Brevet FR2977656A1 — publié le 20130111

Système d'échanqe thermique et procédé de réqulation d'une puissance thermique développée par un tel système d'échanqe thermique L'invention se rapporte à un système d'échange thermique et à un procédé de régulation de la puissance thermique développée par un tel système d'échange thermique. En particulier, l'invention se rapporte à un système d'échange thermique adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace, ledit système d'échange thermique comprenant : - des premier et deuxième échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée et une sortie et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une unité de compression placée entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée du condenseur, et une unité de détente placée entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur. L'invention s'applique, en particulier, à la régulation d'une puissance thermique développée par le système d'échange thermique, notamment dans un fonctionnement comme pompe à chaleur associée à un espace ou un bâtiment, pour permettre de maintenir une consigne de température à l'intérieur de l'espace ou du bâtiment en apportant à cet espace ou ce bâtiment une puissance thermique équivalente aux pertes thermiques (apports internes et externes déduits). Par exemple, une pompe à chaleur air/eau à compression de vapeur récupère de la chaleur sur l'air extérieur à une température extérieure, puis elle transmet cette chaleur à l'espace à une température d'un circuit d'eau de chauffage. Si l'unité de compression a une capacité constante (débit d'aspiration constant), la puissance thermique du cycle va diminuer avec la température extérieure (la densité du fluide caloporteur à l'aspiration de l'unité de compression diminue, donc, le débit massique du fluide caloporteur dans le cycle diminue, et la puissance thermique transportée par le fluide caloporteur d'une source froide à laquelle l'évaporateur prélève de la chaleur vers un puits chaud auquel le condenseur transfère la chaleur prélevée diminue). 2 2977656 Pour une pompe à chaleur à capacité constante associée à un bâtiment, la demande calorifique du bâtiment et la production calorifique de la pompe à chaleur sont donc en opposition. Si la pompe à chaleur est dimensionnée pour répondre aux besoins à 5 une température extérieure donnée, elle sera surpuissante aux températures extérieures plus élevées avec, pour inconvénients, des pertes de performance liées au cyclage de la pompe à chaleur (marche/arrêt) et au surplus de chaleur transporté (pertes échangeurs, pertes de charge). 10 Pour maximiser le rendement de la pompe à chaleur, il est donc intéressant de pouvoir réguler la puissance thermique pour coller aux besoins de l'espace ou du bâtiment. Le document US 5 927 088 décrit un système d'échange thermique dans lequel 15 l'unité de compression comprend un compresseur additionnel utilisé en série avec un compresseur primaire comme appoint lorsque le compresseur primaire ne peut satisfaire un besoin, notamment en chauffage. Le système d'échange thermique connu ne permet toutefois pas de réaliser de 20 manière simple une régulation précise de la puissance thermique développée par le système d'échange thermique. L'invention vient améliorer la situation. 25 A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un système d'échange thermique adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace, ledit système d'échange thermique comprenant : - des premier et deuxième échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur 30 respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée et une sortie et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une 35 unité de compression placée entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée du condenseur, et une unité de détente placée entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, ladite unité de compression comprenant au moins des premier et deuxième étages de 3 2977656 compression agencés en série, le premier étage de compression refoulant le fluide caloporteur dans le deuxième étage de compression, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur, dans lequel le premier étage de compression présente une capacité variable par 5 pas et le deuxième étage de compression présente une capacité variable en continu, l'unité de commande étant adaptée pour réguler une puissance thermique développée par le système d'échange thermique à partir de variations des capacités des premier et deuxième étages de compression. 10 Ainsi, le système d'échange thermique selon l'invention présente une structure simple dont la puissance thermique peut être régulée de manière précise en fonction de la demande calorifique de l'espace. Le premier étage de compression peut comprendre une pluralité de compresseurs 15 à capacité fixe connectés en parallèle, ladite pluralité de compresseurs à capacité fixe présentant une pluralité de configurations différentes définissant les pas de capacité, et le deuxième étage de compression peut comprendre au moins un compresseur à capacité variable. 20 Par ailleurs, l'unité de compression peut comprendre une conduite de dérivation connectée en parallèle du premier étage de compression, l'unité de commande étant adaptée pour commander : - un fonctionnement multi-étagé dans lequel les premier et deuxième étages de compression fonctionnent en série, le fluide caloporteur circulant successivement dans les 25 premier et deuxième étages de compression, - un fonctionnement mono-étagé dans lequel le deuxième étage de compression fonctionne, le premier étage de compression étant arrêté, le fluide caloporteur circulant successivement dans la conduite de dérivation et dans le deuxième étage de compression. 30 Dans un mode de réalisation, le système d'échange thermique peut comprendre en outre un échangeur de sous-refroidissement placé entre les premier et deuxième échangeurs de chaleur, et une conduite d'injection connectant le deuxième échangeur de chaleur à une entrée d'aspiration du deuxième étage de compression au travers de 35 l'échangeur de sous-refroidissement, l'unité de commande étant adaptée pour, en fonctionnement multi-étagé, faire circuler une première partie du fluide caloporteur depuis la sortie du deuxième échangeur de chaleur formant le condenseur vers l'entrée 4 2977656 d'aspiration du deuxième étage de compression par la conduite d'injection, et une deuxième partie du fluide caloporteur depuis la sortie du deuxième échangeur de chaleur formant le condenseur vers l'entrée du premier échangeur de chaleur formant l'évaporateur. De telles dispositions permettent d'améliorer le rendement et la capacité du cycle. L'unité de commande peut être adaptée pour : - régler un niveau de puissance thermique du système d'échange thermique en 10 choisissant l'un parmi une pluralité de pas de capacité du premier étage de compression, et - moduler la puissance thermique du système d'échange thermique autour du niveau réglé en utilisant la capacité du deuxième étage de compression. 15 Dans un mode de réalisation, le système d'échange thermique peut comprendre en outre un circuit d'air et un circuit d'eau auxquels les premier et deuxième échangeurs de chaleur sont respectivement associés, et dans lequel l'unité de commande peut être adaptée pour mesurer une température d'eau dans le circuit d'eau et pour déterminer une température d'eau de consigne dans le circuit d'eau, l'unité de commande étant adaptée 20 pour successivement et en continu : - choisir l'un des pas de capacité du premier étage de compression, - faire varier la capacité du deuxième étage de compression pour réduire un écart entre la température d'eau mesurée et la température d'eau de consigne, - si la capacité du deuxième étage de compression atteint une borne et si l'écart 25 reste supérieur à un écart seuil, changer le pas de capacité du premier étage de compression. L'unité de commande peut alors être adaptée pour mesurer une température d'air dans le circuit d'air, l'unité de commande étant adaptée pour choisir un pas de capacité 30 initial du premier étage de compression au moins en fonction de la température d'air. Par ailleurs, l'unité de commande peut être adaptée pour sélectionner une capacité initiale du deuxième étage de compression au moins en fonction du pas de capacité du premier étage de compression. 