Brevet FR2394034A1 — publié le 19790105

La présente invention concerne un procédé de régulation d'une installation de chauffage solaire, ainsi qu'une installation mettant en oeuvre ce procédé. On connait déjà des installations de chauffage solaire, destinées à assurer le chauffage partiel ou total de bâtiments en utilisant énergie fournie par le rayonnement solaire. Ces installations comportent généralement un ou plusieurs capteurs solaires exposés au rayonnement solaire et un circuit parcouru par un liquide caloporteur reliant ce capteur solaire à un accumulateur de chaleur. Cet accumulateur comporte à son tour un échangeur qui est relié au circuit de chauffage et/ou d'eau sanitaire du bâtiment pourvu de l'installation. Cet accumulateur est également équipé d'un dispositif de chauffage d'appoint pour maintenir le liquide contenu dans l'accumulateur à une température comprise dans une fourchette prédéterminée. La circulation du liquide caloporteur dans le circuit fermé reliant le capteur solaire à l'accumulateur s'effectue généralement au moyen d'une pompe, afin d'augmenter le rendement de l'installation. Une installation connue de ce genre comporte une première sonde thermique associée au capteur solaire et relevant la température à l'intérieur de ce dernier, une seconde sonde thermique relevant la température à l'intérieur de l'accumulateur et un dispositif de commande électrique auquel sont reliées les deux sondes thermiques et qui commande le fonctionnement de la pompe de mise en circulation du liquide caloporteur uniquement lorsque la température de ce liquide caloporteur est supérieure à la température intérieure de l'accumulateur. La présente invention concerne des perfectionnements apportés à une installation de chauffage solaire du type précité, dans le but d'obtenir une utilisation maximale du chauffage solaire avec la possibilité de réaliser une accumulation aux moindres frais en utilisant uniquement de l'eau comme.fluide caloporteur. Ce sys teme supprime les méfaits du gel et de l'inertie athermique. A cet effet ce procédé de régulation d'une installation de chauffage solaire, dans lequel on échauffe un liquide caloporteur dans un capteur solaire, puis on fait circuler ce liquide caloporteur en circuit fermé entre un accumulateur de chaleur et le capteur solaire, pour transporter dans l'accumulateur les calories produites par le rayonnement solaire, on ne met en mouvement le liquide caloporteur que lorsque la température dans le capteur valeur prédéterminée,/ solaire/ est supérieure à la température intérieure de l'accumulateur et, lorsque la température du liquide caloporteur dans l'accumulateur tombe en dessous d'un seuil prédéterminé réglable, on fournit au liquide caloporteur des calories additionnelles au moyen d'un dispositif de chauffage d'appoint associé à l'accumulateur, est caractérisé en ce que l'on coupe automatiquement Ie dispositif s'il se trouve/ de chauffage d'appoint/ en service,aussitôt que la température du à l'entrée dans l'accumulateur liquide caloporteur/devient supérieure à la température à l'intérieur de l'accumulateur. L'invention a également pour objet une installation de chauffage solaire comprenant un circuit fermé dans lequel circule un liquide caloporteur et qui est constitué par au moins un capteur solaire et un accumulateur de stockage reliés entre eux par des canalisations de départ et de retour, une pompe pour faire circuler le liquide caloporteur dans ce circuit fermé, des moyens pour détecter les températures respectives dans le capteur solaire et l'accumulateur, un dispositif de chauffage d'appoint de l'accumulateur, et un dispositif de commande électrique et de régulation relié aux moyens de détection des températures dans le capteur solaire et l'accumulateur et commandant la mise en marche de la pompe et du dispositif de chauffage d'appoint, caractériséeen ce que le dispositif de commande et électrique/de régulation comporte des moyens pour couper automatiquement le dispositif de chauffage d'appoint aussitt que la tempéra à l'entrée dans l'accumulateur ture du liquide caloporteur / dépasse la température à l'intérieur de l'accumulateur. Le dispositif de commande électrique comporte une plage de réglage pour l'installateur. Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, le capteur solaire qui est situé à un niveau supérieur à celui de l'accumulateur , est relié à ce dernier par une canalisation de départ du liquide caloporteur, sur laquelle est branchée la pompe de mise en circulation du liquide, et ce sans interposition drun clapet anti-retour, ce qui permet au capteur solaire de se vidanger de lui-mênze par gravité, dès que la pompe de mise en circulation est arretée. Le procédé d'installation suivant l'invention offre l'avantage que l'on évite tout refroidissement du liquide caloporteur stocké dans l'accumulateur lorsque la température extérieure s'abaisse et que par ailleurs, en hiver, aux très basses températures, on évite le gel du liquide caloporteur,généraSement constitué par de l'eau, dans le capteur solaire. En outre il permet de réaliser une économie substantielle de l'énergie consommée par le dispositif de chauffage d'appoint qui est mis automatiquement hors service dès que la température du capteur solaire s'élève à une valeur suffisante. On décrira ci-après à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention en référence au dessin annexé qui est un schéma d'une installation de chauffage solaire mettant en oeuvre le procédé de régulation suivant l'invention. L'installation représentée sur le dessin comprend un circuit fermé dans lequel circule un liquide caloporteur 1 lequel est généralement constitué par de l'eau. Ce circuit fermé est constitué essentiellement par un capteur solaire 2 et un accumulateur de stockage 3 reliés entre eux par des canalisations de départ 4 et de retour 5. Dans le circuit fermé ainsi constitué est également branchée une pompe 6 de mise en circulation du liquide caloporteur 1. Dans l'accumulateur 3 est logé un échangeur 7 qui est relié à un circuit d'eau de chauffage et/ou /sanitaire non représenté, par des canalisations 8. Dans l'accumulateur 3 est également prévu un dispositif de chauffage d'appoint 9 qui peut être constitué, par exemple, par un échangeur de chaleur ou encore par une résistance de chauffage électrique. Le capteur solaire 2 estoplacé à un niveau supérieur à celui de l'accumulateur 3 et il est relié, à sa partie inférieure, à la canalisation de départ 4 et, à sa partie supérieure, à la canalisation de retour 5. Aucun clapet anti-retour n'est branché dans la canalisation de départ 4, entre le capteur solaire 2 et la pompe 6, si bien que lorsque cette dernière ne fonctionne pas, le capteur 2 se vidange par gravité, la quantité de liquide caloporteur qui se trouve dans le capteur solaire et les canalisations retournant immédiatement à l'accumulateurdès l'arrêt de la pompe 6. Pour que la vidange et le remplissage du circuit fermé pré cité puissent se faire dans de bonnes conditions par le remplissage immédiat de ce circuit, sans poche d'air et sans bruit, dès la mise en route de la pompe 6, ce circuit est équipé, en partie haute, d'au moins une valve 12 permettant l'échappement à l'extérieur de l'air contenu dans les canalisations et dans le capteur 2. Cette valve 12 peut etre du type à flotteur et pointeau obturant automatiquement l'orifice de sortie d'air dès que le circuit est rempli de liquide en circulation. Suivant une variante d'exécution le circuit peut Btre équipé en partie haute de deux valves tarées - et fonctionnant en sens inverse à savoir une valve s'ouvrant lors de l'aspiration et active par conséquent quand le circuit se vide et une autre valve fonctionnant à l'échappement, c'est-à-dire quand la circulation du liquide caloporteur s'établit- dans le- circuit . La valve dléchappement peut etre équipée d'un petit tuyau débouchant dans l'accumulateur 3, en circuit libre. L'avantage de ce dispositif est que l'installation fonctionne sans aucune poche d'air et que la