Brevet FR2481422A1 — publié le 19811030

La presente invention a trait à la climatisation et elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de production et de distribution de chaleur à l'intérieur des locaux d'un immeuble, mettant en oeuvre l'utilisation des sources d'énergie les plus économiques et notamment l'énergie non utilisée, dissipee dans les milieux ambiants comme l'énergie solaire. L'invention concerne également une installation de chauffage appliquant ce procédé. C'est seulement depuis quelques années, à l'occasion -de la crise d'énergie, que l'on a commencé à se préoccuper, sur le plan financier, des techniques de chauffage et plus particulièrement des sources d'energie calorifique utilisables en chauffage. Aussi a-t-on vu apparaître ces dernières années, des installations de chauffage mettant en oeuvre la récupération de calories rayonnees par l'énergie solaire, dans l'espace qui nous entoure. Cette source d'énergie gratuite est recueillie au moyen de dispositifs mettant en oeuvre les uns la circulation d'un fluide caloporteur sous une surface absorbant directement les rayons solaires vers lesquels elle est orientée, et les autres le chauffage thermodynamique utilisant la compression et la détente d'un fluide caloporteur pour transférer la chaleur d'une source froide vers une source chaude. Les dispositifs mettant en oeuvre les deux procédés évoques ci-dessus, sont connus plus couramment sous les noms respectifs de " capteur solaire" pour le premier et de "pompe à chaleur" pour le second. En vue d'atteindre les mêmes objectifs de récupération d'énergie gratuite, les demandeurs proposent un procédé de production et de distribution de chaleur à l'intérieur des locaux d'un immeuble, à usage d'habitation, remarquable en ce qu'il consiste - d'une part, à emprunter les calories accumulées dans la masse du matériau constitutif de la paroi externe d'au moins un élement de l'enveloppe de l'immeuble ; - d'autre part, à elever lesdites calories à un degré de température utilisable en chauffage ; - et enfin, à les distribuer dans le volume diapir à chauffer d'un ou plusieurs locaux de cet immeuble. En effet, les parois externes d'une habitation et plus particulièrement celles des pans d'un mur, sont généralement reten- trices d'une importante quantité d'énergie non utilisée et qui est accumulée par rayonnement direct de l'énergie solaire sur l'épiderme desdites parois et par convection des calories véhicuculées par l'air environnant l'habitation et plus particulieree ment par le vent. Le procédé de l'invention a donc pour objet de puiser les calories disponibles dans la masse du matériau constitutif desdites parois qui seront facilement régénérées en énergie calorifique car l'abaissement de température de ces dernières a pour conséquence immédiate d'augmenter considérablement leur pouvoir absorbant. De ce fait, les transferts de calories du milieu ambiant dans la masse des parois seront facilités et ce, selon une quantité dont la valeur algébrique est proportionnelle à celle de l'écart de température entre les deux milieux. I1 est à considérer en outre que le fait de maintenir à basse température la masse des parois externes de l'habitation, constitue une barrière thermique aux déperditions par transmission, en tenant compte que les flux de chaleur sortant sont recyclés a l'intérieur de l'habitation grâce au procédé de l'invention. Une caracteristique préférentielle de l'inve-ntion consiste à restituer les calories prélevees dans la masse du matériau constitutif de la paroi interne du local à chauffer, ce qui permettra à ladite masse de jouer le rôle de diffuseur et d'éviter ainsi à l'intérieur du local la présence inesthétique et généralement encombrante d'appareils échangeurs de chaleur, plus communément appelés radiateurs. Une autre caractéristique préférentielle de l'invention consiste à emprunter et à restituer lesdites calories dans la masse des matériaux constitutifs respectivement de la paroi externe et de la paroi interne d'un pan de mur par exemple, de l'habitation. La paroi interne est, bien évidemment, isolée thermiquement de