5 35 5 2977656 En outre, l'unité de commande est adaptée pour changer le pas de capacité du premier étage de compression si la capacité du deuxième étage de compression est dans une plage déterminée. 5 Dans un autre mode de réalisation, le système d'échange thermique peut comprendre en outre un circuit d'air et un circuit d'eau auxquels les premier et deuxième échangeurs de chaleur sont respectivement associés, et dans lequel l'unité de commande peut être adaptée pour mesurer une température d'eau dans le circuit d'eau et pour déterminer une température d'eau de consigne dans le circuit d'eau, l'unité de commande 10 étant adaptée pour successivement et en continu : - déterminer une pluralité de couples de capacités comprenant chacun l'un des pas de capacité du premier étage de compression et l'une des capacités du deuxième étage de compression, - choisir l'un des couples de capacités pour réduire un écart entre la température 15 d'eau mesurée et la température d'eau de consigne, - si l'écart reste supérieur à un écart seuil, changer le couple de capacités. L'unité de commande peut alors être adaptée pour mesurer une température d'air dans le circuit d'air et pour déterminer une puissance thermique cible, l'unité de 20 commande étant adaptée pour déterminer la pluralité de couples de capacités en fonction de la température d'air et de la puissance thermique cible. Dans l'un comme dans l'autre des modes de réalisation, l'unité de commande peut être adaptée pour borner la capacité du deuxième étage de compression entre une 25 capacité minimale et une capacité maximale, lesdites capacités minimale et maximale étant choisies pour maintenir les premier et deuxième étages de compression dans des enveloppes de fonctionnement respectives et pour obtenir un coefficient de performance supérieur ou égale à un coefficient de performance minimum déterminé. 30 En particulier, l'unité de commande peut être adaptée pour faire varier les capacités minimale et maximale du deuxième étage de compression en fonction du pas de capacité du premier étage de compression. L'unité de commande peut être adaptée pour réduire la capacité du deuxième 35 étage de compression lorsqu'une grandeur représentative d'un état de fonctionnement du deuxième étage de compression atteint une valeur critique, en particulier ladite grandeur est choisie parmi une température mesurée en sortie du deuxième étage de compression, 6 2977656 une pression mesurée en sortie du deuxième étage de compression, un courant électrique alimentant le deuxième étage de compression et un taux de compression supporté par le deuxième étage de compression 5 Selon un deuxième aspect l'invention propose un procédé de régulation d'une puissance thermique développé par un système d'échange thermique, ledit procédé mettant en ceuvre un système d'échange thermique adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace, ledit système d'échange thermique comprenant : 10 - des premier et deuxième échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier et deuxième échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée et une sortie et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur 15 entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une unité de compression placée entre la sortie de l'évaporateur et l'entrée du condenseur, et une unité de détente placée entre la sortie du condenseur et l'entrée de l'évaporateur, ladite unité de compression comprenant au moins des premier et deuxième étages de compression agencés en série, le premier étage de compression refoulant le fluide 20 caloporteur dans le deuxième étage de compression, le premier étage de compression présentant une capacité variable par pas et le deuxième étage de compression présentant une capacité variable en continu, - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur, ledit procédé de régulation prévoyant de réguler la puissance thermique 25 développée par le système d'échange thermique à partir de variations des capacités des premier et deuxième étages de compression. Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de régulation met en ceuvre un système d'échange thermique tel que défini précédemment. 30 En particulier, le procédé de régulation peut prévoir de régler un niveau de puissance thermique du système d'échange thermique en choisissant l'un parmi une pluralité de pas de capacité du premier étage de compression, et de moduler la puissance thermique du système d'échange thermique autour du niveau réglé en utilisant la capacité 35 du deuxième étage de compression. 7 2977656 L'unité de compression peut comprendre une conduite de dérivation connectée en parallèle du premier étage de compression. Le procédé de régulation peut alors prévoir de commander : - un fonctionnement multi-étagé dans lequel les premier et deuxième étages de 5 compression fonctionnent en série, le fluide caloporteur circulant successivement dans les premier et deuxième étages de compression, - un fonctionnement mono-étagé dans lequel le deuxième étage de compression fonctionne, le premier étage de compression étant arrêté, le fluide caloporteur circulant successivement dans la conduite de dérivation et dans le deuxième étage de 10 compression. Dans un mode de réalisation, le système d'échange thermique peut comprendre en outre un échangeur de sous-refroidissement placé entre les premier et deuxième échangeurs de chaleur, et une conduite d'injection connectant le premier échangeur de 15 chaleur à une entrée d'aspiration du deuxième étage de compression au travers de l'échangeur de sous-refroidissement. Le procédé de régulation peut alors prévoir de, en fonctionnement multi-étagé, faire circuler une première partie du fluide caloporteur depuis la sortie du premier échangeur de chaleur formant le condenseur vers l'entrée d'aspiration du deuxième étage de compression par la conduite d'injection, et une deuxième partie du 20 fluide caloporteur depuis la sortie du premier échangeur de chaleur formant le condenseur vers l'entrée du deuxième échangeur de chaleur formant l'évaporateur. Dans un mode de réalisation, le système d'échange thermique peut comprendre en outre un circuit d'air et un circuit d'eau auxquels les premier et deuxième échangeurs 25 de chaleur sont respectivement associés, le procédé de régulation pouvant prévoir de : - mesurer une température d'eau dans le circuit d'eau et déterminer une température d'eau de consigne dans le circuit d'eau, et - réaliser successivement et en continu les étapes consistant à : choisir l'un des pas de capacité du premier étage de compression, 30 faire varier la capacité du deuxième étage de compression pour réduire un écart entre la température d'eau mesurée et la température d'eau de consigne, si la capacité du deuxième étage de compression atteint une borne et si l'écart reste supérieur à un écart seuil, changer le pas de capacité du premier étage de compression. 