Brevet FR2474656A1 — publié le 19810731

La présente invention a pour objet un dispositif pour la récupération des pertes d'énergie thermique dégagée dans une première zone formant source d'énergie thermique, d'un ment et pour l'utilisation de l'énergie récupérée dans une deuxième zone dudit bâtiment. On connaît déjà des dispositifs de récupération des pertes d'énergie thermique, utilisables dans un bâtiment, qui comprennent des moyens échangeurs de chaleur pour la récupération desdites pertes d'énergie par contact avec un fluide caloporteur provenant de ladite zone productrice d'énergie et des moyens accumulateurs de l'énergie récupérée pour un transfert ultérieur de cette énergie à ladite deuxième zone0 Ces dispositifs connus ont pour inconvénients majeurs qu'ils sont d'une structure relativement complexe et encombranteO L'installation d'un tel dispositif connu est par conséquent coûteuse et risque de compliquer l'adoption de certaines solutions architecturales avantageuse. La présente inventIon a pour objectif de proposer un dispositif de récupération des pertes d'énergie thermique du type qui vient d'être décrit, mais qui ne présente pas les inconvénients précités des dispositifs connus, Le dispositif pour la récupération des pertes d'énergie thermique selon l'invention est caractérisé par le fait que les moyens échangeurs de chaleur et les moyens accumulateurs sont formés par un lit d'une matière fragmentée perméable au fluide caloporteur provenant de la zone de source d'énergie thermique et ayant un grand pouvoir d'absorption d'énergie thermique et une grande inertie thermique. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le lit de matière fragmentée est situé sous le plancher d'une pièce du bâtiment, Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le lit de matière fragmentée est formé par un lit de cailloux ou de galets de rivière. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre > faite en référence à une figure schématique annexe donnée uniquement à titre d'exemple illustrant le principe du dispositif de récupération des pertes d'énergie thermique selon l'invention. Sur la figure , le chiffre de référence 1 désigne un bâtiment qui comprend une première zone 2 dans laquelle se trouve une ou plusieurs sources d'énergie thermique 3 et une deuxièmeane4 ifaQcn générale consommatrice d'énergie thermiquesEn particulier, l'énergie thermique récupérée est destinée au réglage de la tempéra ture de cette deuxième zone, La première zone 2 peut être une cuisine comportant des appareils tels qu'un ou plusieurs fours formant sources de chaleur et éventuellement des groupes. frigorifiques constituant alors des sources de froid. La deuxième zone consommatrice de chaleur est un local de séJour, tel que par exemple une salle à manger ou la salle d'un restaurant0 Le dispositif de récupération des pertes. d'énergie thermique, c'est-à-dire de la chaleur ou du froid dégagé par lesdites sources d'énergie 3 comprend un dispositif formant bouche d-'aspiration 5 situé dans la première zone 2 et destiné à aspirer, sous l'effet d'un ventilateur d'extraction 6, le fluide environnant les sources thermiques et contenant sous forme de chaleur ou de froid les pertes d'énergie thermique dégagées par les sourcesaet un lit 7 de matière fragmentée perméable au fluide aspiré par la bouche 50 La bouche d'aspiration 5 est reliée au ventilateur d'extraction 6, par un canal 8.Le lit 7 de matière fragmentée est relié, du côté de son entrée, au canal 8, par un canal de déviation 9 et à sa sortie au ventilateur d'extraction 6 par un canal de sorte 10, Une première vanne d'obturation 11 est monté dans le canal 9 et une deuxième vanne d'obturation 12 est placée dans le canal 8, en aval de l'embouchure du canal 9 dans le canal 80 Les deux vannes Il et 12 peuvent être formées par une vanne à deux voies. Si la vanne Il située dans le canal d'entrée 9 du lit 7 de matière fragmentée est fermée, le fluide chaud ou froid, aspiré à travers la bouche d'aspiration 5 9'écoule