Brevet FR2899671A1 — publié le 20071012

L'invention a pour objet un système de chauffage, rafraîchissement et production d'eau chaude sanitaire par capteur solaire combiné avec une thermopompe et une réserve thermique à basse température. Celle-ci est constituée d'un matériau perméable (ex. terre, sable,...) gorgé d'eau contenu dans une enveloppe plastifiée constituant une poche sous terre. On connaît déjà des installations par pompe à chaleur à capteur enterré assurant le chauffage et la production d'eau chaude des maisons individuelles. De telles installations ne sont pas entièrement satisfaisantes : 1. Elles conduisent à des consommations plus élevées lorsque la température 10 directe (air ou solaire) est supérieure à celle de la terre. 2. Elles nécessitent la mise en place d'échangeurs importants : - environ 1 m de profondeur par m2 chauffé pour un capteur vertical -environ 2m2 de surface par m2 chauffé pour un capteur horizontal Le non-respect des bonnes règles de dimensionnement conduit à 15 l'appauvrissement thermique du sol avec risque de gel, de déformation ou de panne. 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 de l'échangeur extérieur et voient en outre leurs performances thermiques et énergétiques diminuées au fur et à mesure que la température de l'air 20 extérieur s'abaisse, imposant ainsi un autre dispositif de chauffage pour les périodes froides. On connaît enfin des installations de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire par capteurs solaires. De telles installations ne sont pas entièrement satisfaisantes car d'une part les 25 surfaces de capteurs doivent être très importantes donc très coûteuses et d'autre part elles nécessitent un autre dispositif de chauffage pour les périodes froides non ensoleillées. C'est d'une manière générale le but de l'invention de fournir une installation qui ne présente pas les inconvénients rappelés ci-dessus des installations connues. 30 C'est en particulier le but de l'invention de fournir une installation de chauffage par thermopompe bénéficiant d'une source primaire de chaleur la plus élevée possible, tantôt fournie par le captage direct obtenu du rayonnement solaire, tantôt contenue dans la réserve thermique (chaleur sensible + chaleur latente). - 2 Une régulation différentielle et une vanne motorisée permettent d'optimiser le fonctionnement de l'ensemble. C'est encore le but de l'invention d'assurer la production d'eau chaude sanitaire soit de façon directe et gratuite par journées suffisamment ensoleillées soit de façon économique par la thermopompe en séquence production d'eau chaude sanitaire par PAC . C'est encore le but de l'invention d'utiliser doublement un capteur solaire : - en période suffisamment ensoleillée pour assurer la production d'eau chaude sanitaire et régénérer la réserve thermique; - en période insuffisamment ensoleillée pour alimenter la source froide de la thermopompe. C'est encore le but de l'invention de réaliser d'importantes économies pour le chauffage par thermopompe associée à un capteur solaire et à une réserve thermique soit l'obtention d'un coefficient de performance supérieur à 4 sur l'ensemble de la période de chauffage en zone climatique Alpes . C'est encore le but de l'invention de réaliser d'importantes économies pour la production d'eau chaude sanitaire : 100% d'économies en périodes suffisamment ensoleillées et 60% d'économies en périodes insuffisamment ensoleillées. C'est encore le but de l'invention de fournir une installation de thermopompe 20 réversible (figure 2) permettant de rafraîchir les locaux en été avec une source primaire constituée par l'inertie thermique. L'invention sera bien comprise par la description qui est faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lequel - La figure 1 représente selon l'invention une installation de chauffage et 25 de production d'eau chaude sanitaire. - La figure 2 représente selon l'invention une installation de chauffage et rafraîchissement ainsi que la production d'eau chaude sanitaire. Un dispositif de chauffage par thermopompe selon l'invention (figure 1) comporte une pompe de circulation (7) refoulant par la tuyauterie (8) un liquide caloporteur (eau 30 glycolée ou autre liquide incongelable) vers le capteur solaire (2), puis vers l'échangeur (6) de l'inertie thermique (1) puis dans l'évaporateur (10) de la thermopompe (3). Le compresseur (14) refoule le fluide frigorigène par la tuyauterie (15) dans le condenseur (16) de type à eau. Le fluide frigorigène condensé se dirige vers le réservoir (20) par la tuyauterie (17). 