Technique antérieure
[0001] De nos jours, les logements d'une habitation collective sont souvent pourvus de chauffe-eau
thermodynamiques dans lesquels, de façon connue, un réservoir d'eau est couplé à une
pompe à chaleur. Plus précisément, dans la pompe à chaleur, circule un fluide caloporteur
qui réchauffe l'eau contenue dans le réservoir, et destinée à alimenter en eau chaude
sanitaire le logement que le chauffe-eau équipe. Le fluide caloporteur est lui-même
réchauffé par un flux d'air, par exemple l'air ambiant du logement, dans un échangeur
de chaleur de la pompe à chaleur.
[0002] Si les chauffe-eau thermodynamiques présentent de nombreux avantages, dans la mesure
où ils sont plus respectueux de l'environnement et permettent à leurs propriétaires
de réduire les coûts d'électricité, leur usage complexifie les réseaux aérauliques
des habitations collectives, étant donné qu'il faut prévoir un conduit d'aspiration
d'air et un conduit de rejet d'air pour chaque chauffe-eau. De plus, un chauffe-eau
thermodynamique est généralement bruyant, du fait qu'il est équipé d'un ventilateur
dédié pour forcer la circulation d'air dans l'échangeur de chaleur.
Résumé
[0003] La présente divulgation vient améliorer la situation.
[0004] Il est proposé une installation de production d'eau chaude, notamment sanitaire,
pour une habitation collective comprenant une pluralité de logements individuels,
l'installation comprenant une pluralité de chauffe-eau thermodynamiques, chacun desdits
chauffe-eau thermodynamiques étant destiné à alimenter en eau chaude l'un respectif
de la pluralité de logements individuels. L'installation comprend :
- un réseau aéraulique comportant un conduit de circulation d'air, dit conduit de rejet
d'air, connecté à chaque chauffe-eau thermodynamique, et
- un unique ventilateur positionné de sorte à faire circuler un flux d'air extérieur
à l'habitation collective dans ledit conduit de circulation d'air,
et dans laquelle le réseau aéraulique comprend un autre conduit, dit conduit d'entrée
d'air, connecté à chaque chauffe-eau thermodynamique, et positionné de sorte que le
flux d'air extérieur circule dans ledit conduit d'entrée d'air, puis dans chaque chauffe-eau
thermodynamique, puis dans le conduit de rejet d'air.
[0005] Ainsi, grâce à l'installation selon la présente invention, le niveau sonore dans
chaque logement est réduit, puisque le chauffe-eau lui-même n'est pas équipé d'un
ventilateur dédié. De plus, le conduit de circulation d'air, commun à tous les chauffe-eau,
assure une simplification du réseau aéraulique de l'installation.
[0006] Selon un autre aspect, le réseau aéraulique est agencé de sorte que chaque chauffe-eau
en demande présente une perte de charge similaire.
[0007] Selon un autre aspect, le conduit d'entrée d'air comprend une entrée d'air disposée
à l'opposé du ventilateur.
[0008] Selon un autre aspect, chaque chauffe-eau thermodynamique comprend un régulateur
de débit et un registre piloté par ledit régulateur de débit.
[0009] Selon un autre aspect, l'installation comprend un conduit, dit conduit technique,
les conduits de rejet d'air et d'entrée d'air étant disposés à l'intérieur dudit conduit
technique.
[0010] Selon un autre aspect, l'installation comprend un conduit, dit conduit technique,
formant conduit d'entrée d'air, le conduit de rejet d'air étant disposé à l'intérieur
dudit conduit technique.
[0011] Selon un autre aspect, l'installation comprend un conduit d'extraction d'air vicié
hors de chaque logement individuel, dont un conduit est concentrique du conduit de
rejet d'air.
[0012] Selon un autre aspect, l'installation comprend un moyen de pré-chauffage du flux
d'air extérieur.
[0013] Selon un autre aspect, le ventilateur est de type extracteur.
[0014] Selon un autre aspect, le ventilateur est à pression constante ou à pression ajustable.
