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BREVET D'INVENTION Rafraîchissement et chauffage des locaux avec ventilation et refroidissement d'air.
@ Société dite : SULZER FRERES, SOCIETE ANONYME. c.l.- demandes de brevets suisses n 90.680 déposée le 17 murs 1944 et 95.945 déposée le 5 septembre 1944.
La présente invention concerne un rafraichissement et un chauffage par surfaces de locaux, avec ventilation et re- froidissement d'air, et elle consiste en ce que le travail principal est assumé par refroidissement direct au moyen du rafraîchissement par rayonnement, et que le rafraîchissement complémentaire est assumé par la venttion. Le rafraichisse- ment par surfaces ou par rayonnement peut produire au moins
30% de la puissance de rafraîchissement en question, et la ven- tilation peut assumer le reste du travail de rafraichissement.
La puissance et la grandeur de l'installation de chauf- fage sont déterminées par les températures extérieures les plus basses. Par contre., la grandeur des dispositifs aérotechniques se détermine en fonction de divers facteurs, selon le but au- quel ils sont destinés. Lorsque les locaux doivent être ra- fraîchis pendant l'été., la valeur du changement d'air est dé- terminée par ce qu'on appelle le travail de rafraîchissement.
Suivant le genre de la'construction (constitution des fenêtres, murs et toits), les dispositifs d'éclairage, le nombre de per- sonnes occupantes et les températures extérieures d'été les plus élevées, les changements d'air des locaux s'élèvent à 5 à
20 fois le volume des locaux par heure.' Cette quantité d'air n'a cependant besoin la plupart du temps d'être de l'air frais ' que pour une faible fraction, car ce n'est pas la bonne qualité de l'air, c'est-à-dire son renouvellement, mais bien le travail de rafraîchissement qui rend nécessaire la c'irculation d'une grande quantité d'air. Si par conséquent, il existe dans un bâtiment un chauffage ou un rafraîchissement par surfaces, celui-ci est'mis en oeuvre pour assumer une partie du travail de rafraîchissement.
L'invention consiste, en outre, en ce que l'air employé pour la ventilation'est désnumidifié dans une mesure telle que les surfaces refroidies des locaux ne s'embuent pas. Le re- froidisseur d'air peut être: monté en amont du rafraîchissement par surfaces dans le circuit de l'eau de refroidissement., Au cas où il existe une- machine réfrigérante ou pompe à chaleur,
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*le refroidisseur d'air peut, être,muni d'une évaporati.?9 directe
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de l'agent réfrigérant, mais par contre, les surfaces refroi- dies des locaux peuvent être desservies par un agent refroi- disseur liquide particulier. Le réchauffage de l'air refroidi peut se faire par le coté condensation ou pression de la mpchi- ne réfrigérante, auquel cas le réchauffeur d'air peut également être alimenté directement en agent réfrigérant.
Dans les installations réalisées, on a constaté qu'en été 30 à 90% du travail total nécessaire de rafraîchissement peuvent être assumés par le rafraîchissement par surfaces.
C'est pourquoi l'installation de ventilation n'a plus besoin d'être calculée très largement, car elle n'a plus qu'à assumer que le reste du travail de rafraîchissement. Dans les bâti- ments de bureaux, ceci a pour résultat un changement d'air de locaux relativement faible, ce qui influence les frais d'éta- bl issement dans le sens d'une diminution et, de plus, simplifie sensiblement la réalisation, car des canaux et des appareils plus petits suffisent, de sorte que les frais d'installation et de fonctionnement sont moindres.
Dans les cas où, lorsque les locaux sont occupés par beaucoup de personnes ou que l'air extérieur est très humide, la teneur en humidité de l'air des locaux peut monter forte- ment, il faut, en outre de l'effet de rafraîchissement, donner une attention particulière à ces questions d'humidité. Si 1' humidité des locaux est trop élevée, il y a danger d'embuage des surfaces refroidies des plafonds ou des murs, ce qui com- porte des inconvénients. Simultanément, la possibilité de sé- jour est fortement diminuée par une humidité trop grande. Il est tenu compte de ces cas par un montage particulier des ap- pareils refroidisseurs.
