Brevet FR2394026A1 — publié le 19790105

La présente invention a pour obj.et une installation'de chauffa- ge pour immeubles.qui contient des sources de chaleur combinées et se complétant mutuellement. -L'une de ces sources de chaleur doit être constituée par une chaudière de chauffage avec circuits de radiateurs et d'eau chaude habituels. Lorsqu'on utilise dans des installations de chauffage des sour- ces de chaleur combinées, c'est dans l'intention d'obtenir de 1' énergie naturelle à bon marché dans les périodes de temps où on dispose d'une telle énergie et, dans les autres périodes, de maintenir à un niveau correct les températures des locaux et de l'eau de distribution en faisant brûler un combustible ou en utilisant le courant électrique. Au lieu d'utiliser comme source de chaleur une chaudière de chauffage, on peut utiliser une pompe de chaleur1 qui présente des avantages notables ; c'est-à-dire que, par exemple, elle ne provoque que des variations journalières relativement faibles, et elle permet de récupérer de la chaleur dans l'air de ventilation.Le but que l'on poursuit en combinant chaudière de chauffage et pompe de chaleur dans une installation telle qu'elle est envisagée par la présente invention est de couvrir les besoins en eau chaude et en eau d'alimentation de radiateurs notamment dans une maison de type pavillonnaire, lorsque la température extérieure permet de faire fonctionner une pompe de chaleur, ce qui est possible avec des températures pouvant descendre jusqu'à quelques degrés en des sous de zéro. Si la température descend plus bas, il faut faire marcher la pompe de chaleur parallèlement à la chaudière de chauffa- ge à laquelle il incombe dans ce cas de remplir la capacité que ne peut fournir la pompe de chaleur. La présente invention se propose de résoudre le problème de 1' échange de chaleur entre d'une part la pompe de chaleur et d'autre part, aussi bien le système d'eau chaude que le système de radiateurs. La solution technique apportée par l'invention à ce problème se base sur un montage en deux étages d'échangeurs de chaleur, avec préférence donnée au chauffage de l'eau chaude. L'avantage d'un tel montage en deux étages est que la chaleur de surchauffe de la pompe de chaleur est utilisée en première ligne au bénéfice du chauffeeau qui a besoin d'un niveau de température supérieur à celui du système de radiateur.Les deux échangeurs de chaleur montés en série amènent la chaleur respectivement au circuit d'eau chaude et au circuit de radiateurs en utilisant le principe du thermosiphon, et, lorsque la température du circuit d'eau chaude a atteint un niveau donné, la transmission de chaleur est automatiquement :transférée au circuit de radiateurs Le montage en deux étages qui est caractéristique de l'invention et les propriétés qui en découlent sont définis de façon plus précise ci-après. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente schématiquement les appareils et dispositifs contenus dans l'installation ; la figure 2 est un plan simplifié des connexions pour la régulation de la pompe de chaleur de l'installation selon l'invention. L'installation de chauffage selon l'invention peut être subdivisée, en principe, en un circuit d'eau chaude 1, un circuit de radiateurs 2 et les deux sources de chaleur, à savoir une chaudière de chauffage 3 et une pompe de chaleur 4. Le circuit d'eau chaude commence en un point de prélèvement d'eau froide 5, à partir duquel l'eau froide est amenée dans la conduite 6 à un réservoir à accumulation 7 comportant une batterie d'échangeurs de chaleur 8 qui fournit la chaleur à l'eau.Une conduite d'eau chaude 9 amène l'eau chaude à une vanne trois voies 10 qui assure la régulation d'un montage en. dérivation 11 pour l'eau venant d'un réchauffeur d'eau 12 prévu dans la chaudière de chauffage 3. La mise en charge du réservoir à accumulation s'effectue par auto-circulation, celle-ci étant provoquée par les différences de température- entre une colonne montante 13 pour le réservoir à accumulation et l'eau froide entourant cette colonne