Brevet FR2461899A1 — publié le 19810206

La prés-ente invention concerne les systèmes de chauffage à basse température par captage de l'énergie solaire, en particulier à l'aide de capteurs solaires plans ordinaires ou à concentration. Dans de tels systèmes de chauffage, les capteurs solaires, plans par ele, le owr=ettent de chauffer un fluide caloporteur, de 1' eau genéralement, qui est stocké dans une chaudière solaire. Celle-ci alimente un circuiL de chauffage comportant des panneaux radiants basse température, par exemple des grilles de chauffage integrées dans le sol, le plafond ou les murs, la circulation s'effectuant à l'aide de pompes de circulation à débit variable commandées par un système de régulation Un chauffage d'appoint est généralement nécessaire pour compenser l'insuffisance de l'apport calorifique d'origine solaire, à certaines heures, en fonction soit de l'absence, soit de la faiblesse de l'ensoleillement, et/ou des conditions climatiques et météorologiques, ou encore des caractéristiques de l'installation de chauffage.Ce chauffage d'appoint se fait, par exemple, par insertion, dans ledit circuit alimenté par la chau dière solaire, d'une chaudière d'appoint classique fonctionnant au gaz ou à l'électricité et commandée par ledit système de régulation. Dans une telle installation de chauffage à basse température, la température du fluide caloporteur, à la sortie des grilles chauffantes, c'est à dire juste avant la réintroduction du fluide caloporteur à la partie inférieure de la chaudière solaire, est de l'ordre de 20"C, pour une température ambiante intérieure du local chauffé de 180C. Dans un fonctionnement équilibré de l'installation, cette température de 20"C est celle dgentree du fluide caloporteur dans les capteurs solaires. Or, le rendement des capteurs solaires est fonction du coefficient d'isolation global du capteur, de la capacité d'absorption, de l'intensité du flux solaire et du gradient de température entre le capteur et l'extérieur. L'examen des courbes de rendement révèle une diminution rapide du rendement lors de la réduction du flux solaire et de l'accroissement du gradient de température entre le capteur et l'extérieur. Ainsi, pour un gradient de température de OOC et des flux de 200 W/m2 et 600 W/m2 le rendement est de 0,8 (80%) dans les deux cas, alors que, pour un gradient de 250C, les rendements respectifs à 200 et 600 W/m2 deviennent O et 0,50 (50%). En période d'hiver, un gradient entre la température d'entrée (20 à 250C) du fluide caloporteur et la température extérieure (0 à 50C) est fréquent et le rendement du capteur s'en trouve considérablement affaibli. La présente invention a précisément pour but de pallier cet inconvénient en améliorant substantiellement le rendement des capteurs solaires lorsque le. gradient de température entre les capteurs et l'extérieur devient trop important: A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'amé libration du rendement des capteurs solaires nctamment d'une installation de chauffage solaire comprenant une chaudière solaire reliée à un circuit de captage comportant au moins un capteur solaire1 et à un circuit de chauffage comportant au moins un élément radiant basse température, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à abaisser la température du fluide caloporteur à sa sortie dudit élément radiant et avant son admission dans ledit capteur. De cette manière, on réduit le gradient de température entre le capteur et l'extérieur, et le seuil de fonctionnement du capteur ainsi que son rendement s'en trouvent considérablement améliorés. De préférence, l'abaissement de la température du fluide caloporteur s'effectue dans la partie du circuit de chauffage reliant le ou les éléments radiants à la chaudière solaire. Avantageusement, cet abaissement de température s'effet tue par passage dudit fluide caloporteur dans un échangeur dans lequel passe un fluide à une température sensiblement inférieure à celle du fluide caloporteur. Suivant une application particulièrement intéressante, le fluide en question traversant ledit échangeur est de l'air provenant de l'extérieur du local chauffé et destiné au renouvellement de l'air dudit local. Pendant les périodes d'hiver, un tel système est particulièrement avantageux, car il permet, d'une part,d'abaisser le gradient de température entre les capteurs et l'extérieur et, d'autre part,de réchauffer l'air de renouvellement du local chauffé avant sa dispersion à l'intérieur du local. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lfzsquels - Fig. 1 représente des courbes du rendement d'un cap teur solaire plan en fonction du flux solaire et du gradient de température entre le capteur et l'exte- rieur, et - Fig. 2 représente schématiquement une installation illustrant le procédé de l'invention. La Fig. 1 représente des courbes du rendement On se rend compte immédiatement,en considérant la figure,de l'influence, en particulier en période d'hiver et de faible flux solaire (200 à 400 W/m2), du gradient de température sur le rendement du capteur. Ainsi, à 200 W/m2 et pour un ss & de 250C, le capteur ne fonctionne plus, le rendement Or, dans une installation de chauffage par le sol à basse température,la dalle de sol est stabilisée à 18-200C. A la sortie des grilles de chauffage, le fluide caloporteur (généralement de l'eau) est à la température la plus basse 200C. C'est alors la température d'entrée dans les capteurs et, par 0 ou -50C de température extérieure, le capteur s' arrête de fonctionner. Conformément à l'invention, on va donc rabaisser le niveau de température à l'entrée des capteurs afin d'améliorer le rendement de ceux-ci et de leur permettre de fonctionner, même en cas de faible flux solaire et/-ou de basse température extérieure et, ceci, bien entendu, à l'intérieur du bilan thermique global de chauffage du local ainsi équipé. La Fig. 2 reorésente schématiquement une installation selon l'invention destinée à une maison d'habitation individuelle. Sur cette Fig. 2, on a représente en 1 des capteurs