Brevet FR2984999A1 — publié le 20130628

Procédé de gestion d'un système de pompe à chaleur, système de pompe à chaleur, et installation de chauffage comprenant un tel système La présente invention concerne les systèmes de chauffage d'eau chaude sanitaire et de circuit de chauffage par l'intermédiaire d'un système de pompe à chaleur. Elle porte notamment sur un système de pompe à chaleur comportant une pompe à chaleur et un ballon d'eau, le ballon étant constitué d'un premier réservoir destiné à être relié au circuit d'eau chaude sanitaire et d'un réservoir tampon destiné à être relié au circuit de chauffage, le système de pompe à chaleur comportant en outre un circuit aller d'écoulement d'un fluide depuis la pompe à chaleur vers le premier réservoir et vers le réservoir tampon et un circuit retour d'acheminement du fluide depuis le premier réservoir et depuis le réservoir tampon vers la pompe à chaleur. Plus particulièrement, la présente invention porte sur un procédé de gestion d'un système de pompe à chaleur tel que décrit précédemment. De manière générale, une installation de production d'eau chaude sanitaire et d'eau chaude de chauffage comprend un ballon comprenant en interne un premier réservoir de stockage de l'eau chaude sanitaire et un deuxième réservoir de stockage de l'eau chaude de chauffage dont le but est d'assurer le chauffage et l'eau chaude sanitaire dans un logement ou un local. De façon générale, le fonctionnement de la circulation est le suivant : une source d'énergie permet de chauffer un fluide caloporteur et la circulation de ce fluide caloporteur est assurée par un réseau de tubes ou de canalisations dans lequel circule ce fluide caloporteur, en l'occurrence de l'eau chaude. Il est connu de diminuer un maximum la longueur des tuyaux et ainsi la quantité d'eau à faire couler avant d'avoir de l'eau chaude. Un chauffe-eau appelé ballon est placé à proximité du besoin en eau chaude, c'est-à-dire à l'intérieur d'un logement ou d'un local. Dans le but de chauffer l'eau à l'intérieur du ballon, il est connue d'utiliser un échangeur thermique qui est positionné à l'intérieur du ballon afin que celui-ci diffuse la chaleur du fluide caloporteur vers l'eau contenue dans le ballon et qui sera distribuée dans le réseau d'eau chaude sanitaire. Depuis quelques années, il existe des énergies afin de créer ces fluides caloporteurs. Ces énergies sont notamment les énergies de type éolienne, géothermie, solaire, biomasse et/ou pile à combustible. Il existe également un développement de la technologie des pompes à chaleur. Par exemple, une pompe à chaleur prélève les calories présentes dans un milieu naturel comme l'air, l'eau, la terre ou le sol, pour la transférer vers un autre milieu comme par exemple un immeuble ou un logement, afin de le chauffer. La pompe à chaleur font appel à des échanges eau-eau ou des échanges air-eau. L'eau chaude sanitaire et l'eau chaude de chauffage sont stockées dans des réservoirs, appelés aussi ballons à accumulation. Le ballon à accumulation est un réservoir d'eau chaude confiné par un isolant thermique permettant de délivrer de l'eau chaude à une installation sanitaire ou de chauffage. Le ballon à accumulation peut être chauffé directement par une résistance électrique ou par un circuit primaire de fluide caloporteur. Il est entendu par eau chaude sanitaire, appelée aussi ECS, l'eau qui répond aux besoins sanitaires et hygiéniques des individus. Cette eau chaude sanitaire est utilisée au niveau des équipements sanitaires de type douches, bains, lavabos ou éviers. Le circuit de production d'eau chaude plongé dans le réservoir d'eau chaude sanitaire n'est pas isolé thermiquement à l'intérieur de la réserve d'eau chaude sanitaire afin que l'eau chaude sanitaire puisse chauffer en continu jusqu'à une température de l'ordre de 55°C au contact du circuit de production d'eau chaude. Il est entendu par eau chaude de chauffage, l'eau qui est utilisée comme fluide caloporteur du système de chauffage et qui alimente les dispositifs de chauffage comme les radiateurs à eau chaude, le plancher chauffant, le plafond rayonnant, etc. L'eau chaude de chauffage circule dans toute l'installation et dans un circuit fermé. Le problème avec de l'installation qui comporte un seul réservoir d'eau chaude sanitaire et d'eau chaude de chauffage est que le besoin de volume exploitable de l'eau chaude sanitaire n'est pas le même que les besoins de volume en eau chaude de chauffage. Il existe des solutions proposant deux ballons : un premier ballon pour le stockage de l'eau chaude sanitaire et un deuxième ballon pour l'eau chaude de chauffage. Mais ces solutions sont encombrantes. Des solutions moins encombrantes proposent d'utiliser un unique ballon contenant un double réservoir. Par exemple, le