Brevet FR2407437A1 — publié le 19790525

La présente invention concerne les installations de chauffage des locaux, notamment mais non exclusivement résidentiels,du type dans lequel un ensemble de points d'utilisation de destination différente et soumis à des contraintes thermiques différentes, doivent être équipés d'unités de chauffage possèdant une alimentation commune, mais régulée en fonction de ces destinations et de ces contraintes,de manière à respecter à chaque instant les condi-. tions optimales de rendement et de consommation en énergie. La recherche, au cours des dernières années, de sources d'énergie nouvelles et de moyens d'exploiter l'énergie de manière plus rationnelle et avec un meilleur rendement, a conduit en particulier à la mise au point d'installations de chauffage de locaux alimentées par des pompes à chaleur telles que décrites par exemple dans le brevet français 74 38 017. Ces installations fonctionnent avec un fluide porteur constitué par de 11 air ou de l'eau et présentent l'avantage d'un fonctionnement économique et d'une grande souplesse. Toutefois, par leur principe même, les pompes à chaleur ont un rendement assez limité, qui devient insuffisant quand la température extérieure descend au-dessous d'une certaine valeur,ce qui a rendu nécessaire le montage, parallèlement à cette installations, d'éléments d'appoint, généralement des résistances électriques de chauffage, intervenant pour compenser les déperditions de chaleur à ces basses températures. Toutefois, toutes ces installations connues présentent des inconvénients - ainsi, quand le fluide porteur est de l'air, il est évidemment possible de disposer dans chaque pièce à chauffer une résistance d'appoint commandée par un thermostat , mais outre l'inconvénient de nécessiter un réseau complexe de gaines de distribution , ce système entraîne une consommation élevée en énergie, eu égard au rendement recueilli. Au surplus , la circulation de l'air se fait par des organes générateurs de vibrations et de bruit(voir en particulier brevet françaus 75 03 133). - à l'inverse quand le fluide porteur est de l'eau , les seules solutions actuellement proposées(voir par exemple brevet français 74 38 017) consistent à réguler par un thermostat unique la totalité du volume d'eau chaude d'appoint, généralement accumulée dans des réservoirs, ce qui représente une installation coûteuse, dont le fonctionnement n'est pas économique puisqu'il ne peut pas tenir compte des conditions particulières à chaque point d'utilisation. - enfin, aucune installation ne permet de réunir une double régulation , à savoir d'une part la régulation indépendante de la température individuelle de chaque local séparé et d'autre part par le règlage de chacune de ces températures individuel les en fnnction du moment de la journée et des conditions d'exploitation du local. L'invention permet de bénéficier des avantages des deux types d'installation sans en souffrir des inconvénients. Elle vise en premier lieu des unités autonomes, destinées à être montées et à fonctionner chacune dans un local déterminé, pour en maintenir la.température a une valeur choisie,quelque soit cette température et quelque soit latempérature exterieure,et quelles que soient aussi les températures des autres locaux alimentés par les mêmes sources de fluide chaud. A cet effet, cette unité se caractéiise en ce que, dans un carter vertical, fermé latéralement et présentant à sa partie inférieure et à sa partie supérieure des orifices d'entrée et de sortie de manière à constituer un trajet naturel ascendant peur l'air du local, sont logés l'intégralité des organes de chauffage et de régulation, à savoir une batterie de tubulures destinées à être parcourue en permanence par le fluide chaud, une turbine d'accélération du courant ascendant et une résistance électrique de chauffage appoint, cette turbine et cette résistance pouvant être mise successivement en circuit sous la commande d'un thermostat électronique à deux étages de régulation, intervenant pour deux tempétatures du local, inférieures à ladite température choisie, mais relativement voisines entre elles, une horloge permettant de ne faire intervenir ledit thermostat qu'avec un retard prédéterminé, le carter portant au surplus les éléments de raccordement à la source de fluide chaud et à la source de courant électrique de l'en- semble des organes précités. En d'autres termes, si la source de fluide chaud est une pompe à chaleur, le fluide étant alors de l'eau de 30 à 600C, cette eau circulant dans une installation comportant un réseau de tuyauterie classique, il est possible