Brevet FR2306409A1 — publié le 19761029

On a proposé divers équipements pour économiser les dépenses d'énergie pour assurer un chauffage confortable de bttiments, notamment de logements ou de maisons individuelles. C'est ainsi qu'on a proposé en premier lieu de réduire les pertes de chaleur par une isolation poussée mais cette isolation nécessite des structures complexes et conteuses, On a proposé aussi d'utiliser des pompes à chaleur avec prélèvement de chaleur sur une circulation d'eau ou sur l'air extérieur, mais le pompage d'eau courante n'est que rarement possible dans des conditions économiques et l'utilisation de l'air extérieur à basse température n'est guère favorable à l'obtention d'un bon rendement des pompes à chaleur tout en présentant des risques constants de givrage capables d'en interrompre le fonctionnement normal. On a eu l'idée aussi d'utiliser l'énergie solaire mais, si le rayonnement solaire permet un prélèvement notable de calories, celles-ci sont difficilement utilisables dans la pratique pour le chauffage de locaux d'habitation par des systèmes traditionnels car la chaleur solaire captée en saison froide ne permet pas d'obtenir une circulation d'eau à température assez élevée pour un chauffage efficace. En outre, cette chaleur solaire ne peut Entre captée en hiver que pendant une faible fraction de la journée de 24 heures et seulement par temps clair, de telle sorte que le prélèvemeat de chaleur est intermittent et très variable et aléatoire. L'invention a pour but de proposer un nouveau procédé et un nouvel équipement basés sur l'utilisation combinée du rayonnement solaire et d'une pompe à chaleur, ou de plusieurs, dans des conditions remédiant aux inconvénients inhérents à ces deux systèmes connus sans nécessiter une construction spéciale des locaux à chauffer. Le procédé consiste essentiellement à combiner à la fois des capteurs d'énergie solaire pour chauffer un liquide caloporteur (de l'eau) en circuit fermé, un moyen de stockage de ce liquide caloporteur pour constituer une réserve conservant une température suffisante malgré son chauffage intermittent et une pompe à chaleur, ou plusieurs, dont l'évaporateur fait partie d'un échangeur thermi- que traversé par le circuit du liquide caloporteur stocké. La disposition dSune réserve d'eau chauffée par la chaleur solaire assure un bon rendement de la pompe de chaleur sans nécessiter de dépenses prohibitives d'énergie de pompage et permet l'utilisation de l'équipement avec chauffage intermittent de la réserve d'eau par le rayonnement solaire. L'installation proposée permet d'utiliser la réversibilité des pompes à chaleur pour assurer en été le rafrstchi sementrafrchisseient rafrstchi sementrafrchisseient des locaux, le liquide caloporteur étant alors stocké à température relativement basse pour recevoir les calories prélevées des locaux à chauffer et les évacuer la nuit à travers les mornes panneaux que ceux utilisés le åourjour åourjour en hiver pour capter l'énergie solaire, en profitant de l'abaissement notable de la température extérieure pendant la nuit. La circulation du fluide caloporteur à travers les panneaux captant le åourjour åourjour 1 'énergielténergie 1 'énergielténergie solaire ou refroidis la nuit ainsi qu'à travers 1 'échangeur thermique associé à la pompe à chaleur sera assurée par des pompes dont le fonctionneentfonctionnenent fonctionneentfonctionnenent pourra Otre convema- blement commandé ou programmé selon les conditions atiosphériques et les résultats désirés. On remarquera qu'on peut associer au moyen de stockage de l'eau un élément de chauffage auxiliaire qui se mettra automatiquement en action en cas d'insuffisance du rayonnelent solaire. Pour bien faire comprendre lsinvention, on en décrira plus en détails un exemple d'exécution en référence au dessin schématique annexé, dans lequel t la figure 1 montre le schéma de l'installation avec 1 'indi- cation des transports de chaleur correspondant à une utilisation du dispositif pour le chauffage de locaux en hiver 3 la figure 2 montre le schéma de la stseiSie stseiSie installation avec l'indication des transports de chaleur correspondant à une utilisation du dispositif pour le rairathisseventrafrchissement rairathisseventrafrchissement de locaux en été. Le capteur d'énergie solaire (pouvant jouer également le rtlerle rtlerle de dissipateur de chaleur la nuit en été) est indiqué schéma- tiqueront en 1 et est constitué, de façon générale générale connue, par un ensemble de panneaux disposés à l'extérieur du bttiment, parcourus intérieurement par l'eau à chauffer (ou à refroidir) et comprenant une face 2 qui est exposée au rayonnement solaire (ou à la diffusion de