FR2922632A1 - Installation de ventilation mecanique controlee de type double flux thermodynamique reversible - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une installation de ventilation mécanique contrôlée de type double flux thermodynamique réversible, comportant un circuit primaire (1) de circulation d'un premier fluide, équipé d'un condenseur/évaporateur (2) échangeant de la chaleur avec un circuit d'insufflation d'air (3), destiné à l'insufflation d'air à l'intérieur d'un bâtiment (4), d'un évaporateur/condenseur (5) échangeant de la chaleur avec un circuit d'extraction d'air (6), destiné à l'extraction d'air du bâtiment vers l'extérieur (7), d'un compresseur (8), d'un détendeur (9), et d'une vanne (10) permettant de diriger le premier fluide dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur du circuit primaire (1), caractérisé en ce que le circuit primaire (1) est équipé d'un échangeur thermique (25) disposé entre la sortie du compresseur (8) et la vanne (10), l'échangeur thermique (25) étant relié à un circuit secondaire (26) à l'intérieur duquel circule un second fluide, destiné à chauffer un récepteur, par exemple un ballon d'eau chaude sanitaire (28).

Description

L'invention concerne une installation de ventilation mécanique contrôlée de type double flux thermodynamique réversible. Il est connu depuis longtemps qu'il est nécessaire de ventiler un bâtiment, par exemple une habitation, afin d'améliorer la conservation du bâtiment, l'évacuation des pollutions spécifiques liées à la présence des occupants, l'évacuation des pollutions spécifiques liées au bâtiment lui-même et l'évacuation des pollutions spécifiques liées aux matériels ou machines utilisées dans ces locaux. Par ailleurs, la maîtrise de cette ventilation est nécessaire pour limiter les déperditions thermiques liées à ce renouvellement de l'air. Compte tenu de l'évolution actuelle des bâtiments, les besoins de chauffage tendent à diminuer fortement. En effet, les progrès sur les différents matériaux (isolation, vitrage, pont thermique,...) ont permis de réduire de manière importante les déperditions thermiques des habitations. Par ailleurs, dans ce type d'habitat, de façon à diminuer les déperditions par renouvellement d'air, la ventilation mise en place est généralement de type double flux. Un réseau aéraulique est destiné à l'insufflation de l'air dans les pièces principales et un deuxième réseau assure l'extraction de l'air dans les pièces humides. De plus, on constate que, dans les habitations dites Basse Consommation , les besoins d'eau chaude sanitaire (ECS) deviennent le poste le plus consommateur d'énergie. Dans les systèmes de ventilation mécanique contrôlée (VMC) à double flux, on distingue les installations présentées ci-après. La ventilation de type double flux sans échangeur est constituée de 25 deux ventilateurs, un servant à l'extraction, l'autre servant à l'insufflation d'air. Les différents flux n'échangent pas de chaleur l'un avec l'autre. La ventilation de type double flux statique utilise un échangeur statique permettant de récupérer les calories de l'air extrait pour les céder à l'air insufflé. 30 La ventilation de type double flux thermodynamique utilise un échangeur thermodynamique de type pompe à chaleur, permettant de récupérer les calories de l'air extrait pour les céder à l'air insufflé. Ce système a l'avantage de contribuer en partie au chauffage de l'air insufflé. La température de l'air insufflé peut alors être supérieure à la température de l'air extrait. Par 35 ailleurs, une telle installation est généralement réversible de manière à permettre de faire du rafraîchissement en été, en refroidissant l'air insufflé et en réchauffant l'air extrait. Une telle installation comporte, de manière classique, un circuit de circulation de fluide, équipé d'un condenseur/évaporateur échangeant de la chaleur avec un circuit d'insufflation d'air, destiné à l'insufflation d'air à l'intérieur d'un bâtiment, d'un évaporateur/condenseur échangeant de la chaleur avec un circuit d'extraction d'air, destiné à l'extraction d'air du bâtiment vers l'extérieur, un compresseur, un détendeur, et une vanne permettant de diriger le fluide dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur du circuit.