à un installateur non spécialisé et sans outillage particulier, de brancher une telle unité dans un local, ce dernier se trouvant dès lors immédiatement équipé, le seul règlage à faire étant le choix de la température de déclenchement initial du thermostat. L'unité est alors capable de compenser toutes les déperditions de chaleur du local,quelle que soit sa destination et les conditions extérieures. En particulier, quand une installation comporte plusieurs unités réparties dans plusieurs locaux à destinations différentes et soumis à des contraintes thermiques différentes, des thermostats assurant la régulation des températures dans chaque local étant réglés en fonction desdites.destinations et desdites contraintes, une horloge centralisatrice unique commande l'ensemble des thermostats, mais certains de ces thermostats pourront être soustraits à cette commande pour répondre à des circonstances particulières, par exemple la non occupation pendant la nuit ou certaines heures de la journée ou l'occupation par un malade requE- rant en permanence une température plus élevée etc... A titre d'exemple non limitatif, on va décrire un mode de réalisation de l'invention, en se référant au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une coupe verticale longitudinale schématique d'une unité selon l'invention - la. figure 2 est unecoupe verticale transversale suivant Il-I I de la figure 1. - les figures 3 et 4 représentent ensemble une installation compor- tant 3 unités semblables à celles des figures 1 et 2,et alimentées par une pompe à chaleur. - la figure 5 illustre schématiquement les connexions électriques de l'unité des figures. 1 et 2. Si l'on se réfère en premier lieu aux figures 1, 2 et 5, on y a représenté schématiquement l'essentiel des éléments constituant une unité selonl'invention, ces éléments étant groupés d l'intérieur d'un carter 1, destiné à être accroché à une cloison verticale 2, à une certaine distance du sol 3. A sa partie infE- rieure, le carter 1 présente un orifice d'entrée d'air 4, obturé par une grille de filtrage 5. De même, il présente à sa partie supérieure un orifice de sortie 6,obturé par une grille de soufflage 7. Dans ce carter, l'air du local chemine de bas en haut, l'air froid pénétrant par 5(flèche F1) et l'air réchauffé ressortant par 7 (flèche F2) soit par convection naturelle, soit comme il sera exposé plus loin par refoulement sous l'action d'un ventilateur. Les éléments assurant ce ré chauffage consistent en premier lieu en une batterie de tubulures 8, alimentée en eau chaude par un branchement 9-9' comme il sera décrit plus loin à propos des figures 3 et 4. L'air arrivant par Fi, se réchauffant au passage sur ces e tubulures chaudes, ressort par convection naturelle par F2. L'accélératicn de cette convection peut être assurée par un couple de turbines tangentielles 10-10' entraînées par un moteur*11. Ces éléments consistent en second lieu en une résistance électrique de chauffage d'appoint 12, la mise en circuit de cette résistance 12 et de ce moteur 11 étant commandée par un circuit électronique désigné schématiquement par 13 et contrôlé par une sonde thermistan ce 14,montée dans le carter 1 au voisinage de la grille 5 de manière à être sous l'influence de la température de l'air ambiant du local. Selon l'invention, le circuit 13 est conçu de manière à commander la mise en circuit successive du moteur Il puis de la résistance 12 paur deux températures du local, inférieures toutes deux à une valeur choisie pouvant être réglée par un potentiomètre 24 et relativement proches l'une de l'autre,par exemple de Z ou 3 degrés. Une telle différence, qui pourrait apparaître relativement faible, correspond cependant sur le plan physiologique à une diffé rence de confort très sensible, qui justifie cette mise en route successive des deux éléments précités. Au surplus, le circuit 13 est subordonné à une horloge 15, ayant pour effet de ne faire intervenir cette commande qu'avec un retard prédéterminé après que la thermistance 14 ait transmis la valeur choisie précitée de la température du local au circuit 13. En d'autres termes, cette horloge est un organe de décalage de quelques degrés dru point de consigne, comme il sera exposé plus loin àpropos du fonctionnement de l'ensemble de l'installation. Cette horloge est généralement placée à l1intérieur de la pompe de chaleur et l'ensemble des thermistances 14 de toutes les unités d'une installation est normalement relié à cette horloge centrali satrice. Toutefois, comme on le verra, dans certaines circonstances particulières, certaines unités pourront être soustraites