Brevet FR2358619A1 — publié le 19780210

La présente invention est relative à un procédé et à une installation de chauffage par pompe à chaleur et notamment par une pompe à chaleur tirant ses calories de l'air. Dans les installations de chauffage de locaux utilisant une pompe de chaleur comprenant un évaporateur à air et un condenseur à air ou à eau, il est connu d'utiliser comme source de chaleur, à l'évaporateur, l'air extérieur au local. Toutefois, l'utilisation de cet air extérieur comme source de chaleur présente l'inconvénient qu'en hiver, cet air est à basse température de sorte que le coefficient de performance (rapport énergie fournie sur énergie consommée) de la pompe à chaleur diminue pendant les jours froids alors que c'est justement en cette période que la quantité de chaleur à fournir au local est maximale pour compenser les déperditions thermiques. I1 est connu également qu'au lieu d'utiliser l'air extérieur comme source de chaleur à 1' évaporateur de la pompe à chaleur, on peut utiliser l'air extrait provenant des locaux. En effet, l'extraction d'une certaine quantité d'air dans des locaux est généralement réalisée pour assurer un renouvellement de l'air dans ces locaux. Le récupération de cet air extrait présente 1 t avantage que la température de cet air est toujours sensiblement constante quelle que soit la température à l'extérieur des locaux de sorte que le coefficient de performance de la pompe à chaleur n'est pas affecté par la baisse de la température de l'air extérieur en hiver. Toutefois, l'utilisation de l'air extrait présente l'inconvénient que le débit de cet air extrait est obligatoirement limité, d'une part pour des questions d'hygiène et d'autre part pour limiter les pertes thermiques par renouvellement d'air (par exemple 300m3/heure dans un local de vdume de 250m3). Cette limitation du débit d'air utilisé comme source de chaleur à ltévapo- rateur présente l'inconvénient que le coefficient de performance de3a pompe à chaleur, qui augmente avec le débit d'air à ltéva- porateur est limité. Ainsi, la pompe à chaleur ne peut pas être utilisée de la meilleure façon. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et a pour objet un procédé de chauffage par pompe à chaleur comportant un évaporateur, dans lequel on fait passer de l'air provenant de l'intérieur de locaux pour en récupérer les calories, caractérisé en ce luron utilise aussi comme source de chaleur à l'évaporateur, l'air provenant de ltespace situe sous la toiture des locaux. Grâce à l'invention, on peut ainsi avoir un grand débit d'air à l'évaporateur puisque en plus de l'air extrait des locaux, on utilise de ltair, provenant de l'extérieur du local mais préchauffé sous toiture et notamment, en période d'ensoleillement, puisque la toiture constitue un capteur solaire. En conséquence, le coefficient de performance d'une pompe à chaleur utilisant un tel procédé est supérieur au coefficient de performance d'une pompe à chaleur n'utilisant que l'air extrait des locaux. Dtautres caractéristiques et avantages apparattront au cours de la description qui va suivre Au dessin annexé, donné uniquement à titre dPexemple La figure unique est une vue schématique d'une installation selon l'invention. L'instalation représentée à la Fig. unique est appliquée au conditionnement thermique d'une maison individuelle surmontée d'une toiture T et formée d'un local habité L et de combles C. Cette installation comporte - une pompe à chaleur, située dans les combles C de la maison sous la toiture T et constituée d'un échangeur de chaleur ou évaporateur 2 à deux chambres d'échange thermique 2a - 2b, d'un compresseur 5, d'un échangeur de chaleur ou condenseur 4 à deux chambres d'échange thermique 4a - 4b et d'un détendeur 3.Le circuit de la pompe de chaleur est rempli d'un fluide frigorigène, par exemple du fréon, et,par conséquents formé suc cessivement de la chambre d'échange thermique 2a de ltévaporateur 2, du compresseur 5, de la chambre 4a d'échange thermique du condenseur 4 et du détendeur 3 relié à l'entrée de la chambre 2a d'échange thermique de l'évaporateur 2. - une installation d'amenée d'air constituée d'un pre mier conduit 6 d'extraction d'air de l'intérieur du local L relié à l'entrée de la chambre 2b d'échange de chaleur de l'évaporateur 2, la sortie de la cham bre 2b débouchant à ltatmosphère, hors de la maison, par l'intermédiaire d'un ventilateur 7 à deux vitesses de rotation.Un second conduit 8 est relié au premier conduit 6 à l'entrée de la chambre 2b d'échange de chaleur de l'évaporateur 2, ce second conduit 8 situé dans les combles C débouche, par l'intermédiaire dtun ventilateur 9 dtaspiration, sous