Brevet FR2763672A1 — publié le 19981127

L'invention a pour objet une installation de chauffage et climatisation par thermopompe à capteur enterré couplée à un évaporateur extérieur à air. On connaît déjà des installations de pompe à chaleur à capteur enterré assurant le chauffage et la climatisation de maisons individuelles. De telles installations ne sont pas entièrement satisfaisantes car elles conduisent à des consommations plus élevées lorsque la température de l'air extérieur est supérieure à celle de la terre, tout en diminuant de façon sensible le coefficient de performance de la machine ainsi que sa puissance calorifique. Ces systèmes présentent l'inconvénient en outre d'appauvrir thermiquement le sous sol, ce qui risque de poser des problèmes de gel du terrain. On connaît également des thermopompes à évaporateur à air extérieur ventilé. De telles installations ne sont pas entièrement satisfaisantes car elles nécessitent un dispositif de dégivrage et voient en outre leur performances thermiques et énergétiques diminuer au fur et à mesure que la température de l'air extérieur s'abaisse, imposant ainsi un autre dispositif de chauffage pour les temps froids. C'est d'une manière générale un but de l'invention de fournir une installation qui ne présente pas les inconvénients rappelés ci-dessus des installations connues. C'est en particulier un but de l'invention de fournir une installation de thermopompe comportant un échangeur extérieur à air et un évaporateur sur capteur enterré placé en série.. C'est encore un but de l'invention de fournir une installation de thermopompe réversible permettant de climatiser les locaux en été et d'assurer en hiver le chauffage d'appoint des pièces de la zone jour le chauffage de base de la zone jour et le chauffage intégral de la zone nuit étant assurés par une seconde thermopompe à condensation à eau reliée à des radiateurs basse température ou à un plancher chauffant. Le dispositif s'incorpore par exemple dans une thermopompe à capteur enterré pour assurer le chauffage de maisons individuelles. Le compresseur de la thermopompe est utilisé en hiver afin de prélever la chaleur de l'air extérieur puis de la terre et de la transférer dans le bâtiment par l'intermédiaire d'un ou plusieurs condenseurs à air et ou d'un condenseur à eau couplé à des radiateurs et à un plancher rayonnant à basse température. C'est encore un but de l'invention de fournir un système de régulation permettant d'autoriser le fonctionnement de l'évaporateur à air lorsque les conditions climatiques de l'air extérieur sont plus favorables que celle du sol. L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lequel: û La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention û La figures 2 représente une installation selon l'invention comportant une inversion de cycle permettant la climatisation en été et un capteur enterré à circulation d'eau glycolée. ù La figure 3 représente un schéma d'intégration de l'invention pour le chauffage et la climatisation d'une maison individuelle. Un dispositif de thermopompe selon l'invention, figure 1 comporte un compresseur (10) refoulant par la tuyautene (24) dans un condenseur (11) de type à air ou à eau, le fluide frigorigène condensé se dirige dans le réservoir (12) par la tuyauterie (22). La tuyauterie (15) distribue le liquide (14) vers le détendeur thermostatique (16) dont le bulbe (23) est placé sur la tuyauterie (26) d'aspiration du compresseur (10). Le liquide détendu se dirige vers l'évaporateur à air (20) dont le ventilateur de brassage (25) est commandé par un régulateur (21) qui pourra être soit un thermostat extérieur soit un thermostat différentiel comparant la température du fluide détendu à celle de l'air extérieur. Une première évaporation se produit dans l'évaporateur (20) si le ventilateur est autorisé, le fluide frigorigène se dirige ensuite vers le capteur enterré (18) par l'intermédiaire d'un distributeur (17) qui répartit le fluide vers les diverses boucles (18,, 182,... 