Brevet FR2544475A1 — publié le 19841019

Générateur individuel de chauffage par pompe a chaleur, et installation de chauffage. L'invention concerne un générateur individuel de chauffage comportant une pompe à chaleur eau-eau de type classique comprenant un compresseur, un condenseur, un détendeur, un évaporateur. On sait que dans ce système de chauffage, adapté a l'habitat neuf ou ancien, la production de chaleur est assurée par un cycle frigorifique sur une source primaire froide (nappe phréatique). La distribution de chaleur est assurée par eau chaude basse température. Bien que ce système de chauffage soit théoriquement très avantageux, notamment en ce qu'il utilise partiellement une énergie renouvelable et non polluante, son extension se heurte encore a un coût d'investissement assez élevé, et a une exploitation posant problème. Dans le domaine de l'habitat collectif qui est plus particulièrement désigne pour les installations de chauffage par cycle thermodynamique, ces installations font jusqu'ici appel a une ou plusieurs pompes a chaleur eau-eau centralisées. Dans le cas de plusieurs pompes a chaleur, soit l'évaporateur est irrigue en permanence, la régulation se faisant en tout ou rien sur les compresseurs, soit chaque pompe a chaleur dispose de sa pompe de circulation primaire. Ces deux solutions tou autres solutions intermédiaires) ne permettent pas l'optimisa- tion du rapport court d'investissement sur coût d'exploitation, l'individualisation des besoins et des charges demeurant peu réalisable de toutes façons. De plus la mise en service d'une pompe à chaleur eau-eau conventionnelle nécessite l'ajout et le raccordement sur place de plusieurs organes de coupure, de réglage, d' amenée et de rejet du fluide. Une telle installation exige donc la détermination de ces éléments et leur mise en place, opérations supplémentaires a la pose de la pompe a chaleur proprement dit. Le but de l'invention est de proposer un générateur individuel de chauffasse, particulièrement destiné à s'intégrer à une installation de chauffage classq'c (radiateurs ou planchers chauffants), ce gén-rateur étant conçu de aire à simplifier considérablement le pontage de l'installation et en réduire le coût, tout en permettant d'abaisser également le coût d'exploitation de l'installation. Ce but est atteint par un générateur qui renferle, dans un boitier unique : la pompe à chaleur une canalisation d'arrivée de source froide côté primaire dotee d'une vanne d'isolement et d'une vanne deux voies motorisée ; une canalisation de rejet cté prinaire dotée d'une vanne d'isolement ; une canalisation de départ coté secondaire dotée d'une vanne d'isolement et d'un circulateur ; une canalisation de retour cote secondaire dotée d'une vanne d'isolement ; chacune de ces canalisations étant reliée d'une part à la pompe à chaleur et d'autre part, à un raccord extérieur sur le boitier ; n thermostat étant prevu pour piloter le compresseur auquel est asservie la vanne motorisée. On voit donc que l'invention propose un ensemble unitaire caractérisé par une combinaison d'éléments qui coopérent en vue de la réalisation d'un module préfabriqué et compact. Le système selon l'invention permet une individualisation des niveaux thermiques désirés et des coûts d'exploitation de chauffage. Il minimise la puissance absorbée des pompes primaires de puisage par une adaptation stricte au débit source froide appelé. Le système de production de chaleur est individuel et se présente sous la fore d'un module préfabriqué qui permet en alliant les performances d'une pompe à chaleur à la com-acité du montage, de réduire considérablement le temps de mise en oeuvre d'une telle installation, ainsi que son coût. L'exar.en des paramètres du circuit de chauffage permet la détermination de l'ensemble préfabriqué adéquat et homo gêne au réseau fluide primaire et la main d'oeuvre rela tive à son montage est limite à la pose de l'armoire d'ensemble et aux raccordements primaires, secondaires eau de ville vidange,et électrique. Son capotage et ses fixations permettent de résoudre de façon préliminaire les problèmes de nuisance phonique. A cet effet d'ailleurs, les canalisations sont reliées à la pompe à chaleur par des raccords anti vibratiles. Si le générateur est place à un niveau bas de l'installation collective, il est avantageusement prévu un réducteur de pression sur la canalisation d'art rivée côté primaire. Ainsi, en cas d'arrêt brusque des compresseurs de certaines pompes à chaleur (coups de soleil, par-exemple) et de fermeture de la vanne motori se asservie, le réducteur evite d'atteindre une pression trop élevée. Avantageusement, la canalisation de rejet côte primaire comporte une vanne de réglage. Cette vanne per met d'obtenir le débit d'irrigation nominal sur tous les évaporateurs, quelles que soient les différentes hauteurs géométriques des differents modules de l'installation. L'installation conforme à l'invention comporte une pluralite de tels générateurs branches sur une ali mentation unique en fluide primaire. Avantageusement, l'alimentation en fluide primaire comporte un groupe de pompage, une vanne moto risée pilotée par une sonde pressostatique à deux niveaux, et un accumulateur de fluide sous pression Cet agence ment autorise une gestion particulièrement économique du groupe de pompage. La conception des générateurs individuels, avec leur vanne pilotée par le compresseur lui-meme piloté par un thermostat, participe à cette économie de gestion du puisage : la pompe- est sollicitée le moins possible en évitant toute circulation inutile dans les évaporateurs. Par ailleurs, on évite ainsi tout puisage non nécessaire de la nappe phréatique. L'optimisation des différents éléments de l'insu tallation permet souvent de n'augmenter que faiblement la puissance électrique appelez et ne nécessite donc pas obligatoirement une modification de la puissance délivrée par l'organisme distributeur. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description suivante dlun mode particulier de réalisation, se référant a la figure unique annexée. Cette figure représente schématiquement et partiellement un exemple d'installation conforme à l'invention. L'installation de chauffage comprend une (ou un ensemble de plusieurs) pompes immergées 1 assurant le puisage du fluide primaire (eau) dans la nappe phre- atique. Cette pompe 1 travaille de 25 % a lDO % de la plage de débit nominal. Une vanne papillon motorisee 2 est pilotée en action progressive par une sonde pressostatique 3 située sur le départ collecteur 4 des colonnes de distribution d'eau froide 5. La vanne 2 est équipée d'une butée de débit minimum et le contrôle pressostatique est à deux niveaux pour l'asservissement en ouverture et en fermeture de la vanne 2. Un seuil haut de pression provoque l'arrêt du groupe de pompage t. Sur la plage 0-25 % du débit le volant d'eau et le maintien de pression sont assurés par un (ou plusieurs) accumulateur 6 de fluide sous pression Un exemple typique, mais non limitatif, d'asser vissement du groupe de pompage sera donné plus loin, par le détail des séquences de fonctionnement. Le fluide primaire (l'eau froide) est distri bué par la colonne 5 aux évaporateurs 7 des pompes à cha leur 8 des générateurs 9; Un seul générateur 9 est repré senté, mais il va sans dire que l'installation est prévue pour un grand nombre de générateurs individuels relies à la colonne 5 d'alimentation et à la colonne 10 de retour. Les tetes de colonne sont équipées d'antibé- liers 11 pour l'amortissement et l'admission des varia tions brusques de débit dues plus particulierement au fonctionnement des électrovannes d'alimentation 12 des évaporateurs 7 de chaque pompe à chaleur 8. Les modules monoblocs 9 sont composés d'une pom pe à chaleur 8, de son equipement primaire, secondaire (détaillés ci-après) et d'un coffret électrique et de ré gulation (non representes). . Tous les orifices de la pom- pe à chaleur 8 sont équipés de raccords antivibratiles 13 pour éviter toute transmission phonique entre le génera teur et les émetteurs de chauffage (radiateurs, planchers. chauffants, etc.) situes dans les pièces d'habitation. La canalisation 14 d'arrivée source froide côté primaire comporte, un reducteur de pression- 15 une vanne dtisolemeSt 16 et la vanne motorisée 12. La canalisation 17 de rejet primaire comporte une vanne de réglage 18 et une vanne d'isolement 19. Le départ côte secondaire 20 comporte une vanne d'isolement 21, un circulateur 22 et un purgeur d'air 23. Le retour s-econdai re 24 comporte un purgeur 25, une vanne d'isolement 26, le raccordement au vase d'expansion 27.11 est également prevu pour la canalisation 30, un raccordement appoint eau froide 28 equipé d'une vanne d'isolement 29 et d'un clapet 30set un raccordement 31 à la vidange 32. Le générateur 9 comporte une evacuation conden sat 33 reliée à la vidange 32. La vanne deux voies moto risee 12 est asservie au compresseur 34 de la pompe à chaleur 8 avec un système de temporisation. La presence de cette électrovanne i2 et la conception du circuit d'alimentation en eau froide permet de limiter le débit de puisage et la puissance absorbée à des valeurs strictement nécessaires à la production de chaleur. La tempo- risation retard au démarrage des compresseurs 34 permet l'établissement du regime adéquat permanent en débit du circuit d'alimentation primaire. Un thermostat d'ambiance 35 pilote le compres- seur 34 de la pompe à chaleur en tout ou rien. te réducteur de pression 15 maintient les évaporateurs 7 des niveaux bas du bâtiment à des niveaux manométriques admissibles. Comme mentionné précédemment, l'asservissement du groupe de pompage 1 se fait par un contrôle pressostatique à deux niveaux. D'une part, il y a arrêt et mise en route du groupe de pompage 1 entre les niveaux mini 5,5 bars et maxi 6,5 bars, si le débit est inférieur à 15 m3/h : le groupe 1 fonctionne en démarrages et arrêts successifs dans la limite de 15 démarrages par heure au maximum, le volant d'eau étant assure par le ou les réservoirs 6. a) le groupe 1 démarre, la vanne 2 étant en position de débit minimum. b) la vanne 2 s'ouvre alors jusqu'à ce que la pression dans le réseau atteigne le seuil minimum de régulation, soit - 5,7 bars. c) le débit restant faible (inférieur à 15 m3/h) la pression croît alors rapidement. d) au seuil maximum de régulation (6,2 bars) la vanne 2 se referme alors jusqu'à sa butee de débit minium. e) la pression croit encore,(si le débit reste inférieur à 15 m3/h) et arrive au seuil maxi de 6,5 bars, la pompe s'arrête alors. Ce cycle se renouvelle tant que le débit reste inférieur a 15 m3/h. D'autre part, il y a régulation entre les niveaux 5,7 bars, et 6,2 bars par variations du positionnement de la vanne 2 si le débit est supérieur 9 15m3/h et inférieur à 54m3/h. a) la mise en oeuvre du groupe 1 et de la vanne 2 suivent les mêmes séquences a,b qu'au paragraphe précé- dent. b) l'ouverture de la vanne se poursuivra tant que le seuil minimum 5,7 bars ne sera pas atteint. Si ensuite, le débit se stabilise, la vanne s'immobilise. c) si le débit croit, la vanne s ouvre a nouveau dès qu'elle repasse le seuil 5,7 bars. d) si le débit diminue, la vanne se referme des qu'elle atteint le seuil 6,2 bars. e) l'ouverture maximum de la vanne sera limite volontairement pour assurer un débit voisin de 54 m3/h, ceci afin d'assurer une variation plus rapide de son positionnement si une diminution rapide du débit entait enregistree. f) si le débit diminuait jusqu'a repasser en deça du seuil des 15 m3/h, la croissance de la pression amenerait alors un fonctionnement conforme aux séquences c, d, et e du paragraphe précédent. Il faudra des lors que la pression du réseau repasse le seuil des 5,5 bars pour assurer un nouveau démarrage du groupe de pompage 1. En cas de coupure de courant, les pompes à chaleur 8 et le groupe de pompage 1 sont à l'arrêt. Des le retour du courant a) la vanne 2 revient.en position de débit mini- mum. b) le groupe 1 se remet ensuite en route. c) suivant le débit sur le reseau secondaire à ce moment les séquences de fonctionnement seront les unes ou les autres de celles vues précédemment. La temporisation retard aux démarrages des compresseurs 34 de 1 minute doit permettre une remontée rapide de l'installation aux seuils de pressions normaux et d'éviter la mise en sécurité basse pression des pompes à chaleur. En conclusion, le système de production de chaleur conforme à l'invention est applicable au secteur de l'habitat collectif, neuf ou existant avec disponibilité de source froide. Le court d'exploitation minime permet la qualité du rapport investissement -exploitation. L compacité et la conception des modules de production de chaleur permet une inclusion facile dans un logement et un raccordement rapide , leur préfabrication étant assuree en atelier apres détermination et homogénéisation des différents constituants. REVEND;CATIONS 1. Générateur individuel de chauffage comportant une pompe à chaleur (8) comprenant un compresseur, un condenseur, un detendeur et un évaporateur, caractérise en ce -qu'il renferme dans un boîtier unique (9) : la oompe à chaleur (8) ; une canalisation d'arrivée de source froide cOté primaire (14) dotée d'une vanne d'isolement (16) et d'une vanne deux voies motorisées (22) ; une ca nalisation de rejet côté primaire (17) dotée d'une vanne d'isolement (19) ; une canalisation de départ côte secondaire (20) dotée d'une vanne d'isolement (21) et d'un circulateur (22) ; une canalisation de retour côte secondaire (24) dotée d'une vanne d'isolement (26) ; chacune de ces canalisations (14,17,20,24) etant reliée d'une part à la pompe à chaleur (8) et d'autre part, à un raccord extérieur sur le boîtier (9) , un thermostat (35) etant prévu pour piloter le compresseur (34) auquel est asservie la vanne motorisée (12). 2. Générateur selon la revendication 1, caractérise en ce que les canalisations (14, 17, 20, 24) sont reliées à la pompe à chaleur (8) par des raccords antivibratiles (13). 3. Generateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la canalisation d'arrivée côte primaire (14) comporte un réducteur de pression (15). 4. Générateur selon l'une quelconque des revendications precedentes, caractérisé en ce que la canalisation de rejet cote primaire (17) comporte une vanne de réglage (18). 5. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la canalisation de départ côté secondaire (20) comporte un raccordement (28) en appoint d'eau froide- équipé d'une vanne d'isolement (30) et d'un clapet (29). 6. Générateur selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que la canalisation de départ côté secondaire (20) est dotée d'un raccordement (31) à la vidange (32). 7. Générateur selon l'une quelconque des revenaications précédentes, caractérisé en ce que la canalisa tion-de retour côté secondaire (24) est dotée d'un vase d'expansion (27). 8. Générateur selon l'une des revendications pre- cédentes, caractérisé en ce que la pompe à chaleur (8) comporte une évacuation condensat (33) reliee à la vidange (32). 9. Installation de chauffage du type comportant une alimentation unique (1-6) en fluide primaire, carac terse en ce qu'elle comporte une pluralite de générateurs (9) selon l'une quelconque des revendications i à 8. 10. Installation selon la revendication 9, carac térisé en ce que l'alimentation en fluide primaire comporte un groupe de pompage (1), une vanne motorisée (2) pilotée par une sonde pressostatique (3) à deux niveaux, et un accumulateur (6) de fluide sous pression.