L'air envoyé dans les locaux doit non seulement être refroidi mais encore être déshumidifié dans une mesure telle qu'en tenant compte également du dégagement de va- peur par les personnes occupantes, il ne se produise pas d'em- buage des surfaces refroidies des locaux.
Quatre exemples de réalisation de l'objet de l'invention sont représentés schématiquement sur le dessin annexê :
Fig. 1 représente un local à rafraîchissement et chauf- fage par surfaces, avec ventilation et rafraîchissement d'air.
Fig. 2 explique l'application d'une pompe à chaleur dans le but du rafraîchissement ou du chauffage.
Fig. 3 représente un exemple de réalisation avec machine réfrigérante particulière.
Fig. 4 représente une disposition dans laquelle la ma- chine réfrigérante disposée en pompe à chaleur est encore da- vantage mise à contribution pour la déshumidif ication de l'air envoyé.
En été lorsque le chauffage par rayonnement est employé pour le rafraîchissement, l'eau froide des conduites s'écoule, par exemple, de la distribution d'eau froide 11, 11' (Fig. 1) dans le distributeur 12 et est amenée, poux le refroidissement, dans l'appareil à contre-courant 14, à travers la conduite 13 et un organe d'obturation ouvert 63. L'eau est évacuée par la conduite 15 dans l'égout 16.
L'eau amenée par la conduite 4 est employée, au moyen de l'appareil à contre-courant 14, pour le rafraîchissement par surfaces 8, qui en hiver sert de chauffagepar rayonnement. L' appareil contre-courant 14 prfnd en été la place de la chau- dière de chauffage de l'hiver. Une grande partie de la ch eur absorbée dans la chambre 20 et qui doit être évacuée, est
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éliminée par cet agent refroidissant dans l'appareil échan- geur 14.
Au sortir de l'appareil à contre-courant 14, dans le- quel l'agent réfrigérant circule par les conduites 13, 15 l'eau échauffée dans les chambres 20 revient par la conduite 21, les organes ouverts 22 et 23, la conduite 7, le rafraichissement par rayonnement 8; la conduite , 1 organe obtura- teur ouvert 26 et la conduite 4 dans l'appareil à contre-cou- rant 14, dans lequel elle est refro idie. Les organes obtura- teurs 60, 61, 62, 63' sont fermés pendant ce fonctionnement.
Le.-'refroidissement d'air peut également se faire au moyen de la distribution d'eau froide 11, l'agent refroidis- seur étant envoyé du distributeur12 par la conduite 13' au refroidisseur d'air 13", d'où l'air est aspiré par le ventila- teur 27 et refroidi et est envoyé dans les chambres 20 par des tuyères 30. L'organe obturateur 28 est ouvert et l'organe ob- turateur 29 ferme, de sorte que 1%gent refroidisseur est éva- cué par la conduite 31.
On peut réaliser une autre fraction encore du refroidis- sement en prévoyant un ruissellement 32, par exemple sur l'é- tage supérieur du bâtiment. La conduite 31 est en ce cas fer- mée par un organe obturateur 28 et l'organe obturateur 29 est ouvert. L'agent refroidisseur s'écoulera par les pommas d'ar- rosage 32 sur le toit, et s'échappera par la vidange 33. Le rafraîchissement par surfaces 8 peut naturellement coopérer avec le refroidissement- d'air 30 et avec le ruissellement 32 du toit.
Selon la Fig. 2, il est prévu une pompe à chaleur, dans laquelle une installation de compression 34 est combinée avec une machine motrice 35, et dont l'agent refroidisseur est con- duit de l'évaporateur 36 dans le compresseur 34 et de là dans le condenseur 37, d'où il est ramené à l'évaporateur 36. Lors du fonctionnement du rafraîchissement par rayonnement, les or- ga4es obturateurs 26,22, 23 sont ouverts, mais les organes obturateurs 60, 261, 61, 22' sont par contre fermés.
