Brevet FR2578309A1 — publié le 19860905

PROCEDE ET INSTALLATION DE CHAUFFAGE CENTRAL. L'invention se rappcrte à un procédé et à une installation de chauffage central d'un ensemble par ailleurs équipé d'au moins une machine thermodynamique telle une pompe à chaleur ou une machine frigorifique ou disposant d'au moins une source de rejets thermiques. Il est déjà connu de récupérer au profit d'une installation de chauffage central, la chaleur disponible sur le circuit haute pression d'une machine thermodynamique ou, plus généralement, au niveau d'une source de rejets thermiques. Ces installations comprennent, en général, d'une part, un échangeur de chaleur récupérant la chaleur dégagée sur le circuit de condensation de la machine frigorifique ou au niveau de la source de rejets thermiques et que l'on stocke. dans un réservoir accumulateur auquel sont raccordées les conduites de départ et de retour d'un circuit de chauffage et, d'autre part, d'une chaudière auxiliaire assurant à l'eau du réseau de chauffage l'apport en calories récessaire pouvant faire défaut dans l'accumulateur. L'inconvénient majeur de ces installations réside essentiellement dans le fait que, lors de besoins thermiques importants, l'eau de retour dans le réservoir accumulateur est à une température relativement élevée et ne permet pas d'optimiser le rendement de récupération thermique au niveau de l'échangeur de chaleur. Il est ainsi courant de constater que lors de besoins thermiques importants, il n'est quasiment plus possible de rêcupérer de la chaleur pourtant à un moment où l'on en aurait le plus besoin. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé et une installation de chauffage qui remédient à cet inconvénient, et donc qui conviennent pour une récupération optimale de chaleur au niveau d'une machine thermodynamique, telle une pompe à chaleur ou une machine frigorifique dont la marche et l'arrêt restent quant à eux indépendants du chauffage en général ou, plus globalement, au niveau d'un échangeur de chaleur installé sur une source de rejets thermiques. A cet effet, elle a pour objet, un procédé de chauffage notamment caractérisé en ce que : Dans une première phase, dès que l'eau, continue dans la partie basse d'un réservoir accumulateur et récupérant la chaleur dégagée au niveau d'un échangeur de chaleur installé sur une source de rejets thermiques, est à une température suf fisante pour assurer les besoins en chauffage, le réservoir est relié au réseau d'échangeurs d'un circuit de chauffage. Il est ainsi possible lorsque les possibilités de récupération de chaleur sont, à un moment donné, plus importantes que les besoins en chauffage d'augmenter la masse d'eau pour stocker la chaleur récupérée à l'ensemble du réservoir et du circuit de chauffage, et ainsi d'éviter par une augmentation excessive de la température des effets néfastes au niveau du rendement thermique de l'échangeur de chaleur. Dans une deuxième phase, dès que la température de l'eau est insuffisante pour assurer les besoins en chauffage, un apport de chaleur est réalisé dans la partie supérieure du ballon par un système de chauffage classique (chaudière ou hydroaccumulateur ou thermoplongeur électrique). Dans le soucis de minimiser cet apport de chaleur celui-ci est déterminé de manière à répondre avec précision aux besoins en chauffage. En outre, dans le but d'obtenir des grandes chutes de températures entre le départ d'eau à la partie supérieure du ballon et son retour, à la partie basse, le circuit de chauffage n'est autorisé à soutirer de l'eau à la partie supérieure du réservoir que lorsque l'eau de retour est au dessous d'un certain seuil déterminé à partir des parformances thermiques du circuit de chauffage et des conditions de chauffage. Dans le cas contraire c'est-à-dire, lorsque l'eau de retour est au dessus d'un certain seuil, le circuit de chauffage n'est pas autorisé à soutirer de l'eau au réservoir et son eau tourne en circuit fermé afin de s'appauvrir thermiquement. Le réservoir est, dans ce cas, isolé du circuit de chauffage.Dans ces conditions, l'eau de retour qui arrive périodiquement dans la partie basse du réservoir est à une relativement basse température et permet donc d'obtenir des rendements d'échanges thermiques intéressants au niveau des sources de récupération d'énergie. Elle a également pour objet l'installation de chauffage mettant en oeuvre ce procédé. Elle sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite, à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé, qui représente schématiquement une installation conforme à un mode préféré de l'invention. En se reportant au dessin, on voit que l'installation 1 est combinée à au