Brevet FR2564953A1 — publié le 19851129

Système thermodynamique associant un capteur solaire léger, une reserve d'eau et une pompe à chaleur, destiné au chauffage de locaux. La présente invention a pour bu t de constituer un chauffage sol aire efficace dans des régions tempérées ne permettant pas l'application directe du chauffage solaire. Les capteurs solaire actuellement construits nécessi- tent le recours a une forte isolation thermique afin de limiter les déperditions par convection tout en ne permettant d'obtenir qu'une eau a basse température peu compatible avec les installations de chauffage classique, de plus l'existence d'une paroi vitrée destinée l'effet de serre limite le captage en raison de la réflexion du rayonnement lie à 1-inciden- ce variable du rayonnement au cours de la journée et des saisons. L'implantation d'une pompe a chaleur sur un reseau de chauffage est une solution très intéressante dans le cas ou l'on dispose d'une source froide constituée par 1 'eau d'un forage : cette dernière possibilité n'étant pas systématique, la présente invention se propose d'associer, capteur solaire réserve d'eau et pompe è chaleur afin d'obtenir Û système de chauffage a rendement thermodynamique élevé d'un cot de réalisation modéré. Les données techniques citées ci-dessous sont destinées à permettre un dimensionnement du système pour une configuration moyenne et autorisent un dimensionnement différent com- patible avec l'apport solaire gratuit souhaité; Le cas type retenu est le cas dun pavillon de IO0R2 habitables correctement isolé et situe en région parisienne. Les besoins calorifiques d'une telle construction sont de 6.500 kcal/h en moyenne durant les 7 mois de la période de chauffage, soit 98.000 kcalfjour. La valeur moyenne de lwap- port calorifique dû au rayonnement solaire d'une paroi correctement exposée est sur une période de chauffage d'environ 2.300 kcalijour/m2. I1 apparaît dès lors qu'avec une sur face de 42m2 de capteur, il est possible d'assurer la compensation des deperditions de l'habitation.Apparaît a ce niveau le rôle essentiel de la capacité d'inertie calorifique : le transfert des calories se fait du capteur à une ca pacité d'eau dont le réchauffage limité assure un tres faible différentiel de température permettant un captage sans isolation renforcée, mais également la constitution d'une source froide utilisable indépendamment des périodes d'ensoleillement (horaire decalé). La température moyenne extérieure durant la période d'insolation étant dans la région parisienne environ 60C sur la période de chauffage, il apparaît que le systeme permet d'obtenir une source froide pour une pompe a chaleur d'environ 9 a I20C. Dès lors qu'ont été retenues les valeurs ci-dessus mentionnées, la capacité d'inertie d'eau ressort a 20m3 environ afin d'assurer le stockage total de l'apport dû au so- leil. La source froide étant établie a une température d'environ I0 C, il est aisé d'implanter une pompe a chaleur de type eau-eau dont le regime thermodynamique sera de +4 +60 afin de produire une eau a 560 au niveau du réseau de chauffage ; une température d'eau chaude plus élevée est possible mais elle limite le rendement de transfert calories que ; dans ces conditions de températures le rendement d'une pompe a chaleur est d'environ 3,2 minoré par la consommation des pompes de circulation, et donc nous retiendrons un ceef- ficient moyen de 3 sur la période de chauffage de l'habitation. L'extraction des calories de la source froide pourra être poursuivie au-dessous de la température ambiante éliminant ainsi la déperdition par convection mais permettant une récupération de calories par convection en raison de la surface élevée d'échange constituée par les panneaux. Caractéristiques du capteur solaire : de ce qui préce- de il ressort que seul nous importe la capacité de transfé rer l'apport du au rayonnement solaire un fluide calopor teur (eau), dès lors il est aisé de réaliser un panneau soi aire constitue d'un n assemblage de circuits fluide contigus (exemple Alvéolon de chez Carbocryl (marque)) relié par des collecteurs assurant la d stribution- d'eau, l'orientation sera dans le cas général plein sud, sud-est, sud-ouest selon les horaires de fonctionnement retenus. l'ensemble sera implanté par exemple sur une structure apte a supporter les contraintes d'intempéries trend, neige) le côté exposé ayant dans tous les cas une teinte foncée compatible avec un très faible taux de réverbération et assurant un captage maximum. Un système d'asservissement assure la vidange des capteurs lorsque la température ambiante est inférieure au point de congélation et en dehors des periodes de captage. Une variante consiste a adjoindre au fluide caloporteur un adjuvant abaissant le point de congélation. Caractéristique de la capacité d'inertie : il s'agit d'une capacité de 10 à 20 m3 pour le cas d'étude, celle-ci pouvant avantageusement entre enterrée permettant ainsi dSe- viter l'isolation et permettant un transfert additionnel de calories du sol vers la capacité. Une variante relative a la capacité est constituée par un bassin pouvant servir de piscine dont le volume peut être important augmentant ainsi l'inertie pour laquelle il est avantageux de prévoir une couverture pour la période de non baignade, ce afin de limiter au maximum les déperditions calorifiques, et par la même réduit le gradient de déperdition calorifique. Caractéristiques de la pompe a chaleur : il s'agit d'une pompe de type eau-eau branchée sur le réseau de chauffage , la source première n'étant conservée qu'en appoint. Une variante possible est constituée par l'inversion des circuits caloporteurs sur les condenseurs et évaporateurs, permettant la climatisation des locaux, simultanée à un rechauffage du bassin dans le cas de piscine par simple jeu de vanne sur les deux circuits d' eau (bassin-chauffage). Une variante possible est constituée par la Bise en pla- ce de 2 condense i-s Ul la po-.pe à chaleur dont l'un assure le réchauffage de l'eau chaude sanitaire. REVENDICATIONS I) Système de chauffage associant des panneaux solaires sans effet de serre avec isolation arrière limitée, associés à une capacité de fluide caloporteur, accouplé à une pompe à chaleur destinée au chauffage de locaux. 2) Système selon la revendication I dont l'orientation des capteurs est liée à l'usage en fonction de l'horaire souhaité pour le captage maximal souhaité sur le rayonnement solaire. 3) Système selon les revendications I et 2 dont l'inertie calorifique peut entre constituée par une cuve enterrée ou isolée assurant un apport supplémentaire du au sol. 4) Système selon les revendications I et 2 dont l'inertie calorifique peut-etre constituée par un bassin pouvant servir de piscine. 5) Système selon les revendications I, 2 et 4 dans lequel l'inversion des circuits d'eau (fluide caloporteur) permet la climatisation de locaux simultanée au chauffage de la capacité d'inertie calorifique par l'inversion du circuit des caloporteurs. 6) Système selon les revendications I,2,3,4,5 dans lequel un adjuvant permet de descendre le point de congélation augmentant d'autant la possibilité de captage vers la source froide. 7) Système selon les revendications 1,2,3,4,5,6 dont la pompe a chaleur est équipée de deux condenseurs dont l'un assure le réchauffage de l'eau chaude sanitaire.