Brevet FR2937713A1 — publié le 20100430

L'invention concerne une unité d'échange et de stockage de chaleur pour un bâtiment. Dans la construction ou la rénovation, on cherche à améliorer la gestion énergétique des bâtiments. C'est pour apporter une solution performante à ce problème qu'est ici proposée une unité d'échange de chaleur comprenant: - un circuit de gaz caloporteur comprenant une série de tuyaux disposés bout à bout où circule ledit gaz caloporteur, - des moyens de chauffage pour chauffer localement le gaz caloporteur en circulation, - un bassin rempli d'eau où sont immergés une partie desdits tuyaux, pour y créer un échange thermique entre le gaz caloporteur chauffé et l'eau du bassin, - des moyens d'isolation thermique du bassin vis-à-vis de l'extérieur, - et une pompe pour la circulation du gaz caloporteur dans les tuyaux. Toujours dans un objectif de bilan thermique optimisé et de coût maitrisé, on conseille que le gaz caloporteur soit de l'air et que le circuit de ce gaz caloporteur soit fermé de sorte que l'air circule en circuit fermé. 25 En liaison avec ce qui précède, il est également cherché ici à ce que la solution proposée remplisse tout ou partie des exigences suivantes : isolation thermique, récupération de chaleur, régulation de cette chaleur, élément de séparation, habillage de structure (façades, 30 toits), ceci dans un cadre économique serré. C'est dans ce but qu'il est conseillé que les moyens de chauffage du gaz caloporteur situés à distance 10 15 20 du bassin comprennent des panneaux sensibles à la chaleur solaire et placés en façade ou sur le toit du bâtiment pour y être chauffés par le soleil de manière à transmettre cette chaleur auxdits tuyaux qui s'étendent localement à l'intérieur des panneaux. D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre où la réalisation possible d'une unité d'échange de chaleur conforme à l'invention est présentée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées où : - la fig.1 montre un schéma d'unité d'échange de chaleur pour un bâtiment, - les figs.2,3,4 montrent des détails de la cuve d'échange de chaleur, - les figs.5,6 montrent des éléments structurels à panneaux et tuyaux récupérateurs sur une façade ou un toit, - et la fig.7 est un agrandissement local d'une structure de panneau de toit ou de façade. Figure 1, on voit une unité 10 d'échange de chaleur conforme à l'invention et destinée à un bâtiment 3. L'unité 10 comprend: - un circuit 12 de gaz caloporteur comprenant une série de tuyaux 9 disposés bout à bout où circule ce gaz caloporteur, - des moyens 1 de chauffage pour chauffer localement le gaz caloporteur en circulation, - un bassin 14 rempli d'eau 16 où est immergée une partie desdits tuyaux, pour y créer un échange thermique entre le gaz caloporteur chauffé et l'eau du bassin, - des moyens 18 d'isolation thermique du bassin vis-à-vis de l'extérieur, - et une pompe 20 pour la circulation du gaz caloporteur dans les tuyaux. Comme déjà indiqué, on conseille, pour la performance de l'installation, y compris en termes de coûts, que le gaz caloporteur soit de l'air et que, comme d'ailleurs illustré, le circuit 12 soit fermé, de sorte que l'air circule donc en circuit fermé. Comme montré figures 2,3,4, à l'intérieur du bassin, les tuyaux 9 immergés comprennent: - un ou plusieurs tuyaux collecteurs 22 d'amenée du gaz caloporteur, - un ou plusieurs tuyaux collecteurs 24 d'évacuation de ce gaz caloporteur, - et une nappe de plusieurs tuyaux 26 intermédiaires de circulation du gaz caloporteur. Les tuyaux intermédiaires 26 sont reliés, d'un côté et de l'autre, respectivement aux tuyaux collecteurs d'amenée 22 et de récupération 24. La nappe 26 des tuyaux immergés dans l'eau du bassin 14 est disposée vers le fond de ce bassin et les tuyaux collecteurs 22,24 d'amenée et de récupération du gaz caloporteur s'étendent entre le sommet et le fond du bassin. Ainsi, le rendement thermique sera optimisé. Dans ce but, on prévoit en outre que plusieurs nappes sur plusieurs niveaux seront favorablement ainsi disposées vers le fond du bassin. On conseille par ailleurs que le bassin 14 soit enterré dans le sol 32 (terre) et comprenne un cuvelage 29 en béton entouré de l'isolant thermique 18 (par exemple en polystyrène). Un couvercle 34 amovible ferme le