vidange se fait sans bruit; en outre il est de très petite dimension et il peut se loger n'importe où. Pour que l'installation fonctionne correctement, il faut équilibrer les pressions dans les canalisations en fonction de la puissance de la pompe d'alimentation et du tarage de la valve d'échappement 12. Pour effectuer ce réglage on peut freiner simplement le passage du liquide caloporteur dans la canalisation de retour 5, après que ce liquide a traversé le capteur 2. L'installation suivant l'invention comporte par ailleurs une première sonde thermique 11 associée au capteur 2 pour détecte la température à l'intérieur de celui-ci et une seconde sonde thermiqu 13 pour détecter la température à l'intérieur de l$-accumulateur 3. Ces deux sondes thermiques sont reliées -à un dispositif 14 de commande électrique et de régulation qui est connecté à un premierrelaisde puissance 15 commandant l'alimentation électrique du moteur entraînant la pompe 6 età un secondrelaisde puissance 16 commandant l'alimentation électrique du dispositif de chauffage d'appoint 9. Le dispositif de commande électrique et de régulation 14 comporte deux amplificateurs différentiels "17 et 18 aux entrées desquels sont respectivement appliqués des signaux électriques représentant la température T 1 à l'intérieur du capteur 2 et la température T à l'intérieur de l'accumulateur 3. Ces deux 3 amplificateurs sont reliés à un circuit de comparaison 19 dont la sortie est connectée à un amplificateur continu 21 alimentant les deux relais de puissance 15 et 16. Des lampes témoins 22 et 23 sont branchées sur les deux sorties de l'amplificateur 21 pour indiquer les conditions de fonctionnement. Le dispositif de commande électrique 14 est également pourvu d'un bouton de réglage 24 qui peut être manoeuvré par l'utilisateur pour lui permettre d'afficher à volonté le seuil minimal de la température T3 dans l'accumulateur (par exemple 5 dans le cas d'une résidence secondaire pour éviter le gel). Le circuit de commande électrique 14 est également pourvu de moyenspermettant de régler la plage de températures encadrant la température minimale affichée par l'utilisateur, plage dans laquelle doit fonctionner le dispositif de chauffage d'appoint 9 (par exemple - 5- par rapport à la température minimale,. Cette plage dans laquelle intervient le dispositif de chauffage d'appoint, est réglée par l'installateur qui ajuste également le seuil de déclenchement de la pompe de mise en circulation 6. Ce dernier réglage est effectué de telle manière que la température T2 du liquide caloporteur provenant du capteur 2, à son arrivée dans l'accumulateur 3, soit légèrement supérieure à la température T3 du liquide contenu dans cet accumulateur.Du fait des pertes thermiques, cette température T2 est un peu inférieure à la température T dans le capteur. L'ensemble de l'installation est réglé de telle façon que dans toutes les conditions de fonctionnement la pompe 6 est mise en marche dès que la température T dépasse la température T 2 3 du liquide caloporteur dans l'accumulateur 3. Cette mise en circulation s'effectue instantanément, sans bruit, et la mise en marche de la pompe 6 est indiquée par l'allumage de la lampe-témoin 23. Cette mise en marche est déterminée par le circuit de comparaison et de régulation 19 qui agit sur l'amplificateur continu 21. Si, par suite dtun défaut d'ensoleillement par exemple, les températures T1 et T2 s'abaissent, le dispositif de commande électrique 14 commande automatiquement l'arrêt de la pompe 6 et le capteur 2 se vide instantanément par gravité, comme il a éte- indiqué précédemment. L'installation suivant ltinvention est conçue pour mettre en route le chauffage solaire à tout moment, quelle que soit la température de l'accumulateur, à condition que la relation T2 T3 soit présente. Cette mise en route automatique du circuit de chauffage .solaire présente un intéret tout particulier lorsque le dispositif de chauffage d'appoint 9 se trouve fonctionner car ceci permet une économie importante