la toiture, à quelque distance de l'extrémité supérieure de cette toiture. Un détecteur de température 10, situé également sous la toiture, relié au ventilateur 9 et au ventilateur 7 est destiné à commander le fonctionnement des deux ven tilateurs 7 et 9 en fonction de la température de l'air sous toiture. - un circuit de récupération de la chaleur fournie par la pompe à chaleur, contenant de liteau, constituée d'une pompe de circulation 11 reliée à la sortie de la chambre 4b du condenseur 4 de la pompe à chaleur et débouchant dans la chambre 13a d'un échangeur de cha leur 13 à trois chambres d'échange thermique (13a 13b - 13e), l'échangeur de chaleur 13 formant égale ment ballon de stockage de liteau de ce circuit La sor tie de la chambre 13a de l'échangeur 13 est relié à l'entrée de la chambre 4b du condenseur 4. Un thermos tat 14 commande, en fonction de la température de l'eau dans la chambre 13a de l'échangeur 13, la mise en marche et l'arrt de la pompe 11 du circuit de récupération et du compresseur 5 de la pompe à chaleur. - un circuit de chauffage des locaux constitué d'une pom pe de circulation d'eau 15 reliée à la sortie de la chambre 13b de ltéchangeur 13 et refoulant dans le cir cuit de chauffage central habituel 16, dont la sortie est reliée à la chambre 13b de l'échangeur 13. - un circuit de chauffage de l'eau sanitaire constitué d'une pompe de circulation d'eau 17 reliée à la sortie de la chambre 13c de ltéchangeur 13 et refoulant dans un ballon 18 de stockage d'eau chaude sanitaire pourvu d'une entrée d'eau froide 18a et d'une sortie d'eau chaude 18b. FONCTIONNEMENT Lors de la mise en route de la pompe de chaleur, donc dru compresseur 5, on met également en marche, à faible vitesse le ventilateur 7 d'extraction de l'air extrait des locaux L. Ainsi, l'air extrait passe dans a chambre 2b de l'évaporateur 2 où il est refroidi, transmettant ses calories au fluide frigorigène (le fréon par exemple) qui se réchauffe et se vaporise dans l'éva- porateur 2. En général, l'évaporateur 2 est calculé de telle sorte que l'air sortant de l'évaporateur soit rejeté dans I"atmosphère, à l'extérieur, à une température d'environ 20C. Le fluide frigorigène, à la sortie du compresseur 5 est condensé dans la condenseur 4 avant de retourner dans la chambre 2a de l'évaporateur 2 après détente dans le détendeur 3. Dans le condenseur, le fluide frigorigène cède ses calories à l'eau du circuit de récupération qui circule dans la chambre 4b du condenseur 4. L'eau du circuit de récupération ainsi chauffée est transmise par la pompe de circulation 11 à l'échangeur de chaleur 13 où il cède ses calories à l'eau des deux circuits de chauffage des lo- caux et de l'eau sanitaire, l'eau refroidie dans ltéchangeur 13 retournant à la chambre 4b de ltéchangeur 4. Lorsque la température détectée par le thermostat 14 dans la chambre 13a de l'échangeur 13 est inférieure à une valeur prédeterminée (par exemple 500C), le thermostat 14 commande la mise en marche de la pompe de circulation 11 du circuit de récupération et du compresseur 5 de la pompe de chaleur qui fonctionne alors. Par contre lorsque cette température est supérieure à cette valeur déterminée, le thermosta /ao4mmande l'arrêt de la pompe Il et du compresseur 5 donc l'arrêt de la pompe de chaleur. Cet échangeur 13 fait office de chaudière pour les deux circuits de chauffage des locaux et de l'eau sanitaire puisque I1 eau du circuit de récupération sert à chauffer d'une part, l'eau du circuit de chauffage central qui circule à l'aide de l'apport 15 avec retour à l'échangeur 13 et, d'autre part, l'eau du circuit d'eau sanitaire qui circule à l'aide de la pompe 17. Le fonctionnement d'une telle installation selon l'in- vention présente la particularité que, lorsque la température de l'air dans les combles C sous toiture est supérieure à la impéra- ture de rejet dans l'atmosphère, à la sortie de 11 évaporateur 2, il est possible d'utiliser cet air comme source de calories à ltévaporateur. Ainsi, lorsque l'air sous toiture est à une température supérieure à 20C ou 40C par exemple, le détecteur de température 10 commande la mise en route du ventilateur 9 et la mise en première vitesse (la plus rapide du ventilateur 7 de sorte que la quantité d'air passant dans la chambre 2b de l'évaporateur 2 est égale à la quantité d'air extrait des locaux et d'air aspiré sous toiture. Grâce à l'invention, l'utilisation de l'air sous toiture lorsque la température de cet air est supérieure à 20C, en plus de lt air extrait des locaux L, permet d'augmenter le débit d7 air dans la chambre 2b de l'évaporateur donc le coefficient de performance. De plus, même en plein