Brevet FR2403523A1 — publié le 19790413

L'invention a pour objet une installation dont lteffet est de récupérer partiellement et, mime, de récupérer totalement les déperditions de chaleur à travers les- parois des bâtiments chauffés. Dans ce qui suit, on appelle paroi tout mur opaque ou toute terrasse opaque aui sépare de l'air extérieur le volume intérieur chauffé dlun bâtiment. Une installation conforme a' l'invention comprend un réseau capteur disposé à la surface extérieure des parois d'un bâtiment chauffé, ou au proche voisinage de cette surface extérieure dans l'épaisseur de ces parois; un fluide mis en circulation dans ce réseau capteur, des tuyauteries de raccordement de ce réseau capteur à un évaporateur d'une pompe de chaleur qui retire du fluide la chaleur qu'il contient et qui restitue cette chaleur au circuit de chauffage du bâtiment. Le fluide utilisé peut être un gaz, comme Itair par exemple, ou un liquide tel que de l'eau additionnée si nécessaire / antigel approprié. De préférence, le fluide est envoyé dans le réseau capteur à une température égale a' la température de l'air extérieur ou peu différente de cette température. Toute- fois, quand il s 'agit de parois exposées au rayonnement direct du soleil le réseau capteur peut servir aussi à exploiter la chaleur solaire et, dans ce cas, il peut titre judicieux d'envoyer le fluide dans ce réseau à une température inférieure à celle de l'air extérieur. Peur mieux faire apprécier l'invention et ses avantages, on donnera maintenant une description de plusieurs exemples de réalisation. On se reportera au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue de cssté en coupe par un plan vertical d'une paroi munie d'un réseau capteur conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation de l'extérieur de la paroi de la figure ?, - la figure 3 est une vue de côté en coupe par un plan vertical d'une autre paroi munie d'un réseau capteur conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue en élévation de I'extérieur de la paroi de la figure 3, - la figure 5 est une vue schématique analogue aux figures 1 et 3, se rapportant à une variante de réalisation de l'invention. Une installation complète conforme à l'invention comprend un réseau capteur associé à la face extérieure des parois d'un bâtiment chauffé, un fluide mis en circulation dans ce réseau capteur à l'aide de moyens appropriés qui peu vent être une pompe ou un ventilateur, une pompe de chaleur ayant un évaporateur et un condenseur. Cet évaporateur est raccordé par des tuyauteries convenables au réseau capteur et le condenseur est raccordé de son ceté au circuit de chauffage du bâtiment. Sur le dessin on n'a pas représenté les organes classiques comme la pompe de chaleur, le ventilateur ou la pompe de circulation du fluide parce qu'ils sont bien connus, ni, non plus, les tuyauteries de raccordement dont la disrosition ne présente pas de difficulté à l'homme de l'art. On a dessiné seulement le réseau capteur pour bien en faire comprendre l'agencement et pour expliquer les usages qu'il est possible d'en faire. Sur les figures 1 et 3, on a représenté une paroi 1 constituée par un mur extérieur classique dont l'épaisseur normale e serait limitée par une surface extérieure 2 indi quée par un trait mixte. Selon l'invention, à cette surface 2 est associé un réseau capteur 3. En pratique, on peut rappor ter sur la surface extérieure 2, une plaque préfabriquée 4 dans laquelle est noyé le réseau capteur 3. On peut aussi, si on le désire, donner à la paroi 1 une épaisseur plus forte et noyer le réseau capteur 3 pendant la construction dans la surépaisseur du côté de la.surface extérieure. On peut encore, en variante, conserver à la paroi 1 son épaisseur normale e et noyer le réseau capteur 3 dans cette paroi, pendant sa construction, juste en dessous de la surface extérieure, dans la mesure où la paroi conserve une resistance suffisante. De préférence, quand le fluide employé est un liquide tel que de l'eau additionnoe d'un antigel, le reseau capteur 3 est constitué par des tubes qui serpentent dans un plan vertical avec leurs plus longs éléments placés horizontalement (figure 2). Dans un bâtiment, les parois extprieures sont asso ciées à des planchers et à des cloisons intérieures qui limitent des pièces. Sur la