chaleur pour le fonctionnement d'été)0 On a indiqué par des flèches l'apport (figure 1) ou l'évacuation (figure 2) de la chaleur pour le capteur le Ce capteur I fait partie d'un circuit d' eaud'eau d' eaud'eau 3 raccordé à une cuve de stockage 4 et comprenant une pompe de circulation 5. A la cuve de stockage 4 est raccordé d'autre part un circuit 6 d'utilisation de l'eau s'taékée comprenant une pompe de circulation 7 et eventuellement un échangeur électrique 8 pour apport d'un appoint de chaleur fourni à partir d'énergie électrique ainsi qu'une vanne à trois voies 9 commandant une dérivation 10 entre les branches de départ et de retour du circuit 6 sous l'action d'un régulateur de température Il. Ce circuit 6 comprend un élément a? échange thermique 12 coopérant avec un élément d'échange thermique 13 du circuit de fréon 14 dtune pompe à chaleur comprenant un compresseur 15 qui assure la circulation du fréon dans le sens commandé par une vanne d'inversion 16. Le circuit 14 comprend en outre un détendeur 17 et un élément de transfert de chaleur 18 associé à une circulation d'air qui alimente le local à climatiser et est schématisée par la disposition d'un souffleur 19 associé à l'élément 18. On exposera maintenant le fonctionnement du dispositif pour le chauffage (figure 1) ou pour le rafraichissementrafratchissement rafraichissementrafratchissement (figure 2). Pour le chauffage, en fonctionnement d'hiver (figure 1), la pompe 5 est mise automatiquement en action dès que le rayonnement solaire permet 11 obtention d'une eau à une température supérieure à 170 Ce Ainsi, on peut indiquer, à titre d'exemple, qu'à ltentréeI1 entré ltentréeI1 entré de l'élément 12 on dispose d'eau à une température de 240 C. La vanne d'inversion 16 est placée dans la position pour laquelle le compresseur aspire le fréon de l'élément 13 Jouant le rOle d'évaporateur refroidi dans la pompe à chaleur et le refoule dans l'élément 18 jouant le racle de condenseur.Le condenseur 18 cède alors de la chaleur à l'air qui le traverse et lait chaud est utilisé pour chauffer le local comme indiqué par la flèche 20. Le prélèvement de calories effectué par l'évaporateur 13 abaisse par exemple la température de l'eau de retour à la cuve de stockage 4 à une valeursaleur valeursaleur de 15ordre de 170 C. Pour le rafratchissement en fonctionnement d'été (figure 2), la vanne 16 est placée dans la position qui inverse la circulation du fréon à travers le circuit 14, de - sorte que l'élément 13 Joue le racle de condenseur en cédant de la chaleur au circuit 6, tandis que l'élément 18 prélève de la chaleur à l'air qui le traverse en permettant l'envoi d1 un courant d'air froid schématisé par la flèche 21. La température de l'veau du circuit est alors relevée par exemple de 240 à 31 C par le condenseur 13. La chaleur reçue ainsi par la cuve de stockage 4 peut titre dissipée la nuit à travers les panneaux solaires 1 dont le circuit d'eau sera mis en action automatiquement par le fonctionnement de la pompe 5 pendant la nuit. On comprendra que l'exemple d'exécution, décrit ci-dessus et représenté au dessin annexé, n'a aucun caractère limitatif et qu'on pourra s'écarter des indications de températures en particulier selon les climats des lieux d'utilisation du dispositif. R E V z N D I C AA I O N S 1. Procédé pour chauffer des logements ou maisons individuelles et éventuellement pour les rafraichir en été, consistant essentiellement à combiner des capteurs d'énergie solaire, pour le chauffage intermittent d'un liquide caloporteur, un moyen de stockage du liquide caloporteur qui peut entre de l'eau réutilisée en circuit fermé et au moins une pompe à chaleur associée à un échangeur thermique traversé par un circuit du liquide caloporteur raccordé au moyen de stockage. 2o Equipement pour l'application du procédé selon la revendication 1, comprenant une cuve de stockage d'eau à laquelle sont raccordés un circuit comprenant des panneaux extérieurs exposés au rayonnement solaire et un circuit comprenant un échangeur thermique associé à la pompe à chaleur avec des pompes de circulation pour ces deux circuits. 3. équipement selon la revendication 2, comprenant un moyen de chauffage auxiliaire associé à la cuve de stockage d'eau pour outre utilisé en cas d'insuffisance du rayonnement solaire. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rafrat- chissement d'été s1 obtint par simple inversion du circuit de fréon de la pompe à chaleur, tandis que la circulation d'eau à travers les panneaux solaires est alors assurée pendant la période nocturne d'abaissement de la température extérieure pour l'utili- sation des panneaux solaires comme éléments dissipateurs de chaleur.