Brevet FR2329951A1 — publié le 19770527

La présente invention concerne un procédé et un disposi tif pour la diminution de l'énergie consommée et l'amélioration du rendement d'une installation d'eau à chauffage solaire. Suivant une disposition connue, dans une maison équipée pour exploiter les rayons solaires dans le but de chauffer Iteau de l'installation sanitaire, l'eau froide traverse tout d'abord un chauffe-eau solaire, puis elle sort de ce dernier pour traver ser un chauffe-eau électrique, dtoù elle sort enfin pour alimen ter divers points de distribution. Chaque point de distribution comporte généraleinent un mitigeur dans lequel l'eau chaude qui sort du chauffe-eau électrique est mélangée à de l'eau froide dans des proportions appropriées pour que l'eau finalement dli- vrée soit à une température d'environ 400C. Le chauffe-eau électrique comporte un thermostat qui car mande la mise sous tension d'une résistance chauffante interne dès que l'eau chaude qui sort du chauffe-eau solaire est à une température inférieure à environ 70 C. En effet, le chauffe-eau électrique fonctionne générale:ent à cette température fixée par les constructeurs dans le cadre des réglementations et des usages Cette température ne zeut pas par ailleurs être noimale- ment diminuée, compte tenu de la diminution trop importante du potentiel thermique que cela occasionnerait et qui serait incom patible avec les temps de réchauffage électrique (qui sont de l'ordre de ç heures). Il en résulte une consommatioil inutile de courant qui apparait de façon évidente lorsque le chauffe-eau solaire produit de l'eau à koco : le chauffe-eau électrique luise de l'electrici- té gour élever la température de l'eau jusqu'à 70 C, alors que cette eau sera par la suite mélangée à de l'eau froide pour que le mélange obtenu retombe à 400C. La présente invention a pOUl- but de remédier à ces incon v'nients en réalisant un dispositif qui permette d'améliorer le rendement d'une installation d'eau à chauffage solaire en dimi nuant l'énergie électrique complémentaire utilisée, et en aug mentant le débit d'eau traversant le chauffe-eau solaire. Un procédé suivant l'invention pour améliorer le rende ment d'une installstion d'eau chaude à chauffage solaire, cette installation comprenant - un chauffe-eau solaire t - un chauffe-eau électrique équipé d'une résistance dAf- fante et d'un thermostat qui effectue la mise sous tension de la résistance chauffante dès que la température de l'eau que contient ce chauffe-eau électrique est inférieure à 700C. - au moins un point de distribution muni d'un mitigeur qui comporte une entrée d'eau chaude, une entrée d'veau froide et une sortie d'eau, est caractérisé en ce que le chauffe-eau solaire et le chauffeeau électrique sont alimentés en dérivation sur l'arrivée d'eau froide, tandis que l'entrée d'eau chaude du mitigeur est alimentée par l'intermédiaire de moyens qui mélangent suivant des proportions appropriées l'eau sortant d'une part du chauffe-eau solaire et autre part du chauffe-eau électrique, de façon que la température de l'eau entrant dans le mitigeur soit égale à au moins 400G, le débit d'eau sortant du chauffe-eau électrique devenant nul si l'eau qui sort du chauffe-eau solaire est à une température supérieure à 40au, - Un dispositif suivant l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé, est caractérisé en ce que les moyens pour mélanger l'eau sortant du chauffe-eau solaire et 11 eau sortant du chauffe-eau électrique sont constitués par un mitigeur à deux entrées dont la sortie alimente en eau chaude le mitigeur du point de distribution de façon que - si l'eau qui sort du chauffe-eau solaire est à une température supérieure à 400C, le débit d'eau sortant du chauffe-eau électrique devient nul - si l'eau qui sort du chauffe-eau solaire est à une température inférieure à 400C, cette eau est mélangée à celle qui sort du chauffe-eau électrique dans une proportion appropriée pour que le mitigeur du point de distribution soit alimenté en eau chaude à 400C. Suivant une variante de l'invention, le mitigeur du point de distribution est alimenté en eau chaude par l'intermédiaire d'une première canalisation reliée à la sortie du chauffe-eau solaire, tandis qu'unie deuxième canalisation, reliée à la sortie du chauffe-eau électrique, débouche dans la première en un point de confluence par l'intermédiaire d'une vanne thermestatique qui réagit on fonction de la température de l'eau circulant dans la première canalisation, en aval du point de confluence, de façon que - si l'eau qui sort du chause1,::reeSt à une température supérieure à 400C, la vanne thermostatique se ferme, - si liteau qui sort du cbauffe-eau solaire est à une température inférieure à 400C, la vanne thermostatique s'ouvre suffisamment pour que lteau qui circule dans la première canalisation en aval du point de confluence soit à 400C. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. - Figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'une installation de type classique. - Figure 2 est une vue schématique d'ensemble d'une installation suivant l'invention. - Figure 3 est une vue schématique d'ensemble d'une installation suivant une variante de l'invention. - Figure 4 est un diagramme illustrant le fonctionnement de l'installation suivant l'invention. On a renrésenté sur la figure 1 une installation de type classique comprenant un chauffe-eau solaire 1 et un chauffe-eau électrique 2. La canalisation 3 d'arrivée d'eau froide alimente entrée 4 du chauffe-eau solaire 1 en eau d'une température d'environ 1500. La sortie 5 du chauffe-eau solaire 1 est branchée sur l'entrée 6 du chauffe-eau électrique 2. La sortie 7 du chauffe-eau électrique 2 est reliée à un mitigeur 8 qui est également alimenté par la canalisation 3. La sortie 9 du mitigeur 8 alimente un point de distribution 10. Le chauffe-eau électrique comporte en outre une résistance interne 11 alimentée en électricité par l'intermédiaire d'un commutateur 12 commandé par une sonde 13. La résistance 11 est mise sous tension dès que la température de l'eau dans le chauffe-eau 2 est inférieure à 700C. Le mitigeur 8 mélange en proportion appropriée 11 eau sortant du chauffe-eau 2 à 700C à de l'eau arrivant par la canalisation 3 à 150C pour fournir au point 10 de l'eau à 4000. Le fonctionnement de cette installation est illustré par le diagramme de la figure 4 où l'axe horizontal 13 des abscisses représente, en OC, la température de l'eau à la sortie 5 du chauffe-eau solaire. Un premier axe vertical 14 d'ordonnées représente, expriméeen kilocalories (Kcal), la quantité de chaleur fournie par l'énergie électrique à l'intérieur du chauffe-eau 2 pour une quantité donnée d'eau à koot tirée au point 10. Un deuxième axe vertical 15 représente, exprimée en pourcentage, la proportion du volume d'eau passant dans le chauffeeau solaire 1 par rapport au volunle d'eau tirée au point 10. Pour cette installation classique, la quantité de chaleur fournie par l'énergie électrique varie en fonction de la tempé- rature de l'eau en 5 suivant une droite 16. Sur cette droite, au point 17, le chauffe-eau solaire délivre de l'eau non chauffée, toujours à 150C, et la totalité de la chaleur doit donc être fournie par l'électricité. Au point 18, le chauffe-eau solaire délivre au contraire de l'eau à 700C, et l'électricité ne fournit plus rien. louer toutes les températures de sortie de l'eau en 5, la proportion du volume d'eau passant dans le chauffe-eau solaire 1 est la même, en ce qui correspond à une droite horizontale 19. On a représenté sur la figure 2 une installation conforme à l'invention. Cette installation comprend toujours un chauffeeau solaire 1, un chauffe-eau électrique 2, et un mitigeur 8 pour alimenter un point de distribution 10. Ici, les chauffe-eau sont alimentés respectivement par des dérivations 20 et 21 de la canalisation 3, tandis que leurs sorties 5 et 7 sont respectivement reliées aux deux entres d'un mitigeur 22 dont la sortie 23 ali ente en eau chaude le mitigeur 8. Le chauffe-eau électrique 2 fournit toujours de l'eau A 700, et le mitigeur 22 est réglé de façon que l'eau chaude fournie au mitigeur 8 soit d'une température au moins égale à 4000. Quand le chauffe-eau solaire 1 fournit de l'eau à 15 C, le mitigeur 22 mélange cette eau à une certaine quantité d'eau fournie à 700C par le chauffe-eau électrique 2 pour que liteau soit à 400C à la sortie du mitigeur 22. Sur la figure 4, cet état correspond au point 17 par rapport à l'axe 14 et au point 23 par rapport à l'axe 15. Lorsque le chauffe-eau 1 échauffe légèrement l'eau, le mitigeur 22 mélange cette eau-à une moindre quantité d'eau provenant du chauffe-eau 2 pour atteindre la meame température de 400 C à la sortie du mitigeur 22. ta quantité de chaleur fournie par l'électricité est représentée par la portion de courbe 24, tandis que la proportion d'eau passant dans le chauffe-oau lest représentée Par la courbe 25. Tant que la température de l'eau à la sortie du mitigeur 22 reste égale à 40oC, c'est-à-dire tant que la température de l'eau fourrie par le chauffe-eau 1 reste i'féi-ieie a l-ceCs le mitigeur 8 ne soutire pas d'eau de la canalisation d'eau froide J. Lorsque le chauffe-eau 1 fournit de liteau à 400C, le mitigeur 22 -liris-* airecte!ement son débit vers le mitigeur 8, sans ajouter de l'eau provenant du ca'tffe-eau 2,, qui correspond à une consommation nulle d'électricité, suivant le minimum 20 de la courbe 24, et à une proportion de 100 % d'eau qui passe par le chauffe-eau 1, au moint maximum 27 de la courbe 25. Lorsque le chauffe-eau I fournit de l'eau à une température supérieure