figure 2, ces planchers et ces cloisons intérieures sont figurées par leur face interne 5 indiquée en trait interrompu et par leur axe 6 dessiné en trait mixte. il est avantageux que des collecteurs d'arrivée 7 et de retour 8 respectivement, s'étendent verticalement au droit des cloisons intérieures et que les tubes 3 s'étendent entre ces collecteurs, en serpentant; le liquide circule du haut vers le bas, comme indiqué par des flèches, mais en sui vant une majorité de trajets horizontaux. Quand le fluide employé est un gaz, par exemple de l'air (figures 3 et 4) il est préférable que le réseau capteur 3 comprenne un collecteur supérieur 9 d'arrivée et un collec teur inférieur 10 de retour s'détendant horizontalement au droit des planchers de chaque pièce, cependant que des canaux verticaux 11 s'étendent entre ces collecteurs 9, 10; l'air circule du haut vers le bas, comme indiqué par des flèches, en suivant une majorité de trajets verticaux. On notera que la circulation du fluide du haut vers le bas à l'intérieur des parois est favorable à l'égalisation de la température entre la partie haute et la partie basse dans les pièces limitées par ces parois. Quand il s'agit de tubes 3 en acier, à circulation d'eau, par exemple de la dimension 15/21, on peut prévoir un écartement entre les axes de ces tubes allant de 20 à 35 cm environ; toutefois si l'on désire exploiter aussi la chaleur du rayonnement solaire sur les façades où ceci est possible, il est préférable de rapprocher les tubes 3 jusqu'à un entraxe de 15 à 20 cm environ. Dans les deux cas, le réseau capteur a une faible épaisseur et il est placé du côté froid, c'est-à-dire du côté de la face extérieure des parois. Comme on l'a déjà dit, il peut etre rapporté sur la paroi -ou intégré à celle-ci pendant la construction. Sa température moyenne est alors celle qui règne à l'extérieur des parois de sorte que les échanges calorifiques de celles-ci avec l'air environnant sont nuls. Il n'y a pratiquement plus de perte de calories vers l'extérieur cependant que le flux normal de chaleur qui traverse les parois en provenance de l'intérieur du bâtiment chauffé est récupéré par le fluide qui circule dans le réseau capteur. Â son tour, la pompe de chaleur prélève cette chaleur du fluide et la renvoie dans le circuit de chauffage. En pratique, si l'on admet que l'air extérieur est à une température t C, il est judicieux que la pompe de chaleur fournisse à une température t - x l'eau envoyée dans le réseau capteur. La valeur x est calculée pour que, en fonction du débit de l'eau dans ce réseau, l'eau se trouve à la sortie de celui-ci à une température de t + x , ce qui donne une température moyenne de t OC. Quand le fluide est de l'eau, il est préférable de l'utiliser en circuit fermé; quand le fluide est de ltair, il est plus avantageux de le puiser à l'extérieur, de le faire se réchauffer dans le réseau capteur et de le rejeter après refroidissement ou de l'utiliser comme air neuf dans le bâtiment. il est clair que lorsqu'il s'agit d'une façade exposée au rayonnement solaire, le fluide sera chauffe aussi par la chaleur solaire et permettra d'exploiter celle-ci. Bien entendu, la régulation de la température du fluide à son entrée dans le réseau capteur peut être adaptée à l'exposition particulière de chaque paroi. Par exemple, on peut abaisser cette température à une valeur plus faible aue celle indiauée précédemment, en dessous de la température extérieure. Les pertes de chaleur récupérées en totalité, et,en à travers la paroi sont alors légèrement augmentées, mais toujours/ diminuant ainsi la température de la surface extérieure, on améliore l'exploitation du rayonnement solaire; par temps doux on peut finalement récupérer ainsi plus de chaleur.Pour un plancher sur cave oli la température varie peu, on peut garder constante la température d'entrée du fluide dans le réseau capteur. Pour un plancher sous-toiture où les variations de température sont amorties, la température du fluide peut suivre de loin seulement ces variations. il peut arriver que la température extérieure atteigne des valeurs basses ou très basses, inférieures par exemple à 4 ou 5 C. il est compréhensible que, pour rester économique, la pompe de chaleur soit conçue pour travailler uniquement audessus d'une température limite. Par