Brevet FR2917488A1 — publié le 20081219

Installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude dont au moins un moyen de captage et/ou de génération de calories est piloté par des moyens d'exploitation de données météorologiques. Le domaine de l'invention est celui des installations de chauffage et/ou de production d'eau chaude. Plus précisément, l'invention concerne une telle installation comprenant un circuit primaire incluant un ou plusieurs moyens de captage ou de production de calories et un moyen de stockage des calories captées ou produites, à partir duquel s'étend un circuit secondaire incluant le circuit de chauffage ou d'utilisation d'eau chaude sanitaire. Dans le domaine de l'invention, il est connu qu'une meilleure gestion d'une installation de chauffage central ou de production d'eau chaude peut être obtenue en séparant le circuit primaire (production de calories ou d'eau chaude sanitaire) du circuit secondaire (circuit de chauffage ou d'utilisation de l'eau chaude sanitaire). Actuellement, les installations de chauffage fonctionnent classiquement sur le principe d'une commande simple : l'installation prend en compte la température ambiante du local à chauffer (ou la température souhaitée de l'eau chaude sanitaire), et éventuellement la température extérieure. L'installation se met en marche dès que nécessaire et en fonction d'algorithmes de commande plus ou moins complexes (le plus simple étant la comparaison de la température de consigne par rapport à la température mesurée). Certaines solutions proposées par l'art antérieur prennent en compte des données météorologiques. Dans ce cas, l'installation comprend des moyens informatiques permettant d'exploiter des prévisions météorologiques, ces prévisions constituant des données croisées avec les données disponibles sur l'inertie thermique du bâtiment à chauffer, tel que décrit dans le document de brevet publié sous le numéro EP-1 715 254. Ces installations tendent donc à apporter une solution à l'optimisation de la consommation énergétique ou du confort, ceci toutefois avec une portée limitée dans la mesure où cette technique vise à réguler la consommation de calories au niveau du circuit de chauffage (circuit secondaire), et non au niveau de la production calorique (circuit primaire) susceptible elle-même d'être consommatrice d'énergie. Parallèlement, les installations existantes continuent à recourir majoritairement aux techniques traditionnelles de production de calories, à savoir les chaudières au fuel, les chaudières à gaz, ou encore les chaudières à bois. Des techniques utilisant la géothermie, l'aérothermie, l'aérolie, l'aérobie ou les énergies solaires restent en pratique fortement sous utilisées. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une technique de chauffage central et/ou de production d'eau chaude qui permette une gestion optimisée de l'installation correspondante, avec des résultats notablement supérieurs aux solutions de l'art antérieur en termes d'économie d'énergie. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui assure un confort à l'utilisateur au moins égal à celui des installations connues de l'art antérieur. L'invention a aussi pour objectif de fournir une telle technique qui permette de limiter les investissements liés aux équipements nécessaires au fonctionnement de l'installation. Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique qui soit simple de conception et facile à mettre en oeuvre. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet une installation de chauffage central d'un bâtiment et/ou de production d'eau chaude, du type comprenant : au moins un moyen de captage et/ou de génération de calories ; au moins un moyen de stockage desdites calories, alimenté par ledit ou lesdits moyens de captage et/ou de génération de calories par l'intermédiaire d'un circuit primaire ; au moins un circuit secondaire susceptible d'être alimenté par ledit ou lesdits moyens de stockage, et incluant des moyens de dissipation desdites calories. Selon l'invention, l'installation comprend des moyens d'acquisition de données météorologiques et des moyens d'exploitation desdites données météorologiques reliés à une unité de commande pilotant le déclenchement dudit ou desdits moyens de captage et/ou de génération de calories, ou leur arrêt, en fonction desdites données météorologiques. De cette façon, une installation selon l'invention peut permettre d'envisager des réductions sensibles de la consommation énergétique, non seulement en intervenant