FR3057651B1 - Installation de production d’eau chaude sanitaire pour une construction collective - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une installation de production d'eau chaude sanitaire pour une construction collective (1) comportant une pluralité de logements (2) individuels. L'installation comporte une pluralité de chauffe-eau thermodynamiques (3), chaque chauffe-eau thermodynamique étant destiné à équiper un logement (2) individuel de la construction collective. Au moins une partie des chauffe-eau thermodynamiques (3) est raccordé : - par une première canalisation (30), à une gaine d'amenée d'air extérieur (50) commune aux logements comportant lesdits chauffe-eau, - par une seconde canalisation (31), à une gaine de refoulement d'air (51) commune aux logements comportant lesdits chauffe-eau , L'installation comporte une pluralité de dispositifs anti-retour (32), un dispositif anti-retour par chauffe-eau, chaque dispositif anti-retour étant agencé dans une des deux canalisations (30, 31) pour empêcher la circulation du flux d'air à contre courant dans ladite canalisation.

Description

Domaine de l’invention

La présente invention concerne le domaine de la production d’énergie et porte sur une installation de production d’eau chaude sanitaire équipée de chauffe-eau thermodynamiques. L’installation est notamment adaptée pour une utilisation dans une construction collective.

Etat de la technique

Dans la plupart des constructions collectives actuelles, du type immeuble d’habitation, la production d’énergie, notamment la production d’eau chaude sanitaire, est réalisée au moyen d’une installation centralisée, comportant un ballon d’eau chaude généralement installé dans un local spécifique et raccordé à un réseau de distribution pour acheminer l’eau chaude aux différents logements de la construction collective. Cependant, une telle installation est coûteuse et génère de nombreuses pertes thermiques tant au niveau du stockage qu’au niveau de la distribution, et est donc très énergivore.

Ces installations destinées à la production d’eau chaude sanitaire représentent même le premier poste de consommation d’énergie dans les constructions collectives aujourd’hui.

Du fait de l’augmentation croissante du coût de l’énergie, et afin de satisfaire les obligations réglementaires dans la construction de bâtiments neufs à usage d’habitation, il s’avère nécessaire de réduire ces dépenses énergétiques, en particulier pour la production d’eau chaude sanitaire.

On a ainsi recours de plus en plus à des chauffe-eau dits thermodynamiques.

Pour rappel, un chauffe-eau thermodynamique est un chauffe-eau muni d’une pompe à chaleur comme moyen de chauffage. Le principe d’une pompe à chaleur est de prélever des calories d’une source de chaleur, par exemple de l’air, pour les transférer à l’eau contenue dans une cuve du chauffe-eau.

De manière classique, une pompe à chaleur comporte un circuit, parcouru par un fluide frigorigène. Un fluide frigorigène est une substance capable d’absorber et de restituer de la chaleur, par des changements d’état liquide/gaz ou gaz/liquide. Ce circuit de fluide frigorigène passe notamment par deux échangeurs de chaleur : un condenseur, qui permet au fluide de céder sa chaleur à l’eau à chauffer, un évaporateur, qui permet au fluide de prélever des calories à une source de chaleur, par exemple l’air extérieur au chauffe-eau.

On voit ainsi se développer de plus en plus dans les constructions collectives récentes des installations avec de tels chauffe-eau thermodynamiques, notamment avec des chauffe-eau thermodynamiques dits « sur air extrait », qui extraient un air vicié d’un logement et l'utilisent pour chauffer l'eau chaude sanitaire avant de le refouler vers l'extérieur. Ainsi, concrètement, des chauffe-eau thermodynamiques individuels sont installés dans chaque logement de la construction collective et sont raccordés sur un réseau de ventilation mécanique contrôlée (VMC) destiné à extraire de l’air du logement.

Une telle installation récupère une partie de la chaleur de l’air extrait par le réseau de VMC et la transfère à l’eau contenue dans la cuve du chauffe-eau.