En outre du rafraîchissement par rayonnement 8, l'eau de circulation refroidie dans l'évaporateur 36, est envoyée par la conduite 11" dans le distributeur d'eau 12, puis par la conduite 13 dans 1'appareil à contre-courant 14, et amenée par la conduite 15, 13' au refroidisseur 13" pourl'air. L'eau de circulation chaufféedans le refroidisseur 13" est ramenée par la conduite 38 à l'évaporateur 36 et est refroidie de nouveau.
L'air refroidi est envoyé dans la chambre 20 par les tuyères 30, de sorte que les locaux sont rafraîchis. Lors du refroi- dissement par la machine réfrigérante les organes obtura,teurs
63, 66 sçnt ouverts mais les organes obturateurs 65, 28, 29,
63' sont fermés.
En hiver, lorsque le chauffage par rayonnement est en marche, l'agent calorifique contenu dans la chaudière non re- présentée est envoyé par la conduite 2 dans l'appareil à contre- courant 1 et l'agent calorifique,refroidi est ramené à la chau- dière par la conduite 3. L'eau est chauffée dans l'appareil à contre-courant 1 et elle est envoyée par la conduite 4', 1, dans le chauffage par rayonnement 8 et de là, par la conduite
9. 9' dans l'appareil à contre-courant. 1. La chaleur nécessai- re pour le chauffage de l'air est amenée' par la conduite 13' à l'échangeur de chaleur 13". L'eau refroidie est ramenée à la chaudière par la conduite 38. L'air aspiré par le ventilateur
27 est ainsi réchaufféet est insufflé dans la chambre 20 par les tuyères 30.
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Le chauffage par rayonnement peut naturellement être également desservi par la pompe à chaleur. L'agent calorifi- que introduit dans la pompe à chaleur est réchauffé par le condenseur 37 et est envoyé par la conduite 70 dans le chauf- fage à rayonnement 8. L'eau, chaude refroidie est renvoyée par la conduite , 70' dans le condenseur. Lors du fonctionnement du chauffage par rayonnement au moyen de la pompe à chaleur, les organes obturateurs 22', 23, 26, 26' sont ouverts, mais les organes obturateurs 22, 61, 60 sont fermés. Par la condui- te 71, le chauffage de l'air est relié à la conduite 70, de sorte que de l'air est aspiré par le ventilateur 27 et est chauffé dans l'échangeur de chaleur 13". L'eau refroidie est renvoyée au condenseur 37 par la conduite 38.
L'installation de compression 34 (Fig. 3) est actionnée par la machine motrice 35. L'agent refroidisseur est aspiré dans l'évaporateur 36 par le compresseur 34 à travers la con- duite 90 et est refoulé par la conduite 91-dans le condenseur 37, lequel est, par exemple, refroiai par de l'eau. L'agent refroidisseur liquéfié est alors ramené à l'évaporateur 37 à travers la soupape d'étranglement 92. Une partie de la cha- leur prise dans les chambres 20 et qu'il s'agit d'éliminer est alors évacuée par l'agent refroidisseur, d'une part par les tuyères 30 dans le courant d'air, et d'autre part par les tubes 8 du refzoidissement par rayonnement.
Par la vaporisation, l'agent refroidisseur, tel que de l'ammoniaque, circulant dans le système 90, 91, 92 est refroi- di. L'agent passant dans la conduite 77 est conduit à travers l'évaporateur 36 et par la conduite 75 au refroidisseur d'air 13', afin que l'air refoulé par le ventilateur 27 soit refroidi autant que possible et, par suite, déshumidifié. L'eau de re- froidissement échauffée dans le refroidisseur d'air 13' suffit toujours pour desservir les tubes de rafraîchissement 8. C'est pourquoi elle est envoyée par la conduite 77' à ces tubes de rafraîchissement 8, sort par la conduite 9, et est envoyée au refroidisseur 36 par la conduite 77.
Si la quantité d'eau de refroidissement que nécessite le réchauffeur d'air 13' était plus grande que celle dont ont besoin les serpentins 8, l'excé- dent serait renvoyé directement au refroidisseur 36 par la con- duite 77. Le réglage s'opère par le robinet troisvoies 76.