de façon classique sur le circuit de chauffage et/ou de production d'eau chaude (circuit secondaire), mais également sur le ou les moyens de captage et/ou de génération de calories (circuit primaire) qui peuvent eux-mêmes être consommateurs d'énergie. Ainsi, comme cela va apparaître plus clairement par la suite, l'exploitation des données météorologiques peut permettre de gérer de façon optimisée et prédictive le déclenchement ou l'arrêt du ou des moyens de captage et/ou de génération, ceci par exemple en privilégiant le captage et/ou la génération de calories par des moyens utilisant l'énergie naturelle constituée par l'énergie solaire ou autre, ces moyens étant donc ceux les plus dépendants des conditions météorologiques. Selon une mise en oeuvre préférentielle de l'invention, l'installation comprend au moins deux moyens de captage et/ou de génération de calories dont un capte des calories issues d'une énergie naturelle, ladite unité de commande pilotant l'un desdits moyens de captage au détriment de l'autre en fonction desdites données météorologiques. On entend par énergie naturelle une énergie issue de sources naturelles telles que le soleil ou le vent ou le sol ou l'eau. Le principe d'une telle mise en oeuvre de l'invention réside donc dans le fait de : récupérer des données météorologiques sur une période à venir, par exemple de 24 heures à 48 heures, afin d'évaluer la captage et/ou la production de calories que l'on peut attendre raisonnablement sur la période considérée des différents systèmes disponibles de captage ou de génération de calories ; commander l'installation afin d'assurer le confort souhaité par l'utilisateur, ceci en privilégiant l'énergie la moins coûteuse (par exemple l'énergie solaire, "gratuite" mais aléatoire) par rapport aux autres systèmes de captage et/ou de génération de calories, telle que la géothermie, l'aérothermie, l'aérolie, l'aérobie, les chaudières... (énergie disponible et plus stable, mais nécessitant une consommation d'énergie électrique ou fossile pour son exploitation). On comprend donc que les informations de prévisions météorologiques 20 sont exploitées de manière prédictive pour optimiser la dépense énergétique globale de l'installation tout en gardant le même niveau de confort. En effet, l'invention permet de piloter les moyens de captage ou de production de calories moins dépendants des conditions météorologiques (par exemple un captage géothermique par rapport à un captage solaire, ou encore 25 une chaudière électrique par rapport à un captage aérothermique...) et à retarder le stockage de calories, quitte à épuiser pour cela la réserve de calories, lorsque les prévisions météorologiques permettent d'anticiper une production de calories importante par le système de captage ou de production de calories le plus approprié et économe ou dans des conditions optimisées susceptible de 30 reconstituer ces stocks. 10 15 Alternativement, l'invention permet de piloter les moyens de captage les moins dépendants / plus approprié en avançant une consommation énergétique nécessaire compte tenue des prévisions météorologiques, pour profiter de conditions tarifaires préférentiels sur cette consommation. Le cas le plus courant ou significatif est la production de calories en heures creuse par un moyen consommateur d'électricité lorsque les conditions météorologiques ne permettent pas d'imaginer un meilleur gain avec les autres systèmes de production (typiquement ceux dépendant des conditions météo). De même, l'installation permet d'avancer le captage de calories par le moyen le plus approprié lorsqu'une demande de chauffage importante est prévue sans pouvoir être assurée par le moyen de captage le plus économe (typiquement, des panneaux solaires). On note que l'installation peut également avantageusement agir sur les consignes de chauffage. Les avantages d'une installation selon l'invention sont donc une consommation énergétique réduite, et un sous dimensionnement possible du ou des équipements de captage par rapport aux pratiques actuelles, facilitant l'installation d'un système de chauffage et/ou de production d'eau chaude de type géothermique. Avantageusement, ledit ou lesdits moyens de captage et/ou de génération de calories appartiennent aux groupes suivants : ù pompes à chaleur ; -panneaux solaires ; - chaudières. Selon une solution avantageuse, lesdits moyens d'acquisition de données météorologiques comprennent une liaison Internet à une source de données météorologiques. Préférentiellement, ledit moyen de stockage