Brevet FR2408866A1 — publié le 19790608

L'invention a pour objet un procédé de régulation d'une installation de chauffage ou de réfrigération ainsi qu'une installation pour la mise enoeuvre dudit procédé. On connaît des installations de chauffage solaire dans lesquelles un fluide circule entre des capteurs solaires, un moyen de stockage et de régulation et une enceinte à chauffer, telle qu'un logement Cette circulation exige, en général, un moyen forcé de circulation du fluide, au moins entre le moyen de stockage et l'enceinte à chauffer et ctest sur ce circuit qu'on agit par régulation pour déstocker plus ou moins de chaleur. Le circuit de stockage de chaleur est, quant à lui, mis en fonctionnement soit par thermosiphon, soit par pompe ou ventilateur-actionné par une commande par tout ou rien en fonction du niveau d'ensoleillement détecté par un détecteur approprié, tel qu'une cellule de mesure de radiation solaire. Mais l'absorption de rayonnement solaire par un capteur solaire provoque un accroissement de la température de celui-ci, ce qui provoque des déperditions thermiques du capteur et un abaissement du rendement de captage. Cet accroissement de tempé- rature est d autant plus table que le débit de fluide traversant le capteur est fort Dans le procédé classique de mise en circulation par tout ou rien du fluide caloriporteur entre les capteurs et les moyens de stockage,- le choix du débit constant du ventilateur ou de la pompe est fait selon un compromis médiocre entre les conditions optimales pour fort ensoleillement et les conditions de faible ensoleillement.~De telles conditions de fonctionnement affectent défavorablement le rendement de captage lorsque l'enso leilLement s'écarte des intensités d'éclairement- -moyennes c'est à-dire par fort ensoleillement, comme par faible ensoleillement, l'un ou l'autre étant aussi fréquents, sinon plus que l'ensoleillement moyen pris en compte. Le but de 1 t invention est d'améliorer le rendement global de l'installation, les moyens de l'-invention pouvant en outre être appliqués aussi bien au chauffage au moyen de capteurs solaires qu'a la réfrigération au moyen de radiateurs nocturnes, les mêmes appareils pouvant, éventuellement, selon la saison, servir de capteurs solaires ou de radiateurs nocturnes. Ce but est atteint selon l'invention, dans un procédé de régulation d'une installation de chauffage ou réfrigération d'une enceinte comportant un générateur de chaleur ou de froid comprenant un groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes, des moyens de stockage de chaleur ou de froid, un circuit fermé de captage de chaleur ou de froid par circulation forcée, au moyen d'une pompe ou d'un ventilateur, d'un fluide caloriporteur entre le groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes et les moyens de stockage de chaleur ou de froid, et comportant un circuit d'utilisation de chaleur ou de froid par circulation forcée d'un fluide caloriporteur entre les moyens de stockage de chaleur ou de froid et l'enceinte, par le fait qu'on régule le débit du fluide caloriporteur dans le circuit de captage de chaleur ou de froid en fonction de l'écart entre la température mesurée du fluide à la sortie du groupe de capteurs ou radiateurs et une température de consigne, de telle sorte que cet écart soit voisin de zéro. De cette façon, on empêche l'élévation de la température du capteur quand l'ensoleillement est fort, ce qui évite donc d'importantes déperditions de chaleur vers l'extérieur, et donc une chute de rendement du captage. De même, on empêche ainsi l'abaissement excessif de la température du fluide caloriporteur pendant les périodes de faible ensoleillement, évitant ainsi que la température du fluide caloriporteur ne devienne trop basse pour être utilisable. Dans le cas d'une installation fonctionnant en réfrigération,- on évite, par les moyens de l'invention les phénomènes inverses, à savoir un abaissement excessif de la température du radiateur nocturne en cas de fort rayonnement nocturne et un abaissement insuffisant de la température du fluide caloriporteur en cas de faible rayonnement nocturne. I1 est avantageux de faire varier la température de consigne avec un décalage constant par rapport à la température extérieure et que ce décalage constant soit de l'ordre de 220C, dans le cas de captage de chaleur solaire. Selon une variante, on règle manuellement la valeur de consigne, par exemple en fonction d'une instruction établie mois par mois, ou selon toute autre instruction en fonction, par exemple, des prévisions météorologiques. Il est alors avantageux de régler cette température affichée entre + 18 et + 350C dans le cas de captage de chaleur solaire. Pour le captage et l'utilisation Xde chaleur ou de froid, dans lequel l'enceinte est un local ou un ensemble de locaux et dans lequel le circuit d'utilisation de chaleur est un circuit ouvert à débit constant prenant de l'air frais de chauffage à l'extérieur, il est avantageux de régler le débit dudit circuit à une valeur correspondant au débit de renouvellement d'air hygiénique du local ou des locaux. De cette façon l'installation exploitée selon le procédé de l'invention assure un assainissement calculé de l'air des locaux, ce qui n'empêche pas, comme il est connu en soi de faire l'appoint de chaleur éventuel par une installation de chauffage classique. L'invention a les conséquences pratiques suivantes