35 Le procédé de régulation peut prévoir de : - mesurer une température d'air dans le circuit d'air et 8 2977656 - choisir un pas de capacité initial du premier étage de compression au moins en fonction de la température d'air. Le procédé de régulation peut prévoir de sélectionner une capacité initiale du 5 deuxième étage de compression au moins en fonction du pas de capacité du premier étage de compression. Le procédé de régulation peut prévoir de changer le pas de capacité du premier étage de compression si la capacité du deuxième étage de compression est dans une 10 plage déterminée. Dans un autre mode de réalisation, le système d'échange thermique peut comprendre en outre un circuit d'air et un circuit d'eau auxquels les premier et deuxième échangeurs de chaleur sont respectivement associés, le procédé de régulation pouvant 15 prévoir de : - mesurer une température d'eau dans le circuit d'eau et déterminer une température d'eau de consigne dans le circuit d'eau, et - réaliser successivement et en continu les étapes consistant à : déterminer une pluralité de couples de capacités comprenant chacun l'un 20 des pas de capacité du premier étage de compression et l'une des capacités du deuxième étage de compression, choisir l'un des couples de capacités pour réduire un écart entre la température d'eau mesurée et la température d'eau de consigne, si l'écart reste supérieur à un écart seuil, changer le couple de capacités. 25 Le procédé de régulation peut prévoir de : - mesurer une température d'air dans le circuit d'air et de déterminer une puissance thermique cible, - déterminer la pluralité de couples de capacités en fonction de la température 30 d'air et de la puissance thermique cible. Dans l'un ou l'autre des modes de réalisation, le procédé de régulation peut prévoir de borner la capacité du deuxième étage de compression entre une capacité minimale et une capacité maximale, lesdites capacités minimale et maximale étant 35 choisies pour maintenir les premier et deuxième étages de compression dans des enveloppes de fonctionnement respectives et pour obtenir un coefficient de performance déterminé. 9 2977656 Le procédé de régulation peut prévoir de faire varier les capacités minimale et maximale du deuxième étage de compression en fonction du pas de capacité du premier étage de compression. 5 Le procédé de régulation peut prévoir de réduire la capacité du deuxième étage de compression lorsqu'une grandeur représentative d'un état de fonctionnement du deuxième étage de compression atteint une valeur critique, en particulier ladite grandeur est choisie parmi une température mesurée en sortie du deuxième étage de compression, 10 une pression mesurée en sortie du deuxième étage de compression, un courant électrique alimentant le deuxième étage de compression et un taux de compression supporté par le deuxième étage de compression. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 15 description qui suit de modes de réalisation particuliers de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif, la description étant faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'échange thermique selon un mode de réalisation de l'invention, le système d'échange thermique 20 comprenant une unité de compression bi-étagée, l'unité de compression comprenant un premier étage de compression à capacité variable par pas et un deuxième étage de compression en série à capacité variable en continu, le système d'échange thermique fonctionnant selon un mode climatiseur, - la figure 2 est une représentation schématique du système d'échange thermique 25 de la figure 1 fonctionnant selon un mode pompe à chaleur, - la figure 3 est une représentation schématique de quatre configurations du premier étage de compression du système d'échange thermique de la figure 2, les configurations permettant d'obtenir des puissances thermiques différentes développées par le système d'échange thermique, 30 - la figure 4 est un graphe illustrant schématiquement l'évolution de la puissance thermique développée par chacune des configurations de la figure 3 en fonction d'une température extérieure situé à l'extérieur d'un espace à chauffer, - la figure 5 est un diagramme illustrant les étapes d'un premier mode de réalisation d'un procédé de régulation de la puissance thermique développée par le 35 système d'échange thermique de la figure 2, le procédé de régulation prévoyant de réguler la puissance thermique en choisissant un pas de capacité du premier étage de compression puis en faisant varier la capacité du deuxième étage de compression, 10 2977656 - la figure 6 illustre une étape de sélection de la configuration initiale du premier étage de compression dans le procédé de régulation de la figure 5, la sélection étant faite en fonction de la température extérieure, - la figure 7 illustre une variante de l'étape de sélection de la configuration initiale 5 du premier étage de compression dans le procédé de régulation de la figure 5, la sélection étant faite à partir d'abaques donnant la configuration initiale en fonction de la température extérieure, d'une température d'eau de consigne et d'une puissance thermique cible, - la figure 8 est un diagramme illustrant les étapes d'un deuxième mode de 10 réalisation du procédé de régulation de la puissance thermique développée par le système d'échange thermique de la figure 2, le procédé de régulation prévoyant de réguler la puissance thermique en choisissant l'un parmi une pluralité de couples de capacités comprenant chacun l'un des pas de capacité du premier étage de compression et l'une des capacités du deuxième étage de compression, 15 - la figure 9 illustre une étape de sélection du couple comprenant la configuration du premier étage de compression et la capacité du deuxième étage de compression dans le procédé de régulation de la figure 8, la sélection étant faite à partir d'abaques donnant le couple en fonction de la température extérieure, d'une température d'eau de consigne et d'un indicateur de puissance. 20 Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues. Les figures 1 et 2 représentent un système d'échange thermique 1 respectivement 25 pour le refroidissement et le chauffage d'un milieu intérieur, par exemple de l'eau, circulant dans un espace 2, tel qu'une pièce d'une habitation, un local technique ou autre. En variante, le milieu intérieur pourrait être autre que de l'eau, et notamment de l'air. Le système d'échange thermique 1 permet soit de chauffer l'eau en prélevant de la chaleur à de l'air extérieur situé à l'extérieur de l'espace 2 (source froide) et en transférant à l'eau 30 (source chaude/puits chaud) la chaleur prélevée (figure 2), soit de refroidir l'eau en lui prélevant de la chaleur (source froide) et en transférant à l'air extérieur (source chaude/puits chaud) la chaleur prélevée (figure 1). Le système d'échange thermique 1 comprend : 35 - un premier échangeur de chaleur 5, formant sélectivement un évaporateur ou un condenseur, destiné à réaliser des échanges thermiques avec l'air extérieur, le premier 11 2977656 échangeur de chaleur 5 présentant une première extrémité 6 et une deuxième extrémité 7 qui forment l'une une entrée E et l'autre une sortie S, - un deuxième échangeur de chaleur 15, formant sélectivement un évaporateur ou un condenseur, destiné à réaliser des échanges thermiques avec l'eau, le deuxième 5 échangeur de chaleur 15 présentant une première extrémité 16 et une deuxième extrémité 17 qui forment l'une une entrée E et l'autre une sortie S, - un circuit de fluide caloporteur connecté aux premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur et adapté pour faire circuler un fluide caloporteur, tel qu'un fluide frigorigène, entre le premier échangeur de chaleur 5 et le deuxième échangeur de chaleur 10 15. Le circuit de fluide caloporteur comprend une unité de compression multi-étagée 20 et une unité de détente 10. 15 Sur les figures 1 et 2, l'unité de compression 20 est bi-étagée et comprend un premier étage de compression 21 et un deuxième étage de compression 22 agencés en série. En variante, l'unité de compression 20 pourrait comprendre plus de deux étages de compression agencés en série. 