document DE 4 204 329 montre un seul ballon possédant deux réservoirs. Cette solution montre une interaction entre ces deux réservoirs car l'un des deux réservoirs chauffe l'autre, par stratification. L'inconvénient de ce fonctionnement est la perte d'énergie calorifique entre les deux réservoirs. En effet, il est nécessaire de chauffer à une température élevée le premier réservoir afin de maintenir le deuxième réservoir à la température désirée. Un autre problème de l'état de la technique est le fonctionnement des pompes à chaleur qui sont constituées d'un caisson comprenant un évaporateur, un condenseur, un compresseur et un ventilateur. Il est connu que le compresseur est l'élément principal du cycle thermodynamique. Lorsque la température du ballon de réserve d'eau chaude sanitaire est proche de la valeur de température du fluide issu de la pompe à chaleur, le compresseur fonctionne sur des courtes durées. L'inconvénient de ce fonctionnement est qu'il affecte négativement l'efficacité du cycle thermodynamique. En effet, l'intensité de courant de démarrage se multiplie et les pertes à charges partielles dues à la consommation du temps de fonctionnement de la pompe à chaleur deviennent faibles. Le rendement du système est donc affecté par cette limite technologique. De plus les courts- cycles sont mauvais pour la durée de vie du compresseur. L'objet de la présente invention est de résoudre ces inconvénients et de proposer un procédé de gestion d'un système de pompe à chaleur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le circuit aller d'écoulement du fluide caloporteur est géré au moyen d'une vanne trois voies, dont le pilotage permet d'autoriser l'écoulement du fluide vers au moins l'un parmi le premier réservoir et le réservoir tampon lorsque la température du fluide est inférieure à une température seuil, et de diriger le débit du fluide sortant de la pompe à chaleur vers le réservoir tampon, permettant de bipasser le premier réservoir, lorsque la température du fluide est supérieure à la température seuil. Grâce à ces dispositions, les courts cycles de la pompe à chaleur sont évités ce qui diminue le risque d'endommagement du compresseur. Selon d'autres caractéristiques la température seuil est égale à 60°C ; la vanne est pilotée pour autoriser à nouveau l'écoulement du fluide vers le premier réservoir après un intervalle de temps déterminé pendant lequel le fluide est orienté vers le réservoir tampon. L'invention porte aussi sur un système de pompe à chaleur pour la mise en oeuvre du procédé de gestion, le système comportant une pompe à chaleur et un ballon d'eau, le ballon étant constitué d'un premier réservoir destiné à être relié au circuit d'eau chaude sanitaire et d'un réservoir tampon destiné à être relié au circuit de chauffage, le système de pompe à chaleur comportant en outre un circuit aller d'écoulement d'un fluide depuis la pompe à chaleur vers le premier réservoir et le réservoir tampon et un circuit retour d'acheminement du fluide depuis le premier réservoir et le réservoir tampon vers la pompe à chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pilotage à distance de la vanne trois voies. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit réalisée sur la base de l'unique figure annexée dans laquelle la figure 1 représente un schéma du système de pompe à chaleur selon l'invention raccordé à un circuit d'eau chaude sanitaire 14 et à un circuit de chauffage 16, 18. L'installation de la figure 1 comprend une pompe à chaleur 10, un ballon 12, un circuit d'eau chaude sanitaire 14, qui sera appelé dans la suite de la description circuit d'ECS 14, un premier circuit de chauffage 16, un deuxième circuit de chauffage 18 et des vannes trois voies 20a, 20b permettant de fermer ou d'ouvrir le premier et deuxième circuits de chauffage 16, 18. Le ballon 12 comprend deux réservoirs afin de répondre aux besoins de l'installation de chauffage à savoir un premier réservoir 12a d'ECS 14 et un réservoir tampon 12b. Le premier réservoir 12a comprend, en son intérieur, un échangeur thermique formé par un tube en spiral et dans lequel circule un fluide caloporteur provenant de la pompe à chaleur 10. Le réservoir tampon 12b est relié à la pompe à chaleur 10 et rempli du fluide caloporteur. A titre d'exemple, le premier réservoir 12a présente un volume de 200 litres, et le réservoir tampon 12b présente un volume de 60 litres. Ces deux réservoirs, disposés dans le ballon 12, sont séparés thermiquement afin que l'énergie fournie par la pompe à chaleur 10 à un des réservoirs ne se transmette pas à l'autre réservoir et ainsi d'avoir des réservoirs avec des températures de fluide distinctes au sein d'un même dispositif. De manière non limitative le premier réservoir 12a d'ECS 14 est positionné