Une telle installation présente cependant de nombreux inconvénients. D’une part, l’air est vicié, potentiellement chargé de poussière, de graisse, ce qui peut créer un risque d’encrassement dans le chauffe-eau thermodynamique, par exemple au niveau de l’échangeur. Un encrassement de l’échangeur entraîne nécessairement une dégradation de ces performances et donc des performances thermiques de l’installation. Un entretien accru est donc nécessaire. D’autre part, le débit d’air de fonctionnement minimal dans un logement, pour assurer le renouvellement d’air, est un débit relativement faible au regard du débit de fonctionnement nominal d’un chauffe-eau thermodynamique. Le débit d’air dans le réseau VMC est donc sous dimensionné pour faire fonctionner efficacement le chauffe-eau thermodynamique. Les chauffe-eau thermodynamiques raccordés sur un réseau de VMC sont par conséquent sous alimentés en débit d’air, ce qui va également impacter les performances thermiques de l’installation.

Exposé de l’invention

La présente invention vise à pallier les inconvénients précités.

La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple et efficace permettant un agencement d’une installation de production d’eau chaude sanitaire qui soit adaptée à une utilisation dans une construction collective, qui soit peu coûteuse, et qui présente des performances thermiques améliorées par rapport à l’existant. A cet effet, il est proposé par la présente invention une installation de production d’eau chaude sanitaire pour une construction collective comportant une pluralité de logements individuels. L’installation comporte une pluralité de chauffe-eau thermodynamiques, chaque chauffe-eau thermodynamique étant destiné à équiper un logement individuel de la construction collective.

Au moins une partie des chauffe-eau thermodynamiques est raccordé : - par une première canalisation, à une gaine d’amenée d’air extérieur commune aux logements individuels comportant lesdits chauffe-eau thermodynamiques, - par une seconde canalisation, à une gaine de refoulement d’air commune aux logements individuels comportant lesdits chauffe-eau thermodynamiques. L’installation comporte ainsi des chauffe-eau individuels, un chauffe-eau par logement, reliés chacun à une gaine d’amenée d’air extérieur commune aux logements individuels et une gaine de refoulement d’air commune aux logements individuels.

Une telle installation permet de proposer avantageusement une solution individualisée, par logement, de la gestion de la production d’eau chaude sanitaire, notamment pour le chauffage. L’eau chaude sanitaire étant produite au niveau de chaque logement, l’occupant du logement devient maître de sa consommation énergétique. Les pertes thermiques tant au niveau du stockage qu’au niveau de la distribution sont réduites. La consommation énergétique au sein de chaque logement est par conséquent la consommation énergétique réelle dudit logement, ce qui permet de réduire de manière non négligeable la consommation énergétique globale de la construction collective. De plus, les chauffe-eau thermodynamiques étant placés dans les logements, les pertes utiles contribuent à chauffer directement lesdits logements.

En outre, une telle installation prélève l’air extérieur comme source de chaleur pour faire fonctionner les chauffe-eau thermodynamiques. Le fonctionnement de ceux-ci n’a donc pas d’impact sur les besoins en chauffage des logements.

Une telle installation facilite la mise en place des chauffe-eau thermodynamiques dans les logements. En effet, l’air extérieur entre par une seule gaine d’amenée d’air extérieur commune à tous les chauffe-eau thermodynamiques et ressort par une seule gaine de refoulement d’air commune à tous les chauffe-eau thermodynamiques. Une telle installation minimise également le coût de réalisation tout en réduisant les problèmes sonores et d’étanchéité (moins de trous à réaliser dans les murs de la construction collective).

Contrairement aux solutions existantes utilisant des chauffe-eau thermodynamique sur air extrait, le débit d’air mis en oeuvre dans l'installation correspond avantageusement au débit d’air nominal de fonctionnement des chauffe-eau thermodynamiques, les gaines et canalisations étant dimensionnées spécifiquement pour cette application. L’installation comporte avantageusement une pluralité de dispositifs anti-retour, un dispositif anti-retour par chauffe-eau thermodynamique, chaque dispositif anti-retour étant agencé dans une des deux canalisations pour empêcher la circulation du flux d’air à contre courant dans ladite canalisation.