montante. La circulation de l'eau commence lorsque la batterie 8 chauffe l'eau qui se trouve à la base de la colonne montante, de sorte que l'eau monte dans cette conduite et en sort en haut pour s'écouler dans le réservoir. On peut accélérer le début de la circulation en disposant un échangeur de chaleur auxiliaire 21 sur ou dans la colonne montante. Le circuit de radiateurs commence à un second réservoir à accumulation 14 avec une conduite d'eau chaude 15 qui aboutit à une vanne trois voies 16 assurant la régulation d'un montage en dérivation 17 de l'eau de radiateurs à travers la chaudière 3. L'eau de radiateurs chauffée passe à travers un certain nombre de corps de chaude ou radiateurs 18, et est ramenée au reservoir t4 par la conduite de retour 19. La mise en charge du réservoir à accumulation 14 s'effectue à l'aide d'un échangeur de chaleur 20 qui, du côté primaire, est monté en série avec l'échangeur 8. De même que dans le circuit d'eau chaude, l'effet de thermosiphon maintient l'autocirculation dans les conduites d'amenée et de retour 22, 23, tandis que le récipient d'échangeur de chaleur 24 la maintient pour une partie de l'eau de radiateurs.Etant donné la différence de hauteur importante entre récipient 24 et réservoir à accumulation 14, l'autocirculation est intensive Au point de vue thermique, il n'y a pas de différence entre les deux circuits d'eau. Les échangeurs de chaleur, dont les côtés primaires sont constitués par des condenseurs pour le fréon qui est le fluide de travail dans la pompe de chaleur, sont disposés en deux étages, ainsi qu'il a été dit plus haut, ce qui revient à dire que la condensation s'effectue en première ligne dans l'échangeur de chaleur 8, et, par conséquent, la charge est concentrée sur le réservoir 7. Lorsque l'eau chaude qui se trouve dans ce réservoir a atteint un niveau de température déterminé, la condensation dans cet échangeur de chaleur diminue car l'absorption de chaleur par l'eau s'abaisse et le fréon passe sous forme gazeuse à I'échangeur 20. La condensation s'effectue alors principalement dans cet échangeur avec transmission de chaleur à l'eau de radiateurs. La raison principale ayant amené à introduire le réservoir à accumulation dans le circuit de radiateurs est qu'il permet d'obtenir une marche régulière et sans à-coups de la pompe de chaleur. Le principe de base d'un bon fonctionnemént, et d'une bonne régulation du réservoir à accumulation et de l'échangeur, est la formation de couches complètes dans le réservoir à accumulation. Les réservoirs à accumulation 7 et 14 travaillent l'ùn et l'autre suivant ce principe, c'est-à-dire avec une importante différence entre l'eau chaude et l'eau froide. Dans chacun des réservoirs se trouve un thermostat 25,26 disposé à une hauteur telle qu'il décèle un front froid ascendant et délivre une impulsion de démarrage à la pompe de chaleur (figure 2). Un troisième élément de régulation 27 se trouve dans le circuit de pompe de chaleur et lit la pression du fréon et/ou la température après l'échangeur de chaleur 20. Cet élément transmet un signal d'arrêt de fonctionnement à la pompe de chaleur lorsque la pression du fréon et/ou la température s'élèvent au dessus d'un niveau déterminé. Normalement, le fréon est surrefroidi. Mais, après la charge des réservoirs à accumulation, la pression et la température du fréon s'élèvent, l'élément de régulation émettant alors un signal d'arrêt de fonctionnement. Pour éten dre le domaine de régulation des thermostats 25, 26, il est prévu, comme le montre la figure 2, un circuit de maintien avec un relais 29. Avec un tel dispositif, la charge des réservoirs à accumulation se poursuit jusqu'a ce qu'elle soit interrompue par l'élément de régulation 27 réagissant à l'augmentation de la température ou de la pression du fréon. La régulation du fonctionnement de la chaudière est assurée par des thermostats montés dans le circuit d'eau chaude et dans le circuit de radiateurs ; en outre, il est prévu un thermostat principal 28 qui, suivant le besoin en énergie et les conditions de fonctionnement