au dessus du deuxième réservoir d'eau chaude de chauffage. Les deux réservoirs sont isolés thermiquement également vis-à-vis de l'extérieur. Des sondes de température sont notamment positionnées aux endroits nécessaires afin de contrôler l'évolution de la température de l'eau circulant dans l'installation. Une sonde de température du premier réservoir 12a d'ECS 14 est connectée au premier réservoir 12a et permet de connaître la température de ce réservoir. Une deuxième sonde connectée au réservoir tampon 12b et permet de connaître la température de ce réservoir. Les informations issues des sondes de température sont transmises à une unité de traitement. Le premier réservoir 12a et le réservoir tampon 12b sont reliés à la pompe à chaleur 10 par l'intermédiaire d'un circuit aller 24 d'écoulement du fluide depuis la pompe à chaleur 10 vers le premier réservoir 12a et vers le réservoir tampon 12b et par un circuit retour 26 d'acheminement du fluide depuis le premier réservoir 12a et depuis le réservoir tampon 12b vers la pompe à chaleur 10. Le circuit aller 24 est muni d'une vanne d'inversion 28 trois voies permettant, sélectivement, d'autoriser ou d'empêcher l'écoulement du fluide vers le premier réservoir 12a ou le réservoir tampon 12b. En outre, une sonde de température peut être avantageusement disposée dans le circuit aller (24) d'écoulement du fluide, en aval de la vanne d'inversion (28). La gestion du fonctionnement du système de pompe à chaleur selon l'invention est réalisée de la manière suivante. Lorsque le système de pompe à chaleur selon l'invention fonctionne en régime à haute température et que la température de l'eau contenue dans le premier réservoir 12a d'ECS 14 a atteint une température seuil prédéterminée, le système de pompe à chaleur est commandé de sorte que l'eau chaude ne soit plus fournie au premier réservoir 12a. A cet effet, la vanne d'inversion 28 est pilotée de sorte que le fluide caloporteur en sortie de la pompe à chaleur 10 soit dirigé vers le réservoir tampon 12b, et ne puisse pas s'écouler vers le premier réservoir 12a. De cette manière, le fluide caloporteur en sortie de la PAC ne s'écoule pas dans le circuit traversant le premier réservoir 12a, qui contient lui-même de l'eau chaude, et ne retourne pas dans la pompe à chaleur 10 à une température proche de la sortie, ce qui pourrait entraîner des courts cycles. Les courts cycles, néfastes au compresseur, sont ainsi évités, c'est-à-dire qu'il évite à la pompe à chaleur 10 de démarrer et de s'arrêter quelques minutes plus tard. Au contraire, grâce au procédé selon l'invention, lorsque l'eau du premier réservoir 12a a atteint la température seuil, le fluide caloporteur est dirigé vers le réservoir tampon 12b, dans lequel il est refroidi par mélange avec le fluide caloporteur déjà présent. Pendant un temps court, la PAC chauffe le réservoir tampon 12b avec un fluide calorifique plus élevé que la température seuil du chauffage du réservoir tampon 12b rempli de fluide de chauffage. Ces dispositions contribuent au bon fonctionnement de la PAC et améliore les performances du système. La température de consigne de l'eau contenue dans le premier réservoir 12a est déterminée par rapport à la température du fluide caloporteur en sortie de la PAC. Par exemple, pour une température égale à 60°C en sortie de la PAC, la température seuil de l'eau dans le premier réservoir 12a sera comprise entre 50 et 55°C, de préférence 55°C. La vanne d'inversion 28 est pilotée par un moyen de pilotage à distance lui-même relié à l'unité de traitement. Le procédé de gestion permet de commander la vanne d'inversion 28 de sorte à autoriser l'écoulement du fluide vers au moins l'un parmi le premier réservoir 12a et le réservoir tampon 12b lorsque la température du fluide est inférieure à une température seuil dans le premier réservoir. Avantageusement, la vanne 3 voies 28 bascule progressivement de l'échangeur ECS vers le tampon, la progressivité a pour but d'éviter de dépasser la température maximale du fluide caloporteur en sortie de la PAC. La présente invention porte aussi sur une installation de chauffage comprenant un système de pompe à chaleur et au moins un circuit de chauffage comportant des dispositifs de chauffage tels qu'un plancher chauffant, un radiateur à eau chaude et / ou un plafond rayonnant et au moins un dispositif de commande du système de pompe à chaleur relié par une liaison sans fil à un boitier de commande accessible à l'utilisateur. La sortie du réservoir tampon 12b est reliée directement au premier circuit de chauffage 16. Selon un autre cas, la vanne trois voies 20a est commandée de sorte que la sortie du réservoir tampon 12b soit relié à la fois à l'entrée du premier circuit de chauffage 16 et à la sortie du premier circuit