thermique avec les matériaux environnants et notamment les matériaux contenus dans la tranchée 50. Figures 3 and 4 show sectional views, respectively transverse and longitudinal distribution loops 16 deposited in a trench 50 in the surrounding terrain. Ducts 16a and 16b of distribution loop 16 assigned to a user device are laid close to the bottom of trench 50 and are covered with at least one layer of backfilling material 51, fine such as sand, or larger , such as gravel or crushed material. The conduits 16a and 16b have the shape of a single-walled tube made of a thermally good conductive material. They convey heat transfer fluid 13 and exchange thermal energy with the surrounding materials and in particular the materials contained in the trench 50.
[0016] Sur le fond de la tranchée 50 sont également posés deux conduits 18a et 18b qui constituent les deux branches du circuit de stockage d'énergie thermique 18 affecté à chaque dispositif utilisateur 15. Les corbeilles 19 sont connectées en parallèle sur les deux conduits 18a et 18b. Comme le montre la vue en coupe longitudinale de la figure 4, les corbeilles 19 sont espacées l'une par rapport à la suivante d'une distance relativement régulière qui est comprise entre 2 et 5m, avantageusement entre 3 et 4m et de préférence de l'ordre de 3,5m, en fonction de la nature du terrain. L'écart entre les corbeilles 19 est nécessaire pour qu'une quantité suffisante d'énergie thermique puisse être stockée efficacement par le sol autour de la spirale 19a de tube 19b. Toute cette énergie thermique accumulée pourra par la suite être restituée par le circuit de stockage 18 d'énergie thermique à la boucle de distribution 16 d'énergie thermique correspondant au dispositif utilisateur concerné. On the bottom of the trench 50 are also placed two conduits 18a and 18b which constitute the two branches of the thermal energy storage circuit 18 assigned to each user device 15. The baskets 19 are connected in parallel on the two conduits 18a and 18b. As shown in the longitudinal sectional view of Figure 4, the baskets 19 are spaced from one relative to the next by a relatively regular distance which is between 2 and 5m, advantageously between 3 and 4m and preferably l order of 3.5m, depending on the nature of the terrain. The gap between the baskets 19 is necessary so that a sufficient quantity of thermal energy can be effectively stored by the ground around the spiral 19a of the tube 19b. All this accumulated thermal energy can subsequently be returned by the thermal energy storage circuit 18 to the thermal energy distribution loop 16 corresponding to the user device concerned.
[0017] Diverses variantes pourraient être imaginées par l'homme de l'art, en ce qui concerne la réalisation et la disposition des conduits qui constituent le réseau, mais elles restent incluses dans les caractéristiques définies par les revendications. [0017] Various variants could be imagined by those skilled in the art, as regards the production and arrangement of the conduits which constitute the network, but they remain included in the characteristics defined by the claims.
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- 2016-09-16 CH CH01216/16A patent/CH712934B1/en unknown
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2017
- 2017-09-15 WO PCT/CH2017/000085 patent/WO2018049541A1/en active Application Filing
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Publication number | Publication date |
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WO2018049541A1 (en) | 2018-03-22 |
CH712934A2 (en) | 2018-03-29 |
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