En été, en fonctionnement réversible, la machine rejette des calories à l'extérieur. Par ailleurs, à la mi-saison, dans le cas des installations de type double flux thermodynamique, le compresseur est arrêté et son potentiel n'est pas exploité. II existe des dispositifs assurant la ventilation, la production d'eau 15 chaude pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire. Ces dispositifs récupèrent les calories de l'air extrait pour produire l'eau chaude sanitaire. L'inconvénient de ces dispositifs est de ne pas proposer du rafraîchissement, c'est-à-dire de fonctionnement en mode réversible, et de rejeter des calories vers l'extérieur lorsque la température de consigne de l'eau 20 chaude sanitaire est atteinte. Le but de l'invention est de fournir une installation réversible apte à produire de l'eau chaude sanitaire tout en limitant au maximum la consommation d'énergie. A cet effet, l'invention concerne une installation de ventilation 25 mécanique contrôlée de type double flux thermodynamique réversible, comportant un circuit primaire de circulation d'un premier fluide, équipé d'un condenseur/évaporateur échangeant de la chaleur avec un circuit d'insufflation d'air, destiné à l'insufflation d'air à l'intérieur d'un bâtiment, d'un évaporateur/condenseur échangeant de la chaleur avec un circuit d'extraction 30 d'air, destiné à l'extraction d'air du bâtiment vers l'extérieur, d'un compresseur, d'un détendeur, et d'une vanne permettant de diriger le premier fluide dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur du circuit primaire, caractérisé en ce que le circuit primaire est équipé d'un échangeur thermique disposé entre la sortie du compresseur et la vanne, l'échangeur thermique étant relié à un circuit 35 secondaire à l'intérieur duquel circule un second fluide, destiné à chauffer un récepteur, par exemple un ballon d'eau chaude sanitaire.

De cette manière, l'échangeur thermique est apte à récupérer au moins une partie de la chaleur du fluide circulant dans le circuit primaire et ceci, que l'installation fonctionne en mode normal ou en mode réversible. Le passage du mode normal au mode réversible et obtenu en changeant le sens de circulation du fluide à l'intérieur' du circuit primaire. La chaleur ainsi récupérée peut servir à alimenter un récepteur, par exemple pour produire de l'eau chaude sanitaire. Selon une caractéristique de l'invention, le circuit secondaire est équipé d'une pompe de circulation disposée entre le récepteur et l'échangeur 10 de chaleur. De cette manière, il est possible de réguler la quantité de chaleur dédiée au chauffage de l'eau chaude sanitaire et celle dédiée au chauffage ou au refroidissement de l'air insufflé. Avantageusement, l'installation est équipée d'un programmateur 15 permettant de commander, notamment en fonction d'un planning prédéterminé, le débit de la pompe de circulation. Il est ainsi possible de programmer l'installation de manière à ce que, en dehors des heures de présence d'un occupant, le fonctionnement de l'installation permette en priorité le chauffage de l'eau chaude sanitaire et que, 20 en présence de l'occupant ou peu de temps avant son arrivée, l'installation chauffe principalement l'air insufflé, de manière à favoriser le chauffage du bâtiment ou de l'habitation. Selon une possibilité de l'invention, le circuit primaire comporte une branche de dérivation équipée de moyens de commande, par exemple une 25 vanne commandée, conçue pour dériver au moins une partie du premier fluide, de manière à shunter, au moins en partie, le condenseur/évaporateur. De cette manière, en mode mi-saison, lorsque l'on ne souhaite pas chauffer l'air insufflé, il est possible d'isoler le condenseur/évaporateur du circuit primaire, tout en conservant la possibilité de produire de l'eau chaude 30 sanitaire. Préférentiellement, la vanne permettant de diriger le premier fluide dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur du circuit primaire est une vanne quatre voies, le circuit primaire comportant une première branche reliant la sortie/entrée de l'évaporateur/condenseur à une première voie de la vanne, 35 une seconde branche reliant une seconde voie de la vanne à l'entrée/sortie du condenseur/évaporateur, une troisièrne branche équipée du détendeur et reliant la sortie/entrée du condenseur/évaporateur à l'entrée/sortie de l'évaporateur/condenseur et une quatrième branche équipée du compresseur et de l'échangeur thermique, reliant une troisième voie de la vanne à une quatrième voie de celle-ci.