à 40 C, le mitigeur 22 continue à diriger directement son débit vers le mitigeur 8 sans ajouter d"eau provenant du chauffe-eau 2, ce qui correspond à une consommation nulle d'électricité, suivant une portion de droite 28 confondue avec l'axe 13. I-ar contre, le mitigeur 8 doit ajouter un certain débit d'eau froide provenant de la canalisation 3 pour ramener la température finale à 400C : cela correspond à une proportion d'eau passée par le chauffe-eau 1 représentée par une courbe 29. Lorsque le chauffe-eau 1 fournit de liteau à 700C, la courbe 29 rejoint la droite suivant un point 30. L'examen de la figure 4 montre que, sauf dans les cas extrêmes (points 17 et 18), la consommation en électricité avec l'installation suivait l'invention reste toujours inférieure à celle qui est observée avec l'installation de type classique. Suivant une variante de l'invention, on a représenté sur la figure 3 une installation sensiblement analogue à celle de la figure 2, mais qui en diffère par le fait que le mitigeur 22 a été supprimé et remplacé par un point de confluence 31 entre la sortie 5 du chauffe-eau 1 et la sortie 7 du chauffe-eau électrique 2, une canalisation 32 reliant ce point 31 au mitigeur 8. Une vanne thermostatique 33 est placée entre la sortie 7 et le point 31, et cette vanne est en liaison avec une sonde 34 sensible à la température de la canalisation 32. Le réglage et effectué de façon que la vanne 33 soit fermée tant que la ter1pérature de lteau est de 400C au moins dans la canalisati ; 32. Si cette température tend à baisser du fait d'un moindre apport de chaleur de la part du chauffe-eau 1, la vanne 33 s'ou- vre d'une valeur juste suffisante pour ajuster la température à 40 C. Les courbes caractéristiques du fonctionnement de cette autre installation restent exactement les mêmes que précédemment. KEVE DICATIONS 1. Procédé pour diminuer l'énerçie électrique consommée et améliorer le rendement d'une installation d'eau chaude à chauffage solaire comprenant - un chauffe-eau solaire, - un chauffe-eau électrique équipé d'une résistance chaude fante et d'un thermostat qui effectue la mise sous tension de la résistance chauffante dès que la température de l'eau que con tiel!t ce chauffe-eau électrique est inférieure à au oins 700C, - au oins un point de distribution muni d'un mitigeur qui comporte uè entrée d'eau froide, une entrée d'eau chaude, et une sortie d'eau, caractérisé en ce que le chauffe-eau solaire et le chauffe-eau électrique sont alimentés en dérivation sur l'arrivée d'eau froide, tandis que l'entrée d'eau chaude du mitigeur est alimentée par I1 intermédiaire de moyens qui mélangent suivant des proportions appropriées l'eau sortant d'une part do chauffe-eau solaire et d'autre part du chauffe-eau électrique de façon que la température de l'eau chaude entrant dans le mitigeur soit égale à au moins 400C, le débit d'eau sortant du chauffe-eau électrique devenant nul si l'eau qui sort du chauffe-eau solaire est à une température supérieure à 4000. 2. Procédé suivant la revendication t, caractérisé en ce que ces moyens sont réglés de façon que - si l'eau qui sort du chauffe-eau solaire est à une température supérieure ou égale à 400C, le débit dleau sortant du chauffe-eau électrique devient nul, - si l'eau qui sort du chauffe-eau solaire est à une te-lpérature inférieure à 4ô0C, cette eau est mélangée à celle qui sort du chauffe-eau électrique dans une proportion appropri4- pour que le mitigeur du point de distribution soit alimenté en eau chaude à 4000. - l'eau froide qui traverse le ballon solaire ait un débit maximum (compatible avec sa température), de façon à le refroidir le plus possible, - ce refroidissement se répercutant en amont du système au niveau des capteurs solaires dont le rendement est d'autant meilleur que l'eau les irriguant est à plus basse température. 3. Dispositif pour la mise on oeuvre du procédé suivant lune quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour mélanger l'eau sortant du chauffe-eau solaire et l'eau sortant du chauffe-eau électrique sont constituées par un mitigeur dont les deux entrées sont respectivement alimentées par ces deux chauffe-eau et dont la sortie alimentez eii eau chaude le mitigeur du point de distribution. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des re endications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour mélanger l'eau sortant du chauffe-eau solaire et l'eau sortant du chauffe-eau électrique sont constitués par un point de confluence auquel aboutissent les sorties des deux chauffe-eau , et duquel part une canalisation alimentant en eau chaude le mitigeur du point de distribution, une vanne thermostatique sensible à la température de cette dernière canalisation état racée entre le point de confluence et la sortie du chauffe-eau électrique.