solaires plans de type connu et qui ne seront pas décrits en détail. Ces capteurs solaires 1 sont inclinés à la manière habituelle pour collecter de façon optimale les rayons du soleil symbolisés par des flèches. Les capteurs 1 sont reliés, par leur extrémité supe- rieure, à la partie supérieure d'une chaudière solaire 2, et, par leur extrémité inférieure, à la partie inférieure de la chau diète 2. Le fluide caloporteur est,par exemple,de l'eau. Le circuit de chauffage comporte une chaudière d'appoint 3 reliée à la partie supérieure de la chaudière solaire 2. La chaudière d'appoint 3 est chauffée soit électriquement, soit au gaz, soit au fuel, ou bien par toute autre source d'énergie. La chaudière a' appoint 3 alimente deux grilles de chauffage 4 en parallèle, par exemple,noyées dans la dalle de sol de la maison. A l'entrée de chaque grille 4, est interposée une pompe 5 de circulation à débit variable commandée par un système de régulation thermique non représenté. Enfin, conformément . l'invention, la sortie des grilles de chauffage 4 est reliée à la partie inférieure de la chaudière solaire 2 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur "eau-air" 6. L'échangeur 6 est disposé avantageusement dans la gaine 7 d'introduction de l'air extérieur à l'intérieur de la maison. En effet, puisque le renouvellement d'air du volume habité s'impose de toute manière, on réchauffe avantageusement l'air de renouvellement introduit en prenant les calories sur le fluide caloporteur à la sortie des grilles 4, grâce à l'échangeur 6,lequel comporte de préférence un ventilateur 8 commandé par ledit système de régulation. Le sens de circulation du fluide caloporteur (de l'eau) dans les circuits est indiqué par des flèches. Avec une telle installation, le gradient de température moyen entre les capteurs 1 et l'extérieur diminue de l'ordre de 10 à 120C. Le rendement augmente donc et les capteurs 1 peuvent ainsi fonctionner même en cas de faible flux solaire et/ou de basse température extérieure. L'abaissement de température du fluide caloporteur entre les grilles 4 et la chaudière solaire 2, pourrait, bien entendu, être réalisé par d'autres moyens et à l'aide d'un fluide autre que l'air, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. On pourrait également envisager un refroidissement du fluide caloporteur, non pas entre les grilles 4 et la chaudière solaire 2, mais entre cette dernière et les capteurs 1 par des moyens identi ques a ceux dêcils ci-dessus ou équivalents disposés entre le bas de la chaudière 2 et l'entrée des capteurs 1. Enfin, l'invention s'applique au chauffage à basse température de tout local qu'il soit à usage d'habitation, industriel, commercial ou autre, et, d'une manière générale au chauffage de toute enceinte fixe ou mobile ou à la production d'éner- gie calorique destinée à diverses fins (réchauffage d'air, d'eau, de liquides, etc..) L'invention n'est, par ailleurs, évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus,mais en couvre au contraire toutes les variantes. Il en est ainsi notamment de son application, qui concerne toutes les installations de chauffage solaire, et ce quels que soient les capteurs solaires intégrés dans cette installation. En effet, bien que l'invention ait éte décrite en prenant pour exemple d'application un capteur plan, il est clair qu'elle s'applique à tous les types de capteurs solaires, capteur plan ordinaire ou capteur à soncentration,puisque l'équipement supplémentaire qu'elle préconise siadapte-sur l'installation proprement dite, en amont des capteurs solaires. REVENDICATIONS l.Procédé d'amélioration du rendement des capteurs solaires , notamment d' une installation de chaufage solaire comprenant une chaudière solaire reliée à un circuit de captage comportant au moins un capteur solaire et à un circuit de chauffage comportant au moins un élément radiant basse temDéra- ture, ledit procédé étant caractérisé en ce outil consiste à abaisser ia température du fluide caloporteur à sa sortie dudit élément radiant et avant son admission dans ledit capteur. 2. Procédé suivant la revendication l caractérisé en ce que l'abaissement de la température du fluide caloporteur s'effectue dans la partie du circuit de chauffage reliant le ou les éléments radiants à la chaudière solaire. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérise en ce que l'abaissement de la température du fluide caloporteur s'effectue dans la partie du circuit-des capteurs reliant ces derniers à la chaudière solaire. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'abaissement de température s'effectue par passage dudit fluide caloporteur dans un échangeur dans lequel passe un fluide à une température sensiblement inférieure à celle du fluide caloporteur. 5. Procédé suivant la revendication 4 caractérisé ce que le fluide de refroidissement traversant ledit échangeur est de l'air provenant de l'extérieur du local chauffé et destiné au renouvellement de l'air dudit local. 6. Installation de chauffage à basse température par captage de l'énergie solaire à l'aide de capteurs solaires, comprenant une chaudière solaire reliée à un circuit de captage incluant lesdits capteurs solaires et à un circuit de chauffage comportant un ou plusieurs éléments radiants basse température, caractérisée en ce qu'elle comporte, interposée entre la sortie du ou des éléments radiants et la chaudière, ou bien entre cette dernière et l'entrée des capteurs , un échangeur de chaleur destiné à abaisser la température du fluide caloporteur. 7. Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce que ledit échangeur utilise comme fluide réfrigérant de l'air. 8. Installation suivant les revendications 6 et 7 caractérisée en ce que l'échangeur est disposé dans la gaine d'introduction à l'intérieur du local d'air de renouvellement provenant de l'extérieur. 9. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la circulation d'air dans ladite gaine est forcée à l'aide d'un ventilateur commandé par le système de régulation de la température du local.