[0015] Selon un autre aspect, le ventilateur est dimensionné de sorte qu'un débit total
d'air vaut N x max(Qi), où Qi est un débit d'air dans chaque chauffe-eau, N est un
nombre entier égal au produit Cs x Somme (Ti)/24 arrondi à la valeur supérieure, où
Cs est un coefficient de sécurité et Ti est le temps de chauffe d'un chauffe-eau.
[0016] Selon un autre aspect, chaque chauffe-eau thermodynamique comprend un compresseur
à vitesse constante ou à vitesse variable.
[0017] Selon un autre aspect, chaque chauffe-eau comprend une unité électronique de connexion
des chauffe-eau au ventilateur et/ou des chauffe-eau entre eux, configurée pour réguler
la pression d'extraction du ventilateur en fonction d'un état de fonctionnement de
chaque chauffe-eau.
Brève description des dessins
[0018] D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description
détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[Fig. 1] illustre une installation de production d'eau chaude selon un premier mode
de réalisation de l'invention.
Fig. 2
[Fig. 2] illustre une installation de production d'eau chaude selon un deuxième mode
de réalisation de l'invention.
Fig. 3
[Fig. 3] illustre un détail d'une installation de production d'eau chaude selon une
variante du mode de réalisation de la figure 1.
Fig. 4
[Fig. 4] illustre un détail d'une installation de production d'eau chaude selon une
autre variante du mode de réalisation de la figure 1.
Fig. 5
[Fig. 5] illustre un détail d'une installation de production d'eau chaude selon une
variante de réalisation de la figure 4.
Description des modes de réalisation
[0019] Comme il ressort des figures 1 à 5, l'invention a pour objet une installation de
production d'eau chaude, de préférence sanitaire, référencée 1 sur les figures. L'installation
1 est destinée à équiper une habitation collective comprenant une pluralité de logements
individuels, chaque logement étant pourvu d'un chauffe-eau thermodynamique 2.
Chauffe-eau thermodynamique
[0020] Chaque chauffe-eau thermodynamique 2 comprend de façon connue un réservoir d'eau
et un dispositif de pompe à chaleur. Le dispositif de pompe à chaleur comporte notamment
un compresseur, un condenseur, un détendeur et un évaporateur, faisant partie d'une
boucle thermodynamique.
[0021] Dans cette boucle thermodynamique, circule un fluide caloporteur qui est mis en mouvement
et comprimé dans le compresseur, puis subit une condensation dans le condenseur avant
d'être détendu dans le détendeur, et enfin subit une évaporation dans l'évaporateur.
[0022] L'évaporateur et le condenseur sont des échangeurs de chaleur, dans chacun desquels
le fluide caloporteur échange partiellement son énergie thermique avec un autre fluide.
Dans l'évaporateur, le fluide caloporteur est réchauffé par un flux d'air extérieur
apporté par l'installation 1, comme il va être détaillé. Dans le condenseur, c'est
l'eau contenue dans le réservoir qui est chauffée à son tour par le fluide caloporteur,
par l'intermédiaire par exemple d'un élément enroulé autour du réservoir.
[0023] Le réservoir d'eau et le dispositif de pompe à chaleur sont juxtaposés pour constituer
un chauffe-eau thermodynamique dit monobloc installé dans chaque logement.
Installation de production d'eau chaude sanitaire
[0024] Comme visible sur les figures 1 à 5, l'installation 1 comprend un réseau aéraulique
3 qui comporte un conduit de circulation d'air, dit conduit de rejet d'air, référencé
4. Le conduit de rejet d'air 4 est raccordé à chaque chauffe-eau thermodynamique 2,
comme il sera détaillé ultérieurement.
[0025] Comme il ressort également des figures 1 à 5, l'installation 1 comprend un unique
ventilateur 5 positionné de sorte à faire circuler un flux d'air extérieur à l'habitation
collective, noté F dans les figures, dans le réseau aéraulique 3.