35 -3- La tuyauterie (22) distribue le liquide (21) vers le détendeur thermostatique (18) dont le bulbe (19) est placé sur la tuyauterie (11) d'aspiration du compresseur (14). Le liquide détendu se dirige vers l'évaporateur (10). L'évaporation et la surchauffe du fluide frigorigène se produisent. Le fluide gazeux est renvoyé au compresseur par la tuyauterie (11). Une installation utilisant l'invention, (figure 1) comporte un réseau de distribution de chaleur à circulation d'eau. Celui-ci comporte une pompe de circulation (32) alimentant en eau chaude par les tuyauteries (30 et 35) et le mélangeur (31) le plancher chauffant (33) ; celui-ci comporte également une pompe de circulation (34) alimentant en eau chaude par les tuyauteries (30 et 36) les radiateurs (38) ou des unités de climatisation (29) de la figure 2. Les différentes retenues d'eau sont renvoyées au condenseur (16) par la tuyauterie (37).Les clapets anti-retour (9) autorisent la circulation du fluide dans un seul sens. La séquence Chauffage ainsi décrite utilise la vanne d'orientation (23) fluide passant dans le sens A vers AB. La séquence Eau chaude sanitaire directe utilise la vanne d'orientation (23) fluide passant B vers AB. Elle utilise la vanne (24) fluide passant A vers AB . La pompe de circulation (25) refoule par la tuyauterie (12) dans le capteur solaire (2) puis dans l'échangeur (26) du chauffe-eau (4) par la tuyauterie (28). La séquence Eau chaude indirecte utilise la vanne (24) fluide passant B vers AB. La pompe de circulation (25) refoule par la tuyauterie (5) dans le condenseur (16) puis dans l'échangeur(26) du ballon (4) par les tuyauteries (30,13 et 28). L'installation selon l'invention fournit selon les besoins, simultanément ou non, le chauffage et la production d'eau chaude que ce soit en production directe ou indirecte de l'eau chaude sanitaire, la régulation gère l'ensemble automatiquement avec actions sur les vannes d'orientation, pompes de circulation, compresseur. L'invention n'est pas limitée aux thermopompes et capteurs solaires associés aux réserves thermiques, elle trouve son application également dans les systèmes de thermopompe et capteurs solaires associés à des capteurs enterrés à faible profondeur (0,6 à 1,5m), à des capteurs par forages verticaux toutes profondeurs et à des capteurs atmosphériques statiques ou ventilés à circulation d'eau . L'application principale de l'invention se situe dans le chauffage, rafraîchissement et production d'eau chaude sanitaire des habitations.35 REVENDICATIONS 1. Système de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire par thermopompe et capteurs solaires caractérisé en ce qu'il comprend une source extérieure constituée d'un capteur solaire (2) et d'une réserve thermique basse température (1) placés en série. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le capteur solaire pourra être connecté suivant besoin en direct sur un ballon d'eau chaude sanitaire durant les heures suffisamment ensoleillées pour produire l'eau chaude sanitaire. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la réserve thermique sera maximum, constituée de la chaleur sensible et de la chaleur latente du matériau la constituant. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le capteur solaire et la réserve thermique constituent la source froide de la thermopompe. Celle-ci assure la production totale du chauffage et la partie de production d'eau chaude sanitaire non couverte par le capteur solaire. 5. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce sens qu'en période d'ensoleillement insuffisant pour une utilisation directe, le capteur solaire fournit au système une énergie basse température importante utilisée par la thermopompe ou pour élever la température de la réserve thermique . 6. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce sens que la réserve thermique constitue la capacité propre à absorber les surplus de chaleur du capteur solaire lors des forts ensoleillements. Ceci protège ainsi l'installation contre les risques encourus par températures de fluides trop élevées. 7. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce sens que les thermopompes et capteurs solaires associés aux réserves thermiques trouvent également leur application en étant associés à des capteurs enterrés à faible profondeur (0,6 à 1,5 m),à des capteurs par forages verticaux toutes profondeurs et à des capteurs atmosphériques statiques ou ventilés. 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que la production d'eau chaude sanitaire directe peut être produite simultanément avec le chauffage ou la climatisation des locaux.