sur une installation de chauffage. L'utilisation de chaleur ou de froid peut se faire en employant le même fluide que celui servant au captage, mais elle a un régime de debit généralement constant, notamment pour renouveler l'air hygiénique-, et en tout cas indépendant des variations de débit dans le système de captage. Par conséquent, un stockage sera nécessaire dans tous les cas pour faire effet de tampon entre le circuit à débit variable et le circuit d'utilisation. Pour la même raison, le fluide alimentant les capteurs ou les radiateurs nocturnes, doit être prélevé dans ce stockage et non pas dans le circuit d'utilisation. Par conséquent, on établit le circuit à débit variable en circuit fermé sur le captage et le stockage. Les capteurs devant être alimentés en fluide caloriporteur à la température la plus basse possible pour maximiser leur rendement, il est du plus haut intérêt d'avoir une stratification des températures à l'intérieur du stockage, les capteurs débitant dans la partie chaude et étant alimentés en fluide pré le vé dans la partie la plus froide. L'utilisation est alimentée en fluide prélevé dans la partie la plus chaude du stockage, le retour due l'utilisation, qui doit être à la température la plus basse techniquement réalisable, alimentant la partie la plus froide du stockage. Les deux circuits de captage et d'utilisation traversent donc le stockage en sens contraire. Ce mode d'utilisation sera également valable pour une installation fonctionnant en réfrigération. Le but de l'invention est également atteint dans une installation comportant un groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes, des moyens de stockage de chaleur ou de froid, un circuit fermé de captage de chaleur ou de froid par circulation forcée, au moyen d'une pompe ou d'un ventilateur, d'un fluide caloriporteur entre le groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes et les moyens de stockage de chaleur ou de froid et un circuit d'utilisation de chaleur ou de froid par circulation forcée d'un fluide caloriporteur entre les moyens de stockage de chaleur ou de froid et une enceinte utilisatrice, par le fait qu'elle comporte des moyens de réglage du débit de la pompe ou du ventilateur du circuit de captage de chaleur ou de froid, des moyens de mesure de la température réelle du fluide caloriporteur en aval des capteurs solaires ou radiateurs noctur nest des moyens de comparaison de ladite température réelle à une température de consigne et des moyens de régulation du débit de la pompe ou du ventilateur asservis aux indications des moyens de comparaison de la température réelle et de la température de consigne. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui sera donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'inventidn. On se reportera à cet effet au dessin annexé, dans lequel - la figure l est le schéma d'une installation conforme à l'invention pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans laquelle on chauffe de l'air de chauffage et dans laquelle le fluide caloriporteur est de l'air, - la figure 2 est le schéma très simplifié d'une installation similaire dans laquelle le fluide de chauffage et le fluide caloriporteur sont différents. Un logement ou batiment 1 doit être chauffé par de l'air extérieur préalablement chauffé grâce à une batterie 2 de capteurs solaires. L'installation comporte, pour le stockage de la chaleur, un volume de stockage 3 par exemple un empilement de galets ou de cailloux au sous-sol du bâtiment. Pour le stockage de la chaleur au moyen d'air, il est prévu un circuit fermé dont une branche 4 relie le volume de stockage 3 à l'entrée des capteurs solaires 2 et une branche 6 reliant la sortie des capteurs solaires 2 au volume de stockage 3. Sur cette branche 6 est interposé un ventilateur 7 d'entraînement d'air à débit variable et réglable. Sur cette même branche 6 est également interposé un registre motorisé 8 permettant d'établir ou d'interrompre le circuit 2-6-3-4. L'installation comporte en outre un détecteur d'ensoleillement 9 commandant, par une liaison 11, le moteur 10 du registre 8 pour ouvrir celui-ci lorsque l'ensoleillement minimal est détecté et le fermer lorsqu'un tel ensoleillement n'est pas atteint. L'installation comporte encore un régulateur 12 auquel sont raccordés : par une liaison 13 un dispositif thermométrique 14 de mesure de la- température de sortie de l'air à la sortie des capteurs 2 ; par une liaison 15, une sonde 16 de mesure de température extérieure ; et,par une liaison 17 l'information du détecteur d'ensoleillement 9. Ce régulateur 12 comporte, en outre, des moyens d'affichage 18 d'une consigne, telle qu'une température de consigne ou décalage d'une température de consigne par rapport à la température extérieure. L'objet du régulateur 12 est de réguler la vitesse du ventilateur 7 pour que l'écart de la température de l'air mesurée en 14 par rapport à la température de consigne soit constamment aussi voisin de zéro que possible. L'installation comporte, d'autre part, un circuit ouvert prenant l'air extérieur en 19 et pouvant parcourir en sens-inverse, et comme branche commune, le circuit 6 dans sa partie traversant le volume de stockage 3 et le ventilateur 7 à condition que celui-ci soit arrêté. Lorsque le ventilateur 7 tourne, le circuit ouvert se confond avec la branche 4 du circuit fermé, les capteurs solaires, la partie du circuit 