Brevet FR2441806A1 — publié le 19800613

La présente invention concerne des perfectionnements aux installations de chauffage a air qui permettent d'atteindre des rendements très supérieurs à ceux qu'il est possible d'atteindre avec les installations traditionnelles et d'obtenir une notable économie d'énergie classique. Les perfectionnements faisant l'objet de l'invention ont pour base l'exploitation de l'énergie solaire. Ainsi qu'il est bien connu, les principes de la transformation du rayonnement solaire en énergie calorifique sont bien connus depuis longtemps. Théoriquement,un corps de couleur noire ne réféchit pas les rayons visibles. Si l'on refroidit ce corps au moyen d'un courant d'air, l'air s'échauffe et peut servir pour transporter la chaleur. Si l'on refroidit ce corps au moyen d'un liquide, le liquide s'échauffe de sorte que l'on obtient ce que l'on appelle couramment un capteur solaire à eau. Evidenrment, le problème est de transmettre au fluide caloporteur le maximum de l'énergie solaire reçue par l'été ment absorbant. Evidemment, plus on travaille à basse température, c'est-à-dire à une température du fluide caloporteur qui s'approche de la température ambiante pendant les heures de travail, meilleur est le rendement. A la limite, si l'on pouvait faire entrer le fluide dans le capteur à une température inférieure à la température ambiante et le faire sortir du capteur à une température égale à la température ambiante, on obtiendrait un rendement de presque 100 %. Suivant l'invention, pour utiliser cette température obtenue dans le capteur solaire, on monte une pompe à chaleur dans l'installation. I1 existe actuellement divers appareils composés d'un évaporateur, d'un condensateur et d'un compresseur à fréon,qui absorbent lescalories de l'air ambiant pour restituer, à l'intérieur des locaux, un fluide à 500C ou 600C, suffisant pour assurer le chauffage de ces locaux. De même, des systèmes eau/air ou eau/eau absorbent les calories d'une rivière ou d'un puits. I1 est important de souligner que, plus la température de l'air (ou de l'eau) est élevée, meilleur est le rendement de la pompe à chaleur, si on ne dépasse en aucun cas la température à laquelle le fréon ne se condense plus. Si, par exemple, la température extérieure de l'air (ou de l'eau) est de 20 C, on peut en utilisant lkWh pour actionner le compresseur frigorifique, obtenir 4 kWh d'énergie calorifique sur le condenseur. Ce rendement de 1 à 4 tombe rapidement pour des températures inférieures et atteint une valeur nulle pour les températures de l'air inférieures à 00 Si l'air ambiant est à 200C, il n'y a évidemment aucune nécessité de chauffer les locaux. Les eaux souterraines sont toujours à une température supérieure à OOC, même lorsque l'air est à une température inférieure à OOC. Toutefois, si l'on tient compte des importants débits d'eau et de l'énergie nécessaire pour pomper cette eau, le procédé reste limité à certains cas exceptionnellement favorables. Suivant l'invention, on utilise de préférence des capteurs solaires à liquide (par exemple à eau) à basse température et a grand débit comme, par exemple, les capteurs à lames d'eau. Finalement, un autre perfectionnement consiste à utiliser un accumulateur d'eau chaude capable de fournir au dispositif une autonomie énergétique prolongée et également de servir d'élément chauffant pour l'air en circulation. Suivant l'invention, l'installation comprend un capteur solaire à eau du type à lame d'eau, dont la sortie est en communication avec un accumulateur ou réservoir, de stockage de l'eau chaude, cependant que son entrée est également en communication avec ce réservoir par l'intermédiaire d'une pompe de circulation commandée par un thermostat qui détecte la température de l'eau emmagasinée. Le réservoir de stockage comporte des conduits dans lesquels circule l'air ambiant, et qui débouchent dans une chambre supérieure dans laquelle est monté un conduit ou une cheminée de sortie. Dans ce conduit ou cette cheminée sont montés un ventilateur (scufflant) et,en aval de ce ventilateur, dans le sens de la circulation, l'évaporateur de la pmpe à chaleur. Un autre conduit partant de la chambre supérieure du réservoir de stockage de l'eau chaude amène l'air chaud à un diffuseur qui est situé à l'intérieur du local à climatiser, et dans lequel sont intercalés, en amont de l'entrée dans le local à climatiser, le condenseur de la pompe à chaleur et un ventilateur soufflant approprié. Les deux ventilateurs qui font circuler l'air sur 1'évaporateur et sur le condenseur du circuit de la pompe à chaleur, sont commandés par des thermostats en fonction de la température ambiante du local ou de 1'enceinte à climatiser. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation, donné uniquement à titre d'exemple, représenté schématiquement sur la Fig. unique du dessin annexé. Comme le montre le dessin, l'installation est essentiellement constituée par un capteur solaire A, un réservoir accumulateur ou de stockage, d'eau chaude B et une pompe à chaleur C agencée de la façon qui sera décrite ci-après. Le capteur solaire A, de préférence à basse température et à grand débit, (du type à lame d'eau ou analogue) possède une entrée reliée par un conduit 1 au réservoir de stockage d'eau chaude B. Dans ce conduit est intercalée une pompe de circulation 2 dont le fonctionnement est commandé par un thermostat 3, équipé de détecteurs 4 et 5 qui contrlent la trempée rature de l'eau à la sortie du capteur A et au sein de l'eau contenue dans le réservoir B. La sortie du capteur A est reliée à l'intérieur du réservoir B par un conduit de retour 7, établissant un circuit fermez ou de recirculation. Le réservoir de stockage comporte dans sa partie inférieure une série de conduits 5,immergés dans la masse de l'eau stockée, dont les oarois ommuniquent ou se transmet tent la chaleur de eau ,et qui servent à mettre en communi- cation la partie inférieure du réservoir et une chambre 6 qui ferme ce dernier, pour permettre la circulation de l'air qui pénètre par la partie inférieure de l'ensemble. La chambre 6 présente intérieurement un conduit 8 qui débouche à l'extérieur et dans l'entrée duquel sont montés un ventilateur soufflant 9, et en aval de ce ventilateur, l'évaporateur du circuit de la pompe à chaleur C. De menue, la chambre 6 est munie d'un autre conduit de sortie 10 qui communique avec un diffuseur 11, le condenseur 12 du circuit de la pompe à chaleur C et un ventilateur de circulation 13 étant intercalés dans le conduit 10 ou dans le diffuseur 11. Les ventilateurs 9 et 13 ainsi que la pompe à chaleur C sont commandés par l'intermédiaire de deux thermostats 14 et 15 en fonction de la température de l'air ambiant. Le fonctionnement de l'installation ainsi contituée est le suivant. Lorsque la température atteinte dans le capteur A est supérieure à celle de la masse d'eau emmagasinée dans le réservoir B, le thermostat 3 met en marche la pompe 2, laquelle envoie de de-l'eau contenue dans le réservoir vers la partie haute ou partie d'entrée du capteur. De la même manière, lorsque la température de l'eau du réservoir B est égale à celle du dapteur A, le thermostat 3 du réservoir arrête la pompe 2. Par ailleurs, si la température de l'air contenu dans la chambre 6 est suffisante pour assurer le chauffage du local ou de l'enceinte, ce qui sera détecté par le thermostat 15, ce dernier met en fonctionnement le ventilateur13 qui aspire l'air par le conduit 10 en le faisant circuler en contact avec le condenseur du circuit de la pompe à chaleur C. Si,au contraire, la température du local tombe au-dessous de la valeur déterminée pour le thermostat 15, le thermostat 14 met en marche le compresseur de la pompe à chaleur C et le ventilateur 9, de sorte que la chaleur recueillie à l'intérieur de la chambre 6 est récupérée sur l'évaporateur du circuit de la pompe à chaleur et que l'air refroidi est rejeté à l'extérieur par le conduit 8. I1 convient d'indiquer que la partie inférieure du réservoir de stockage B est en communication, d'un cOté, avec l'intérieur du local ou de l'enceinte à climatiser au niveau du sol et, d'autre part et indépendamment, avec l'extérieur afin d'aspirer une fraction d'air extérieur pour le renouvellement de l'air du local. I1 est donc facile de comprendre qu'une partie de 1'air