exemple, pour les machines classiques à eau placée disponible dans le commerce, cette température limite est de 4-à 50C. On arrête alors la circula tion du fluide dans le réseau capteur quand la récupération réalisée par la pompe de chaleur n' est plus possible. Toute- fois, on peut aussi, dans ce cas, recourir à une variante de réalisation illustrée par la figure 5 et fréquemment utile pour les parois qui ne reçoivent pas de rayonnement solaire direct. Dans une paroi 1, de part et d'autre d'une zone Il limitée sur cette figure par des traits mixtes et dans laquelle se trouve le réseau capteur 3, on dispose une couche isolante exté-rieure 12 et une couche isolante intérieure 13. En outre, on adopte pour la température d'entrée du fluide dans le réseau capteur, une valeur constante (50C par exemple) ou faiblement variable (30C par temps très froid, 70C par temps doux). Les pertes à travers les parois ne sont plus totalement arrêtées mais elles n'ont lieu que pendant les périodes très froides et sont compensées pendant les périodes douces par des apports appréciables. il est entendu que l'on peut apporter de nombreuses variantes à la réalisation du réseau capteur de l'invention sans que l'on sorte pour autant du cadre de cette dernière. Par exemple, dans la variante décrite ci-dessus, la couche isolante interieure 13 peut être confondue avec une couche isolante faisant normalement partie de la paroi 1. REVENDICAEIONS 1 - Installation limitant les déperditions de chaleur à travers les parois extérieures opaques d'un bâtiment chauffé, caractérisé en ce qu'il comprend un réseau capteur associé à la face extérieure des parois, un fluide mis en circulation dans ce roseau capteur par un moyen approprié, une pompe de chaleur ayant un évaporateur et un condenseur, l'évaporateur étant raccordé au réseau capteur et le condenseur étant raccordé au circuit de chauffage du bâtiment. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide en circulation est un liquide et le réseau capteur est constitué par des tubes qui serpentent dans un plan vertical avec une majorité d'éléments disposés hori z ontalement. 3 - Installation selon la revendication 1, caracte- riséeen ce que le fluide en circulation est un gaz et le réseau capteur est constitué par des canaux disposés substantiellement en sens vertical. 4 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans une paroi extérieure d'une pièce limitée par des planchers et par des cloisons intérieures, le réseau capteur comprend des collecteurs d'arrivée et de retour du liquide disposés verticalement dans la paroi au droit des cloisons intérieures et les tubes serpentent dans la paroi entre ces collecteurs e 5 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les tubes du réseau capteur sont raccordés entre les collecteurs d'arrivée et de retour pour que le liauide circule du haut vers le bas de la pièce. 6 - Installation selon la revendication 3 caractérisée en ce que, dans une paroi extérieure d'une pièce limite par des planchers et par des cloisons intérieures, le réseau capteur comprend des collecteurs d'arrivée et de retour du gaz disposés horizontalement dans la paroi au droit des planchers et les canaux s'étendent verticalement entre ces collecteurs pour que le gaz circule du haut vers le bas de la pièce. 7 - Installation selon la revendication 1 caracte- risée en ce que le fluide est envoyé dans le réseau capteur à une température moyenne, détermine entre sa température - d'arrivée et sa température de retour, sensiblement égale a la température de l'air a l'extérieur de la paroi. 8 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le fluide est envoyé dans le réseau capteur a une température moyenne constante, indépendante de la température a l'extérieur de la paroi. 9 - Installation selon la revendication l caractérisée en ce que le fluide est envoyé dans le réseau capteur a une temps rature moyenne ayant des variations modérées en suivant de façon amortie par rapport a une valeur de base les variations de la température extérieure. 10 - Installation selon la revendication 1 caractérisée en- ce que la paroi comprend une couche isolante extérieure et une couche isolante intérieure disposées respectivement vers l'exte- rieur et vers l'intérieur d'un coté et de l'autre du réseau capteur.