[0026] Le ventilateur 5 est de préférence de type extracteur. On note que le ventilateur
5 est disposé en dehors des logements individuels, ce qui réduit drastiquement le
niveau de nuisance sonore dû à la production d'eau chaude dans chacun des logements.
[0027] Le réseau aéraulique 3 comporte également un autre conduit, dit conduit d'entrée
d'air, 6, raccordé à chaque chauffe-eau thermodynamique 2, et positionné de sorte
que le flux d'air extérieur F circule dans ledit conduit d'entrée d'air 6, puis dans
chaque chauffe-eau thermodynamique 2, et enfin dans le conduit de rejet d'air 4.
[0028] On détaille maintenant le réseau aéraulique 3.
[0029] Comme plus particulièrement visible sur les figures 1 et 2, chaque chauffe-eau thermodynamique
2 comprend une entrée d'air 7, encore appelée aspiration d'air 7, et une sortie d'air
8, aussi appelée refoulement d'air 8.
[0030] Le conduit d'entrée d'air 6 comprend une gaine 9 munie d'une entrée d'air 10 formant
entrée du flux d'air F dans le réseau 3. La gaine 9 comprend également des piquages
11 de raccordement de chaque aspiration d'air 7 des chauffe-eau 2 au conduit 6.
[0031] Le conduit de rejet d'air 4 comprend une gaine 12 munie d'une sortie d'air 13 formant
sortie du flux d'air F hors du réseau 3. La gaine 12 comprend également des piquages
14 de raccordement de chaque refoulement d'air 8 des chauffe-eau 2 au conduit 4.
[0032] Le ventilateur 5 est disposé à proximité de la sortie 13, de sorte à pénétrer et
circuler le flux d'air F dans le réseau 3. Ainsi, sous l'action du ventilateur extracteur
5, le flux d'air F pénètre dans le réseau 3 par l'entrée d'air 10, traverse le conduit
6 avant d'être réparti dans chaque aspiration d'air 7 où le flux F permet de réchauffer
le fluide caloporteur du dispositif de pompe à chaleur dans l'évaporateur du chauffe-eau,
comme déjà expliqué. L'air F, refroidi, quitte le chauffe-eau 2 par le refoulement
d'air 8 et se recombine dans le conduit 4 avant de sortir du réseau 3 par la sortie
13.
[0033] On note que l'entrée d'air 10 du réseau 3 est disposée à l'opposé de la sortie 13,
et du ventilateur, de sorte qu'une perte de charge entre ladite entrée d'air et le
ventilateur est similaire pour chaque chauffe-eau thermodynamique, ce qui assure un
fonctionnement optimisé de l'installation 1. Sur la figure 1, le ventilateur extracteur
5 est disposé en bas de l'habitation collective (sous-sol, local technique, garage)
tandis que l'air est puisé en partie haute (toiture, combles). Sur la figure 2, le
ventilateur extracteur 5 est disposé sur le toit tandis que l'air est puisé dans le
sous-sol de l'habitation collective. Dans un cas comme dans l'autre, le chemin de
l'air entre l'entrée 10 et la sortie 13 est semblable pour chaque chauffe-eau 2.
[0034] En d'autres termes, l'architecture du réseau aéraulique en circuit inversé avec l'entrée
d'air à l'opposé du ventilateur permet que chaque chauffe-eau thermodynamique voit
une perte de charge similaire ; ainsi aucun chauffe-eau n'est défavorisé par son positionnement
dans le réseau aéraulique. Cette architecture évite aussi tout dimensionnement complexe
du réseau aéraulique afin de garantir une équité entre les chauffe-eau 2.
[0035] On note que pour le mode de réalisation de la figure 1, comme celui de la figure
2, l'accès et la maintenance de l'installation 1 sont facilités.
[0036] En référence à la figure 3, l'installation 1 comprend un conduit 15, dit conduit
technique, les gaines 9 et 12 des conduits de rejet d'air et d'entrée d'air 4 et 6
étant disposées à l'intérieur du conduit technique 15. Cette variante est particulièrement
bien équilibrée, ce qui assure un fonctionnement optimal de l'installation 1.