est envoyé vers le condenseur 12 de la pompe à chaleur C et qu'une autre partie traverse l'évaporateur en lui cédant ses calories qui sont transférées au condenseur de sorte qu'on obtient un rendement excellent. Les avantages obtenus par la combinaison des éléments mentionnés plus haut: le capteur solaire, la pompe à chaleur, et le réservoir de stockage peuvent être résumés de la façon suivante: a) possibilité de récupérer la chaleur ambiante, y compris par temps de pluie ou de nuit, ce qui présente un intérêt particulier pour les régions peu ensoleillées; b) récupération des calories de l'air ambiant provenant de l'intérieur du local ou de l'enceinte, qui sont absorbées par l'évaporateur et également transférées au condenseur de la pompe à chaleur; c > réglage automatique simplifié au maximum; d) tous les avantages inhérents à l'utilisation de l'énergie solaire; e) absence d'entretien et de surveillance spéciale de l'installation; ; f) utilisation des pompes à chaleur les plus courantes et le meilleur marché (système à air frais classique avec les meilleures conditions de rendement); g) possibilité de transformation facile de toute installation classique équipée d'une pompe à chaleur air/air; h) possibilité d'utiliser les capteurs en dehors de la saison de chauffage des locaux pour d'autres fins analogues, telles que le chauffage de l'eau d'une piscine, sans modification essentielle de l'installation. REVENDICATIONS 1 - Installation de chauffage à air, caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellement un capteur solaire, un réservoir de stockage d'eau chaude1 qui est fournie par le capteur et mise en recirculation entre le réservoir et une pompe à chaleur dont lt.évaprateur et le condenseur sont montés respectivement dans des circuits de rejet de l'air à l'extérieur et de distribution de l'air l'intérieur du local ou de l'enceinte a climatiser, le circuit de l'air étant tel que l'air est préalablement chauffé par contact avec le réservoir de stockage de l'eau chaude fournie par le capteur, avant d'être mis en contact avec le condenseur de la pompe à chaleur et d'être envoyé ou pulsé à l'intérieur du local ou de l'enceinte à climatiser. 2 - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur solaire est de préférence du type à basse température et grand débit, avantageusement du type à lame d'eau et en ce que son alimentation en eau circulant entre lui et le réservoir de stockage d'eau chaude, est assurée par une pompe de circulation commandée par un thermostat qui agit en fonction de la température de l'eau accumulée dans le réservoir et lorsque cette température est inférieure à celle du capteur. 3 - Installation suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le réservoir de stockage de l'eau chaude comporte des conduits qui.le traversent, et débouchent de préférence, à une extrémité, au ras du sol et, à l'autre, au-dessus du niveau de l'eau accumulée, et dans lesquels circule de l'air pris à l'intérieur du local ou de l'enceinte à climatiser et, de l'air provenant de l'extérieur pour le renouvellement, cet air entrant en contact avec les parois chauffées de ces conduits et une chambre, formée au-dessus du niveau de l'eau, dans laquelle débouchent des conduits de sortie qui se dirigent l'un vers le.diffuseur situé dans le local ou l'enceinte à climatiser et l'autre vers l'extérieur, et dans lesquels sont montés respectivement le condenseur et l'évaporateur d'une pompe à chaleur, de préférence du type air/air, des ventilateurs soufflant étant également intercalés dans ces conduits pour forcer la circulation de l'air dans ces derniers. 4 - Installation suivant les revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte des thermostats d'ambiance dont l'un sert à actionner le ventilateur de circulation de l'air rejeté à l'extérieur et le compresseur de la pompe à chaleur, tandis que l'autre commande l'actionnement du ventilateur servant à refouler l'air vers le diffuseur placé à l'intérieur du local ou de l'enceinte, les deux thermostats étant actionnés en fonction des variations de température de l'atmosphère à l'intérieur du local ou de l'enceinte à climatisser