hiver, dans des régions dites froides, il est apparu, au cours d'essais, que, pendant la journée, l'ensoleillement de la toiture provoque une augmentation substantielle de la température de l'air sous toiture, chaleur qui n'est pas récupérée dans les dispositifs connus.Par contre, dans la présente invention, toute ovation de température de 1 sous toiture étant détectée par le détecteur 10 et provoquant la mise en route du ventilateur 9 et la mise à grande vitesse du ventilateur 7 est utilisée comme source de récupération de calories. Ainsi, non seulement le coefficient de performance de la pompe à chaleuroet augmenté pendant cette période, mais également cette chaleur de à l'ensoleillement, est récupérée pour chauffer l'eau du circuit de récupération donc pour chauffer les locaux et l'eau sanitaire. En été, période à fort ensoleillement, bien que le chauffage des locaux soit inutile, il est partieulièrement intéressnnt de préchauffer l'eau sanitaire à laide de la pompe de chaleur car la température sous toiture est tnujours supérieure à la température de mise en route du ventilateur 9. Ainsi, pendant cette période, non seulement la pompe de chaleur pompe les calories de l'air extrait, mais pompe les calories de l'air chauffé par ensoleillement de la toiture. Grâce à la présente invention, il a été ainsi possible, tout enitisant une pompe àchaleur pour le chauffage des locaux et de l'eau sanitaire,de récupérer la chaleur de à ltensoleil- lement en utilisant la toiture des vocaux comme capteur solaire et le volume d'air sous toiture comme fluide transfert de lténergie solaire ainsIi eaptée par la toiture. Ce captage de l'énergie solaire dans une installation selon l'invention présente l'intér8t particulier qu'aucun investissement important n'est nécessaire pour récupérer cette énergie solaire puisque seul un conduit d'aspiration, un ventilateur 9, un détecteur 10 sont nécessaires en supplément à une installation normale de chauffage par pompe à chaleur. Pour obtenir une meilleure récupération de-la chaleur sous toiture, il est intéressant de placer l'aspiration du conduit d'aspiration 8 de l'air sous toiture dans la partie haute des combles C car c'est dans cette zone que l'air chauffé par ltensoleillement de la toiture, a tendance à s'accumuler. Bien que dans exemple décrit, la pompe à chaleur soit utilisée pour chauffer l'eau dtun circuit de récupération luimême assurant le chauffage d'un circuit de chauffage des locaux et d'un circuit de chauffage d'eau sanitaire il est possible, sans sortir du cadre de cette invention, d'assurer directement par la pompe de chaleur le chauffage de l'eau des circuits de chauffage central et/ou des circuits d'eau sanitaire. REVENDICATIONS 1.- Procédé de chauffage par pompe à chaleur comportant un évaporateur dans lequel on fait passer de l'air provenant de l'intérieur de locaux pour en récupérer les calories, caractérisé en ce qu'on utilise, aussi comme source de chaleur à ltévaporateur, l'air provenant de l'espace situé sous la toiture des locaux. 2.- Procédé de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air provenant de ltespaee situé sousla toiture' des locaux traverse ltévaporateur de la pompe à chaleur lorsque sa température est supérieure à 20C. 3.- Procédé de chauffage selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que la pompe à chaleur assure le chauffage de l'eau d'un circuit de récupération de chaleur, formant chaudière d'un circuit de chauffage central et d'un circuit de chauffage d'eau sanitaire. 4.- Installation de chauffage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséeen ce qu'un ventilateur (9), aspirant l'air sous toiture, est relié à une chambre de l'évaporateur (2) de la pompe à chaleur. 5. - Installation de chauffage selon la revendication 4, caractérisée en ce que le condenseur (4) de E pompe de chaleur est situé dans un circuit fermé de récupération de chaleur cons titué d'une pompe de circulation (1.1) ) et d'une chambre (13a) d'un échangeur thermique (13). 6.- Installation de chauffage selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (13) possède deux chambres d'échange (13b et 13c) insérées respectivement dans un circuit de chauffage central et dans un circuit de chauffage de lteau sanitaire. 7.- Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce qu'un thermostat de mesure de la température de l'eau dans ltéehangeur (13) et dans le condenseur (4), commande la mise en route et l'arrêt de la pompe de circulation (11) du circuit de récupération de chaleur et du compresseur (5) de la pompe à chaleur lorsque cette température est respectivement inférieure ou supérieure à une valeur déterminée.