[0037] En référence à la figure 4, le conduit technique 15 forme le conduit d'entrée d'air
6, c'est-à-dire que, selon cette variante, le conduit 6 n'est pas muni de gaine. La
gaine 12 du conduit de rejet d'air 4 est disposée à l'intérieur du conduit technique
15. Cet agencement est simple et économique et permet de limiter la dimension du conduit
technique.
[0038] Selon la variante de la figure 5, l'installation 1 comprend un réseau 16 d'extraction
d'air vicié hors de chaque logement individuel, notamment par des bouches d'aération
d'une ventilation mécanique contrôlée (VMC). Le réseau 16 comprend un conduit 17 d'extraction
d'air vicié dont une gaine 18 est munie de raccordements 19 à chaque logement. Le
réseau 16 comprend également un ventilateur 20. Comme il ressort de la figure 5, la
gaine 12 du conduit de rejet d'air 4 et la gaine 18 du conduit d'extraction d'air
vicié 17 sont concentriques et disposées dans le conduit technique 15, ce qui représente
un gain de place.
[0039] On note que, selon la présente invention, pour chacun des modes de réalisation ou
variantes, le réseau aéraulique 3 est distinct et indépendant du réseau d'extraction
d'air vicié.
[0040] Avantageusement, chaque chauffe-eau thermodynamique est muni d'un régulateur de débit
permettant de maintenir un débit constant pendant son fonctionnement et d'un registre
piloté par ledit régulateur de débit. Le registre permet d'obturer le passage de l'air
dans l'évaporateur quand le dispositif de pompe à chaleur ne fonctionne pas. Le régulateur
de débit est avantageusement positionné dans l'aspiration d'air 7 ou dans le refoulement
d'air 8 du chauffe-eau 2.
[0041] Avantageusement, l'installation 1 comprend un moyen de pré-chauffage du flux d'air
extérieur, situé à proximité de l'entrée 10du réseau 3. Il peut s'agir par exemple
de panneaux photovoltaïques, ou d'un échangeur air-air.
[0042] Avantageusement, chaque chauffe-eau 2 est de type à vitesse de compresseur constante
ou variable.
[0043] On note que, éventuellement, l'installation 1 comprend un conduit de dérivation 50,
illustré sur les figures 1 et 2, permettant un débit de fuite dans le cas où aucun
chauffe-eau thermodynamique n'est en demande et autorisant ainsi un fonctionnement
satisfaisant du ventilateur.
Fonctionnement du ventilateur
[0044] Selon une première variante, le ventilateur 5 est de type à pression constante et
est configuré pour assurer un débit constant dans chaque chauffe-eau 2, le débit étant
égal à la somme des débits de fonctionnement de tous les chauffe-eau 2 raccordés.
[0045] Selon une autre variante, le ventilateur 5 est de type à pression ajustable et est
configuré pour s'adapter à la perte de charge totale de l'installation 1, qui dépend
notamment de l'agencement des conduits 4, 6, et de l'ouverture des registres de chaque
chauffe-eau.
[0046] Selon une autre variante, l'installation 1 comprend une unité électronique de connexion
des chauffe-eau au ventilateur, configurée pour réguler la pression d'extraction du
ventilateur en fonction d'un état de fonctionnement de chaque chauffe-eau. Cette variante
permet de séquencer le fonctionnement des chauffe-eau 2, de manière à utiliser le
foisonnement, réduire le dimensionnement du ventilateur, et optimiser la consommation
énergétique de l'installation.
Dimensionnement de l'installation
[0047] Si l'on note i le nombre de chauffe-eau thermodynamiques 2, de capacités variables
Vi. Le temps de chauffe du chauffe-eau i est Ti, et un débit d'air noté Qi.
[0048] Le nombre N de chauffe-eau 2 fonctionnant simultanément s'écrit :

où Cs est un coefficient de sécurité, avantageusement compris entre 1 et 1,2.