de la pompe de chaleur (température extérieure), met en marche et stoppe la chaudière. Natureilement, la chaudière peut prendre à son compte la totalité des besoins en chaleur, par exemple en cas de réparations et de dégivrage de la pompe de chaleur. En cas de dégivrage de l'élément de refroidissement, il y a prélèvement de chaleur sur les condenseurs qui emmagasinent de la chaleur dans une certaine mesure ; mais, à cette fin, on ne prélève pas de chaleur des circuits d'eau chaude. L'installation peut être réalisée en deux étages, le premier étage étant constitué par la chaudière de chauffage et les corps de chauffe, et le deuxième étage étant constitué par la pompe de chaleur et le chauffe-eau. Même les installations anciennes qui comprennent la première de ces deux parties peuvent être complétées en installant la pompe de chaleur et annexes Dans l'installation qui vient d'être décrite, on n'a considéré comme sources de chaleur possibles que la pompe de chaleur et la chaudière de chauffage. I1 va de soi qu'on peut envisager également d'utiliser d'autres sources de chaleur, par exemple la chaleur provenant d'une installation de chauffage à distance. Dans une telle installation, on peut constater que',la charge des reservoirs à accu mulatiôn donne de basses températures pour l'eau de retour des cô tes primaires des échangeurs , qui ne sont pas réchauffés dans le circuit de radiateurs, car, lorsque le circuit de radiateurs n'est pas utilisé, l'effet de thermosiphon à interrompu l'auto-circulation de ce circuit. D'autres modes de réalisation possibles consistent à connecter les uns aux autres plusieurs étages d'échangeurs de chaleur, et,par conséquent, l'invention ne peut être considérée comme limitée à la seule installation à deux étages. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage pour un bâtiment dans lequel il y a au moins un circuit de pompe de chaleur ou un circuit de chauffe fage à distance pour chauffer un circuit d'eau chaude et un circuit d'eau de radiateurs, caractérisée en ce que, dans le circuit d'eau chaude se trouve un premier générateur d'eau chaude avec un premier échangeur de chaleur et, dans le circuit d'eau de radiateurs, se trouve un deuxième générateur d'eau chaude avec un deuxième échangeur de chaleur, et en ce que les échangeurs de chaleur contenus dans le circuit de pompe de chaleur ou circuit de chauffage à distance sont montés suivant un montage comportant au moins deux étages, de préférence de façon que le premier reçoive en premier lieu la chaleur réalisée dans ce circuit. 2. Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les échangeurs de chaleur sont disposés à un niveau nettement inférieur dans ou sous le générateur d'eau chaude correspondant, l'eau étant mise en circulation par effet de thermosiphon. 3. Installation de chauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'effet de thermosiphon s'affaiblit de façon connue lorsque la température dans le premier générateur d'eau chaude atteint un niveau élevé et régulier, et en ce que, dans ce cas, le premier échangeur de chaleur diminue l'absorption et la transmission de chaleur tandis que le deuxième échangeur de chaleur les augmente. 4. Installation de chauffage selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un échangeur de chaleur auxiliaire est monté dans au moins l'un des générateurs d'eau chaude pour amplifier l'effet de thermosiphon. 5. Installation de chauffage selon la revendication 1, carac térisée en ce que, comme source de chaleur de complément, il est prévu une chaudière de chauffage ; en ce que, dans au moins l'un des circuits d'eau, il est prévu une dérivation en direction de la source de chaleur de complément, et en ce que la dérivation est commandée par une soupape à thermostat. 6. Installation de chauffage selon une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisée en ce que la pompe de chaleur est une pompe à inversion de marche et en ce qu'en cas d'inversion de marche, la chaleur accumulée par son condenseur est transmise à son élément de refroidissement.