Brevet FR2278042A1 — publié le 19760206

La présente invention a pour objet une installation de chauffage et climatisation de bâtiments de culture et d'élevage. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des bâtiments de culture et d'élevage, notamment des serres et des installations de chauffage et de climatisation de celles-ci. Dans la suite de l'exposé, on se référera plus particulièrcment aux serres, étant précisé que ce choix n'entraîne aucune limitation de l'invention qui peut s'appliquer a d'autres bâtiments climatisés a basse température, par exemple des bâtiments d'élevage. La plupart des serres, installées dans des pays de forte luminosité, sont équipées d'installations de chauffage uniquement pour éviter les risques de gel ou pour maintenir dans la serre une température peu élevée, comprise par exemple entre 10 et 200, qui est la plus favorable au développement des plantes. Par contre, dans la journée, lorsque le soleil tape sur la serre, la température a l'intérieur de celle-ci tend a s'élever et,en dehors des mois d'hiver et même pendant ceux-ci dans les pays méditerranéens, on doit ventiler les serres pendant les journées ensoleillées.Ceci entraîne des dépenses d'investissement élevées si l'on équipe les serres d'installations de ventilation automatiques ou des frais de personnel si l'on doit envoyer un opérateur pour ouvrir puis refermer les ouvertures de ventilation. Un des objets de l'invention est de supprimer ou de réduire la nécessité de ventiler les serres dans la journée. Par ailleurs, l'abaissement de température des serres par ventilation suivi d'un chauffage de ces mêmes serres pendant la nuit constitue une dépense d'énergie. Un autre objectif de l'invention est ue supprimer ou de réduire la dépense d'énergie en récupérant, dans la journée, des calories excédentaires dans la serre en même temps que l'on refroidit celle-ci. On connaît des installations de chauffage de serres au moyen d'échangeurs constitués par des gaines souples extraplates, à parois très minces, par exemple des gaines en matière plastique, posées sur le sol entre les rangées de plantes et dans lesquelles circule,à faible vitesse, un film d'eau chaude. Ces gaines peuvent être ouvertes ou fermées. On sait queKde tels échangeurs, grâce à leur grande surface d'échange thermique, permettent de maintenir dans une serre des températures comprises entre 10 et 200 avec une eau tiède dont la température est de l'ordre de 30 à 40". Cette propriété permet d'utiliser ces échangeurs en combinaison avec une pompe de chaleur qui fournit l'eau tiède à partir des calories prélevées sur de 1'6au à une température comprise entre 10 et 200, ce qui permet d'utiliser de l'eau prélevée sur une nappe phréatique ou de l'eau de refroidissement rejetée légèrement chaude par une installation industrielle.L'efficacité des pompes à chaleur est exprimée par le rapport entre les calories fournies par la pompe à l'eau chauffée et les calories qui auraient été fournies par la transformation directe en chaleur de l'énergie absorbée par la pompe. Cette efficacité est d'autant meilleure que l'écart de température entre la source froide et la source chaude est faible et l'on obtient des efficacités supérieures à trois lorsque l'on utilise une pompe à chaleur avec les températures de source froide et chaude exposées ci-dessus qui correspondent aux conditions de fonctionnement pour le chauffage de serres ou autres bâtiments agricoles ou d'élevage. Cette bonne efficacité, due à la combinaison des pompes à chaleur et des échangeurs en gaines extraplates qui permettent de chauffer les serres avec de l'eau tiède, fait que le chauffage des serres par des pompes à chaleur est devenu possible et concurrentiel avec les chauffages par des chaudières ou des poeles brûlant des combustibles. Un autre objectif de l'invention est d'améliorer très sensiblement l'avantage de prix que présentent les pompes à chaleur entraînées par des moteurs électriques en ne faisant fonctionner celles-ci que pendant les heures creuses où le prix du courant électrique est très bas, ce qui rend ce mode de chauffage nettement moins coûteux que tous les autres modes de chauffage connus. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'une installation de chauffage et de climatisation composée, en combinaison, d'une part d'échangeurs constitués par des gaines souples extraplates, à parois minces, posées sur le sol du bâtiment à chauffer et de moyens pour faire circuler dans lesdites gaines, en circuit fermé, un film de liquide tiède transporteur de calories et d'autre partd'un bassin de grande capacité, faisant partie dudit circuit, et de moyens pour chauffer le liquide contenu dans ledit bassin et pour accumuler des calories en dehors des heures de chauffage du bâtiment. Le bassin est recouvert par une feuille de matière plastique tendue au-dessus du niveau de liteau. Cette couverture peut être remplacée ou complétée par des corps de matières plastiques cellulaires flottant sur l'eau et ayant de bonnes propriétés d'isolation thermique, par exemple des blocs en polystyrène expansé