de chauffage 16. De cette manière, la température fluide caloporteur circulant dans le premier circuit de chauffage 16 peut être modulée en fonction de la température souhaitée. La pompe électrique permet de faire circuler l'eau chaude de chauffage dans le deuxième circuit de chauffage 18. De la même manière que le premier circuit de chauffage 16, la vanne trois voies 20b est commandée selon le cas, de sorte que la sortie du réservoir tampon 12b soit reliée directement au deuxième circuit de chauffage 18. Selon un autre cas, la vanne trois voies 20b est commandée de sorte que la sortie du réservoir tampon 12b soit relié à la fois à l'entrée du deuxième circuit de chauffage 18 et à la sortie du deuxième circuit de chauffage 18. De cette manière, la température fluide caloporteur circulant dans le deuxième circuit de chauffage 18 peut être modulée en fonction de la température souhaitée. Dans un mode de réalisation particulier, l'utilisateur du système de pompe à chaleur selon l'invention pourra commander la valeur de température du fluide caloporteur passant dans le premier circuit de chauffage 16 par l'intermédiaire du panneau de commande. De la même manière, l'utilisateur pourra commander la valeur de température du fluide caloporteur passant dans le deuxième circuit de chauffage 18 par l'intermédiaire du panneau de commande. ' L'information de la valeur de température sera alors transmise par une liaison sans fil au boitier de commande du système, positionné dans la PAC. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'un système de pompe à chaleur, le système de pompe à chaleur comportant une pompe à chaleur (10) et un ballon (12) d'eau, le ballon (12) étant constitué d'un premier réservoir (12a) destiné à être relié au circuit d'eau chaude sanitaire (14) et d'un réservoir tampon (12b) destiné à être relié au circuit de chauffage (16, 18), le système de pompe à chaleur comportant en outre un circuit aller (24) d'écoulement d'un fluide depuis la pompe à chaleur (10) vers le premier réservoir (12a) et le réservoir tampon (12b) et un circuit retour (26) d'acheminement du fluide depuis le premier réservoir (12a) et le réservoir tampon (12b) vers la pompe à chaleur (10), caractérisé en ce que le circuit aller (24) d'écoulement du fluide est géré au moyen d'une vanne d'inversion (28) trois voies, dont le pilotage permet d'autoriser l'écoulement du fluide vers au moins l'un parmi le premier réservoir (12a) et le réservoir tampon (12b) lorsque la température du fluide est inférieure à une température seuil, et de diriger le débit du fluide sortant de la pompe à chaleur (10) vers le réservoir tampon (12b), permettant de bipasser le premier réservoir (12a), lorsque la température du fluide est supérieure à la température seuil. 2. Procédé de gestion d'un système de pompe à chaleur selon la revendication précédente, dans lequel la température seuil est égale à 60°C. 3. Procédé de gestion d'un système de pompe à chaleur selon la revendication précédente, dans lequel la vanne d'inversion (28) est pilotée pour autoriser à nouveau l'écoulement du fluide vers le premier réservoir (12a) après un intervalle de temps déterminé pendant lequel le fluide est orienté vers le réservoir tampon (12b). 4. Système de pompe à chaleur pour la mise en oeuvre du procédé de gestion selon l'une des revendications précédentes, le système' comportant une pompe à chaleur (10) et un ballon (12) d'eau, le ballon (12) étant constitué d'un premier réservoir (12a) destiné à être relié au circuit d'eau chaude sanitaire (14) et d'un réservoir tampon (12b) destiné à être relié au circuit de chauffage (16, 18), le système de pompe à chaleur comportant en outre un circuit aller (24) d'écoulement d'un fluide depuis la pompe à chaleur (10) vers le premier réservoir (12a) et le réservoir tampon (12b) et un circuit retour (26) d'acheminement du fluide depuis le premier réservoir (12a) et le réservoir tampon (12b) vers la pompe à chaleur (10), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de pilotage à distance de la vanne d'inversion (28) trois voies. 5. Système de pompe à chaleur selon la revendication précédente, comportant en outre une sonde de température disposée dans le circuit aller (24) d'écoulement du fluide, en aval de la vanne d'inversion (28). 6. Installation de chauffage comprenant un système de pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le circuit de chauffage (16, 18) comporte des dispositifs de chauffage tels qu'un plancher chauffant, un radiateur à eau chaude et / ou un plafond rayonnant. 7. Installation de chauffage selon la revendication précédente, comprenant au moins un dispositif de commande du système de pompe à chaleur relié par une liaison sans fil à un boitier de commande accessible à l'utilisateur.30