Brevet FR2257871A1 — publié le 19750808

L'invention concerne un procédé pour chauffer un bâtiment comportant des pièces séparées les unes des autres, qui utilise plusieurs étages de pompes à Chaleur, la chaleur d'évaporation pour le premier étage de pompe à chaleur qui chauffe un fluide de transport étant prélevée à l'environnement tandis que la chaleur d'évaporation pour le deuxième étage de pompe à chaleur es-t pré levée au fluide de transport. L'invention concerne en outre une installation de chauffage pour mettre en oeuvre ce procédé. Le chauffage de bâtiments au moyen de pompes à chaleur est connu depuis longtemps (voir Heiz. Lait. Haustechnik 15, 1964, nO 11, pages 386-390). Dans une pompe à chaleur connue, on évapore un fluide frigorigène dans un évaporateur qui est soumis à la température ambiante. La vapeur ainsi produite est comprimée, ce qui augménte sa température et elle est ensuite condensée dans un condenseur. Le condensat refroidi revient par un détendeur dans l'évaporateur. La chaleur libérée lors de la condensation est transférée à un fluide de chauffage qui circule dans des radiateurs installés dans les pièces à chauffer, ce qui entraine le chauffage des pièces. L'utilisation généralisée du principe de chauffage décrit dans des installations de chauffage central présente toutefois quelques difficultés. Si, par exemple, la différence est très grande entre la température du milieu environnant disponible comme source de chaleur, par exemple air, terre ou eau, et la température nécessaire au condenseur pour un chauffage efficace des pièces, il faut utiliser un compresseur qui est beaucoup plus puissant que dans le cas de faibles différences de températures. On peut obtenir une amélioration en utilisant une pompe à chaleur à deux étages, telle qu'elle est décrite, par exemple, dans le brevet allemand nO 330 378.Mais une telle pompe à chaleur ne permet pas de réali ser des installations de chauffage central économiques en ce qui concerne les dépenses d'installation et de fonctionnement, étant donné que l'eau de chauffage doit être amenée à une température élevée par rapport au milieu environnant. Ceci est un inconvénient surtout parce que la longueur du circuit de l'eau de chauffage entraine des déperditions de chaleur considérables qui ne peuvent à leur tour autre compensées que par un compresseur plus puissant. E-tant donné que jusqu'à présent, on ne dispose pas d'un chauffage à pompe de chaleur économique, notamment lorsqu'il doit également constituer en hiver la source de chaleur principale, on utilise principalement les chauffages par pompes de chaleur aux endroits où il existe une source de chaleur à température constante relativement élevée, ou bien également aux endroits où il règne en hiver une température clémente. On utilise également comme auxiliaires de la pompe de chaleur des chauffages électriques d'appoint. Toutefois, la rentabilite de l'ensemble de l'installation est remise en question lorsqu'ils fonctionnent trop fréquemment. Dans la demande de brevet allemand nO 2 112 362 est décrit le montage en série de circuits de pompes à chaleur pour produire des températures différentes aux différents étages de pompes. Cette demande part du fait que, dans des ensembles de bâtiments de grande importance, on a souvent besoin de quantités de chaleur à des températures différentes. I1 est prévu pour cette raison que le fluide de transport entre les différents étages de pompes à chaleur est chauffé graduellement de façon qu'il convienne au type de chauffage considéré. Pour le chauffage proprement dit des pièces qui exigent la température la plus élevée, on prévoit un dernier étage de pompe à chaleur. L'eau de chauffage chauffée à la température nécessaire dans cet étage de pompe est amenée aux radiateurs répartis dans les différentes pièces. I1 en résulte les déperditions de chaleur déjà décrites.En outre, le chauffage des pièces par des radiateurs est en soi indépendant de la pompe à chaleur et ne fonctionne donc pas différemment des installations de chauffage usuelles. Le but de l'invention est de proposer un procédé pour chauffer les pièces d'un bâtiment en utilisant deux étages-de pompes à chaleur, qui convient pour un chauffage central fonctionnant pratiquement toute l'année sans être tributaire de sources de chaleur ayant des températures inhabituellement élevées, et dans lequel la conception en plusieurs étages de la pompe à chaleur est intégrée dans le chauffage