dessus du bassin. Il peut aussi être en béton avec son isolant thermique 18 dessous. Figure 1, et de façon plus détaillée figures 5, 6, on voit par ailleurs que les moyens 1 de chauffage du gaz caloporteur, situés à distance du bassin 14, comprennent des panneaux 5 sensibles à la chaleur solaire et placés en façade (fig.5) ou sur le toit (fig.6) du bâtiment pour y être chauffés par le soleil, de manière à transmettre cette chaleur aux tuyaux 9 qui s'étendent localement à l'intérieur de ces panneaux, ainsi que le montre plus nettement la figure 7. Sur le bâtiment, on prévoit donc que les moyens 1 de chauffage du gaz caloporteur (air a priori) comprendront favorablement, comme illustré, une série d'éléments structurels 11 disposés de façon adjacente sur la façade ou le toit et comportant une série des panneaux 5 adjacents précités se laissant chacun traverser par la lumière solaire. Comme montré figure 7, on conseille que ces panneaux 5 soient chacun à structure alvéolaire, chaque panneau renfermant certains des tuyaux 9 de circulation du gaz caloporteur. Ainsi, c'est en particulier par le rayonnement infrarouge issu du soleil que l'on va chauffer de l'air en circulation dans les tuyaux de ces éléments structurels. Pour définir des moyens d'occultation pour le bâtiment et d'échange de chaleur entre l'extérieur, chauffé par le soleil, et le gaz caloporteur en circulation, les tuyaux 9 seront favorablement plus opaques que les panneaux 5. Le/chaque panneau sera d'ailleurs, favorablement, transparent à la lumière naturelle, solaire, ou translucide. En particulier pour l'occultation, un rapport 1/3 pourra s'appliquer entre la surface frontale occupée par les tuyaux 9 dans le panneau et celle de ce panneau. Pour limiter les déperditions de la chaleur collectée et donc assurer une isolation thermique des zones où sont disposées les tuyaux, ces derniers sont interposés entre deux zones alvéolaires isolantes, respectivement 7a,7b (figure 7). Dans cette solution, chaque panneau 5 est en plastique rigide et comprend deux plaques doubles 17a,17b à structure interne alvéolaire. Entre ces plaques sont disposés les tuyaux opaques 9 qui sont de préférence collés aux plaques, en particulier par une colle acrylique, avec des plaques qui seront favorablement en polycarbonate ou en PVC de quelques mm à environ une dizaine de mm d'épaisseur. On conseille par ailleurs que les tuyaux 9 soient en métal léger de couleur sombre, pour limiter la réflexion. La densité de l'élément pourra ainsi être inférieure à 12 kilogrammes par m2. Les dimensions de chaque panneau 5 pourront être de 980mm de large, 50mm d'épaisseur et 1500mm-3000mm de long. Des tuyaux en aluminium conviendraient. Ainsi, on conjuguera a minima performance thermique et légèreté, ceci favorisant l'intérêt de la solution proposée, sa facilité d'implantation et le coût global de la construction concernée. Pour utiliser de façon performante la chaleur collectée dans les tuyaux 9, on conseille qu'à l'intérieur de certains au moins des panneaux, ces tuyaux se raccordent à un tuyau transversal collecteur 13 se terminant par des moyens d'aboutement tels mâle/femelle, pour un raccordement à un tuyau collecteur 113 d'un élément structurel identique adjacent. Chaque tuyau collecteur sera de préférence étroitement calé, coincé, dans l'épaisseur du panneau qui le porte. Fig.5, une partie au moins de la façade 30 du bâtiment exposée extérieurement au soleil est couverte par une série d'éléments 1 adjacents permettant de préférence un passage partiel de la lumière extérieure vers les volumes ou espaces intérieurs 8 du bâtiment et une collecte de chaleur par récupération d'énergie lumineuse dans les tuyaux récupérateurs 9. Ces éléments structurels pourront être fixés non pas entre eux mais, côté intérieur, à des montants ou poutrelles 31 de structure du bâtiment. Grâce aux moyens de ventilation 20 et aux tuyaux collecteurs aboutés 13, 113..., l'air chauffé, en circulation dans les tuyaux récupérateurs, pourra parvenir à l'échangeur air/eau 14. Fig.6, une partie au moins de la toiture ou couverture 35 du bâtiment comprend à nouveau une série d'éléments 1 adjacents permettant de préférence à nouveau à la fois un passage partiel de lumière extérieure vers les volumes intérieurs du bâtiment et une récupération