En effet, la mise en commun des chauffe-eau thermodynamiques peut créer des risques de recirculation de l’air entre lesdits chauffe-eau thermodynamiques. Le dispositif anti-retour va interdire la circulation d’air à contre courant lorsqu’un des chauffe-eau thermodynamiques est arrêté.

De préférence, le dispositif anti-retour est un clapet anti-retour.

Dans un mode de réalisation, l’installation de production d’eau chaude sanitaire est destinée à l’ensemble des logements. L’installation de production d’eau chaude sanitaire comporte des chauffe-eau individuels, pour chaque logement individuel de la construction collective, un chauffe-eau par logement, reliés chacun à une gaine d’amenée d’air extérieur commune aux logements et une gaine de refoulement d’air commune aux logements.

Dans une variante de réalisation, l’installation de production d’eau chaude sanitaire est destinée à une partie des logements. L’installation de production d’eau chaude sanitaire comporte des chauffe-eau individuels, pour une partie des logements individuels de la construction collective, un chauffe-eau par logement, reliés chacun à une gaine d’amenée d’air extérieur commune aux logements et une gaine de refoulement d’air commune aux logements.

Selon des modes de réalisation particuliers, l’installation selon l’invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, la gaine d’amenée d’air extérieur et la gaine de refoulement d’air sont concentriques. La gaine de refoulement d’air est contenue dans la gaine d’amenée d’air extérieur.

Dans des modes particuliers de réalisation de l’invention, pour minimiser le nombre de perforations dans les murs des logements et simplifier la mise en oeuvre, les première et seconde canalisations de chaque chauffe-eau thermodynamique sont concentriques, la seconde canalisation étant contenue dans la première canalisation.

Préférentiellement, chaque dispositif anti-retour est agencé dans la seconde canalisation de chaque chauffe-eau thermodynamique.

Selon une forme préférentielle de l’invention, la gaine d’amenée d’air extérieur et la gaine de refoulement d’air sont disposées dans un conduit technique de la construction collective.

Selon une forme préférentielle de l’invention, un conduit technique de la construction collective forme la gaine d’amenée d’air extérieur.

Présentation des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :

Figure 1, une représentation schématique d’une construction collective équipée d’une installation de production d’eau chaude sanitaire selon un premier mode de réalisation,

Figure 2, une représentation schématique d’une construction collective équipée d’une installation de production d’eau chaude sanitaire selon un deuxième mode de réalisation,

Figure 3, une représentation schématique d’une construction collective équipée d’une installation de production d’eau chaude sanitaire selon un troisième mode de réalisation,

Figure 4, un exemple d’un dispositif anti-retour, en position ouverte, Figure 5, un exemple d’un dispositif anti-retour, en position fermée.

Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention L’invention est à présent décrite de manière détaillée dans le cas d’une construction collective 1, de type immeuble d’habitation. La construction collective est équipée d’une installation de production d’eau chaude sanitaire selon l’invention.

La construction collective 1 comporte une pluralité de logements individuels 2 répartis sur plusieurs étages.

De manière générale, l’invention est applicable au cas d’une construction collective comportant au moins deux logements, repartis sur au moins un étage.

Dans les exemples des figures 1 à 3, la construction collective 1 comporte quatre étages.

Dans les figures 1 et 2, un seul logement 2 est représenté par étage. Dans la figure 3, deux logements 2 sont représentés par étage.

Chaque logement 2 comporte un chauffe-eau 3, de préférence thermodynamique.

Un chauffe-eau thermodynamique 3 comporte, de manière classique en soi, une cuve 34 reliée à un circuit d’eau sanitaire (non représenté).

Le chauffe-eau 3 est muni d’un système 35 de pompe à chaleur destiné à chauffer l’eau de la cuve 34. Le système 35 de pompe à chaleur comporte notamment un circuit (non représenté) parcouru par un fluide frigorigène. Ledit circuit passe notamment par un évaporateur, un compresseur, un condenseur qui chauffe l’eau de la cuve 34 et un détendeur. L’évaporateur est un échangeur de chaleur air/fluide frigorigène. Afin d’augmenter le transfert thermique entre l’air et les parois de l’évaporateur, le système 35 de pompe à chaleur est équipé d’un ventilateur, qui crée une convection forcée d’air à travers l’évaporateur.