18n) où se produit l'évaporation finale et la surchauffe du fluide frigorigène, le fluide gazeux est collecté par le collecteur(19) puis est renvoyé au compresseur par la tuyauterie (26). Dans une variante de la figure 1, le capteur enterré pourra être à circulation d'eau glycolée tel représenté figure 2 Un dispositif de thermopompe selon l'invention, figure 2 comporte un dispositif d'inversion de cycle (28) permettant d'inverser le rôle des échangeurs jouant le role d'évaporateur et de condenseur. Des clapets de retenue (13) et (23) ainsi que duaux détendeurs (16) et (27) permettent alors d'inverser le sens du fluide dans les conduites liquide. Dans la version représentée figure 2, le capteur enterré est à circulation d'eau glycolée ou d'un autre liquide incongelable pulsé par une pompe (29) afin de former échange thermique intermédiaire entre le capteur enterré constitué par des boucles (8r, 82,...8n) et le frigorigène en ébullition dans l'échangeur (18). L'échangeur (11) est ainsi évaporateur en cycle été, assurant la production de froid et condenseur en cycle hiver, assurant le chauffage. Une installation utilisant l'invention, figure 3 comporte deux dispositifs de thermopompes tels que décrits figures 1 et 2. avec un ou plusieurs échangeurs à air (11a,....1 1an) alimentés par les tuyauteries (24a) et (22a) et un échangeur à eau alimenté par les tuyauteries (24e) et (22e), correspondant respectivement aux tuyauteries (24) et (22) des figures 1 et 2. Le circuit à échangeur à eau comporte une pompe de circulation (30) alimentant en eau chaude. par la tuyauterie (32), le plancher chauffant (36) par le collecteur (33) et le circuit de radiateurs (35,, 352.. ..35m, 35n) par le collecteur (34). Les différents retours d'eau radiateurs (40) et planchers (41) sont renvoyés à l'échangeur (île) par la tuyauterie (42). Un réchauffeur d'appoint (31) peut être ajouté sur le circuit de départ eau chaude. Dans un tel dispositif. le circuit à condenseur à air pourra servir de chauffage d'appoint pour la zone jour et assurer la climatisation été, et le circuit à condenseur à eau pourra servir de chauffage de base de la zone jour et de chauffage intégral de la zone nuit. Le circuit à eau pourra également être réversible et assurer la distribution d'eau fraîche en été vers le plancher rayonnant. Le positionnement en série de l'échangeur à air et de l'échangeur à capteur enterré pourra être inversé, de telle manière qu'en cycle hiver, I'évaporateur à air se trouvera placé en dernier dans le sens du fluide. L'invention n'est pas limitée aux thermopompes à capteurs enterrés, elle trouve son application également dans les systèmes de thermopompes à évaporateur à eau ou à air ainsi que dans les systèmes de récupération de chaleur ou de froid. L'application principale de l'invention se situe dans les pompes à chaleur à capteurs enterrés assurant le chauffage et le rafraîchissement des habitations. II est possible d'utiliser l'invention dans les pompes à chaleur à condensation par eau ou par air ou dans le plancher, ainsi que dans les systèmes de refroidissement d'air à condensation à eau ou à air. L'invention n'est pas limitée aux systèmes à compression, elle trouve en effet son application dans les machines à absorption (eau/bromure de lithium ou NH3/eau par exemple), et encore dans les machines frigorifiques à réaction chimique et à adsorption. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage et ou climatisation par thermopompe. caractérisée en ce qu'elle comprend une source extérieure constituée d'un échangeur à air (20) et d'un échangeur (18) sur capteur enterré placés en série. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'échangeur à air (20) pourra être placé avant ou après l'échangeur sur capteur enterré (18). 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le capteur enterré (18) est à détente directe et constitué de boucles (18,, 182, ..18n) alimentées en parallèle par un distributeur (17). 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le capteur enterré est à circulation d'eau glycolée ou d'un fluide incongelable pulsé par une pompe (29). 5. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le ventilateur (25) de l'évaporateur à air (20) est régulé par un thermostat (21) de type air extérieur ou différentiel entre le fluide et l'air extérieur. 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le système est réversible été/hiver par une vanne d'inversion (28). 7. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'échangeur (11) côté intérieur est à air ou à eau. 8. Installation selon la revendication 1 comportant deux systèmes indépendants, I'un à air, L'autre à eau, le second servant de chauffage de base par plancher chauffant pour la zone jour et de chauffage total pour la zone nuit. le premier servant pour la zone jour de chauffage d'appoint en hiver et de climatisation en été.