Afin de pouvoir régler à volonté la tempérpture dans le système refraichisseur 8, il existe une soupape de mélange 78, qui in- troduit dans la canalisation d'entrée 77' de l'eau de retour plus chaude provenant de la conduite 9. Les pompes circulatoi- res correspondantes ne sont pas représentées. Les vapeurs d' agent refroidisseur aspirées par le compresseur 34 sont compri- mées à haute pression et condensées dans le condenseur 37.
La fig. 4 représente une déposition dans laquelle la machine réfrigérante sous forme de pompe à chaleur est mise en- core davantage à contribution pour la déshumidification de 1' air introduit. Dans cet exemple de réalisation, l'air intro- duit est refroidinon pas par une batterie 13' refroidie par de l'eau, mais par une batterie de refroidissement d'air 85 à va- porisation directe. Le compresseur 34 aspire directement dans ce refroidisseur d'air 85. Etant donné que de l'air très for- tement refroidi en vue de la déshumidification pourrait donner lieu à des courants d'air dans les locaux, il est réchauffé par la batterie de chauffage d'air 81 dans une mesure telle que la tempéreture d'entrée dans les chambres 20 se trouve à une va- leur suffisamment élevée.
Cette batterie de chauffage d'air 81 constitue une partie du condenseur de la pompe à chaleur 34 et
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reçoit par la conduite 82 des vapeurs refriidissantes directe-, ment comprimées provenant du compresseur 34. La quantité de chaleur qui n'est pas nécessaire pour le réchauffage de l'air est éliminée dans le condenseur normal 37, qui. est refroidi à l' eau. Les vapeurs refreidissantes liquéfiées dans le réchauf- feur d'air 81 arrivent jar la soupape'de réglage 83 dans le refroidisseur d'air 85 et un excédent va par la soupape 80 au condenseur 37.
Le fonctionnement à vaporisation directe du refroidisseur d'air 85 permet, par suite de la modération de la chute de température dans l'évaporateur.36, de refroidir davantage l'air à introduire dans les locaux, et par suite de le déshumidifier davantage. Un profond refroidissement n'est pas nuisible, car grâce au réchauffeur 81, l'air est ramené au niveau de température qui convient, sans employer de chaleur étrangère. Les surfaces rafraîchissantes 8 des locaux sont alimentées par de .l'eau douce ou de la saumure refroidie dans l'évaporateur 36.
Grâce à la combinaison du rafraîchissement-chauffage par surfaces et du rafraîchissement par plafonds, avec la ventilation et'le rafraîchissement de l'air, on réalise des progrès importants.
Etant donné que de l'eau froide d'une distribution, ou de l'eau refroidie artificiellement par une machine réfrigérante, parcourt un appareil échangeur, l'eau de circulation du rafraîchissement par surfaces est refroidie. L'appareil échangeur prend la place de la chaudière de chauffage et c'est toujours la même eau qui est mise en circulation dans le système de chauffage et de rafraîchissement par surfaces. Une grande partie de la chaleur absorbée dans les locaux et qu'il s'agit d'évacuer est éliminée dans l'appareil échangeur par cette eau refroidissante.
L'eau de refroidissement, en aval de l'appareil échangeur possède encore des températures relativement basses et peut être amenée au refroidisseur d'air de la ventilation, ou. elle absorbe également de la chaleur. La même eau, qui dessert le rafraîchissement par surfaces, peut encore être utilisée une deuxième fois pour le rafraîchissement de l'air, de sorte que la consommation totale d'eau reste faible. L'eau de refroidissement quittant l'appareil échangeur et le refroidisseur d'air peut en outre, tre utilisée une troisième fois, pour le ruissellement des toits.
Avec le distributeur d'eau froide, on a la possibilité de fournir aux refroidisseurs d'air non seulement'de l'eau indirecte provenant de l'appareil échangeur, mais encore de l'eau directe,lorsque la puissance 'de refroidissement doit être augmentée ou lorsqu'une partie de la teneur absolue en humidité de l'air introduit doit être éliminée par l'eau.
REVENDICATIONS.
1) Rafraîchissement et chauffage par surfaces de locaux, avec ventilation et refroidissement d'air, caractérisés par le fait que le travail principal est assumé par refroidissement direct au moyen du rafraîchissement par rayonnement, et que le travail complémentaire est assumé par-l'aération.