à cette horloge. Enfin, un thermostat de sécurité 16 > relié au circuit 13, est également prévu sur chaque unité, c'est une sonde qui est destinée à commander la mise hors circuit de l'appareil si, pour une raison quelconque, le flux d'air F1 et F2 est interrompu et la temgérature inférieure de l'appareil dépasse une certaine valeur. L'ensemble des éléments électriques intervenant dans une uniates telle que décrite ci-dessus est raccordé à un bornier 17, permettant le branchement de l'unité sur le secteur et sa connexion avec l'horloge 15, comme il apparaît en particulier à la figure 5. On a également représenté sur cette figure 5 le potentiomètre 24 et les interrupteurs 18 de commande arrêt-marche et 19 de ralenti manuel, c'est à dire de connexion à l'horloge 15. Si l'on se réfère maintenant aux figures 3 et 4, on y a représenté , à gauche, sur la figure 3, les éléments usuels d'une pompe à chaleur, et, à droite, sur la figure 4, des locaux identifiés par A,B et C, équipés chacun d'une unité telle qu'il vient d'être décrit, 107a, 107b et 107c et raccordés à ladite pompe. Les figures 3 et 4 sont donc à considérer comme un tout, raccordées par la ligne commune X-Y. Sur la figure 3, on retrouv.e des éléments usuels connus d'une installation de production d'eau chaude dans une pompe à chaleur, comportant essentiellement une batterie d'échange 101, un compresseur 102 et un échangeur de chaleur 103, d'où l'eau chaude est envoyée par une pompe 104 vers les locaux A,B et C de la figure 4, par une canalisation de départ 105 et revient au circuit par une canalisation de retour 106. Dans chacun des locaux A,B et C, l'eau chaude est dérivée de la conduite 105 par un piquage allant vers l'admission 109 de chaque unité 107a, 107b, et 107c,respectivement, et retournée à la conduite 106 par la conduite 109' de chaque unité, respectivement. Selon l'invention, chaque unité, que l'on peut désigner par "ventilo-convecteur" est équipée d'une résistance électrique de chauffage d'appoint 108a, 108b et 108c, laquelle intervient sous la commande d'un thermostat à double étage 113a, 113b et 113 c, quand la température dans le local considéré, ou dans plusieurs, descend au-dessous d'une valeur. fixée à l'avance, en raison des conditions climatiques extérieures telles que par exemple le manque d'ensoleillement de ce local. La même thermostat déclanche, avec un décalage de quelques degrés , la mise en marche des moteurs correspondant aux ventilateurs 110a, 110b et 110c, dans des conditions spécifiées maintenant. Le fonctionnement de l'installation peut être schématisé comme suit La pompe à chaleur 101-104,comme il est habituel, assure normalement par le circuit d'eau chaude 105--106 l'alimentation en énergie thermique des trois locaux A,B et C quels que soient les besoins individuels dans ces trois locaux , et qui peuvent être différents de l'un à l'autre, par exemple par leur dimension et destination , tant que les conditions climatiques demeurent au-dessus d'une certaine valeur prédéterminée.Toutefois, quand la température extérieure tombe au-dessous de cette valeur, la pompe à chaleur n'est plus en mesure de faireface à la totalité de ces besoins. La sonde pilote 14 de chaque unité transmet alors cette information à l'ensemble des circuits électroniques 13. Selon les besoins respectifs des locaux A,B et C, tels qu'ils ont été traduits par le rkglage du potentiomètre 24 correspondant, l'une ou plusieurs des turbines 10-10' est mise en route, -ce qui a pour effet d'activer la circulation de l'air sur les tubulures 8 de la ou des unités correspondantes, ce qui, pour une faible déperdition de chaleur du local, c'est d dire pour une faible baisse dela température extérieure, est suffisant sansqu'intervienne encore la résistance d'appoint 12. Toutefois, si la température descend encore de 2 ou 3 degrés,la mise en jeu de cette résistance devient nécessaire pour le maintien du confort du local, et c'est en ce point que le second étage du circuit électronique intervint pour déclencher cette résistance dans la ou les unités situées dans les locaux où cela est devenu nécessaire. Ainsi par exemple,si l'on a réglé le potentiomètre 24 du local A pour une température de 18 , celui du local B pour une température de 200, et celui du local C pour une température de 22", la mise en service des turbines puis des résistances électriques dans chacun de ces locaux se fera bien entendu dans l'ordre C, puis B, puis plus tard A, et inversement quand cela deviendra inutile, le local A sera le premier à être mis hors service, puis B, puis C. L'horloge 15, qui a été mentionnée