ou en mousse de polyuréthane. Le bassin est placé, de préférence, dans une serre. I1 est constitué, de préférence, par une excavation creusée dans le sol dont le fond et les parois sont recouverts d'un revêtement isolant thermique, par exemple un revêtement en matière plastique ou en caoutchouc synthétique. Les moyens pour chauffer le liquide du bassin sont constitués, de préférence, par une pompe à chaleur entraînée par un moteur électrique, laquelle pompe fonctionne pendant les heures creuses pour accumuler des calories dans le liquide ou par des radiateurs solaires,qui peuvent Lrt- o1lstitues de gaines à parois minces dans lesquels on fait circuler en circuit ferme, un film du liquide contenu dans le bassin. Suivant un autre procédé, dans le cas d'une serre ou d'un bâtiment ayant des parois transparentes, on fait circuler du liquide dans les gaines echangeuses pendant les périodes d'ensoleillement afin de refroidir le bâtiment et d'accumuler des calories dans le bassin et on utilise le liquide rechauffé pour chauffer le bâtiment pendant les périodes plus froides de la journée. L'accumulation de calories dans un réservoir de grande capacité est rendue possible, sans entraîner des frais excessifs, en combinaison avec des échangeurs constitués par des gaines extraplates qui permettent de chauffer les serres avec de l'eau tiède ayant une température de l'ordre de 30". Cette température relativement basse permet d'accumuler des calories et de les conserver sans pertes sensibles pendant des durées de plusieurs dizaines d'heures dans des réservoirs faiblement isolés dont le coût de construction est compatible avec les investissements que peut supporter une installation de serres. La réalisation d'un réservoir de stockage de calories sous forme d'un bassin recouvert d'une feuille de matière plastique permet de supprimer économiquement les pertes de calories par évaporation de surface qui seraient les plus importantes. La réalisation du bassin sous forme d'une excavation creusée dans le sol permet d'obtenir un bassin de grande capacité, par exemple de l'ordre de 500m3, pour une dépense modérée. Les parois et le fond de cette excavation sot rendus étanches au moyen d'un revêtement en matière plastique qui constitue en même temps une isolation thermique pour éviter les pertes de calories. Pour la construction d'un tel bassin en excavation dans le sol, on peut mettre en oeuvre la technique déjà utilisée pour la construction de piscines chauffées à des températures de l'ordre de 250. A titre d'exemple, nous indiquerons ci-après des données chiffrées permettant de mieux comprendre les possibilités de l'invention. Soit une installation de serres de 2 O00m2 couverts qui doivent être chauffées pendant dix heures par jour à raison de 0,13Tlh/m2, soit une consommation totale de 2 6Q() thermies. Celle-ci pourra être accumulée dans un bassin de 5()0m3 en élevant la température de l'eau de 5 , par exemple de 250 à 701. Le chauffage de l'eau pendant les heures creuses, ctest-à-dire entre vingtdeux heures et six heures, au moyen de pompes à chaleur alimentées en eau a 2 et ayant une efficacité de 3,8 est réalise avec une pompe a chaleur d'une puissance de 65KW, soit une consommation totale de 520KW H entraînant une dé pense de l'ordre de 2h,oo francs dans le cas on le KW est facture moins de 5 centimes en heures creuses.Ces chiffres montrent que l'on peut chauffer des serres pour une dépense de l'ordre de 1 centime par m2 et par jour avec un stockage ayant une capacité de l'ordre d'un m3 pour m2 de serres à condition de disposer d'eau ayant une température comprise entre 100 et 15 pour alimenter la pompe à chialeur. Une installation selon l'invention, comportant un bassin de stockage de grande capacité, permet de chauffer le liquide du bassin pendant les heures ensoleillées, au moyen du liquide qui circule dand les gaines extraplates et qui refroidit alors les serres. En effet, le liquide du bassin est à une température de l'ordre de 25 à 35 et la température au sol dans la serre lorsque le soleil tape est nettement supérieure à ces valeurs, de telle sorte que les gaines se comportent alors comme des échangeurs de refroidissement et que des calories sont accumulées dans le bassin. Ce résultat est obtenu sans avoir rien à changer à l'installation de chauffage. Ce procédé permet non seulement de récupérer des calories mais également d'éviter la ventilation des serres et les frais d'installation ou de personnel que celle-ci entraînerait. Dans les pays méditerranéens très ensoleillés, où les serres ne sont utilisées que pour mettre les cultures à l'abri du gel, il suffit de chauffer l'eau du bassin dans la journée à une température supérieure à 15 pour accumuler les calories nécessaires à la protection contre le gel pendant les heures critiques de la nuit. On évite alors toute installation de chauffage et toute dépense d'énergie, ce qui est un résultat très intéressant. Bien entendu, on peut combiner les deux procédés et préchauffer l'eau du bassin dans la journee si l'ensoleillement le permet tout en ayant installé une pompe à