20 Le premier étage de compression ou étage de compression basse pression (BP) 21 présente une capacité variable par pas, c'est-à-dire qu'il présente une pluralité de valeurs de capacité discrètes définissant chacune un pas de capacité. Pour ce faire, l'étage de compression basse pression 21 comprend uniquement plusieurs compresseurs à capacité fixe connectés en parallèle, et est dépourvu de compresseur à capacité 25 variable. Dans le mode de réalisation représenté, l'étage de compression basse pression 21 comprend deux premiers compresseurs ou compresseurs basse pression (BP) 23a, 23b connectés en parallèle. De manière avantageuse, les compresseurs basse pression 23a, 23b présentent respectivement des cylindrées différentes. En particulier, le compresseur basse pression 23b présente une capacité plus élevée que celle du 30 compresseur basse pression 23a. En variante, l'étage de compression basse pression 21 pourrait comprendre un ou plus de deux compresseurs basse pression 23 en parallèle. Le deuxième étage de compression ou étage de compression haute pression (HP) 22 présente une capacité variable en continu, c'est-à-dire qu'il présente une pluralité de 35 valeurs de capacité dans un intervalle déterminé. Pour ce faire, l'étage de compression haute pression 22 comprend un ou plusieurs compresseurs à vitesse variable. Dans le mode de réalisation représenté, l'étage de compression haute pression 22 est dépourvu 12 2977656 de compresseur à capacité fixe et comprend un unique deuxième compresseur ou compresseur haute pression (HP) 24. En variante, l'étage de compression haute pression 22 pourrait comprendre plusieurs compresseurs haute pression 24 en parallèle dont au moins un est a capacité variable en continu. 5 Chacun des compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 présente une entrée d'aspiration 25 et une sortie de refoulement 26. Dans le mode de réalisation représenté, les entrées d'aspiration 25 des compresseurs basse pression 23a, 23b sont connectées à une même ligne d'aspiration 27 et les sorties de refoulement 26 des 10 compresseurs basse pression 23a, 23b sont connectées à une même ligne de refoulement 28. Les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 sont agencés en série, c'est-à-dire que la ligne de refoulement 28 des compresseurs basse pression 23a, 23b est connectée à l'entrée d'aspiration 25 du compresseur haute pression 24. Par ailleurs, comme il apparaîtra de la suite de la description, la ligne d'aspiration 27 15 des compresseurs basse pression 23a, 23b est connectée à la sortie S de celui des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur qui forme l'évaporateur, et la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24 est connectée à l'entrée E de celui des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur qui forme le condenseur. 20 Pour permettre un fonctionnement mono-étagé en plus d'un fonctionnement biétagé qui seront décrit plus loin, l'unité de compression 20 comprend une conduite de dérivation 11 pourvue d'un clapet 12 connectée en parallèle de l'étage de compression basse pression 21, avec une extrémité amont connectée en amont de la ligne d'aspiration 27 et une extrémité aval connectée en aval de la ligne de refoulement 28 des 25 compresseurs basse pression 23a, 2311 La conduite de dérivation 11 permet de contourner l'étage de compression basse pression 21 pour n'utiliser que l'étage de compression haute pression 22 dans le fonctionnement mono-étagé. Comme représenté, une conduite de dérivation 3 pourvue d'un clapet 4 peut 30 également être prévue en parallèle de l'étage de compression haute pression 22, avec une extrémité amont connectée en amont de l'entrée d'aspiration 25 et une extrémité aval connectée en aval de la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24. Cette conduite de dérivation 3 a un rôle de protection contre d'éventuelles hautes pressions en cas de panne du compresseur haute pression 24 alors que les 35 compresseurs basse pression 23a, 23b sont en marche. 13 2977656 Dans le mode de réalisation représenté, le système d'échange thermique, utilisé dans mode pompe à chaleur décrit plus loin et selon le fonctionnement bi-étagé, fonctionne selon un cycle à injection avec un échangeur de sous-refroidissement 45 ou économiseur. 5 Pour ce faire, l'échangeur de sous-refroidissement 45 est relié à la première extrémité 6 du premier échangeur de chaleur 5 et à la deuxième extrémité 17 du deuxième échangeur de chaleur 15. Le système d'échange thermique 1 comprend outre une conduite d'injection 46 connectant la deuxième extrémité 17 du deuxième échangeur 10 de chaleur 15 à l'entrée d'aspiration 25 du compresseur haute pression 24 au travers de l'échangeur de sous-refroidissement 45. Un détendeur 47 est placé dans la conduite d'injection 46, entre le deuxième échangeur de chaleur 15 et l'échangeur de sous-refroidissement. Dans ce mode de réalisation, un receveur de liquide 48 peut être prévu. On peut ainsi réaliser un refroidissement du fluide caloporteur entre l'étage de 15 compression basse pression 21 et l'étage de compression haute pression 22 pour limiter la température à la sortie de refoulement 26 de l'étage de compression haute pression 22 et ainsi atteindre une pression de condensation plus élevée. Le refroidissement est ici réalisé en prélevant du fluide caloporteur condensé, en sortie du condenseur, et en la réinjectant entre la ligne de refoulement 28 de l'étage de compression basse pression 21 20 et l'entrée d'aspiration 25 de l'étage de compression haute pression 22. L'invention n'est toutefois pas limitée à un système d'échange thermique mettant en ceuvre un cycle à injection avec un échangeur de sous-refroidissement et s'applique à un système d'échange thermique mettant en ceuvre par exemple un cycle à injection 25 totale, un cycle à injection partielle ou un cycle en cascade, le système d'échange thermique étant adapté en conséquence. Le circuit de fluide caloporteur comprend également un circuit de distribution 40 permettant de faire circuler le fluide caloporteur depuis l'unité de compression 20 vers le 30 premier échangeur de chaleur 5 ou depuis l'unité de compression 20 vers le deuxième échangeur de chaleur 15 afin d'assurer la réversibilité, ou l'inversibilité, du système d'échange thermique 1. En particulier, le circuit de distribution 40 comporte une boucle de compression 41 35 dans laquelle les compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 sont placés, et une vanne quatre voies 42 reliant la boucle de compression 41 aux premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur. La vanne quatre voies 42 est adaptée pour faire 14 2977656 circuler le fluide caloporteur provenant de l'un des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur et entrant dans la boucle de compression 41 vers la ligne d'aspiration 27 des compresseurs basse pression 23a, 23b, et pour distribuer le fluide caloporteur provenant de la sortie de refoulement 26 du compresseur haute pression 24 vers l'autre échangeur 5 de chaleur 5, 15. L'unité de détente 10 comprend un détendeur reliant, par l'intermédiaire d'une ou plusieurs conduites, la sortie de celui des premier 5 et deuxième 15 échangeurs de chaleur qui forme le condenseur et l'entrée de celui des premier 5 et deuxième 15 10 échangeurs de chaleur qui forme l'évaporateur. Le système d'échange thermique 1 comprend également un circuit d'air 35 associé au premier échangeur de chaleur 5 pour réaliser un échange thermique entre le fluide caloporteur et l'air extérieur, et un circuit d'eau 36 associé au deuxième échangeur 15 de chaleur 15 pour réaliser un échange thermique entre le fluide caloporteur et l'eau circulant à l'intérieur de l'espace 2. En particulier, le circuit d'air 35 peut comprendre des conduites, non représentées, reliées à une entrée d'air et à une sortie d'air , et un ventilateur 39 adapté pour faire circuler l'air entre l'entrée d'air et la sortie d'air au travers du premier échangeur de chaleur 5. Le circuit d'eau 36, par exemple d'une installation de 20 chauffage sanitaire ou de plancher chauffant, peut comprendre des conduites reliées à un système de pompage assurant la circulation de l'eau dans les