desdites calories comprend au moins un ballon intégrant un matériau à changement de phase. On note que plusieurs matériaux de ce type sont connus de l'état de la technique. Un tel matériau à changement de phase est avantageusement choisi et calculé afin de pouvoir stocker un maximum de calories à une température de changement de phases de l'ordre de 45 C. D'autres seuils de température peuvent bien entendu être retenus. Dans le cas d'un matériau à changement de phase utilisé seul, il assure à la fois le rôle de stockage et une fonction d'uniformisation de la température. Un tel matériau présente au moins une phase liquide ou gazeuse, ou à forte conductibilité thermique. Dans le cas d'un matériau à changement de phases utilisé en combinaison avec un fluide caloporteur, il peut être conditionné en petits lots (nodules) noyé dans le fluide qui assure alors la répartition de la température. Des matériaux dont toutes les phases sont solides ou présentent une conductibilité thermique faible peuvent alors être utilisées. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande est raccordée à différents moyens de mesure météorologiques (de type température extérieure, vitesse et direction du vent, pression barométrique, niveau hygrométrique..) de sorte que ladite unité de commande déduise elle-même lesdites prévisions météorologiques appropriées en formant une mini- station météo. Avantageusement, l'installation comprend des moyens de contrôle et/ou de pilotage à distance de ladite unité de commande. L'invention concerne également un procédé de gestion d'une installation de chauffage central d'un bâtiment et/ou de production d'eau chaude, ladite installation comprenant : au moins un moyen de captage et/ou de génération de calories ; au moins un moyen de stockage desdites calories, alimenté par ledit ou lesdits moyens de captage et/ou de génération de calories, par l'intermédiaire d'un circuit primaire ; au moins un circuit secondaire susceptible d'être alimenté par ledit ou lesdits moyens de stockage et incluant des moyens de dissipation desdites calories. Un tel procédé selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend : des étapes d'acquisition de données météorologiques ; des étapes d'exploitation desdites données météorologiques ; des étapes de pilotage dudit ou desdits moyens de captage et/ou de génération de calories, en fonction desdites données météorologiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selon l'invention ; la figure 2 est un synoptique de commande d'une installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selon l'invention. Tel qu'indiqué précédemment, le principe de l'invention réside dans le fait de proposer un système de chauffage ou de production d'eau chaude sanitaire permettant, grâce à une commande prédictive s'appuyant sur des données météorologiques, d'optimiser le service rendu (chauffage ou production d'eau chaude sanitaire) avec une consommation d'énergie optimisée, ceci en pilotant grâce à la commande prédictive le ou les moyens de captage de calories du système. En référence à la figure 1, l'installation de chauffage central d'un bâtiment et/ou de production d'eau chaude selon l'invention comprend : ù un circuit primaire 10 incluant des moyens de captage de calories 1, 2 ; un circuit secondaire 20, incluant des moyens de dissipation de calories 201, 202. Les moyens de dissipation de calories peuvent être constitués par : un ou plusieurs planchers chauffant et/ou des radiateurs à circulation de fluide 202 ; un dispositif de production et de distribution d'eau chaude sanitaire 201. L'installation comprend également un moyen de stockage de calories 3 alimenté par le circuit primaire 10, et destiné à alimenter le circuit secondaire 20. Le moyen de stockage de calories est constitué par un ballon tampon 3 rempli d'un matériau à changement de phases, tel que par exemple un matériau parmi les paraffines à point de fusion entre 40 C et 60 C. Ce matériau à changement de phases est choisi et calculé afin de stocker un maximum de calories à une température de changement de phases de l'ordre de 45 C. Le matériau à changement de phases choisi est utilisé seul ou en combinaison avec un fluide caloporteur, par exemple et préférentiellement de l'eau. Les moyens de captage incluent une pompe à chaleur 1 qui utilise, pour l'échange avec un réseau de captage 1l, un fluide caloporteur d'un type courant, de type eau ou fluide frigorigène tel que le fluide R407C ou du CO2, afin de pouvoir alimenter indifféremment un moyen