des pièces de sorte que les radiateurs sont supprimés. Un procédé informe à l'invention est caractérisé en ce que la température du fluide de transport est comprise entre la température ambiante et la température de chauffage nécessaire pour le chauffage des pièces, et en ce que dans les pièces à chauffer, on prévoit les deuxièmes étages de pompes à chaleur qui prélèvent la chaleur du fluide de transport et à la température de chauffage requise. On obtient ainsi qu'au moyen de la première pompe à chaleur, -une seule étant nécessaire dans un chauffage central-, la quantité de chaleur prélevée à l'environnement ait seulement à être amenée à une température sensiblement plus basse que la température qui serait nécessaire si les radiateurs prévus dans les pièces à chauffer devaient être chauffés directement.On peut donc utiliser une pompe à chaleur qui n'a pas à produire des différences de pression extrêmement importantes. Il en résulte que la température du fluide de transport est sensiblement inférieure à la température qui serait nécessaire si ce fluide devait être utilisé comme fluide de chauffage, et l'autre avantage est que les déperditions de chaleur sur le parcours du fluide de transport sont réduites. Il est en outre avantageux que les deuxièmes pompes à chaleur n'aient à fonctionner que dans les pièces dans lesquelles un réchauffage est nécessaire. II ntest donc pas indispensable de maintenir disponible une grande quantité d'eau de chauffage en fonction de la consommation de chaleur attendue. Dans un développement préféré du procédé de l'invention, le fluide de transport est amené dans un accumulateur pendant les périodes à tarif réduit. Il est ainsi possible de faire fonctionner le compresseur du premier étage de- pompe dans des périodes pendant lesquelles les compagnies de distribution de courant électrique fournissent celui-ci à un tarif avantageux. Le fluide de transport, notamment l'eau, peut alors être prélevé à l'accumulateur dans les périodes à plein tarif, tandis que le compresseur de la première pompe à chaleur est arrêté. Occasionnellement, il peut être nécessaire de refroidir quelques-unes des pièces raccordées au chauffage central et d'en chauffer d'autres. Ceci peut notamment arriver lorsque certaines pièces sont fortement chauffées par le rayonnement solaire et que les autres sont à l'ombre. Un autre développement de l'invention permet d'obtenir ce-résultat très simplement en ce que l'on prévoit deux pompes à chaleur.dans au moins deux pièces dont l'une au moins peut être refroidie, et en ce que, en cas de refroidissement de l'air de la pièce, la chaleur est prélevée par l'une des pompes à chaleur et est amenée au fluide de transport. Ceci est possible, de façon connue, par le fait que l'on commute les évapoauteurs et les condenseurs. Un autre développement du procédé de l'invention consiste en ce que l'évaporateur des deuxièmes pompes à chaleur est alimenté par l'air extérieur de la pièce à chauffer complémentairement au chauffage par le fluide de transport. Ceci est avantageux, notamment lorsque l'air extérieur dans la zone de cet évaporateur est à une température plus élevée que la température du fluide de transport et que l'on souhaite une émission de chaleur de la deuxième pompe à chaleur associée à cet évaporateur. Une installation de chauffage pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention est caractérisée en ce que la première pompe à chaleur est placée à l'extérieur des pièces à chauffer et qu'elle est raccordée par un échangeur thermique à une canalisation pour le fluide de transport, qui conduit au moins à une deuxième pompe à chaleur associée à l'une des pieces à chauffer. De preférence, les premières et les deuxièmes pompes a chaleur sont dimensionnées de telle sorte que, pour des températures d'hiver moyennes, elles permettent un chauffage suffisant des pièces. Pour les jours particuLièrement froids, on intègre dans l'installation un dispositif dé chauffage électrique d'appoint. Celui-ci réchauffe notamment le fluide de transport et/ou l'air chaud émis par la deuxième pompe à chaleur. L'invention sera bien comprise par la description ci-après d'un exemple de réalisation d'installation de chauffage central conforme à l'invention et représentée schématiquement sur la figure unique annexée. On voit sur le dessin une première pompe à chaleur 1 et deux deuxièmes pompes à chaleur 2 et 3. Chacune des pompes à chaleur comporte un évaporateur