Le système 35 de pompe à chaleur a pour source de chaleur principale l’air extérieur au logement 2 et à la construction collective 1. Ainsi, le fonctionnement dudit système 35 de pompe à chaleur ne fait pas augmenter les besoins en chauffage du logement. L’air extérieur est mis en contact avec l’évaporateur par l’intermédiaire d’une première canalisation 30, qui traverse un mur interne 21 du logement 2.

Par mur interne du logement, on entend un mur qui n’a pas de face vers l’extérieur de la construction collective. Le mur interne ne constitue pas un mur extérieur de la construction collective.

Après son passage dans le système 35 de pompe à chaleur, l’air est ensuite rejeté à l’extérieur du logement 2 via une seconde canalisation 31, qui de préférence traverse également le mur interne 21 du logement 2.

En résumé, comme illustré sur les figures 1 à 3, l’air entre dans le chauffe-eau thermodynamique via la première canalisation 30 et en ressort via la seconde canalisation 31.

Dans un premier mode de réalisation des deux canalisations 30, 31, comme illustré sur la figure 1, les première et seconde canalisations 30, 31 sont des tubes séparés. La première canalisation 30 est raccordée à un corps du chauffe-eau thermodynamique 3 par un orifice d’entrée et la seconde canalisation 31 est raccordée au corps du chauffe-eau thermodynamique par un orifice de sortie, distinct de l’orifice d’entrée.

Dans un deuxième mode de réalisation des deux canalisations 30, 31, comme illustré sur les figures 2 et 3, les première et seconde canalisations 30, 31 du chauffe-eau thermodynamique 3 sont des canalisations concentriques. Dans la description qui suit, on considère pour simplifier que ces deux canalisations sont des tubes sont de section circulaire. Cependant, d’autres formes de section sont envisageables. La première canalisation 30 forme un tube externe, à l’intérieur duquel est située la seconde canalisation 31, formant tube interne, de plus faible diamètre que le tube externe. Les diamètres respectifs des tubes externe et interne sont tels qu’il existe un espace compris entre les deux tubes pour permettre le passage de l’air. Un unique orifice raccorde les première et seconde canalisations au chauffe-eau thermodynamique. Ce mode de réalisation permet avantageusement de ne percer qu’un seul trou dans le mur interne 21 pour faire passer les deux canalisations 30, 31.

Quelque soit le mode de réalisation des deux canalisations 30, 31, la première canalisation 30 de chaque chauffe-eau thermodynamique 3 est raccordée à une gaine d’amenée d’air extérieur 50 commune à tous les logements. La seconde canalisation 31 de chaque chauffe-eau thermodynamique 3 est raccordée à une gaine de refoulement d’air 51 commune à tous les logements.

La gaine d’amenée d’air extérieur 50 et la gaine de refoulement d’air 51 sont avantageusement disposées dans un conduit technique 4 de la construction collective 1, comme illustré sur les figures 1 et 2.

Par conduit technique, on entend tout conduit creux réalisé dans la construction collective, notamment lors de sa réalisation. Dans l’exemple des figures 1 à 3, le conduit technique est un conduit de cheminée, sensiblement vertical et débouchant sur le toit de la construction collective 1.

Dans un premier exemple illustré sur la figure 1, les première et seconde canalisations 30, 31 sont distinctes et non concentriques, et les gaines d’amenée d’air extérieur 50 et de refoulement d’air 51 sont distinctes et non concentriques également.

Dans un deuxième exemple illustré sur la figure 3, les première et seconde canalisations 30, 31 sont concentriques, et les gaines d’amenée d’air extérieur 50 et de refoulement d’air 51 sont concentriques également.

Dans ce deuxième exemple, les deux gaines 50, 51 sont par exemple des tubes sont de section circulaire. Cependant, d’autres formes de section sont envisageables. La gaine d’amenée d’air extérieur 50 forme un tube externe, à l’intérieur duquel est située la gaine de refoulement d’air 51, formant tube interne, de plus faible diamètre que le tube externe. Les diamètres respectifs des deux gaines 50, 51 sont tels qu’il existe un espace compris entre les deux gaines 50, 51 pour permettre le passage de l’air.