de chauffage basse température (plancher chauffant) ou haute température (ballon d'eau chaude, radiateur...). Les réseaux de captage de calories peuvent être du type aérothermique ou géothermique (par forage ou par réseau de captage horizontal). On note que les moyens de captage et/ou de génération de calories peuvent également être constitués par des moyens traditionnels, telle qu'une chaudière à fuel, à gaz ... Selon le présent mode de réalisation de l'invention, le circuit primaire 10 comprend également des moyens de captage de calories issues du rayonnement solaire, tels que des panneaux photovoltaïques 2. Selon le principe de l'invention, l'installation comprend de plus des moyens d'acquisition de données météorologiques et des moyens d'exploitation de ces données, reliés à une unité de commande pilotant le déclenchement, ou l'arrêt, des moyens de captage de calories, en fonction des données météorologiques. Pour cela, l'installation comprend une unité informatique 4 reliée par une liaison Internet 41 à une source de données météorologiques 5. Etant reliée à une base de données météorologiques, l'unité informatique 4 constitue des moyens d'acquisition des données météorologiques. De plus, cette unité informatique intègre des moyens de traitement permettant d'exploiter, de façon prédictive, les données météorologiques. Cette unité informatique 4 forme également une unité de commande reliée aux moyens de captage et/ou de production de calories 1, 2, et prévue pour piloter le déclenchement ou l'arrêt de ceux-ci. Bien entendu, l'acquisition des données météorologiques par l'unité informatique concerne une zone géographique dans laquelle se situe le bâtiment équipé de l'installation selon l'invention. On note que la liaison Internet 41 permet en outre d'intervenir sur le pilotage de l'installation, et donc sur l'unité informatique 4, par l'intermédiaire d'une unité distante 8. La figure 2 procure une représentation synoptique d'un exemple de commande d'une installation selon le présent mode de réalisation de l'invention, selon laquelle l'unité informatique 4 commande le stockage de calories à l'aide des panneaux solaires 2 ou de la pompe à chaleur 1 en fonction des prévisions météorologiques. Selon une première phase de fonctionnement Al, il est procédé à l'acquisition de données météorologiques par l'unité informatique 4, ceci par l'intermédiaire de la liaison Internet 41 reliant l'unité informatique 4 à une source de données météorologiques 5. A l'aide des données recueillies par l'intermédiaire des sondes extérieures 6 et intérieures 7, et à l'aide des moyens logiciels de calcul de l'inertie thermique du bâtiment, l'unité informatique calcule les besoins en calories sur une période à venir, par exemple de 24 heures (phase A2). Ce calcul est ensuite utilisé lors des phases A32 et A5. Lors d'une phase A3, l'unité informatique 4 exploite les données météorologiques afin de déterminer si une période d'ensoleillement est attendue sur la période à venir considérée. Si aucune période d'ensoleillement n'est prévisible sur la période à venir considérée, et que l'installation ne nécessite pas le stockage de calories supplémentaires (phase A32), l'unité informatique 4 gère le circuit secondaire de chauffage central et/ou de production d'eau chaude sanitaire (ECS) selon le mode en cours. Si aucune période d'ensoleillement n'est prévue sur la période à venir considérée et que l'installation nécessite le stockage de calories, l'unité informatique 4 gère le stockage de calories dans le ballon 3 par l'intermédiaire de la pompe à chaleur 1, préférentiellement pendant les heures creuses (c'est-à-dire pendant les heures de facturation basse de l'électricité (phase 321)). Si lors de la phase A3, une phase d'ensoleillement est prévisible sur la période à venir considérée, l'unité informatique 4 calcule si les calories stockées dans le ballon 3 sont suffisantes pour gérer le chauffage central et l'eau chaude sanitaire sur la période séparant l'acquisition de données et la période d'ensoleillement (phase A31). Si les calories stockées dans le ballon 3 ne sont pas suffisantes pour gérer l'installation jusqu'à la période d'ensoleillement, l'unité informatique 4 pilote le stockage du minimum nécessaire de calories par l'intermédiaire de la pompe à chaleur 1. En revanche, si les calories stockées dans le ballon 3 sont suffisantes pour gérer le chauffage central et l'eau chaude sanitaire jusqu'à la période d'ensoleillement, l'unité informatique 4 peut commander la gestion du