la paroi externe selon des techniques d'isolation connues (lame d'air, épaisseurs de laine de verre,...etc) afin de réduire au minimum les échanges de chaleur entre les deux parois. Un avantage particulièrement intéressant de l'invention et qui est apporté par cette caractéristique, est d'autoriser la réalisation sur place ou en atelier de panneaux monoblocs destinés à l'édification de la maçonnerie d'une habitation et comprenant les deux parois interne et externe, isolées thermiquement et dans lesquelles sont inclus les éléments principaux destinés à mettre en oeuvre le procédé de production et de distribution de chaleur décrit ci-dessus. Une autre caractéristique additionnelle de l'invention consiste à restituer une partie ou la totalité des calories prele vées, dans l'organe échangeur d'un ballon d'accumulation d'eau chaude qui est destinée notamment à l'usage sanitaire des occupants de l'habitation. D'autres caractéristiques et d'autres avantages de l'invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation concrète, choisi pour illustrer les concepts fondamentaux du procéde qui vient d'être cidessus divulgué, mais nullement limitatif de ses nombreuses variantes de réalisation et d'application. Cette description qui concerne une installation de production et de distribution de chaleur mettant en oeuvre ledit proche de , est annexée de de dessins sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un pan de mur d'une habitation équipée de cette installation 9 La figure 2 est une vue selon A d'un élément de ladite ins lallation. Le pan de mur 1 d'une habitation tel qu'illustré sur le dessin de la figure 1 est constitue d'une paroi interne la deinis- sant une partie de l'enceinte d'une pièce intérieure PI de l'ha citation d'une part, et d'une paroi externe 1b définissant une partie de l'enveloppe en contact avec le milieu extérieur environnant E d'autre part. Ces deux parois, de préférence coulées en béton, sont séparées d'une épaisseur de laine de verre 1c dont le faible coefficient de conductivité thermique freine notablement les pertes de chaleur de la pièce PI vers l'extérieur E par transmission au travers du mur 1. Les niasses de béton constituant les parois 1a et lb enrobent deux echangeurs respectivement 2a et 2b9 formes chacun d'un serpentin façonné dans un materiau métallique (fer, Cuivre) dont le coefficient de dilatation thermique est voisin de celui du béton afin d'éviter les phénomènes de contraintes entre la masse de béton et les échangeurs qui provoquent généralement l'éclatement de ces derniers. Ces échangeurs 2a et 2b const-ituent respectivement le condenseur et l'évaporateur d'une pompe à chaleur 3 permettant, inversement au transfert naturel de chaleur, de faire passer cette dernière, et ce comme on l'a précisé au début du présent mémoire, d'une source froide (paroi externe lb) vers une source chaude (paroi interne 1a). Conformément au procédé objet de la présente invention, la pompe à chaleur 3 permet donc - d'une part, d'emprunter les calories accumulées dans la masse de béton de la paroi externe lb de l'habitation par l'inter médiaire de l'évaporateur 2bs - d'autre part, d'élever le degré de temperature desdites calories à un niveau utilisable en chauffage, - et enfin, de les restituer dans la masse de béton de la paroi interne la par l'intermédiaire du condenseur 2a pour réchauffer le volume d'air de la piece PI. Afin d'augmenter le rendement énergétique de cette installation de production et de distribution de chaleur, il est propose d'une part, de renforcer l'isolation thermique du mur 1 en tapissant chacune des deux faces en regard l'une de l'autre des parois la et lb d'une feuille d'aluminium 4 ( l'aluminium étant un très réflecteur aux radiations infra-rouges) et d'autre part, d'augmenter les surfaces utiles de captation et de diffusion des calories respectivement dans les parois externe et interne du mur 1 en soudant un treillis métallique 5 sur les échangeurs 2a et 2b (cf. figure 2).Ces treillis métalliques serviront également a armer les masses de beton des deux parois la et 1b Un autre objectif de l'invention