d'énergie. En effet, si on suppose què l'utilisateur a réglé à 400 le seuil minimal de la température T 3 dans l'accumulateur et sicette température T3 s'est abaissée au point d'atteindre la limite inférieure de la fourchette de réglage (300 par exemple), le dispositif de chauffage d'appoint 9 est mis en marche automatiquement par le dispositif de commande électrique et de régulation 14, ce qui est indiqué par l'allumage de la lampe témoin 22. La température T dans l'accumulateur 3 s'élève alors -lentement jusqu'à ce que la température T atteigne la limite supérieure de la plage de fonctionnement du chauffage d'appoint (50 O par exemple). Toutefois, au cours de cette lente montée en température, si la température T1 dans le capteur 2 s'élève au point que la relation Tu T2 > T3 soit respectée, le dispositif de commande électrique et de régulation 14 détecte l'existence de cette relation et commande alors automatiquement la mise en marche de la pompe 6 par l'intermédiaire du relais de puissance 15, et la coupure du dispositif du chauffage d'appoint 9 par l'intermédiaire du relais de puissance 16. A partir de ce moment c'est le circuit de chauffage solaire qui se substitue au dispositif de chauffage d'appoint 9 pour assurer la montée en température. On conçoit qu'il en résulte une économie appréciable d'énergie puisque lton évite de faire fonctionner le dispositif de chauffage d'appoint 9, qui consomme une certaine énergie électrique ou du combustible, alors queles calories peuvent etre fournies gratuitement par le circuit de chauffage solaire. R E VE N DI CATI ON S 1 - Procédé de régulation d'une installation de chauffage solaire, dans lequel on échauffe un liquide caloporteur dans un capteur solaire, puis on fait circuler ce liquide caloporteur en circuit fermé entre un accumulateur de chaleur et le capteur solaire, pour transporter dans 1'accumulateur les calories produites par le rayonnement. solaire, on ne met en mouvement le liquide caloporteur qude,lorsqaule la température dans le capteur , dune valeur prédéterminée,/ solaire est supérieure/à la température intérieure de l'accumulateur et, lorsque la température du liquide caloporteur dans l'accumulateur tembe en dessous d'un seuil prédéterminé réglable, on fournit au liquide caloporteur des calories additionnelles au moyen d'un dispositif de chauffage d'appoint associé à l'accumulateur, caractérisé en ce que I'on coupe a;;utomatiquement le dispositif de chauffage d'appoinven service aussitt que la températureT du caloporteur a l'entrée dans i'accumulateur liquide / devient supérieure à la température à l'intérieur de l'accumulateur. 2 - Installation de chauffage solaire comprenant un circuit fermé dans lequel circule ùn liquide caloporteur et qui est constitué par au moins un capteur solaire et un accumulateur de stockage reliés entre eux par des canalisations de départ et de retour, une pompe pour faire circuler le liquide caloporteur dans ce circuit fermé, des moyens pour détecter les températures respectives dans le capteur solaire et l'accumulateur, un dispositif de chauffage d'appoint de l'accumulateur, et un dispositif de commande électrique et de régulation relié aux moyens de détection des températures dans le capteur solaire et l'accumulateur et commandant la mise en marche de la pompe et du dispositif de chauffage d'appoint, caractérisée en ce que le dispositif de commande électrique et de régulation 14 comporte des moyens pour couper automatiquement le dispesitif de chauffage d'appoint 9 aussitt que la température T du l'entrée dans l'accumulateur 2 liquide caloporteur à / dépasse la température T 3 à l'intérieur 3 de l'accumulateur. 3 - Installation suivant la revendication 2 caractérisée en ce que le capteur solaire 2 qui est situé à un niveau supérieur à celui de l'accumulateur 3, est relié à ce dernier par une canalisation 4 de départ du liquide caloporteur, sur laquelle est branchée la pompe 6 de mise en circulation du liquide, et ce sans interposition d'un clapet anti-retour.