précédemment, a pour rôle dans un but économique évident, de décaler avec le temps, d'un degré prédéterminé, par exemple 4 ou 50C , le processus qui vient d'être décrit, de la manière suivante a) en fonction de l'heure, l'ensemble des locaux peut être inoccupé, par exemple pendant la nuit pour des locaux professionnels.L'hor loge, à l'heure d'évacuation de ces locaux, envoie un signal dans l'ensemble des potentiomètres 24, ce qui abaisse de x degrés les températures de déclenchement du circuit électronique de l'ensemble des locaux, et a pour conséquence que toute l'installation fonctionne à x degrés plus bas que pendant l'occupation des locaux. b) inversement à l'heure de réoccupation des locaux, horloge envoie un nouveau signal qui élève de x' degrésl'ensemble des températures de consignes précitées. L'horloge joue.ainsi le rôle de déclenchement du ralenti et du service normal de l'ensemble des locaux. L'importance de ce décalage peut être réglée à volonté, ou l'horloge peut être mise complètement hors circuit, si l'on veut précisément maintenir la température d'un local sans qu'il y ait la moindre période pendant laquelle cette température est autorisée à descendre légèrement avant la mise en route du circuit. On peut ainsi apprécier la souplesse et l'économie que permet la combinaison d'éléments selon l'invention, aussi'bien en ce qui concerne la constitution de chaque unité que leur réunion dans une installation d'ensemble, par comparaison avec les installations classiques , dans lesquelles la source d'éner.gie d'appoint aurait été maintenue en service sur les trois locaux A, B et C, jusqu'd l'établissement d'une température uniforme dans les trois locaux, alors que seule une régulation est nécessaire par exemple pour le local C et est inutile pour les locaux B et surtout A. Bien entendu, la description qui précède ne doit être considérée que comme un exemple de téalisation sans aucun caractère limitatif. Ainsi, bien que l'on se soit référé ici à une pompe à chaleur comme source de fluide chaud, on pourrait de la meme manière utiliser toute autre source susceptible de fournir de l'eau chaude à une température d'environ 30 à 600C, par exemple, outre les pompes à chaleur , les batteries de panneaux solaires, les nappes phréatiques, les rejets d'usines, notamment de centrales nucléaires et analogues. REVENDICATIONS 1. Unité autonome pour le maintien d'un local à une température choisie, quelle que soit la température extérieure, à partir d'une source extérieure de fluide chaud, et d'une source de cuurant électrique, caractérisée en ce que dans un carter vertical, fermé latéralement et présentant à sa partie inférieu re et à sa partie supérieure des orifices d'entrée et de sortie de manière à constituer une trajet naturel ascendant pour l'air du local, sont logés l'intégralité des organes de chauffage et de régulation, à savoir une batterie de tubulures destinée à être parcourue en permanence par le fluide chaud, une turbine d'accélération du courant d'air ascendant et une résistance électrique de chauffage d'appoint, cette turbine et cette résistance pouvant être mises successivement en circuit snus la commande d'un thermostat électronique à deux étages de régulation, intervenant pour deux température du local,inférieures à ladite température choisie, mais relative ment voisines entre elles, une horloge permettant de ne faire intervenir ledit thermostat qu'avec un retard prédéterminé, pour l'envoi à des instants donnés, de signaux dans l'ensemble de l'installation, déclenchant l'abaissement ou le relèvement de l'ensemble des points de consigne de tous les locaux. 2. Installation pour le maintien d'au moins un local à une tempéra ture choisie, caractérisée en ce quelle comporte, dans ce local, une unité conforme à la revendication 1, et en ce que la source de fluide chaud associée à cette unité fournit de l'eau chaude à 30 à 60"C et est choisie entre une pompe à chaleur , une batterie de panneaux solaires, une nappe phréati que, des rejets d'usine notamment de centrales nucléaires et analogues. 3. Installation selon la revendication 2,caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs unités réparties dans plusieurs locaux à destinations différentes et soumis à des contraintes thermi ques différentes, des thermostats assurant la régulation des températures dans chaque local étant réglés en fonction desdites destinations et desdites contraintes, une horloge centralisatri ce unique commande l'ensemble des thermostats mais certains de ces thermostats pouvant être soustraits à cette commande pour répondre à des circonstances particulières.