moins un échangeur de chaleur 2, dont est représenté le circuit 35, dans lequel circule un fluide caloporteur d'une source de rejets thermiques dont le refroidissement dégagera de la chaleur. Cet échangeur de chaleur peut être par exemple, un condenseur installé sur le circuit haute pression d'une machine frigorifique dans lequel le fluide frigorigène, lors de sa condensation, dégagera de la chaleur. Afin de provoquer le refroidissement, le circuit 35 est parcouru extérieurement par de l'eau 4 qui, mise en circulation par une pompe 5 et stockée dans la partie basse d'un réservoir 6, absorbe la chaleur dégagée. A ce réservoir sont raccordées des conduites de départ 7 et de retour 8 d'un circuit 9 alimentant un réseau d'échangeurs 10 tels des aérothermes ou des radiateurs et sur lequel est intercalé une pompe 11 commandant la circulation dans les dits échangeurs. L'installation 1 comprend en outre un chauffage auxiliaire apte à apporter au fluide caloporteur traversant les échangeurs 10 une quantité de chaleur suffisante pour assurer les besoins en chauffage. A cet effet, le chauffage auxiliaire peut être constitué soit d'une chaudière 12 dont les circuits de départ 13 et de retour 14 sont raccordés à la partie supérieure du réservoir ou soit de thermoplongeurs électriques 16 positionnés dans la partie supérieure du réservoir. La chaudière 12 peut être de tout type connu et, par exemple, consister en un hydroaccumulateur, Sur l'un des deux circuits 13 ou 14 est intercalé une pompe 15 permettant, en cas de nécessité, la mise en circulation de l'eau de la partie supérieure du réservoir à travers la chaudière. Il va de soi que le chauffage auxiliaire peut à la fois être constitué d'une part de la chaudière 12 et d'autre part des thermoplongeurs 16. L'engagement de l'un ou de l'autre de ces modes de chauffage et alors fonction de divers paramètres tels que les différences de tarification suivant les plages horaires de l'énergie électrique utilisée par les thermoplongeurs et de l'énergie consommée par la chaudière et des rendements d'exploitation de chacune de ces énergies. Le réservoir comprend en outre des organes de contrôle et de sécurités tels un aquastat 17 un départ 18 vers un vase d'expansion (non représenté), un raccord 19 pour une soupape de suretê (203 poun un manomètre 21 et poun un presostat 22. Au réservoir est par ailleurs raccordée une conduite de remplissage et de vidange 23. Dans le réservoir peut évidemment également plonger un serpentin 24 empli d'eau qui, après chauffage est destinée à être consommée, notamment dans des installations sanitaires. A cet effet, ce serpentin est relié à une conduite d'alimentation 25 et à une conduite 26 de puisage d'eau@ chaude. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, à l'exclusion de toute action au niveau de l'échangeur de chaleur - dès que, dans la partie inférieure du réservoir 6 la température du fluide caloporteur 4 est suffisante pour assurer les besoins en chauffage, le chauffage auxiliaire : la chaudière 12 et/ou les thermoplongeurs 16, n'apporte pas de calories à l'eau de la partie supérieure du réservoir. Le retour 8 vers le réservoir du circuit 9 alimentant le réseau d'échangeurs 10 est libéré. L'eau du réservoir est ainsi directement reliée au circuit 9 , - dès que, dans la partie inférieure du réservoir 6, la température du fluide caloporteur est insuffisante pour assurer les besoins en chauffage, le chauffage auxiliaire est mis en oeuvre de manière à apporter de façon optimale la quantité de chaleur qui fait défaut à l'eau après son passage dans l'échangeur de chaleur 2. En outre et de manière à appauvrir thermiquement l'eau du circuit de chauffage 9, on interdit le retour de l'eau lorsque sa température dépasse un certain seuil en isolant la conduite de retour 8 du circuit 9. L'eau de retour, entrainée par la pompe 11, est alors acheminée au travers d'une conduite 27 au niveau de ta conduite de départ 7 pou)t subir un nouveau passage dans le réseau d'échangeurs 10. Lorsque l'eau de retour est au dessous d'un certain seuil, on relie la conduite de retour 8 au circuit 9, l'eau du circuit 9 pénêtre dans la partie basse du réservoir et ne passe plus à travers la conduite 27. En outre de l'eau de la partie supérieure du ballon, possèdant une quantité de chaleur en rapport avec les besoins en chauffage, est introduite au travers de la conduite 7 de départ dans le circuit 9. Grâce à ce procédé, la priorité est donnée à la récupénation de ta chaleur au niveau de l'échangeur 2 dont te ren- dement est optimisé. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, en dehors des périodes de chauffage et lorsque seule l'eau chaude sanitaire est nécessaire, on interdit toute circulation de fluide caloporteur dans le circuit 9 qui alimentait les échangeurs et on met en circulation périodiquement l'eau du réservoir qui ainsi parcourt l'échangeur de chaleur 2 et réchauffe finalement l'eau sanitaire à l'intérieur du serpentin 24. Afin de permettre la mise en oeuvre de ce procédé, selon une caractéristique essentielle de l'invertion, d'une part ; l'installation comprend un organe d'isolation commandé - 28 - intercalé entre le retour 8 au réservoir 6 et le circuit de chauffage 9 alimentant les échangeurs, un clapet de retenue - 29 - intercalé out ta conduite - 27 - per- mettant périodiquement le passage de l'eau de retour du circuit 9 vers la conduite de départ 7 mais ne permettant pas l'inverse et des sondes de températures : une sonde 30 relevant la température de retour de l'eau du circuit 9 ; une sonde 31 relevant la température à la sortie de l'échangeur de chaleur 2 ; une sonde 32 relevant la température de l'eau au sommet du réservoir ; une sonde relevan@ la température intérieure (non représentée) de l'ensemble chauffé par les échangeurs 10, et une sonde relevant la température extérieure ( non representée) et, d'autre part, un circuit de commande - 33 - qui comprend des organes électromécaniques et électroniques et qui commande, selon le procédé et à partir des informations reçues par les sondes de températures et les organes de sécurité : la pompe 15 et la chaudière auxiliaire et/ou les thermoplongeurs 16 ; l'organe d'isolation 28 ; la pompe 11 du circuit de chauffage 9 et la pompe 5 de l'échangeur de chaleur 2. Dans le cas d'ensemble disposant de plusieurs sources de rejets thermiques, it est évident que t'instattation dechauffage pourra comprendre plusieurs échangeurs de chaleur 2 montés en parallèle et/ou en série. Il est également évident que la récupération d'énergie pourra consister en un ou plusieurs serpentins - 34 - mis en place dans la partie inférieure du réservoir et venant en remplacement ou en supplèment de l'échangeur de chaleur 2. REVENDICATIONS 1 - Procédé de chauffage central d'un ensemble disposant d'au moins une source de rejets thermiques (0) telle la chaleur disponible au niveau d'une machine thermodynamique et d'une installation (1) de chauffage comprenant : D'une part, un réservoir (6) dont la partie inférieure est aménagée pour récupérer la chaleur dégagée par au moins une source de rejets thermiques (0) et dont la partie supérieure est aménagée d'au moins un chauffage auxiliaire. D'autre part, un circuit de chauffage (9) alimentant un réseau d'échangeurs (10) relié par @es conduites de départ (7) et de retour (8) au réservoir (6). Ces conduites étant ellesmêmes reliées entre-elles par une conduite (27). Ce procédé étant CARACTERISE en ce que ; pendant la période de chauffage : - Dès que, dans la partie inférieure du réservoir (6), la température du fluide caloporteur (4) est au dessus d'une température de consigne Ta ; le chauffage auxiliaire n'apporte pas de calorie au fluide caloporteur et le retour (8) vers le réservoir du circuit (9) est libéré. - Dès que, dans la partie inférieure du réservoir (6), la température du fluide caloporteur (4) est au dessous de la température de consigne Ta, le chauffage auxiliaire apporte au fluide caloporteur de la partie supérieure du réservoir la quantité de chaleur nécessaire pour atteindre la température de consigne Ta et qui fait défaut au fluide caloporteur après son passage dans la partie inférieure du réservoir. En outre, et de manière à appauvrir thermiquement le fluide caloporteur cont@nu dans le circuit de chauffage (9), on interdit, en @isolant la conduite (8), le retour du fluide caloporteur du circuit (9) dans le réservoir (6) si sa température est au dessus d'une température de consigne Tb. L'eau de retour est alors, ramenée par la conduite (27) à la conduite de départ (7) pour circuler à nouveau à travers les échangeurs (10).En revanche, si la température de retour est au-dessous de la température de consigne Tb, on relie la conduite de retour (8) au réservoir (6), le fluide caloporteur, thermiquement épuisé, pénétre dans la partie inférieure du réservoir et ne passe plus à travers la conduite (27). Dans le même temps, du fluide caloporteur, de la partie supérieure du réservoir chargé thermiquement, est introduit au travers de la conduite de départ (7) dans le circuit (9). 