Selon une caractéristique de l'invention, la branche de dérivation comporte une première extrémité raccordée à la seconde branche du circuit primaire et une seconde extrémité raccordée à la troisième branche du circuit primaire, entre le détendeur et le condenseur/évaporateur. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la 10 description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de cette installation. Figure 1 en est une vue schématique de l'installation en mode de fonctionnement normal, dit mode hiver ; Figure 2 et 3 sont des vues correspondant à la figure 1, 15 respectivement en mode réversible, dit mode été et en mode dit mi-saison . La figure 1 décrit une installation de ventilation mécanique contrôlée de type double flux thermodynamique réversible selon l'invention. L'installation comporte un circuit primaire 1 de circulation d'un 20 premier fluide, équipé d'un condenseur/évaporateur 2 échangeant de la chaleur avec un circuit d'insufflation d'air 3, destiné à l'insufflation d'air à l'intérieur 4 d'une habitation, d'un évaporateur/condenseur 5 échangeant de la chaleur avec un circuit d'extraction d'air 6, destiné à l'extraction d'air de l'habitation vers l'extérieur 7, d'un compresseur 8, d'un détendeur 9, et d'une 25 vanne quatre voies 10 permettant de diriger le premier fluide dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur du circuit primaire 1. Le condenseur/évaporateur 2 est apte à fonctionner en tant que condenseur en mode normal et en tant qu'évaporateur en mode réversible, en fonction du sens de circulation du premier fluide. De même, 30 l'évaporateur/condenseur 5 est apte à fonctionner en tant qu'évaporateur en mode normal et en tant que condenseur en mode réversible, en fonction du sens de circulation du premier fluide. Plus particulièrement, le circuit primaire 1 comporte une première branche 11 reliant la sortie/entrée de l'évaporateur/condenseur 5 à une 35 première voie 13 de la vanne 10, une seconde branche 14 reliant une seconde voie 15 de la vanne 10 à l'entrée/sortie 16 du condenseur/évaporateur 2, une troisième branche 17 équipée du détendeur 9 et reliant la sortie/entrée 18 du condenseur/évaporateur 2 à l'entrée/sortie 19 de l'évaporateur/condenseur 5 et une quatrième branche 20 équipée du compresseur 8, reliant une troisième voie 21 de la vanne 10 à une quatrième voie 22 de celle-ci.

Le circuit primaire comporte de plus une branche de dérivation 23 équipée de moyens de commande, par exemple une vanne commandée 24, conçue pour dériver au moins une partie du premier fluide, de manière à shunter, au moins en partie, le condenseur/évaporateur 2. Plus particulièrement, la branche de dérivation 23 comporte une première extrémité raccordée à la seconde branche 14 du circuit primaire 1, entre la seconde voie 15 et l'entrée/sortie 16 du condenseur/évaporateur 2 et une seconde extrémité raccordée à la troisième branche 17 du circuit primaire 1, entre la sortie/entrée 18 du condenseur/évaporateur 2 et le détendeur 9. La quatrième branche 20 est en outre équipée d'un échangeur thermique 25 disposé entre la sortie du compresseur 8 et la quatrième voie 22. L'échangeur thermique 25 est relié à un circuit secondaire 26 à l'intérieur duquel circule un second fluide, le circuit secondaire 26 comportant un serpentin 27 immergé dans un balllon d'eau chaude sanitaire 28. De cette manière, le circuit secondaire 26 est conçu pour échanger de la chaleur avec l'eau contenue dans le ballon 28 précité. Selon une variante de réalisation non représentée, le second fluide circulant à l'intérieur du circuit secondaire peut être directement l'eau chaude sanitaire. Le circuit secondaire 26 est équipé d'une pompe de circulation 29 commandée, disposée entre le serpentin 27 et l'échangeur de chaleur 25. L'installation comporte en outre un programmateur (non représenté) permettant de commander, notamment en fonction d'un planning prédéterminé, le débit de la pompe de circulation 29. Le fonctionnement de l'installation est le suivant.

En hiver, l'installation fonctionne en mode normal, comme cela est représenté à la figure 1. Ainsi, la vanne quatre voies 10 est commandée de manière à ce que la circulation du premier fluide à l'intérieur du circuit primaire 1 se fasse dans le sens indiqué par les flèches SI. Dans ce mode de fonctionnement, la vanne 24 est fermée de sorte que le fluide est empêché de circuler dans la branche de dérivation 23.

Le condenseur/évaporateur 2 fonctionne alors en mode condenseur c'est-à-dire produit de la chaleur. De cette manière, l'air extérieur insufflé dans l'habitation et dont la circulation est indiquée par la flèche I, est chauffé par le condenseur 2. L'insufflation d'air est assurée par un premier ventilateur 30 disposé dans le circuit d'air 3 correspondant. De même, l'évaporateur/condenseur 5 fonctionne alors en mode évaporateur, c'est-à-dire rejette du froid. De cette manière, l'air extrait de l'habitation et dont la circulation est indiquée par la flèche E, est refroidi par l'évaporateur 5. L'extraction de l'air est assurée par un ventilateur 31 disposé dans le circuit d'air 6 correspondant. En outre, l'échangeur thermique 25 permet d'échanger de la chaleur entre le premier fluide chaud issu du compresseur 8 et le second fluide du circuit secondaire 26. La quantité de chaleur transmise est dépendante du débit du second fluide, imposé et commandé par la pompe de circulation 29.