directement au ventilateur 6, pour y être reJeté dans l'atmosphère. Par contre, si la vanne 12 est fermée, le fluide aspiré ne peut s'écouler à travers le lit 7 pour parvenir an ventilateur 6, Lors de son passage à travers le lit 7, le fluide qui transporte l'énergie thermique sous forme de la chaleur ou du froid et qui est par conséquent un fluide caloporteur, chauve ou reiroidit la matière fragmentée du lit 7 et cède à celle-ci au moins une partie de son énergie thermique. Le lit 7 de matière fragmentée est adapté pour former un accumulateur de l'énergie thermique et pour permettre le dégagement de l'énergie emmagasinée sous forme de laWchaleur ou du froid vers la zone 4 formant par exemple un local de séjour Pour obtenir un résultat optimal, le lit 7 est situé sous le plancher 13 du local et occupe en dessous de celui-ci une zone maximum, selon les contraintes architecturales0 D'autre part, pour empêcher des pertes d'énergie thermique emmagasinée, le lit 7 est entouré d'une couche thermiquement isolante 14 de toute nature appropriée , sauf bien entendu à sa surface située en dessous du plancher 13. Toujours dans le but d'obtenir un effet optimal de récupération et de réutilisation des pertes d'énergie thermique, le lit est formé par une matière ayant un haut pouvoir d'absorption d'énergie thermique, par unité de volume de matière fragmentée0 Cette dernière doit être de nature à donner au lit accumulateur de chaleur une inertie thermique la plus grande possible. A titre d'exemple, il est souhaitable que la.matière fragmentée ait un coefficient calorifique d'environ 0,19 kcl/kg/ Co Pour pouvoir satisfaire ces exigences, le lit 7 est. formé avantageusement par des pierrsnotsmmentdes cailloux ou galets de rivière0 Le pouvoir d'absorption d'énergie thermique, par unité de volume de galets entassés dans le lit, est très élevé, notamment si les galets possèdent par exemple un diamètre de 10 cm. Il s'est avéré que le rapport de volume des cailloux ou galets et de l'air dans le lit, est optimal, quand les galets occupent 70% du volume du lit et l'air occupe un volume de 30%.Il est préférable, pour obtenir une capacité de stockage de chaleur ou de froid satisfaisante, que le lit de cailloux ou de galets ait par exemple une hauteur ou épaisseur de 50 cm à 1 m, et couvre, comme il a été indiqué plus haut, une surface maximum en dessous du plancher0 Le dispositif de récupération selon l'invention fonctionne de la façon suivante On suppose que la zone ou le local 4 doit être chauffée.Dans la zone 2 formant par exemple la cuisine, la préparation des repas s'accompagne d'un dégagement de fortes pertes d'énergie thermique qui porte à un niveau élevé la température de l'air dans la zone de source de chaleur 3e L'invention permet de récupérer ces pertes d'énergie et destocker les calories récupérées pour un usage différé, dans le cas présent pour le chauffage du local 40 A cette fin on ferme la vanne 12 et on ouvre la vanne Il située dans le canal d'entrée 9 du lit de cailloux 70 Lorsque l'on met en marche le ventilateur d'extraction 6, l'air chaude la zone des sources de chaleur est aspiré à travers la bouche dlaspiration 5 (flèche F1) et forcée suivant la flèche 2 de traverser le lit de cailloux 7. Pendant son passage à travers celui-ci l'air caloporteur cède au de cailloux 7 au moins une partie de la la chaleur qu'il transporte. Cette partie est fonction du débit d'air traversant le lit accumulateur, débit que lson peut faire varier par exemple à l'aide du ventilateur 60 Comme ;I'illustre la flèche F3, 11 air, après récupération de la chaleur dans le lit de cailloux 7sstécoule vers le ventilateur et est rejeté à l'atmosphère. La chaleur emmagasinée ou stockée dans le lit de cailloux 7 se dégage ensuite à travers le plancher 13 pour chauffer le local 4. L'inertie thermique de l'accumu- lateur de chaleur constituée par le lit 7 permet un dégagement de la chaleur stockée qui se fait lentement et pendant un intervalle de temps relativement long, La température