2 - Procédé selon la revendication 1 CARACTERISE : par la définition d'une relation mathématique simple entre la température extérieure Te, et chacune des deux températures de consigne Ta (applicable au fluide caloporteur du réservoir (6), Tb (applicable au retour du fluide caloporteur du circuit (9), les températures de consignes Ta et Tb pouvant ainsi être asservies de façon continue, grâce à des solutions simples et connues, à la température Te. 3 - Procédé selon la revendication 1 CARACTERISE : D'une part, par la définition d'une relation mathématique simple entre la différence A de l'écart relatif entre la température intérieure de consigne (Tic applicable à l'ensemble à chauffer) et la température intérieure réelle (Ti relevée dans l'ensemble à chauffen) avec la température extérieure (Te) (A = (Tic - Ti) - Te ) et la température de consigne (Ta). D'autre part, par la définition d'une relation mathématique simple entre la température extérieure et la température de consigne (Tb). 4 - Procédé selon l'une des revendications ci-dessus appliqué à une installation comprenant en outre un serpentin (34) qui pour le chauffage d'eau sanitaire plonge dans le réservoir (6), caractérisé en ce que, en dehors des périodes de chauffage et lorsque seule l'eau sanitaire est necessaire, on interdit toute circulation du fluide caloporteur (4) dans le circuit (9) et tout fonctionnement du chauffage auxiliaire. Le fluide caloporteur de la partie inférieure du réservoir (6) continue de récupérer la chaleur dégagée par la (ou les) source(s) de rejets thermiques (0) afin de chauffer l'eau sanitaire. 5 - Procédé de chauffage central suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 et appliqué à une installation (1) comprenant comme chauffage auxiliaire de la partie supérieure du réservoir (6) un système bi-énergie tel que fioul/électricité ou gaz/électricité ou hydroaccumulateur/électricité. Ce procédé étant caractérisé en ce que : Il optimise le coût d'exploitation du chauffage auxiliaire qui est réalisé par un système bi-énergie, en définissant un ordre de priorité des énergies compte-tenu de divers paramètres tels que les coûts réels des énergies et les rendements réels d'exploitation. 6 - Installation pour le chauffage central d'un ensemble disposant d'au moins une source de rejets thermiques telle la chaleur disponible au niveau d'une machine thermodynamique. Cette installation étant CARACTERISEE en ce que : = d'une part, elle comprend : - un réservoir (6) dont la partie inférieure est aménagée pour récupérer la chaleur dégagée par au moins une source de rejets thermiques (0) et dont la partie supérieure est aménagée d'au moins un chauffage auxiliaire. - un circuit de chauffage (9) alimentant un réseau d'échangeurs (10) relié par des conduites de départ (7) et de retour (8) au réservoir (6). Ces conduites étant elles-mêmes reliées entre elles par une conduite (27). = et, d'autre part, pour la mise en place du procédé selon la revendication 1, l'installation comporte : - un organe d'isolation commandé (28) intercalé entre le retour (8) au réservoir (6) et le circuit (9) alimentant les échangeurs (10). - un clapet de retenue (29) intercalé sur la conduite (27) permettant le passage du fluide caloporteur de la conduite de retour (8) vers la conduite de départ (7) lorsque le retour au réservoir (6) est interdit et ne permettant pas le passage du fluide caloporteur de la conduite de départ (7) vers la conduite de retour (8) à travers la conduite (27). - des sondes de températures : une sonde (31) relevant la température du fluide caloporteur à la partie inférieure du réservoir, une sonde (32) relevant la température du fluide caloporteur à la partie supérieure du réservoir, une sonde relevant la température extérieure (Te) et/ou une sonde relevant la température intérieure (Ti) de l'ensemble chauffé. - un circuit de commande (33) comprenant des organes électromécaniques et électroniques et commandant, selon l'un des procédés décrits aux revendications 1 à 5, et à partir des informations reçues par les sondes de températures (30);(32); (31) ; (Te) ; et/ou (Ti) : le chauffage auxiliaire et l'organe d'isolation commandé (28). 7 - Installation selon la revendication 6 caractérisée en ce que le réservoir (6) comporte : D'une part, dans sa partie inférieure, au moins un serpentin (34) dans lequel circule le fluide caloporteur d'au moins une source de rejets thermiques (0) et/ou un circuit de récupération (3) sur lequel est intercalé une pompe (5) qui met en circulation le fluide caloporteur du réservoir dans un réseau d'échongeuto de chaleur (2) en contact avec au moins une sour- ce de rejets thermiques (0). D'autre part, dans sa partie supérieure, un chauffage auxiliaire constitué de thermoplongeurs électriques (16) et/ou d'une chaudière auxiliaire (12). 8 - Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce que : elle comprend en outre un serpentin (34) qui pour le chauffage de l'eau sanitaire plonge dans le réservoir (6).