conduites. En fonction du sens de circulation du fluide caloporteur, le système d'échange thermique 1 peut fonctionner selon un mode climatiseur (figure 1) ou selon un mode 25 pompe à chaleur (figure 2). Un pilotage du système d'échange thermique 1 entre les différents modes est assuré par une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur. L'unité de commande comprend par exemple un microprocesseur électronique auquel une sonde de température adaptée pour mesurer une température extérieure (Text) de l'air extérieur est connectée. D'autres capteurs ou instruments de 30 mesure de l'unité de commande peuvent être connectés au microprocesseur électronique. En particulier, l'unité de commande peut comprendre une sonde de température adaptée pour mesurer une température intérieure (Tint) de l'air intérieur situé à l'intérieur de l'espace 2, une sonde de température adaptée pour mesurer la température d'eau (Tw) dans le circuit d'eau 36. L'unité de commande peut également 35 comprendre une mémoire dans laquelle différentes données, et notamment une température seuil pour la température extérieure et une température d'eau de consigne 15 2977656 (Tw c) pour le circuit d'eau 36 ou encore, comme il apparaîtra dans la suite de la description, des abaques ou des lois d'eau, sont mémorisées. Le pilotage du système d'échange thermique 1 selon le mode climatiseur et le 5 mode pompe à chaleur peut être réalisé en fonction du besoin en refroidissement ou en chauffage du milieu intérieur. Le besoin en refroidissement ou en chauffage peut être déterminé de toute manière appropriée. Par exemple, un opérateur peut choisir le mode en agissant directement sur une interface d'entrée de l'unité de commande. En variante, l'unité de commande peut comprendre un thermostat mesurant une température du milieu 10 intérieur et déterminant le mode du système d'échange thermique 1 à partir d'une température de consigne pour le milieu intérieur. Selon une autre variante, l'unité de commande peut déterminer le mode du système d'échange thermique 1 à partir de la température extérieure, notamment par l'intermédiaire d'une loi d'eau mémorisée dans la mémoire de l'unité de commande. 15 Ainsi, lorsqu'il existe un besoin en refroidissement du milieu intérieur, le système d'échange thermique 1 est en mode climatiseur, représenté sur la figure 1. Le fluide caloporteur circule alors en boucle fermée : - depuis l'unité de compression 20 vers la deuxième extrémité 7, formant l'entrée 20 E, du premier échangeur de chaleur 5, puis - depuis la première extrémité 6, formant la sortie S, du premier échangeur de chaleur 5 vers la deuxième extrémité 17, formant l'entrée E, du deuxième échangeur de chaleur 15 au travers de l'unité de détente 10 et de l'échangeur de sous-refroidissement 45, puis 25 - depuis la première extrémité 16, formant la sortie S, du deuxième échangeur de chaleur 15 vers l'unité de compression 20. Le deuxième échangeur de chaleur 15 forme l'évaporateur prélevant de la chaleur au milieu intérieur et le premier échangeur de chaleur 5 forme le condenseur transférant 30 la chaleur à l'air extérieur, de sorte à refroidir le milieu intérieur. Lorsqu'il existe un besoin de chauffage du milieu intérieur, le système d'échange thermique 1 est en mode pompe à chaleur, représenté sur la figure 2. Le fluide caloporteur circule alors en boucle fermée : 35 - depuis l'unité de compression 20 vers la première extrémité 16, formant l'entrée E, du deuxième échangeur de chaleur 15, puis 16 2977656 - depuis la deuxième extrémité 17, formant la sortie S, du deuxième échangeur de chaleur 15 vers la première extrémité 6, formant l'entrée E, du premier échangeur de chaleur 5 au travers de l'unité de détente 10 et de l'échangeur de sous-refroidissement 45, puis 5 - depuis la deuxième extrémité 7, formant la sortie S, du premier échangeur de chaleur 5 vers l'unité de compression 20. Le premier échangeur de chaleur 5 forme l'évaporateur prélevant de la chaleur à l'air extérieur et le deuxième échangeur de chaleur 15 forme le condenseur transférant la 10 chaleur milieu intérieur, de sorte à chauffer le milieu intérieur. Le système d'échange thermique décrit précédemment permet d'assurer notamment un fonctionnement en mode pompe à chaleur dans lequel un niveau de puissance thermique peut être réglée en agissant sur le pas de capacité de l'étage de 15 compression basse pression 21, la capacité de l'étage de compression haute pression 22, variable en continu, étant modulée pour réguler la puissance thermique de la pompe à chaleur (autour d'une valeur fixée par le pas de capacité de l'étage de compression basse pression 21). 20 En effet, comme représenté sur les figures 3 et 4, en fonction des compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 en fonctionnement, l'unité de compression 20 peut délivrer une pression de condensation plus ou moins élevée de manière à réguler la puissance thermique développée par le système d'échange thermique. 25 Dans le fonctionnement mono-étagé, identifié Config.1 sur les figures 3 et 4, seule le compresseur haute pression 24 fonctionne permettant au système d'échange thermique de développer une puissance thermique dans une première plage en fonction notamment de la vitesse du compresseur haute pression 24 et d'une température extérieure de l'air extérieur. 30 Dans un premier fonctionnement bi-étagé, identifié Config.2 sur les figures 3 et 4, le compresseur basse pression 23a de plus faible capacité fonctionne en série avec le compresseur haute pression 24 permettant au système d'échange thermique de développer une puissance thermique dans une deuxième plage, supérieure à la première 35 plage, en fonction notamment de la vitesse du compresseur haute pression 24 et d'une température extérieure de l'air extérieur. 17 2977656 Dans un deuxième fonctionnement bi-étagé, identifié Config.3 sur les figures 3 et 4, le compresseur basse pression 23b de plus haute capacité fonctionne en série avec le compresseur haute pression 24 permettant au système d'échange thermique de développer une puissance thermique dans une troisième plage, supérieure aux première 5 et deuxième plages, en fonction notamment de la vitesse du compresseur haute pression 24 et d'une température extérieure de l'air extérieur. Dans un troisième fonctionnement bi-étagé, identifié Config.4 sur les figures 3 et 4, les deux compresseurs basse pression 23a, 23b fonctionnent en série avec le 10 compresseur haute pression 24 permettant au système d'échange thermique de développer une puissance thermique dans une quatrième plage, supérieure aux première, deuxième et troisième plages, en fonction notamment de la vitesse du compresseur haute pression 24 et d'une température extérieure de l'air extérieur. 