Dans une variante de réalisation de ce deuxième exemple, illustré sur la figure 3, le conduit technique 4 de la construction collective 1 forme la gaine d’amenée d’air extérieur 50.

Dans un troisième exemple (non illustré sur les figures), les première et seconde canalisations 30, 31 sont distinctes et non concentriques, et les gaines d’amenée d’air extérieur 50 et de refoulement d’air 51 sont concentriques.

Dans un quatrième exemple (non illustré sur les figures), les première et seconde canalisations 30, 31 sont concentriques, et les gaines d’amenée d’air extérieur 50 et de refoulement d’air 51 sont distinctes et non concentriques.

Avantageusement, pour protéger les chauffe-eau thermodynamiques contre une recirculation parasite de l’air, un dispositif anti-retour 32 est agencé au niveau de chaque chauffe-eau thermodynamique, soit dans la première canalisation 30, soit dans la seconde canalisation 31. La présence de ces dispositifs anti-retour est nécessaire pour éviter une circulation de l’air à contre courant entre les chauffe-eau thermodynamiques.

De préférence, pour des raisons de facilité d’installation et de coût, lorsque les première et seconde canalisations sont concentriques, le dispositif anti-retour 32 est agencé dans la seconde canalisation 31 (correspondant au tube interne).

Dans un exemple préféré de réalisation, le dispositif anti-retour 32 est un clapet anti-retour.

De préférence, le clapet anti-retour est un clapet passif car il ne nécessite aucune commande de pilotage et est très fiable en raison de sa constitution. Il est suffisant pour éviter une circulation de l’air à contre courant sans s'opposer au passage de l’air dans la canalisation le contenant, en fonctionnement normal.

Le clapet est par exemple formé par un volet qui s’ouvre grâce à la différence de pression créée par le ventilateur, lorsque celui-ci démarre. Le volet reste ouvert pendant le fonctionnement de ventilateur et se referme sous l’effet de son propre poids lorsque le ventilateur s’arrête.

La figure 4 illustre le positionnement ouvert du clapet anti-retour dans la seconde canalisation 31 lorsque le ventilateur du chauffe-eau thermodynamique fonctionne. La figure 5 illustre le positionnement fermé du clapet anti-retour dans la seconde canalisation 31 lorsque le ventilateur du chauffe-eau thermodynamique est à l’arrêt.

Lorsque les clapets anti-retour sont disposés dans les premières canalisations de chaque chauffe-eau thermodynamique, comme illustré sur la figure 1, les clapets anti-retour autorisent le passage de l’air dans le sens allant de la gaine d’amenée d’air extérieur 50 vers le chauffe-eau thermodynamique mais s’opposent au passage de l’air dans le sens opposé.

Lorsque les clapets anti-retour sont disposés dans les secondes canalisations de chaque chauffe-eau thermodynamique, comme illustré sur les figures 2 et 3, les clapets anti-retour autorisent le passage de l’air dans le sens allant du chauffe-eau thermodynamique vers la gaine de refoulement d’air 51 mais s’opposent au passage de l’air dans le sens opposé.

Bien que préférés, les clapets anti-retour peuvent être remplacés ou complétés par des vannes commandées pour assurer les mêmes fonctions que ceux-ci.

Fonctionnement de l’installation de production d’eau chaude sanitaire a) cas où tous les chauffe-eau thermodynamiques fonctionnent Lorsque les ventilateurs de tous les chauffe-eau thermodynamiques fonctionnent en même temps, l’air extérieur à la construction collective 1 est aspiré dans la gaine d’amenée d’air extérieur 50, puis dans chaque première canalisation 30. Tous les clapets anti-retour sont ouverts. L’air arrive dans chaque chauffe-eau thermodynamique, traverse l’évaporateur où il cède sa chaleur au fluide frigorigène. L’air ressort ensuite dans chaque seconde canalisation 31, puis dans la gaine de refoulement d’air 52 et il est rejeté à l’extérieur de la construction collective 1. Le trajet de l’air est représenté par les flèches sur les figures 1 et 3. b) cas où un chauffe-eau thermodynamique est à l’arrêt