chaleurquipermet de compléter le chauffage de l'eau pendant les heures creuses à la température nécessaire. Etant donné que les heures creuses sont également des périodes de chauffage, on peut mettre automatiquement en route la pompe à chaleur pendant la nuit, dès que la température descend au-dessous d'une valeur limite qui peut dépendre automatiquement de la température extérieure. Le résultat de l'invention est une nouvelle installation de chauffage de serres qui peut également servir à climatiser celles-ci pendant les périodes d'ensoleillement. Cette installation, caractérisée par la combinaison de gaines échangeuses souples et extraplates poses sur le sol et d'un bassin d'accumulation de calories de grande capacité, permet d'accumuler les calories à une température relativement basse, de l'ordre de 200 300, ce qui permet de réaliser un stockage de grande capacité sous la forme d'un bassin relativement peu onéreux par rapport à des réservoirs calorifugés qui seraient nécessaires pour stocker de l'eau chaude dont la température serait supérieure à 500. Un avantage très important d'une installation selon l'invention réside dans le fait que les serres utilisées dans les pays méditerranéens ou sous des climats de meme type, qui ne sont chauffées que pour éviter le gel ou des températures voisines de 0 , peuvent etre réalises sans aucune installation de chauffage, sans aucune dépense d'énergie et sans ventilation dans la journée grâce au refroidissement des serres obtenu, pendant l'ensoleillement, au moyen de l'eau qui circule dans les gaines échangeuses, refroidissement qui s'accompagne d'une accumulation de calories dans le bassin de stockage. Un autre avantage sur le plan économique réside dans le fait que le bassin de stockage de grande capacité permet d'accumuler des calories peu chères produites pendant les heures creuses de la consommation électrique. La description suivante se réfère aux dessins annexé qui représentent, à titre d'illustration, un exemple de réalisation de l'invention. La figure I est une vue schématique, en plan, d'une installation de serres. La figure 2 est une coupe suivant II II de la figure 1. La figure I représente une installation de six serres I ayant par exemple chacune une largeur de 8m. et une longueur de 50m. soit au total, 2 400m2 couverts. Ces serres sont constituées, par exemple, par une armature en arceaux recouverte de feuilles de matière plastique. Dans chacune de ces serres sont installés des échangeurs constitués par des gaines souples extraplates 2, ouvertes ou fermées, posées sur le sol, entre les rangées de plantes. Ces gaines sont, par exemple, des gaines en ma tière plastique, très minces, ayant- une épaisseur de l'ordre du m/m. Chaque gaine est raccordée par ses deux extrémités, sur deux collecteurs 3a et 3b. Les gaines 2 peuvent avoir la forme d'épingles, comme cela est représenté ou bien être raccordées sur deux collecteurs placés aux deux extrémités des serres. Une pompe de circulation 4 prélève de l'eau tiède dans un réservoir 5 et la fait circuler, en circuit fermé, dans les gaines ave. retour au réservoir. Le réservoir 5 est constitué par un bassin placé sous une serre 6. Il a, par exemple, une largeur de 6 mètres, une longueur de 50 mètres et une profondeur de 2 mètres soit une capacité de 600 m3. La figure 2 représente, en coupe, le bassin 5 placé sous la serre 6. Ce bassin est constitué par une excavation en forme de tranchée, creusée dans le sol, dont le fond et les parois sont rendus étanches. Sur les parois et le fond est posé un revêtement isolant thermique 7 qui est constitué, par exemple, par des feuilles de matières plastiques ou de caoutchouc synthétique. Deux buttes 8 sont élevées de chaque côté du bassin et une feuille de matière plastique 9 est tendue au-dessus du bassin et maintenue par deux bourrelets de terre 10. Il subsiste une poche d'air 11 entre la surface de l'eau et la feuille 9. La feuille 9 évite l'évaporation du liquide. L'espace Il est saturé de vapeur. La serre 6 a pour but de protéger le bassin des intempéries et de l'isoler de l'extérieur de telle sorte que les pertes de calories restent sensiblement constantes quelles que soient les conditions atmosphériques. Le revetement 7 limite les pertes de calories dans le sol. La feuille de revêtement 9 peut être complet2e par des blocs, des billes ou des plaques 9a flottant sur l'eau du bassin et recouvrant une grande partie de la surface de celui-ci. Ces blocs 9a sont en une matière plastique cellulaire, ayant de bonnes propriétés d'isolation thermique,par exemple un polystyrène expansé ou en mousse de polyuréthane. Le liquide contenu dans le bassin 5 est tiède, c'est-à-dire que sa température est comprise par exemple entre 150 et 400 suivant les applications et les pertes de calories sont faibles grâce à la protection du bassin par la serre 6 et par les feuilles 9 et 7. Elles sont inférieures aux pertes subies dans le cas d'une piscine ouverte, chauffée aux environs de 230. La figure 1 représente, en outre, une pompe à chaleur 12 avec l'évaporateur 13, le condenseur 14 et le