Plus précisément, le premier fluide présente une phase liquide entre la sortie 18 du condenseur 2 et l'entrée 19 de l'évaporateur 5, une phase liquide et gazeuse entre l'entrée dru condenseur 25 et la sortie 18 du condenseur 2, et une phase gazeuse dans le reste du circuit primaire, c'est-à-dire dans les première, seconde et quatrième branches 11, 14 et 20.

L'invention permet de pouvoir utiliser les calories mises à disposition par l'installation, à la fois pour chauffer l'eau chaude sanitaire, et pour chauffer l'habitation, la proportion entre le chauffage de l'eau chaude sanitaire et de l'habitation étant ajustable en fonction des besoins. Cette double fonction n'est pas assurée une VMC à double flux réversible classique.

Grâce au programmateur, il est possible de régler l'installation de manière à ce que, dans la plage horaire où un occupant n'est pas dans l'habitation, le débit dans le circuit secondaire soit maximal. Dans ce cas, la majorité de la chaleur du premier fluide est transmise à l'eau chaude sanitaire, une faible partie étant transmise à l'air insufflé. L'installation privilégie donc essentiellement la production d'eau chaude sanitaire au détriment du chauffage de l'habitation. En outre, l'installation peut être équipée d'un capteur de température (non représenté) disposé à l'intérieur du ballon d'eau chaude 28, un asservissement de la pompe de circulation 29 étant alors réalisé en fonction de la température de l'eau chaude sanitaire. Il est ainsi possible de limiter l'échauffement de l'eau chaude sanitaire en cas de surchauffe dans le ballon 28. A l'inverse, dans la plage horaire où l'occupant est dans l'habitation ou peu de temps avant son arrivée, le programmateur règle un débit minimal, voire nul, de la pompe de circulation 29. Dans ce cas, la majorité de la chaleur du premier fluide du circuit primaire est transmise à l'air insufflé dans l'habitation. L'installation privilégie ainsi essentiellement le chauffage de l'habitation au détriment de la production d'eau chaude sanitaire. Comme cela est représenté à la figure 2, en été, la vanne 10 est réglée de manière à ce que le flux du premier fluide circulant dans le circuit primaire 1 soit inversé. Plus particulièrement, par comparaison avec le mode de fonctionnement représenté à la figure 1, le premier fluide circule en sens inverse dans les première, deuxième et troisième branches 11, 14, 17. Le sens de circulation du fluide reste cependant le même dans la quatrième branche 20. Le sens de circulation du fluide dans ce mode de fonctionnement est indiqué par les flèches S2. De même que précédemment, la vanne 24 de la branche de dérivation 23 est fermée de sorte que le premier fluide est empêché de circuler dans cette branche.

L'installation fonctionne ainsi en mode réversible, dans lequel le condenseur/évaporateur 2 fonctionne alors en mode évaporateur c'est-à- dire produit du froid. De cette manière, l'air extérieur insufflé dans l'habitation et dont la circulation est indiquée par la flèche I, est refroidi par l'évaporateur 2. De même, l'évaporateur/condenseur 5 fonctionne alors en mode condenseur, c'est-à-dire rejette de la chaleur. De cette manière, l'air extrait de l'habitation et dont la circulation est indiquée par la flèche E, est chauffé par le condenseur 5. Toutefois, la chaleur ainsi perdue est limitée car une partie importante de la chaleur disponible a été préalablement utilisée pour produire de l'eau chaude sanitaire.

De même que précédemment, l'échangeur thermique 25 permet d'échanger de la chaleur entre le premier fluide chaud issu du compresseur 8 et le second fluide du circuit secondaire 26, le débit de la pompe de circulation 29 étant réglable en fonction des besoins. Plus précisément, le premier fluide présente une phase liquide entre la sortie 19 de l'échangeur 5 et l'entrée 18 de l'évaporateur 2, une phase liquide et gazeuse entre l'entrée du condenseur 25 et la sortie 19 de l'échangeur 5, et une phase gazeuse dans le reste du circuit primaire 1, c'est-à-dire dans les deuxième et quatrième branches 14, 20. L'invention permet non seulement de pouvoir rafraîchir l'habitation mais également d'utiliser au moins en partie les calories produites par le 5 compresseur, qui dans le cas d'une VMC à double flux classique sont perdues en totalité, afin de chauffer l'eau chaude sanitaire. Comme cela est représenté à la figure 3, à la mi-saison, la vanne quatre voies 10 est réglée de manière à ce que le fluide circule dans un sens identique à celui du mode représenté la figure 1, illustré par les flèches S3.