de la chaleur du soleil dans les tuyaux récupérateurs. Des poutrelles 37 soutiennent des groupes d'éléments. Avec la solution proposée et via les moyens de chauffage 1, le gaz caloporteur en circulation va être chauffé localement (en période chaude, en particulier diurnes), dans les zones de toit ou de façade 3,5,11,30..., et la chaleur récupérée va pouvoir être stockée dans le bassin thermiquement isolé 14, par échange thermique entre le gaz plus chaud et l'eau du bassin a priori plus froide (de là la disposition des tuyaux 26 immergés vers le fond du bassin). En période plus froide (nuits_), l'eau chauffée du bassin pourra servir de réservoir à chaleur pour le gaz qui pompera cette chaleur au passage, pouvant ainsi apporter des calories dans les espaces 8. Une régulation inverse peut aussi s'imaginer dans ces moments (suivant les différences de températures), le gaz pompant une éventuelle chaleur excessive des espaces 8 (nuits chaudes à l'intérieur des bâtiments) et continuant éventuellement à alors chauffer l'eau du bassin. Favorablement, les tuyaux 9 de circulation du gaz caloporteur seront des tuyaux métalliques présentant intérieurement des ailettes d'échange thermique.20 REVENDICATIONS1. Unité d'échange de chaleur pour un bâtiment, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un circuit (12) de gaz caloporteur comprenant une série de tuyaux (9) disposés bout à bout où circule ledit gaz caloporteur, - des moyens (1) de chauffage pour chauffer localement le gaz caloporteur en circulation, - un bassin (14) rempli d'eau (16) où sont immergés une partie desdits tuyaux (9), pour y créer un échange thermique entre le gaz caloporteur chauffé et l'eau (16) du bassin (14), - des moyens d'isolation thermique (18) du bassin (14) vis-à-vis de l'extérieur, - et une pompe (20) pour la circulation du gaz caloporteur dans les tuyaux (9). 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à l'intérieur du bassin (14) les tuyaux (9) immergés comprennent: - un ou plusieurs tuyaux collecteurs (22) d'amenée du gaz caloporteur, - un ou plusieurs tuyaux collecteurs (24) d'évacuation de ce gaz caloporteur, - et une nappe de plusieurs tuyaux (26) intermédiaires de circulation dudit gaz caloporteur reliés d'un côté et de l'autre auxdits tuyaux collecteurs d'amenée (22) et de récupération (24) du gaz caloporteur, respectivement. 3. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le gaz caloporteur est de l'air et le circuit (12) de ce gaz caloporteur est fermé de sorte que l'air circule en circuit (12) fermé. 4. Unité selon la revendication 2 ou les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la nappe des tuyaux (26) immergés dans l'eau (16) du bassin (14) est disposée vers le fond de ce bassin (14) et lesdits tuyaux collecteurs d'amenée (22) et récupération (24) du gaz caloporteur s'étendent entre le sommet et le fond du bassin (14). 5. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (1) de chauffage du gaz caloporteur situés à distance du bassin (14) comprennent des panneaux (5) sensibles à la chaleur solaire et placés en façade (3, 5, 11, 30...) ou sur le toit du bâtiment pour y être chauffés par le soleil de manière à transmettre cette chaleur auxdits tuyaux (9) qui s'étendent localement à l'intérieur desdits panneaux (5). 6. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les tuyaux (9) de circulation du gaz caloporteur sont des tuyaux (9) métalliques présentant intérieurement des ailettes d'échange thermique. 7. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le bassin (14) est enterré et comprend un cuvelage (29) en béton entouré de l'isolant thermique (18). 8. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (1) de chauffage du gaz caloporteur comprennent une série d'éléments structurels (11) disposés de façon adjacente sur la façade (3, 5, 11, 30...) ou le toit du bâtiment et comprenant une série de panneaux (9) adjacents se laissant chacun traverser par la lumière solaire et à structure alvéolaire, chaque panneau (5) renfermant certains desdits tuyaux (9) de circulation du gaz caloporteur, ces tuyaux (9), plus opaques que les panneaux (5), définissant des moyens d'occultation pour le bâtiment et d'échange de chaleur entre l'extérieur, chauffé par le soleil, et le gaz caloporteur en circulation.