détendeur 15. L'évaporateur est alimenté en eau dont la température est comprise entre 100 et 150, par exemple en eau pompée dans la nappe phréatique par un puits 16 et rejetée ensuite à l'égout 17 ou réinjectée dans la nappe. L'évaporateur 13 peut également être alimenté en eau de refroidissement rejetée par une installation industrielle, par exemple l'eau provenant du refroidissement des condenseurs dans une centrale thermique. Une pompe de circulation 18 prélève de l'eau dans le réservoir 5 et la fait circuler à travers le condenseur 14 de la pompe à chaleur. La pompe à chaleur 12 est entraînée par un moteur électrique et, en la faisant fonctionner pendant les heures creuses, il est possible d'accumuler des calories dans l'eau du bassin 5 pour une dépense réduite d'énergie électrique. La pompe à chaleur 12 peut être remplacée par des radiateurs de chauffage captant l'énergie solaire pendant les périodes ensoleillées de la journée dans lesquels on fait circuler l'eau du bassin 5 en circuit fermé, ce qui permet d'accumuler des calories dans la journée dans le bassin. Ces radiateurs solaires peuvent être eux-mêmes constitués par des gaines souples, extraplates et à parois très minces exposées au soleil et dans lesquelles ont fait circuler, en circuit fermé, un film du liquide contenu dans le bassin 5. On aboutit ainsi à une installation très simple ne contenant aucune machine tournante autre que des pompes de circulation et consommant très peu d'énergie Comme on l'a déjà expliqué, dans les pays méditerranéens, on peut utiliser les gaines 2 pour refroidir les serres dans la journée tout en chauffant l'eau du bassin 5 et, dans le cas où l'on recherche seulement une protection contre le gel pendant quelques heures de la journée, il est possible d'obtenir cette protection uniquement par le réchauffement de l'eau pendant la journée, sans avoir à utiliser une pompe à chaleur. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront être apportées par l'homme de l'art à l'exemple décrit ci-dessus. REVENI) ICAl IONS 1 - Installation de chauffage et de climatisation d'un bâtiment de culture et d'élevage, caractérisée en ce qu'elle est composée, en combinaison, d'une part d'échangeurs constitués par des gaines souples, à parois minces, extra plates, posées sur le sol dudit bâtiment et de moyens pour faire circuler, en circuit fermé, dans celles-ci, un film de liquide tiède transporteur de calories et d'autre part, d'un bassin de grande capacité, faisant partie dudit circuit fermé et de moyens pour chauffer le liquide contenu dans le dit bassin en dehors des heures de chauffage du bâtiment et pour accumuler des calories. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bassin est recouvert par une feuille de matière plastique tendue au-dessus du niveau de l'eau. 3 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la surface du liquide contenu dans ledit bassin est recouverte, en partie au moins, par des corps isolants thermiques en matières plasti ques cellulaires flottant sur le liquide. 4 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit bassin est placé à l'intérieur d'une serre. S - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit bassin est constitué par une excavation creusée dans le sol dont le fond et les parois sont recouverts d'un revêtement isolant thermique. 6 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, en combinaison, une pompe à chaleur entraînée par un moteur électrique pour chauffer le liquide du bassin et accumuler des calories pendant les heures creuses. 7 - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, en combinaison, des radiateurs solaires permettant de chauffer le liquide du bassin pendant les périodes d'ensoleillement et d'accumuler des calories dans ledit bassin. 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits ra diateurs solaires comportent des échangeurs constitués par des gaines sou ples et extraplates, à parois minces, dans lesquelles on fait circuler, en circuit fermé, un film du liquide contenu dans ledit bassin. 9 - Procédé de climatisation de serres et autres bâtiments de culture et d'éle vage à parois transparentes au moyen d'une installation selon l'une quel conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pendant les pério des d'ensoleillement, on fait circuler ledit liquide dans les gaines pour refroidir le bâtiment et accumuler des calories dans ledit bassin et on utilise ledit liquide pour réchauffer le bâtiment pendant les pédiodes plus froides de la journée. Procédé de climatisation de serres et autres bâtiments de culture et d'élevage à parois transparentes au moyen d'une installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que, pendant les périodes d'ensoleillement, on fait circuler ledit liquide dans les gaines pour refroidir le bâtiment et préchauffer le liquide contenu dans le bassin et on complète automatiquement le chauffage dudit liquide au moyen de ladite pompe à chaleur pendant les heures creuses qui sont en même temps les heures de chauffage, dès que la température du liquide tombe au-dessous d'une valeur limite.