chauffage central et de l'eau chaude sanitaire selon le mode en cours, quitte à épuiser le stock de calories en attendant la période d'ensoleillement. Au moment de la période d'ensoleillement présumée, l'unité informatique 4 acquiert des données permettant de vérifier le niveau d'ensoleillement effectif (phase A4). Si l'ensoleillement est vérifié, le stock de calories est reconstitué, l'unité informatique 4 favorisant pour cela le recours aux panneaux solaires 2 (panneau solaire thermique, ou captage solaire...) . En revanche, si l'ensoleillement n'est pas vérifié ou s'avère d'un niveau insuffisant, l'unité informatique 4 vérifie les besoins en stockage de calories dans l'installation. Si l'installation ne nécessite pas de stockage supplémentaire de calories, le chauffage central et la production d'eau chaude sanitaire continue à être gérée selon le mode en cours. En revanche, si l'installation nécessite un stockage supplémentaire de calories, l'unité informatique 4 pilote le stockage de calories par l'intermédiaire de la pompe à chaleur 1 (phase A6). Bien entendu, une installation selon l'invention pourra être pilotée selon différentes variantes envisageables. De plus, l'installation selon l'invention intègre tous les moyens classiques structurels d'une installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude, notamment un ou plusieurs circulateurs, un ou plusieurs manomètres, un ou plusieurs pressostats haute pression et basse pression, des soupapes de sécurité, des robinets de remplissage, des clapets, un ou plusieurs vases d'expansion, des purgeurs..., l'ensemble de ceux-ci étant couplé à l'unité informatique 4. REVENDICATIONS 1. Installation de chauffage central d'un bâtiment et/ou de production d'eau chaude, du type comprenant : - au moins un moyen de captage et/ou de génération de calories; - au moins un moyen de stockage desdites calories, alimenté par ledit ou lesdits moyens de captage et/ou de génération de calories par l'intermédiaire d'un circuit primaire ; - au moins un circuit secondaire susceptible d'être alimenté par ledit ou lesdits moyens de stockage, et incluant des moyens de dissipation desdites calories, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'acquisition de données météorologiques et des moyens d'exploitation desdites données météorologiques reliés à une unité de commande pilotant le déclenchement dudit ou desdits moyens de captage et/ou de génération de calories, ou leur arrêt, en fonction desdites données météorologiques. 2. Installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux moyens de captage et/ou de génération de calories dont un capte des calories issues d'une énergie naturelle, ladite unité de commande pilotant l'un desdits moyens de captage et/ou de génération de calories au détriment de l'autre en fonction desdites données météorologiques. 3. Installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit ou lesdits moyens de captage et/ou de génération de calories appartiennent au groupe suivant : - pompe à chaleur ; - panneau solaire ; - chaudière. 4. Installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selonl'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits moyens d'acquisition de données météorologiques comprennent une liaison Internet à une source de données météorologiques. 5. Installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit moyen de stockage desdites calories comprend au moins un ballon intégrant un matériau à changement de phase. 6. Installation de chauffage central et/ou de production d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de contrôle et/ou de pilotage à distance de ladite unité de commande. 7. Procédé de gestion d'une installation de chauffage central d'un bâtiment et/ou de production d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ladite installation comprenant : - au moins un moyen de captage et/ou de génération de calories; - au moins un moyen de stockage desdites calories, alimenté par ledit ou lesdits moyens de captage et/ou de génération de calories par l'intermédiaire d'un circuit primaire ; - au moins un circuit secondaire susceptible d'être alimenté par ledit ou lesdits moyens de stockage, et incluant des moyens de dissipation de calories caractérisée en ce qu'il comprend : - des étapes d'acquisition de données météorologiques ; - des étapes d'exploitation desdites données météorologiques; - des étapes de pilotage dudit ou desdits moyens de captage et/ou de génération de calories, en fonction desdites données météorologiques. 20 25