est de remedier aux inconvénients des installations de chauffage classiques où on a souvent remarqué qu'une accumulation d'air dans les circuits entraîne des conséquences dommageables pour ces derniers. Aussi afin d'éviter cette accumulation d'air dans les echangeurs 2a et 2bs les serpentins les constituant eliminent la presence de points hauts et sont formés à cet effet (figure 2) d'une succession d'arcs de cercle 6 raccordés deux à deux par des segments de droite 7 légèrement inclinés par rapport à l'horizontale. En se reportant au dessin de la figure 2, on comprend qu'avec une telle configuration, l'échangeur 2a achemine le fluide caloporteur de l'entrée flèche E vers la sortie flèche S selon une pente constamment ascendante. Bien entendu, l'installation qui vient d'être ci-dessus décrite et représentée pour fonctionner en chauffage, pourra également fonctionner en réfrigération en inversant le cycle de la pompe à chaleur 3, l'évaporateur 2b devenant un condenseur et le condenseur 2a un evaporateur. De même, selon les cas jugés les plus appropriés par l'homme de métier, on peut utiliser à la place d'un pan de mur d'autres éléments de l'enveloppe d'une habitation tels la terrasse, le plancher, la toiture... I1 est évident que de nombreuses modifications et variantes de l'invention peuvent être réalisées en se basant sur les enseignements ci-dessus donnés. Il est par conséquent bien entendu que, sans sortir du cadre des revendications, l'invention peut être mise en oeuvre d'une manière différente de celle exposee cidessus. REVENDICATIONS 1. Procédé de production et de distribution de chaleur à l'intérieur des locaux d'un immeuble, CARACTERISE EN CE QU'il consiste - d'une part, à emprunter les calories accumulées dans la masse du matériau constitutif de la paroi externe d'au moins un élement de l'enveloppe dudit immeuble, - d'autre part, à elever lesdites calories à un degré de température utilisable en chauffage, - et enfin, à les distribuer dans le volume d'air à chauffer d'un ou de plusieurs locaux de cet immeuble. 2. Procedé selon la revendication 1, CARACTERISE EN CE QU'il consiste à restituer lesdites calories dans la masse du matériau constitutif de la paroi interne de l'enceinte du local à chauffer. 3. Procedé selon les revendications 1 et/ou 2, CARACTERISE EN CE QU'il consiste à restituer lesdites calories dans un organe-échangeur destiné à la production d'eau chaude à usage domestique. 4. Procéde selon les revendications 1 et 2, CARACTERISE EN CE QU'il consiste à emprunter et à restituer les calories dans la masse des matériaux constitutifs respectivement de la paroi externe et de la paroi interne d'un même élément de ladite enveloppe, la paroi interne étant isolée thermiquement de la paroi externe. 5. Installation de production et de distribution de chaleur à l'intérieur des locaux d'un immeuble et mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1, 2 et 4, CARACTERISEE PAR LE FAIT QU'elle comprend une pompe à chaleur dont l'evaporateur est noye dans la masse du matériau constitutif de la paroi externe d'un pan de mur, de préférence exposé au rayonnement solaire, et dont le condenseur est noyé dans la masse du matériau constitutif de la paroi interne dudit mur, isolée thermiquement de la paroi externe. 6. Installation selon la revendication 5, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE l'évaporateur et le c-ondenseur de la pompe à chaleur sont formés chacun d'un serpentin solidaire d'un treillis métallique pour augmenter respectivement la surface utile de captation et celle de diffusion des calories dans la masse desdits matériaux constitutifs. 7. Installation selon la revendication 59 CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE les deux faces en regard l'une de l'autre des parois interne et externe dudit pan de mur sont tapisses chacune d'une feuille d'aluminium. 8.Installation selon la revendication 6, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE ledit serpentin est formé d'une succession d'arcs de cercle raccordés deux à deux par des segments de droite legere- ment inclinés par rapport à l'horizontale