15 A titre d'exemple, un dimensionnement relatif des compresseurs basse pression 23a, 23b et haute pression 24 pour le troisième fonctionnement bi-étagé offrant un coefficient de performance optimisé est : - pour l'étage de compression haute pression 22, un compresseur à vitesse variable 24 de capacité variant de X à 100%, avec X inférieur à 50°/O, 20 - pour l'étage de compression basse pression 21, deux compresseurs à vitesse fixe 23a, 23b de capacités fixes à 800/0 et 120°/O. Dans chacun des premier, deuxième et troisième fonctionnements bi-étagé, pour améliorer le rendement et la capacité de la pompe à chaleur, l'unité de commande agit 25 sur le circuit de fluide caloporteur pour qu'une première partie du fluide caloporteur circule depuis la deuxième extrémité 17 (sortie) du deuxième échangeur de chaleur 15 (condenseur) vers l'entrée d'aspiration 25 du compresseur haute pression 24 par la conduite d'injection 46, et une deuxième partie du fluide caloporteur depuis la deuxième extrémité 17 (sortie) du deuxième échangeur de chaleur 15 (condenseur) vers la première 30 extrémité 6 (entrée) du premier échangeur de chaleur 5 (évaporateur). Le système d'échange thermique selon l'invention permet alors de mettre en ceuvre un procédé de régulation qui permet, pour chaque pas de capacité du premier étage de compression 21 définissant un niveau de puissance principal (déterminé par la 35 configuration de compresseurs basse pression 23a, 23b en marche), de bénéficier d'une plage de régulation de la puissance thermique de la pompe à chaleur, en agissant sur la vitesse du compresseur haute pression 24. On peut ainsi réguler plus finement la 18 2977656 puissance thermique de la pompe à chaleur et réduire les pertes liées aux changements de configurations et au fonctionnement en surpuissance. Le procédé de régulation ne vise, en revanche, pas à maximiser le coefficient de performance (COP) instantané du système d'échange thermique 1. En relation avec les figures 5 à 7, un premier mode de réalisation du procédé de régulation est décrit. Dans ce procédé de régulation, il y a deux boucles de régulation : 10 - une boucle de régulation principale qui gère le choix des compresseurs basse pression 23a, 23b en fonctionnement, c'est-à-dire le choix de la configuration de l'étage de compression basse pression 21, ou encore le choix du pas de capacité de l'étage de compression basse pression 21, et - une boucle de régulation secondaire qui régule la vitesse du compresseur haute 15 pression 24 afin de moduler le niveau de puissance calorifique de la pompe à chaleur autour du niveau principal. La configuration initiale de l'étage de compression basse pression 21 est sélectionnée (étape S1). 20 Dans une première variante, la sélection de la configuration initiale se fait en fonction de la température extérieure uniquement Text. Comme représenté sur la figure 6, chaque configuration Config.1, Config.2, Config.3 et Config. 4 peut correspondre alors à une plage de température extérieur Text définie, par exemple respectivement entre 5°C et 25 15 °C, entre 0 °C et 5 °C, entre -5 °C et 0 °C et entre -10 °C et -5 °C. Dans une deuxième variante, la sélection de la configuration de démarrage se fait en fonction d'abaques, représentées sur la figure 7, ou de fonctions d'interpolation mémorisées dans l'unité de commande et donnant la configuration de démarrage en 30 fonction de la température extérieure Text, et, éventuellement, en fonction la température d'eau de consigne Tw_c (fixée par une loi d'eau mémorisée dans l'unité de commande, en fonction de la température extérieure Text, Tw_c=f(Text)) et de la puissance thermique cible à délivrer (obtenue notamment par une loi de puissance, en fonction de la température extérieure Text). Dans le cas où aucune configuration ne correspond au point 35 de démarrage, la première configuration disponible de capacité supérieure peut être sélectionnée. Dans le cas où plusieurs configurations sont disponibles, la configuration 5 19 2977656 qui présente le meilleur rendement énergétique instantané au point considéré (toujours grâce aux abaques ou aux fonctions d'interpolation) peut être sélectionnée. La configuration au démarrage peut éventuellement être modulée par l'erreur 5 mesure/consigne sur la température d'eau Tw au démarrage. La vitesse initiale du compresseur haute pression 24 est ensuite sélectionnée (étape S2). 10 Dans une première variante, la sélection de la vitesse initiale se fait en fonction de la configuration de l'étage de compression basse pression 21 uniquement (typiquement valeur médiane de la plage de variation). Dans une deuxième variante, la sélection de la vitesse initiale se fait à partir 15 d'abaques ou de fonctions d'interpolation mémorisées dans l'unité de commande et donnant la vitesse initiale du compresseur haute pression 24 en fonction de la configuration des compresseurs basse pression 23a, 23b, de la puissance thermique estimée et de la température extérieure Text (et éventuellement de la température d'eau de consigne Tw_c). 20 Dans une troisième variante, la sélection de la vitesse initiale se fait de façon mixte, en fonction de la configuration des compresseurs basse pression 23a, 23b pour les fonctionnements bi-étagés, et en fonction de la puissance thermique estimée et de la température extérieure Text (et éventuellement de la température d'eau de consigne 25 Tw_c) pour le fonctionnement mono-étagé. Les compresseurs de l'étage de compression basse pression 21 sont ensuite actionnés selon la configuration initiale sélectionnée (étape S3). 30 On entre ensuite dans la boucle de régulation secondaire dans laquelle la vitesse du compresseur haute pression 24 est gérée par un régulateur de l'unité de commande visant à réduire l'écart entre la température d'eau mesurée Tw_mesurée et la température d'eau de consigne Tw_c (étape S4).Cet écart est déterminé par la valeur absolue de la différence entre la température d'eau mesurée Tw_mesurée et la température d'eau de 35 consigne Tw_c (abs(Tw_mesurée-Tw_c)). La température d'eau mesurée Tw mesurée peut être la température de départ d'eau (en sortie de pompe à chaleur), la température de retour d'eau (en entrée de pompe à chaleur) ou une combinaison des deux. 20 2977656 Le régulateur utilisé peut être un contrôleur de type PID, PI, logique floue, espace d'état, etc. 5 Le régulateur a pour entrée l'erreur mesure/consigne, avec généralement l'évolution de cette erreur, en prenant éventuellement en compte la température extérieure Text et son évolution. La vitesse du compresseur haute pression 24 est, de préférence, bornée entre une 10 vitesse ou capacité maximale et une vitesse ou capacité minimale pour garantir le fonctionnement des compresseurs dans leurs enveloppes de fonctionnement respectives et un coefficient de performance (COP) instantané supérieur ou égal à un coefficient de performance minimum déterminé et jugé acceptable. Les bornes peuvent être : - soit fixes et dépendantes de la configuration de l'étage de compression basse 15 pression 21 uniquement, - soit dynamiques, pour adapter les limites de fonctionnement à des conditions de fonctionnement mesurées, telles que les pressions d'aspiration et de refoulement des compresseurs basse pression 23a, 23b et/ou haute pression 24, les températures de refoulement des compresseurs basse pression 23a, 23b et/ou haute pression 24, intensité 20 du courant dans les compresseurs et les taux de compression supportés par les compresseurs basse pression et/ou haute pression. Un niveau de régulation supplémentaire peut être prévu pour réduire la vitesse du compresseur haute pression 24 lorsque l'une des conditions de fonctionnement précitées 25 atteint une valeur critique, et en particulier lorsque : - la température de refoulement du compresseur haute pression 24 s'approche d'une valeur maximale (en agissant sur la consigne de la boucle de régulation secondaire), - le courant dans le compresseur haute pression 24 s'approche d'une valeur 30 maximale (en agissant sur la consigne de la boucle secondaire). - la pression de condensation en sortie du compresseur haute pression 24 s'approche d'une valeur maximale (en agissant sur la consigne de la boucle principale). La boucle de régulation principale agit ensuite sur le niveau de puissance 35 calorifique principal de la pompe à chaleur qui est régulée pour que la température d'eau Tw dans le circuit d'eau 36 approche la température d'eau de consigne Tw_c. Le choix de la configuration de l'étage de compression basse pression 21 est géré par une boucle 21 2977656 simple qui incrémente ou décrémente la configuration lorsque la température d'eau Tw sort d'une plage Tw _c +/- 4Tw (étapes S5 et S6, S7 et S8). La boucle de régulation principale est préférentiellement assurée par un contrôleur 5 de type PID à sortie discrétisée, éventuellement avec de l'hystérésis et/ou une durée minimale entre deux changements de configuration. Ce contrôleur peut éventuellement inclure un point de fonctionnement, c'est-à-dire une configuration estimée calculée (abaques) en fonction de la température extérieure, et, éventuellement, en fonction la température de consigne de boucle d'eau (loi d'eau) et de la puissance thermique à 10 délivrer (loi de puissance). Dans ce cas, le contrôleur PID module la configuration estimée en fonction de l'erreur mesure/consigne sur la température d'eau Tw. Dans une alternative plus simple, le contrôleur de la boucle de régulation principale peut gérer la succession des configurations de l'étage de compression basse 15 pression 21 pour maintenir la température d'eau Tw dans une plage définie autour de la consigne Tw c, avec de l'hystérésis et/ou une durée minimale entre deux changements de configuration. En particulier, lorsque la vitesse du compresseur haute pression 24 atteint une 20 vitesse maximale Vmax et que la température d'eau mesurée Tw mesurée reste inférieure à la température d'eau de consigne Tw c, dans une certaine mesure OTw prédéfinie, la prochaine configuration de plus haute capacité disponible est sélectionnée (étapes S5 et S6). 