dans le local 4 peut ainsi être maintenue à un niveau relativement constant , bien que la durée de temps de la production de la chaleur et de son stockage ait été relativement courte, Lorsqu'en étéS on désire refroidir le local 4 ou maintenir dans celui-ci un niveau de température agréable, les groupes frigorifiques présents dans la zone de cuisine 2 peuvent être utilisés comme sources de froid, Au lieu de stocker la chaleur en excès comme dans le cas qui vient d'être décrit, l'air froid est aspiré et forcé de passer à travers le lit de cailloux 7 où il cède alors le froid qu'il transporte0 Ce froid sert ensuite pour créer dans le local 4 une atmosphère de fraicheur agréable. Il est à noter que de nombreuses variantes ou adjonction peuvent être apportées au principe de l'invention qui vientd'être décrit0 Pour obtenir une grande souplesse d'utilisation de la chaleur stockée dans le lit de cailloux 7, on pourrait prévoir un circuit de ventilation auxiliaire s'étendant à travers le lit de cailloux. Ce circuit auxiliaire est indiqué de façon schématique sur la figure. De l'air neuf ou frais est aspiré en 15 par l'intermédiaire d'un ventilateur i6 et se chauffe lors de son passage à travers le lit de cailloux 7, avant d'être refoulé dans le local 4. Une vanne 17 est montée dans le circuit auxiliaire pour un réglage à volonté du débit d'air frais pour le local 4. Le chauffage stocké dans le lit de cailloux 7 peut également être utilisé pour chauffer ou préchauffer de lteauO Dans ce cas, des conduites d'eau (non représentées) seront montées dans le lit 7. Le principe de l'invention a été décrit à l'aide d'un exemple de réalisation selon lequel la zone productrice d'énergie thermique 2 et la zone consommatrice d'énergie 4 sont séparée l'une de l'autre et située dans deux locaux distincts (cuisine et par exemple local de séjour). Selon l'invention, cette séparation n'est pas obligatoire. Ce qui est essentiel pour l'invention csest la possibilité du stockage d'une quantité importante d'énergie thermique produite en excès pendant une durée de temps relativement courte et sa restitution lente . pendant un long intervalle de temps, grâce à l'utilisation d'un lit de cailloux comme accumulateur d'énergie thermique. L'invention permet ainsi un abaissement de la température dans la zone 2 autour des sources de chaleur pendant la période relativement courte d'un fort dégagement de chaleur et une climatisation quasi-permanente dans la zone d'habitation ou de séjour, grâce aux pertes d'énergie récupérées. La forte chaleur dégagée dans la cuisine pendant les quelques heures d'activité pourrait être utilisée pour chauffer celle-ci en dehors de ses heures de forte activité. Il suffirait à prévoir à cet effet un lit de cailloux sous le planch.er de la cuisine et de stocker l'énergie récupérée dans celui-ci. Dans ce cas, les zones 2 et 4 représentées sur la figure seraient pratiquement confondues9 sans modification au niveau du principe du dispositif de récupération selon l'invention0 L'effet d'une production de chaleur en excès pendant une période de temps relativement courte au cours d'une journée, peut se produire également dans un local tel qu'une salle de restaurant, dans lequel un grand nombre de personnes est simultanément présent pendant les heures de repas.La chaleur dégagée par ces personnes peut être récupérée à l'aide d'un lit de cailloux placé sous le plancher de ce local. En raison de l'inertie thermique de l'accumulateur de chaleur (lit de cailloux 7) ce dernier cédera ensuite lentement la chaleur stockée pendant les quelques heures de production relaffivement intense de chaleur et assurera un chauffage quasi-permanent du local. Bien entendu, le retrait de l'air surchauffé, par l'aspiration à l'aide du ventilateur 6, entrainera en outre un abaissement de la température dans le local, pendant les heures de forts dégagements de chaleur. On constate, que dans tous les cas d'utilisation du dispositif de récupération des pertes énergie thermique, qui viennent d'être décrits, ce dispositif permet d'obtenir un effet de climatisation aussi bien dans la zone de production de l'énergie thermique en excès que dans la zone d'habitation ou de s6Jour. Il est encore à noter que le lit de matière fragmentée, au lieu d'être situé sous le planchercomme dans le cas décrit ci-avant, pourrait être disposé autrement selon des contraintes architecturales ou pour obtenir d'autres avantages. Ainsi le lit pourrait par exemple au niveau du sol du local occuper une partie des murs des locaux. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si cellesci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A-T I O N S 1. Dispositif pour la récupération des pertes d'énergie thermique dégagées dans une première zone formant source d'énergie thermique d'un bâtiment et pour l'utilisation de l'énergie récupérée dans une deuxième zone dudit bâtiment, ce dispositif comprenant des moyens échangeurs de chaleur pour la récupération desdites pertes d'énergie par contact avec un fluide caloporteur provenant de ladite première zone et des moyens accumulateurs de 11 énergie récupérée pour un transfert ultérieur de cette énergie à ladite deuixème zone, caractérisé en ce que lesdits moyens échangeurs de chaleur et lesdits moyens accumulateurs sont formés par un lit d'une matière fragmentée, perméable audit fluide caloporteur et ayant un grand pouvoir d'absorption d'énergie thermique et une grande inertie thermique. 2. Dispositif selon la revendication 1, la deuxième zone précitée étant une pièce ou salle à chauffer dans .le bâtiment précité, caractérisé en ce que le lit précité de matière fragmentée est situé au niveau du sol de ladite pièce ou salle. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le lit précité de matière fragmentée est situé sous le plancher de ladite pièce ou salle à chauffer. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lit de matière fragmentée est un lit de cailloux du de galets de rivière. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le lit de cailloux ou de galets a une épaisseur ou hauteur d'enviran 50 cm à 1 m et est entouré d'une couche thermiquement isolante, sauf à sa surface de dégagement de chaleur vers la deuxième zone précitée. 6o DispositiS selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le rapport volumique optimal entre les cailloux précités et l'air dans le lit de matière fragmentée est de l'ordre de 70% en cailloux et de 30% en air. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière fragmentée précitée a un coefficient calorifique de l'ordre de 0,9 kcl/ kg/ C 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif formant bouche d'aspiration du fluide caloporteur, sous l'effet d'un ventilateur d'extraction, et des canaux permettant de relier sélectivement ladite bouche d'aspiration audit ventilateur, soit de façon directe, soit à travers le lit de matière fragmentée. 9o Dispositif selon l'une des revendications précédentes9 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de ventilation auxiliaire à débit variable , passant à travers le lit de matière fragmentée et permettant l'introduction de l'air neuf dans la deuxième zone précitée. 10. Dispositif selon l'une des revendicatinns précédentesscaractérisé en ce qu'il comprend un système de conduites d'eau installé dans le lit de matière fragmentée pour le chauffage de l'eau0 11. Dispositif son l'une des revendications pré6édentes,caractérisé en ce qu'il est associé à une source d'énergie thermique dégageant des fortes pertes d'énergie thermique pendant une durée de temps relativement courte, et que le lit de matière fragmentée est adapté pour céder l'énergie thermique récupérée et stockée, lentement et ant e dée de ts comparativement longue pour maintenir dans ladite deuxième zone un niveau de température relativement constant. 12- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone formant source d'énergie thermique est située dans la deuxième zone précitée dudit bâtiment, formant pièce ou salle à char.