10 Dans ce mode de fonctionnement, l'évaporateur/condenseur 5 fonctionne en mode évaporateur. Toutefois, une vanne 32 disposée en amont de l'entrée/sortie 16 du condenseur/évaporateur 2 est fermée. Cette dernière empêche donc le premier fluide du circuit primaire de circuler dans le condenseur/évaporateur 2. La vanne 24 de la branche de dérivation 23 est 15 ouverte de manière à permettre la circulation du fluide à l'intérieur de celle-ci. De cette manière, l'ensemble de la chaleur du premier fluide est transmis à l'eau chaude sanitaire, par l'intermédiaire de l'échangeur thermique 25 et du circuit secondaire 26. De même que précédemment, la quantité de chaleur transmise et, par conséquent, la température de l'eau chaude sanitaire, 20 peut être régulée par la commande de la pompe de circulation 29. Plus précisément, le premier fluide présente une phase liquide entre la sortie de l'échangeur 25 et l'entrée 19 de l'évaporateur 5, une phase liquide et gazeuse dans l'échangeur thermique 25 et une phase gazeuse dans le reste du circuit primaire, c'est à dire dans les premières et quatrième 25 branches 11 et 20. Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, l'installation évite le chauffage ou le refroidissement de la pièce et permet de produire uniquement de l'eau chaude sanitaire. Selon une possibilité de l'invention applicable à chacun des modes 30 de fonctionnement, l'air insufflé est un mélange d'air issu de l'extérieur de l'habitation et d'air issu de l'intérieur, et l'air extrait est un mélange d'air issu de l'intérieur de l'habitation et d'air issu de l'extérieur. Comme il va de soi, la présente invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette installation ; elle en embrasse, au contraire, 35 toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi notamment que le compresseur peut ou non être placé dans la veine d'air correspondant au circuit d'insufflation d'air, de manière à utiliser la chaleur émise par la compresseur en cours de fonctionnement.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Installation de ventilation mécanique contrôlée de type double flux thermodynamique réversible, comportant un circuit primaire (1) de circulation d'un premier fluide, équipé d'un condenseur/évaporateur (2) échangeant de la chaleur avec un circuit d'insufflation d'air (3), destiné à l'insufflation d'air à l'intérieur d'un bâtiment (4), d'un évaporateur/condenseur (5) échangeant de la chaleur avec un circuit d'extraction d'air (6), destiné à l'extraction d'air du bâtiment vers l'extérieur (7), d'un compresseur (8), d'un détendeur (9), et d'une vanne (10) permettant de diriger le premier fluide dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur du circuit primaire (1), caractérisé en ce que le circuit primaire (1) est équipé d'un échangeur thermique (25) disposé entre la sortie du compresseur (8) et la vanne (10), l'échangeur thermique (25) étant relié à un circuit secondaire (26) à l'intérieur duquel circule un second fluide, destiné à chauffer un récepteur, par exemple un ballon d'eau chaude sanitaire (28).

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le 20 circuit secondaire (26) est équipé d'une pompe de circulation (29) disposée entre le récepteur (28) et l'échangeur de chaleur (25).

3. Installation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'elle est équipée d'un programmateur permettant de commander, notamment en 25 fonction d'un planning prédéterminé, le débit de la pompe de circulation (29).

4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le circuit primaire (1) comporte une branche de dérivation (23) équipée de moyens de commande, par exemple une vanne commandée (24), conçue 30 pour dériver au moins une partie du premier fluide, de manière à shunter, au moins en partie, le condenseur/évaporateur (2).

5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la vanne est une vanne quatre voies (10), le circuit primaire (1) 35 comportant une première branche (11) reliant la sortie/entrée (12) de l'évaporateur/condenseur (5) à une première voie (13) de la vanne (10), uneseconde branche (14) reliant une seconde voie (15) de la vanne (10) à l'entrée/sortie (16) du condenseur/évaporateur (2), une troisième branche (17) équipée du détendeur (9) et reliant la sortie/entrée (18) du condenseur/évaporateur (2) à l'entrée/sortie (19) de l'évaporateur/condenseur (5) et une quatrième branche (20) équipée du compresseur (8) et de l'échangeur thermique (25), reliant une troisième voie (21) de la vanne (10) à une quatrième voie (22) de celle-ci.

6. Installation selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la branche de dérivation (23) comporte une première extrémité raccordée à la seconde branche (14) du circuit primaire (1) et une seconde extrémité raccordée à la troisième branche (17) du circuit primaire (1), entre le détendeur (9) et le condenseur/évaporateur (2).