[0049] Le nombre N ainsi déterminé assure qu'un minimum de chauffe-eau fonctionnent simultanément
et que l'ensemble des 24h d'une journée soient valorisées pour la production d'eau
chaude.
[0050] Le ventilateur 5 est dimensionné pour que le débit total d'air circulant dans le
réseau 3 Q soit égal à :

[0051] Le ventilateur 5 doit en outre assurer une pression supérieure à une pression de
régulation des régulateurs de débit des chauffe-eau thermodynamiques 2.
[0052] Cet agencement permet de valoriser le foisonnement dans l'installation et la capacité
d'accumulation des réservoirs d'eau pour permettre un dimensionnement minimal de l'installation,
afin de limiter les coûts d'investissement et de garantir un fonctionnement robuste.
Fonctionnement des chauffe-eau
[0053] Dans la variante où les chauffe-eau 2 ne sont pas connectés, on prévoit, selon un
procédé d'utilisation de l'installation 1, une étape de programmation d'une plage
horaire pour chaque chauffe-eau 2 au cours de laquelle le chauffe-eau fonctionne,
en respectant un nombre maximum de chauffe-eau 2 en fonctionnement simultané dans
une heure.
[0054] Dans la variante où les chauffe-eau 2 sont connectés, on prévoit, selon un procédé
d'utilisation de l'installation 1, qu'une application optimise le fonctionnement de
l'installation 1 suivant le nombre de chauffe-eau en demande de fonctionnement, leur
état de charge, et/ou les besoins futurs et intégrant des plages préférentielles des
usagers par auto-apprentissage notamment. Si la connectivité est perdue, le procédé
prévoit de basculer dans la variante décrite au paragraphe précédent.
Avantages de l'invention
[0055] L'invention présente de nombreux avantages qui ressortent déjà de la description
qui précède :
- simplicité du dimensionnement de l'installation ;
- chaque chauffe-eau en fonctionnement est alimenté par un débit d'air pour lequel il
a été optimisé ;
- dissociation des fonctions VMC et production d'eau chaude sanitaire ;
- forte diminution des nuisances sonores à l'intérieur des appartements, la ventilation
étant déportée à l'extérieur de l'immeuble ;
[0056] Un autre avantage de l'installation 1 est que son coût est optimisé :
- un seul ventilateur centralisé (au lieu d'un ventilateur par produit), dont le dimensionnement
peut être optimisé selon la perte de charge de l'installation globale et selon le
foisonnement des appartements de manière à réduire la consommation énergétique de
l'installation ;
- installation simplifiée (en particulier pour la variante des figures 3 et 4) ;
- possibilité d'utiliser de l'énergie provenant de panneaux photovoltaïques proches
du ventilateur extracteur ;
- possibilité de préchauffer l'air neuf par les calories présentes dans l'air de ventilation
par un échangeur air-air ;
- possibilité d'utiliser la connectivité des chauffe-eau 2 et du ventilateur centralisé
5 pour un fonctionnement intelligent de l'installation en décalant le fonctionnement
des différents chauffe-eau suivant leur état de charge.
[0057] Un autre avantage concerne la performance énergétique :
- la performance de chaque chauffe-eau est identique, quelle que soit sa position dans
l'installation 1 ;
- la capacité de travailler à des débits d'air neuf importants pour une meilleure performance
thermique du dispositif de pompe à chaleur, puisque l'installation 1 est affranchie
de toute contrainte de débit liée à la ventilation mécanique contrôlée.
[0058] On note que la présente invention peut être appliquée à tout système de production
de chauffage et d'eau chaude sanitaire positionné à l'intérieur des logements collectifs
puisant ses calories dans l'air extérieur, et pas uniquement au champ des chauffe-eau
thermodynamiques.