La figure 2 illustre le cas où tous les chauffe-eau thermodynamiques fonctionnent hormis celui du troisième étage. Dans ce cas, le ventilateur associé à ce chauffe-eau thermodynamique est à l’arrêt. Tous les autres ventilateurs fonctionnent. L’air extérieur à la construction collective 1 est aspiré dans la gaine d’amenée d’air extérieur 50, puis dans les premières canalisations 30, à l’exception de la première canalisation du troisième étage. L’air arrive seulement dans les chauffe-eau thermodynamiques en fonctionnement, traverse l’évaporateur où il cède sa chaleur au fluide frigorigène. L’air ressort ensuite dans les secondes canalisations 31, à l’exception de la seconde canalisation du troisième étage, puis dans la gaine de refoulement d’air 52 et il est rejeté à l’extérieur de la construction collective 1. Le trajet de l’air est représenté par les flèches sur la figure 2. Le clapet antiretour du chauffe-eau thermodynamique du troisième étage est resté fermé empêchant l’air de circuler à contre courant.

Les chauffe-eau thermodynamiques 3, les première et seconde canalisations 30, 31, la gaine d’amenée d’air extérieur 50, la gaine de refoulement d’air 51 et les dispositifs anti-retour 32 forment ainsi une installation de production d’eau chaude sanitaire pour la construction collective.

Dans le cas d’une construction collective avec un nombre important de logements 2, il est possible d’envisager de réaliser plusieurs installations de production d’eau chaude sanitaire, chaque installation de production d’eau chaude sanitaire étant destinée à une partie des logements.

La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu’elle s’était fixés. En particulier, elle fournit une installation de production d’eau chaude sanitaire adaptée pour une construction collective. Cette installation permet de récupérer l’énergie thermique via l’air extérieur pour la transférer à l’eau contenue dans la cuve des chauffe-eau thermodynamique afin de produire de l’eau chaude sanitaire aux logements, tout en présentant des performances thermiques améliorées par rapport à l’existant.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS

   1. - Installation de production d’eau chaude sanitaire pour une construction collective (1) comportant une pluralité de logements (2) individuels comportant une pluralité de chauffe-eau thermodynamiques (3), chaque chauffe-eau thermodynamique (3) étant destiné à équiper un logement (2) individuel de la construction collective (1), au moins une partie des chauffe-eau thermodynamiques (3) étant raccordée : - par une première canalisation (30), à une gaine d’amenée d’air extérieur (50) commune aux logements (2) comportant lesdits chauffe-eau thermodynamiques, - par une seconde canalisation (31), à une gaine de refoulement d’air (51) commune aux logements (2) comportant lesdits chauffe-eau thermodynamiques, l’installation comportant une pluralité de dispositifs anti-retour (32), un dispositif antiretour par chauffe-eau thermodynamique, chaque dispositif anti-retour étant agencé dans une des deux canalisations (30, 31) pour empêcher la circulation du flux d’air à contre-courant dans ladite canalisation, l’installation étant caractérisée en ce que la gaine d’amenée d’air extérieur (50) et la gaine de refoulement d’air (51) sont concentriques, la gaine de refoulement d’air (51) étant contenue dans la gaine d’amenée d’air extérieur (50).
2. 2. - Installation selon la revendication 1, dans laquelle les première et seconde canalisations (30, 31) de chaque chauffe-eau thermodynamique (3) sont concentriques, la seconde canalisation (31) étant contenue dans la première canalisation (30).
3. 3. - Installation selon la revendication 2, dans laquelle chaque dispositif anti-retour (32) est agencé dans la seconde canalisation (31) de chaque chauffe-eau thermodynamique (3).
4. 4. - Installation selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la gaine d’amenée d’air extérieur (50) et la gaine de refoulement d’air (51) sont disposées dans un conduit technique (4) de la construction collective (2).
5. 5. - Installation selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle un conduit technique (4) de la construction collective (2) forme la gaine d’amenée d’air extérieur (50).
6. 6. - Installation selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle un dispositif antiretour (32) est un clapet anti-retour.