6 jusqu'au registre 8. Dans tous les cas, le circuit ouvert, venant de l'une des branches du circuit fermé à la sortie du registre 8 continue, par une conduite 20 jusque dans le logement ou bâtiment 1 à chauffer, vers lequel il est pulsé par un ventilateur à débit constant 21. On donnera ci-après un exemple d'application chiffré. Pour un appartement de 4 pièces-de 80 m2 de surface habitable, on dispose de capteurs à air d'une surface de 25 m2. Le ventilateur 7 à débit variable peut assurer un débit de 8 à 80 m3/h par m2 de capteur, c'est-à-dire un débit maximal de 2.000 m3/h. Le ventilateur 21 assure un débit permanent de 154 m3/h. Le stockage 3 est constitué par un lit de gravier d'un volume de l'ordre de 20 m3. Dans l'installation ainsi réalisée, et conforme au schéma de la figure 1, on obtient, grâce à l'inversion des sens de stockage et déstockage, une stratification des températures dans le volume de stockage, à savoir partie chaude du coté de l'entrée d'air en provenance des capteurs, partie froide du cté de la sortie d'air vers les capteurs. I1 est établi un circuit d'utilisation en déstockage par admission d'air extérieur filtré du c8té froid du stockage et prélèvement d'air chaud du c6té chaud du stockage, lorsque le registre 8 est fermé pour insuffisance d'ensoleillement, ce qui provoque, par l'intervention du régulateur 12, l'arrêt du ventilateur 7, par exemple de type centrifuge, n'opposant qu'une faible perte de charge à l'air aspiré en 19 et pulsé par le ventilateur 21. En période de captage, le registre 8 est ouvert et le ventilateur 7 fait circuler plus ou moins d'air dans le circuit fermé. Dans ce cas l'air pulsé en 21 traverse les capteurs 2 ou il est réchauffé, mêlé à l'air de recyclage. A la figure 2 on a représenté très schématiquement une variante dans laquelle le circuit fermé est un circuit d'eau. Cette installation comprend tous les mêmes éléments que l'installation de la figure 1, sauf que le circuit fermé 4-2-6-3 d'eau est séparé du circuit ouvert 19-3-21 d'air, le moyen de stockage comprenant un échangeur eau-air et sauf que le ventilateur 7 à débit asservi est remplacé par une pompe asservie au respect de la température de consigne en 4. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation d'une installation de chauffage ou réfrigération d'une enceinte comportant un générateur de chaleur ou de froid comprenant un groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes, des moyens de stockage de chaleur ou de froid, un circuit fermé de captage de chaleur ou de froid par circulation forcée, au moyen d'une pompe ou d'un ventilateur, d'un fluide caloriporteur entre le groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes et les moyens de stockage de chaleur ou de froid, et un circuit d'utilisation.de chaleur ou de froid par circulation forcée d'un fluide caloriporteur entre les moyens de stockage de chaleur ou de froid et l'enceinte, caractérisé en ce qu'on régule le débit du fluide caloriporteur dans le circuit de captage de chaleur ou de froid en fonction de l'écart entre la température mesurée du fluide à la sortie du groupe de capteurs ou radiateurs et une température de consigne, de telle sorte que cet écart soit voisin de zéro. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait varier la température de-consigne avec un dE- calage constant par rapport à la température extérieure. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour le captage de chaleur, le décalage constant est de l'ordre de 220C au-dessus de la température extérieure. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle manuellement la température de consigne. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le captage de chaleur, on règle la température affichée dans une plage de +18 à +350C. 6. Procédé selon la revendication 1, pour le captage et l'utilisation de chaleur ou de froid, dans lequel l'enceinte est un local ou un ensemble de locaux et dans lequel le circuit d'utilisation de chaleur est un circuit ouvert à débit constant prenant de l'air frais de chauffage à l'extérieur, carac térisé en ce qu'on règle le débit dudit circuit à une valeur correspondant au débit de renouvellement d'air hygiénique du local ou des locaux. 7. Installation-pour-la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant un groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes, des moyens de stockage de chaleur ou de froid, un circuit fermé de captage de chaleur ou de froid par circulation forcée, au moyen-d'une pompe ou d'un ventilateur, d'un fluide caloriporteur entre le groupe de capteurs solaires ou radiateurs nocturnes et les moyens de stockage de chaleur ou de froid et un circuit d'utilisation de chaleur ou de froid par circulation forcée d'un fluide caloriporteur entre les moyens de stockage de chaleur ou de froid et une enceinte utilisatrice, caractériséeen ce qu'elle comporte des moyens de réglage du débit de la pompe ou du ventilateur (7) du circuit de captage de chaleur ou de froid, (4,2,6,3), des moyens de mesure (14) de la température réelle du fluide caloriporteur en aval des capteurs solaires ou radiateurs nocturnes (2), des moyens (12) de comparaison de ladite température réelle à une température de consigne et des moyens (12) de régulation du débit de la pompe ou du ventilateur asservis aux indications des moyens de comparaison de la température réelle et de la température de consigne.