Brevet FR2394024A1 — publié le 19790105

L'invention a pour objet une installation qui exploite la chaleur solaire pour le chauffage des immeubles d'habitation, en particulier, et, plus généralement, pour tout bâtiment nécessitant d'être chauffé. On a déjà proposé dans la littérature technique d'exploiter la chaleur solaire à l'aide de capteurs à air qui fournissent un certain volume d'air chauffé par le soleil. Toutefois, les réalisations déjà faites à titre expérimental n'ont pas donné de résultats suffisamment satisfaisants pour qu'elles puissent être généralisées. Parmi les difficultés rencontrées, il en est deux qui ont été mal surmontées jusqu'à présent. D'une part, la chaleur fournie par le rayonnement solaire est obtenue à une température fréquemment peu élevée, parfois 30 à 400C seulement, et pendant des périodes incontrôlées et incertaines; d'autre part, les capteurs solaires à air ne fournissent qu'un débit d'air assez sant. faible à une température exploitable et avec un rendement satisfai/ Le but principal de l'invention est de parvenir à une installation de chaleur qui élimine les difficultés mentionnées ci-dessus tout en rendant possible une exploitation de la chaleur solaire aussi complète que possible à l'aide de capteurs solaires à air. On obtient ce but, selon l'invention, en combinant plusieurs moyens qui sont tels que leurs effets combinés permettent de disposer d'une installation de chauffage économique et procurant aux habitants le confort actuellement exigé. Un premier moyen consiste à prévoir sur les façades exposées au soleil du bâtiment à chauffer des loges utilisables par les habitants des logements et obtenues par une construction à double paroi des murs de façade. Un autre moyen consiste à prévoir une ventilation mécanique contrôlée des cuisines, salles d'eau, salles de bain, w-c par extraction de l'air de ces pièces au moyen d'un ventilateur. Un troisième moyen consiste à prévoir dans le bâtiment des gaines de chauffage à air chaud des logements avec une possibilité de passage de cet air entre ceux-ci et les loges. Dans une installation conforme à l'invention des -;-- s réunies à un ventilateur servent à extraire de chaque logement simultanément l'air chaud des loges et des cuisines, salles d'eau, salles de bain, w-c, et à faire passer cet air chaud dans l'évaporateur d'une pompe de chaleur dont le condenseur est raccordé par des canalisations à un réservoir de stockage d'eau chaude du type à couches stratifiées d'eau chaude, en même temps que de l'air neuf et chaud est fourni à chaque logement, cet air étant chauffé par son passage à travers une batterie de réchauffa- ge raccordée au réservoir de stockage-d'eau chaude. De préférence, des moyens de pulvérisation d'eau sont installés dans les loges et de l'eau est pulvérisée finement dans celles-ci pendant les périodes de forte insolation. Si on le souhaite, on peut ajouter dans les logements des radiateurs à eau chaude qui sont raccordés au réservoir de stockage d'eau chaude. Pour mieux faire comprendre l-'invention et en faire apprécier les avantages, on donnera maintenant une description d'un exemple d'une installation de chauffage conforme à l'invention. On se reportera à la figure unique annexée qui est une représentation schématique et partielle, en coupe, de plusieurs logements superposés d'un immeuble avec un réservoir de stockage d'eau chaude et une installation complète selon l'invention. Sur le dessin on a représenté une installation complète, c'est-à-dire comprenant tous les moyens envisagés par l'invention. Toutefois, il doit être entendu que tous ces moyens ne sont pas obligatoirement utilisés tous ensemble. On obtient substantiellement les résultats que procure l'invention en se limitant à la combinaison de base de l'invention que l'on décrira maintenant en premier lieu. L'invention est utilisable dans tout bâtiment ayant une façade suffisamment ensoleillée, de préférence un bâtiment du type conçu par Monsieur Loic Hamayon, architecte. Plusieurs logements superposés A, B, C, séparés par des planchers a, b, c, d, ont, du coté ensoleillé, une façade ayant une première paroi 1 et une seconde paroi 2. Celle-ci est transparente1 de préférence en totalité, au rayonnement solaire. Le volume 3 limité par les deux parois 1, 2 et par les planchers constitue une loge qui est laissée à la disposition des habitants de chaque logement. De préférence la paroi 2 est dépourvue d'ouverture sur l'extérieiir cependant que des orifices de communication 4 sont prévus dans les parois, 1, à leur partie basse, pour laisser l'air de chaque logement pénétrer dans la loge 3 correspondante comme indiqué par une flèche f. Chaque logement A, B, C, comprend en plus des pièces principales des pièces 5 limitées par des cloisons 6 telles qu'une cuisine, une salle d'eau, une salle de bain, un w-c. L'air intérieur chargé de gaz et d'odeurs