[0059] On note que l'installation selon la présente invention est volontairement dissociée
d'un réseau dit VMC, c'est-à-dire ventilation mécanique contrôlée, contrairement à
l'art antérieur. En effet, pour éviter la complexité aéraulique, il a été proposé
de connecter chaque chauffe-eau au réseau d'extraction de la VMC avec un ventilateur
centralisé d'extraction déporté, qui offre les avantages de simplifier le réseau aéraulique,
de minimiser le nombre de ventilateurs et de valoriser les calories de l'air extrait.
Néanmoins, des inconvénients majeurs de cette configuration sont : les débits d'air
extraits sont en général très variables, et, en conséquence, les chauffe-eau thermodynamiques
ne fonctionnent pas toujours dans les meilleures conditions, la complexité de combiner
plusieurs fonctions (production d'eau chaude sanitaire et ventilation mécanique contrôlée)
conduit à des dysfonctionnements sur le terrain pouvant induire des plaintes de clients
pour cause de réseau non étanche, réseau VMC non entretenu, obstructions des boucles
d'extraction.
1. Installation de production d'eau chaude, notamment sanitaire, pour une habitation
collective comprenant une pluralité de logements individuels, l'installation (1) comprenant
une pluralité de chauffe-eau thermodynamiques, chacun desdits chauffe-eau thermodynamiques
(2) étant destiné à alimenter en eau chaude l'un respectif de la pluralité de logements
individuels,
caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un réseau aéraulique (3) comportant un conduit de circulation d'air (4), dit conduit
de rejet d'air, connecté à chaque chauffe-eau thermodynamique (2), et
- un unique ventilateur (5) positionné de sorte à faire circuler un flux d'air extérieur
à l'habitation collective (F) dans ledit conduit de circulation d'air (4),
le réseau aéraulique (3) comprenant un autre conduit (6), dit conduit d'entrée d'air,
connecté à chaque chauffe-eau thermodynamique (2), et positionné de sorte que le flux
d'air extérieur (F) circule dans ledit conduit d'entrée d'air (6), puis dans chaque
chauffe-eau thermodynamique (2), puis dans le conduit de rejet d'air (4).
2. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le réseau aéraulique
(3) est agencé de sorte que chaque chauffe-eau (2) présente une perte de charge similaire.
3. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le conduit
d'entrée d'air (6) comprend une entrée d'air (10) disposée à l'opposé du ventilateur
(5).
4. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque chauffe-eau
thermodynamique (2) comprend un régulateur de débit et un registre piloté par ledit
régulateur de débit.
5. Installation selon l'une des revendications précédentes, comprenant un conduit (15),
dit conduit technique, les conduits de rejet d'air et d'entrée d'air (4, 6) étant
disposés à l'intérieur dudit conduit technique (15).
6. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un conduit (15), dit
conduit technique, formant conduit d'entrée d'air (6), le conduit de rejet d'air (4)
étant disposé à l'intérieur dudit conduit technique (15).
7. Installation selon la revendication précédente, comprenant un conduit d'extraction
d'air vicié (16) hors de chaque logement individuel, dont un conduit (17) est concentrique
du conduit de rejet d'air (4).
8. Installation selon l'une des revendications précédentes, comprenant un moyen de pré-chauffage
du flux d'air extérieur.
9. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le ventilateur
(5) est de type extracteur.
10. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le ventilateur
(5) est à pression constante ou à pression ajustable.
11. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le ventilateur (5) est
dimensionné de sorte qu'un débit total d'air vaut N x max(Qi), où Qi est un débit
d'air dans chaque chauffe-eau, N est un nombre entier égal au produit Cs x Somme (Ti)/24
arrondi à la valeur supérieure, où Cs est un coefficient de sécurité et Ti est le
temps de chauffe d'un chauffe-eau (2).
12. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle chaque chauffe-eau
thermodynamique (2) comprend un compresseur à vitesse constante ou à vitesse variable.
13. Installation selon l'une des revendications 9 à 12, comprenant une unité électronique
de connexion des chauffe-eau (2) au ventilateur (5) et/ou des chauffe-eau entre eux,
configurée pour réguler la pression d'extraction du ventilateur en fonction d'un état
de fonctionnement de chaque chauffe-eau (5).