25 Parallèlement, lorsque la vitesse du compresseur haute pression 24 atteint une vitesse minimale Vmin et si la température d'eau mesurée Tw mesurée reste supérieure à la température d'eau de consigne Tw c, dans une certaine mesure OTw prédéfinie, la prochaine configuration de plus basse capacité disponible est sélectionnée (étapes S7 et S8). En fonction des conditions de fonctionnement, certaines configuration peuvent 30 toutefois ne pas être disponibles. Par exemple, le fonctionnement mono-étagée n'est pas disponible lorsque le taux de compression global est trop important pour être supporté par le seul compresseur haute pression 24. En outre, il peut y avoir une condition sur la vitesse du compresseur haute 35 pression 24 pour le changement de configuration de l'étage de compression basse pression 21, la vitesse compresseur haute pression 24 devant être dans une plage 22 2977656 déterminée pour changer le pas de capacité du l'étage de compression basse pression 21. La méthode de régulation peut être réalisée en continu, en mesurant en continu 5 les grandeurs de contrôle telles que les températures extérieure et d'eau et en réalisant successivement les étapes décrites précédemment. En relation avec les figures 8 et 9, un deuxième mode de réalisation de la méthode de régulation est décrit. 10 Dans cette méthode de régulation, il n'y a qu'une boucle de régulation, le choix de la configuration de l'étage de compression basse pression 21 et la vitesse du compresseur haute pression 24 étant régulés dans la même boucle par un même régulateur de l'unité de commande. Les contraintes de fonctionnement liées aux 15 enveloppes des compresseurs et au maintien d'un coefficient de performance instantané acceptable sont intégrées à la boucle de régulation. Cette méthode est basée sur la connaissance de la cartographie de fonctionnement complète de la pompe à chaleur, sous forme d'abaques, représentées sur 20 la figure 9, ou de fonctions d'interpolation mémorisées dans l'unité de commande. La puissance demandée à la pompe à chaleur par le régulateur est donnée par un indicateur de capacité 1 qui varie en continu dans le même sens que la puissance thermique fournie par la pompe à chaleur. Cet indicateur 1 est traduit, grâce à la 25 cartographie complète, en un couple comprenant un pas de capacité correspondant à une configuration de l'étage de compression basse pression 21, et une vitesse du compresseur haute pression 24, le couple ainsi déterminé étant appliqué à la pompe à chaleur. Le régulateur contrôle cet indicateur 1 pour agir sur la puissance thermique de la pompe à chaleur. 30 Le régulateur utilisé peut être de type PID, P1, logique floue, espace d'état, etc. Le régulateur contrôle l'indicateur de capacité 1 pour réduire l'écart entre la température d'eau mesurée Tw_mesurée et la température d'eau de consigne Tw_c 35 (abs(tw_mesurée-Tw_c)) (étape S1'). 23 2977656 Le régulateur a pour entrée l'écart entre la température d'eau mesurée Tw mesurée et la température d'eau de consigne Tw c, avec généralement l'évolution de cet écart, en prenant éventuellement en compte la température extérieure Text et son évolution. L'indicateur de capacité 1 est ensuite traduit en un choix de configuration de l'étage de compression basse pression 21 et une vitesse du compresseur haute pression 24, en prenant en compte la température extérieure Text et la température d'eau Tw (étape S2'). 10 C'est cette étape qui se base sur la connaissance détaillée de la pompe à chaleur, dont la cartographie de fonctionnement est représentée par des fonctions d'interpolation ou des abaques (figure 9). En particulier, pour chaque point (1, Text, Tw), l'unité de commande détermine les couples comprenant le pas de capacité de l'étage de compression basse pression 21 et la vitesse du compresseur haute pression 24 15 disponibles, c'est-à-dire compatible avec les enveloppes de fonctionnement des compresseurs et avec un coefficient de performance instantané suffisant. Parmi les couples disponibles, un couple est sélectionné. Si la configuration de l'étage de compression basse pression 21 en cours est disponible, elle est sélectionnée. Si la configuration en cours n'est plus disponible, la configuration disponible suivante est 20 sélectionnée. Eventuellement, une condition supplémentaire peut imposer un temps minimum entre deux changements de configuration. Si la configuration sélectionnée est différent de la configuration en cours, les compresseurs basse pression 23a, 23b sont activés ou désactivés selon la configuration 25 sélectionnée (étapes S3' et S4'). En revanche, si la configuration sélectionnée n'est pas différente de la configuration en cours, seule la vitesse du compresseur haute pression 24 est modifiée pour atteindre la vitesse sélectionnée. L'étape de sélection du couple comprenant le pas de capacité de l'étage de 30 compression basse pression 21 et la vitesse du compresseur haute pression 24 peut être traitée de plusieurs façons, notamment avec ou sans hystérésis, avec ou sans conditions supplémentaires sur la durée minimum entre deux changements de configuration, etc. En outre, comme dans la méthode de régulation décrite précédemment, il peut y 35 avoir ou non une régulation dynamique complémentaire des bornes de la vitesse du compresseur haute pression 24 pour maintenir les compresseurs dans leurs enveloppes de fonctionnement respectives. 5 24 2977656 La méthode de régulation peut être réalisée en continu, en mesurant en continu les grandeurs de contrôle telles que les températures extérieure et d'eau et en réalisant successivement les étapes décrites précédemment. 5 25 REVENDICATIONS1. Système d'échange thermique (1) adapté pour réaliser des échanges thermiques entre de l'air extérieur situé à l'extérieur d'un espace (2) et un milieu intérieur circulant à l'intérieur de l'espace (2), ledit système d'échange thermique (1) comprenant : - des premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur pour échanger de la chaleur respectivement avec l'air extérieur et le milieu intérieur, lesdits premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur présentant chacun une entrée (E) et une sortie (S) et formant l'un un évaporateur et l'autre un condenseur, - un circuit de fluide caloporteur adapté pour faire circuler un fluide caloporteur entre l'évaporateur et le condenseur, ledit circuit de fluide caloporteur comprenant une unité de compression (20) placée entre la sortie (S) de l'évaporateur et l'entrée (E) du condenseur, et une unité de détente (10) placée entre la sortie (S) du condenseur et l'entrée (E) de l'évaporateur, ladite unité de compression (20) comprenant au moins des premier (21) et deuxième (22) étages de compression agencés en série, le premier étage de compression (21) refoulant le fluide caloporteur dans le deuxième étage de compression (22), - une unité de commande connectée au circuit de fluide caloporteur, ledit système d'échange thermique étant caractérisé en ce que le premier étage de compression (21) présente une capacité variable par pas et le deuxième étage de compression (22) présente une capacité variable en continu, l'unité de commande étant adaptée pour réguler une puissance thermique développée par le système d'échange thermique (1) à partir de variations des capacités des premier (21) et deuxième (22) étages de compression. 2. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier étage de compression (21) comprend une pluralité de compresseurs à capacité fixe (23a, 23b) connectés en parallèle, ladite pluralité de compresseurs à capacité fixe (23a, 23b) présentant une pluralité de configurations différentes définissant les pas de capacité, et le deuxième étage de compression (22) comprend au moins un compresseur à capacité variable (24). 3. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'unité de compression (20) comprend une conduite de dérivation (11) connectée en parallèle du premier étage de compression (21), l'unité de commande étant adaptée pour commander : 26 2977656 - un fonctionnement multi-étagé dans lequel les premier (21) et deuxième (22) étages de compression fonctionnent en série, le fluide caloporteur circulant successivement dans les premier (21) et deuxième (22) étages de compression, - un fonctionnement mono-étagé dans lequel le deuxième étage de compression 5 (22) fonctionne, le premier étage de compression (21) étant arrêté, le fluide caloporteur circulant successivement dans la conduite de dérivation (11) et dans le deuxième étage de compression (22). 4. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 3, comprenant en 10 outre un échangeur de sous-refroidissement (45) placé entre les premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur, et une conduite d'injection (46) connectant le deuxième échangeur de chaleur (15) à une entrée d'aspiration (25) du deuxième étage de compression (22) au travers de l'échangeur de sous-refroidissement (45), l'unité de commande étant adaptée pour, en fonctionnement multi-étagé, faire circuler une première 15 partie du fluide caloporteur depuis la sortie (S) du deuxième échangeur de chaleur (15) formant le condenseur vers l'entrée d'aspiration (25) du deuxième étage de compression (22) par la conduite d'injection (46), et une deuxième partie du fluide caloporteur depuis la sortie (S) du deuxième échangeur de chaleur (15) formant le condenseur vers l'entrée (E) du premier échangeur de chaleur (15) formant l'évaporateur. 20 5. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour : - régler un niveau de puissance thermique du système d'échange thermique (1) en choisissant l'un parmi une pluralité de pas de capacité du premier étage de compression 25 (21), et - moduler la puissance thermique du système d'échange thermique (1) autour du niveau réglé en utilisant la capacité du deuxième étage de compression (22). 6. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 5, comprenant en 30 outre un circuit d'air (35) et un circuit d'eau (36) auxquels les premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur sont respectivement associés, et dans lequel l'unité de commande est adaptée pour mesurer une température d'eau dans le circuit d'eau (36) et pour déterminer une température d'eau de consigne dans le circuit d'eau (36), l'unité de commande étant adaptée pour successivement et en continu : 35 - choisir l'un des pas de capacité du premier étage de compression (21), - faire varier la capacité du deuxième étage de compression (22) pour réduire un écart entre la température d'eau mesurée et la température d'eau de consigne, 27 2977656 - si la capacité du deuxième étage de compression (22) atteint une borne et si l'écart reste supérieur à un écart seuil, changer le pas de capacité du premier étage de compression (21). 5 7. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 6, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour mesurer une température d'air dans le circuit d'air (35), l'unité de commande étant adaptée pour choisir un pas de capacité initial du premier étage de compression (21) au moins en fonction de la température d'air. 10 8. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour sélectionner une capacité initiale du deuxième étage de compression (22) au moins en fonction du pas de capacité du premier étage de compression (21). 15 9. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour changer le pas de capacité du premier étage de compression (21) si la capacité du deuxième étage de compression (22) est dans une plage déterminée. 20 10. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 5, comprenant en outre un circuit d'air (35) et un circuit d'eau (36) auxquels les premier (5) et deuxième (15) échangeurs de chaleur sont respectivement associés, et dans lequel l'unité de commande est adaptée pour mesurer une température d'eau dans le circuit d'eau (36) et pour déterminer une température d'eau de consigne dans le circuit d'eau (36), l'unité de 25 commande étant adaptée pour successivement et en continu : - déterminer une pluralité de couples de capacités comprenant chacun l'un des pas de capacité du premier étage de compression (21) et l'une des capacités du deuxième étage de compression (22), - choisir l'un des couples de capacités pour réduire un écart entre la température 30 d'eau mesurée et la température d'eau de consigne, - si l'écart reste supérieur à un écart seuil, changer le couple de capacités. 11. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 10, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour mesurer une température d'air dans le circuit d'air (35) et 35 pour déterminer une puissance thermique cible, l'unité de commande étant adaptée pour déterminer la pluralité de couples de capacités en fonction de la température d'air et de la puissance thermique cible. 2977656 2s 12. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour borner la capacité du deuxième étage de compression (22) entre une capacité minimale et une capacité maximale, lesdites capacités minimale et maximale étant choisies pour maintenir les premier et deuxième étages de compression dans des enveloppes de fonctionnement respectives et pour obtenir un coefficient de performance déterminé. 13. Système d'échange thermique (1) selon la revendication 12, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour faire varier les capacités minimale et maximale du deuxième étage de compression (22) en fonction du pas de capacité du premier étage de compression (21). 14. Système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, dans lequel l'unité de commande est adaptée pour réduire la capacité du deuxième étage de compression (22) lorsqu'une grandeur représentative d'un état de fonctionnement du deuxième étage de compression (22) atteint une valeur critique, en particulier ladite grandeur est choisie parmi une température mesurée en sortie du deuxième étage de compression (22), une pression mesurée en sortie du deuxième étage de compression (22) et un courant électrique alimentant le deuxième étage de compression (22). 15. Procédé de régulation d'une puissance thermique développée par un système d'échange thermique (1), ledit procédé mettant en oeuvre un système d'échange thermique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et prévoyant de réguler la puissance thermique développée par le système d'échange thermique (1) à partir de variations des capacités des premier (21) et deuxième (22) étages de compression. 16. Procédé de régulation selon la revendication 15, prévoyant de régler un niveau de puissance thermique du système d'échange thermique (1) en choisissant l'un parmi une pluralité de pas de capacité du premier étage de compression (21), et de moduler la puissance thermique du système d'échange thermique (1) autour du niveau réglé en utilisant la capacité du deuxième étage de compression (22).