est aspiré dans les pièces 5, de façon connue en soi, par une gaine 7 ayant des bouches d'aspiration 8. Les logements A, B, C, sont chauffés, au moins dans les pièces principales, par des bouches d'air chaud 9 qui sont alimentées par des gaines 10. Le bâtiment comprend aussi un réservoir 11 de stockage d'eau chaude en trois couches stratifiées naturellement, une couche inférieure I à une température de 100C environ, une couche intermédiaire II à une température de 300C environ, une couche supérieure III à une température de 600C environ. A ce réservoir 11 est associée une pompe de chaleur 12 qui peut produire de l'eau à 600C environ et à loOC environ à partir de l'eau à 300C environ.On n'expliquera pas davantage la constitution du réservoir 11 ni son fonctionnement avec la pompe de chaleur 12 puisqu'on peut en trouver une description détaillée dans le brevet français nO 76 27273 . - - Une canalisation 13 partant de la partie supérieure du réservoir 11 conduit de l'eau de la couche III la plus chaude à une batterie 14 de réchauffage d'air. Un ventilateur 15 associé à cette batterie 14 prend de l'air extérieur et l'envoie dans les gaines 10 qui alimentent les logements en air chaud. Selon l'invention, on réalise la combinaison suivante. Des gaines 16 s'étendent à travers les loges 3 avec des bouches d'aspiration 17 dans la zone supérieure de ces dernières. Ces gaines 16 d'aspiration d'air dans les loges 3 sont réunies aux gaines 7 d'aspiration de l'air vicié dans les pièces 7 et aboutissent à une gaine commune 18 équipée d'un aspirateur 19 qui envoie l'air aspiré à travers l'évaporateur d'une pompe de chaleur 20 avant de rejeter cet air à l'extérieur. Le condenseur de cette pompe de chaleur 20 est parcouru par de l'eau à basse température qui provient en partie de la couche inférieure I à 10 C du réservoir 11, grâce à une canalisation 21,et en partie de la sortie de la batterie 14 de réchauffage de l'air envoyé dans les logements par les gaines de chauffage 10.A sa sortie du condenseur de la pompe de chaleur 20, l'eau est à une température moyenne et elle est envoyée par une canalisation 22 à la couche II à 300C environ du réservoir de stockage 11. Une conduite de dérivation 23 permet, accessoirement, de mélanger l'eau de la canalisation 22 avec celle de la canalisation 13. Les gaines de chauffage 10 permettent de créer dans les logements une surpression qui alimente les loges 3 en y élevant la température et en supprimant les déperditions à travers la paroi 1. On peut donc souffler par les bouches 9 de l'air à une température peu élevée par rapport à la température désirée dans les logements. Ainsi les gaines réunies 7 et 16 permettent de récupérer la chaleur de l'air extrait des logements tout en réduisant les déperditions à travers les parois 1, ce qui est une source d'économie et de confort. En outre, les loges 3, ensoleillées à travers les parois vitrées 2 sont échauffées par le soleil, ce qui accroit la quantité des calories récupérées. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque loge 3 est traversée par un réseau 24 de pulvérisation d'eau ayant des buses de pulvérisation 25 et alimenté par une 2 pompe 26 en eau à une pression de 3 à 4 kg/cm2, par exemple. L'utilité de ce réseau 24 est la suivante. Si l'on suppose, en l'absence, de soleil, une température de 180C dans les logements et del40C dans les loges 3, avec une humidité relative de 40%, on dispose d'une enthalpie de 5,8 Kcal/kg environ. Avec ltensoleil- lement, la température pourrait s'élever à 260C avec une nouvelle enthalpie de 8,7 Kcal/kg, soit un gain de 2,9 Kcal/kg mais avec un changement important de la température qui passerait de 14 à 260C. Si, dans ces conditions, on pulvérise de l'eau dans lesloges 3, cette eau s'évapore rapidement.L'humidité s'élève à 60% et si la température monte jusqu'à 26 C, l'enthalpie peut alors atteindre 14 Kcal/kg, ce qui procure un gain de 8,2 Kcal/kg, sans perturbation de la température, si on le désire. On obtient donc une meilleure exploitation de la chaleur solaire. La pulvérisation est faite, comme on l'a expliqué, pour conserver une température plutôt basse et constante dans les loges 3. A cet effet, l'ouverture des buses 25 peut dépendre d'une vanne magnétique commandée par- un thermostat placé dans la gaine d'extraction de l'air de chacune des loges 3. L'invention permet d'adjoindre à l'installation que l'on vient de décrire un circuit (représenté en trait mixte) de chauffage par radiateurs à eau chaude 27, branchés entre une tuyauterie d'arrivée 28 venant de la partie supérieure du réservoir 11 et une tuyauterie de retour 29 aboutissant à la canalisation 22 qui alimente la couche intermédiaire II de ce même réservoir 11. La combinaison de base prévue par l'invention permet bien d'atteindre le but visé. Le débit d'air traité pour en récupérer les calories devient suffisant