VI, V2 et V3, un compresseur P1, P2 et P3, un condenseur K1, K2 et K3 et un détendeur D1, D2 et D3. Le condenseur K1 est raccordé à un échangeur de chaleur W1 placé dans un circuit, dans -lequel une pompe P4 fait circuler un fluide de transport. La pompe à chaleur 1 et la pompe 4 sont logées dans la chaufferie. Les canalisations vont dans les différentes pièces ou étages du bâtiment à chauffer. Sur le dessin, ne sont représentées que deux pompes à chaleur 2 et 3 affectées à des pièces déterminées. La canalisation du fluide de transport est raccordée aux évaporateurs V2 et V3 par l'intermédiaire d'Echangeurs de chaleur W2 et W3. L'évaporateur V1 est alimenté par exemple en air ambiant à OOC. De ce fait, l'agent frigorigène contenu dans la pompe à chaleur I s'évapore. I1 est amené par le compresseur P1 à une pression plus élevée et il se condense dans le condenseur K1 La chaleur ainsi libérée est transmise par l'échangeur de chaleur W1 au fluide de transport, notamment de l'eau. L'eau réchauffée ainsi jusqu'à 300C par exemple est envoyée par la pompe 4 dans les échangeurs de chaleur W2 et W3 De ce fait, l'agent frigorigène s'évapore dans les pompes à chaleur 2 et 3 et les condenseurs K2 et K3 cèdent de la chaleur dans les pièces qui leur sont affectées. La température est ici, selon le dimensionnement des pompes à chaleur 2 et 3, supérieure à la température du milieu de transport. Au condenseur R2 est associé en plus un dispositif de chauffage électrique 4 grace auquel on peut encore chauffer plus fortement l'air sortant du condenseur. Il est évident qu'on peut utiliser également pour refroidir les pièces une ou plusieurs des pompes à chaleur en commutant de façon appropriée les condenseurs et les évaporateurs. Sur la figure, les canalisations servant à raccorder un réservoir d'accumulation 5 au circuit du fluide de transport sont représentées en pointillé. Il est possible gracie à ce réservoir d'accumulation de faire fonctionner le compresseur P1 principale-. ment pendant les périodes à tarif réduit et de conserver le fluide de transport chauffé jusqu'à ce qu'on en ait besoin aux échangeurs de chaleur W2 et W3 pendant les périodes à plein tarif lorsque le compresseur PI est arreté. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour chauffer un bâtiment comportant plusieurs pièces séparées, en utilisant plusieurs étages de pompes à chaleur, la chaleur d'évaporation pour le premier étage de pompe à chaleur qui chauffe un fluide de transport étant prélevée à l'environnement et la chaleur d'évaporation pour le deuxième étage de pompe à chaleur étant prélevée au fluide de transport, caractérisé en ce que la température du fluide de transport est comprise entre la température ambiante et la température de chauffage nécessaire pour chauffer les pièces, et en ce qu'on prévoit dans les pièces à chauffer les deuxièmes étages de pompes à chaleur qui prélèvent la chaleur du fluide de transport et la cèdent à la température de chauffage requise. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de transport est amené dans un accumulateur pendant les périodes à tarif réduit. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit deux pompes à chaleur au moins dans deux pièces dont l'une au moins peut être refroidie, et en ce qu'en cas de refroidissement de l'air de la pièce, de la chaleur est prélevée par une pompe à chaleur et est amenée au fluide de transport. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évaporateur des deuxièmes pompes à chaleur est alimenté par 1 'air se trouvant à l'extérieur de la pièce à chauffer complémentairement au chauffage par le fluide de transport. 5.- Installation de chauffage par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première pompe à chaleur (1) est logée à l'extérieur des pièces à chauffer et est raccordée par un échangeur de chaleur (W1) à une canalisation pour le fluide de transport; qui conduit à au-moins une deuxième pompe à chaleur (2,3) qui est associée à l'une des pièces à chauffer. 6.- Installation de chauffage sèlon la revendication 5, comprenant un dispositif de chauffage d'appoint électrique, caractérisée en ce que ce dispositif de chauffage d'appoint électrique assure un chauffage supplémentaire du fluide de transport. 7.- Installation de chauffage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de chauffage d'appoint électrique (4) réchauffe de façon supplémentaire l'air chaud cédé par la deuxième pompe à chaleur (2 > .