parce qu'il comprend, outre celui des loges 3 qui jouent le rôle de capteurs solaires, l'air vicié extrait des pièces 5. La température peu élevée obtenue au moyen des loges 3 n'est plus un inconvénient grâce au réservoir de stockage 11, et à sa pompe de chaleur 12,qui fournit finalement de l'eau à 600C environ. De même le réservoir 11 compense la production de chaleur variable et incertaine due à l'ensoleillement incontrôlable des loges 3.De plus, la fourniture d'eau à 600C environ par le réservoir de stockage 11 permet d'alimenter les gaines de chauffage 10 avec un débit d'air élevé à une température voisine de la température désirée, ce qui assure une ventilation convenable des logements. A l'installation telle que décrite ci-dessus, on peut, selon l'invention, apporter une variante avantageuse. I1 est opportun de monter sur le passage de la gaine commune 18 un échangeur de chaleur 30 traversé par l'air aspiré d'une part et alimenté en eau d'autre part grâce à une canalisation 31 amenant de l'eau à température basse de la couche I du réservoir 11 et à une canalisation 32 conduisant l'eau échauffée à la couche II à température intermédiaire. Ce moyen de récupérer les calories de l'air extrait des loges 3 et de l'air vicié est mis en service pendant les périodes d'ensoleillement élevé, de préférence quand l'air aspiré atteint une température supérieure à 2O0C et 60 % environ d'humidité. Ainsi le travail demandé à la pompe de chaleur 20 est diminué de sorte que cette pompe est dimensionnée seulement pour les températures moyennes de l'air, notamment pour les périodes à ensoleillement faible ou nul pendant lesquelles elle est utilisée seule. Cette variante réduit le coût de l'installation. REVENDICATIONS 10/ Installation de chauffage d'un bâtiment ayant sur les façades ensoleillées des loges limitées par une double paroi de ce bâtiment, des gaines de chauffage à air chaud, des gaines d'extraction de l'air vicié qui sont réunies à des gaines d'extraction de l'air dans les loges, celles-ci recevant de l'air chaud qui a été fourni par les gaines de chauffage à air chaud, caractérisée en ce que les gaines communes d'extraction d'air vicié et d'extraction de l'air des loges sont raccordées à l'évaporateur d'une pompe de chaleur dont le condenseur est raccordé par une tuyauterie à un réservoir de stockage d'eau chaude du type à couches stratifiées d'eau chaude, le condenseur de cette pompe de chaleur étant relié d'une part à une couche d'eau à température basse et d'autre part à une couche d'eau à température moyenne de ce réservoir de stockage. 20/ Installation de chauffage d'un bâtiment ayant sur les façades ensoleillées des loges limitées par une double paroi de ce bâtiment, des gaines de chauffage à air chaud, des gaines d'extraction de l'air vicié qui sont réunies à des gaines d'extraction de l'air dans les loges, celles-ci recevant de l'air chaud qui a été fourni par les gaines de chauffage à air chaud, caractérisé en ce que les gaines communes d'extraction d'air vicié et d'extraction de l'air des loges sont raccordées à un échangeur de chaleur air - eau dans lequel circule, en fonctionnement, de l'eau venant de la couche à température basse et retournant à la couche à température intermédiaire d'un réservoir de stockage d'eau chaude du type à couches stratifiées d'eau chaude. 30/ Installation de chauffage selon les revendications et 2 réunies caractérisée en ce que les gaines communes d'extrac- tion d'air sont raccordées successivement à un échangeur de chaleur air - eau puis à l'évaporateur de la pompe de chaleur, l'échangeur étant mis en service pendant les périodes d'ensoleillement élevé. 40/ Installation selon l'une~quelconque des revendications 1 et 3 caractérisée en ce que les gaines de chauffage à air chaud sont alimentées en air extérieur réchauffé par son passage à travers une batterie de réchauffage reliée d'une part à une couche à température élevée et d'autre part à une couche à température basse du réservoir de stockage. 50/ Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que les loges sont équipées d'un réseau de pulvérisation d'eau sous pression. 60/ Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que le réseau de pulvérisation a des buses alimentées à travers des vannes asservies à des détecteurs de la température de l'air aspiré dans les loges, la pulvérisation se produisant quand l'ensoleillement tend à élever la température de cet air. 70/ Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce que l'eau est pulvérisée dans les loges de façon à tenir sensiblement constante la température de l'air aspiré dans ces dernières. 80/ Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que les logements sont équipés en outre de radiateurs à eau chaude qui sont raccordés au réservoir de stockage entre une couche à température élevée et une couche à température basse de ce dernier.