Brevet FR3064725A1 — publié le 20181005

La présente invention concerne une installation pour les besoins thermiques d'un bâtiment en eau chaude sanitaire et chauffage de ce bâtiment, ainsi qu'un bâtiment équipé d'une telle installation. Les bâtiments de logement ou de service comportent généralement un système de production d'eau chaude sanitaire pour différents usages domestiques. On cherche en particulier à réduire la consommation d'énergie nécessaire pour la production d'eau chaude sanitaire, qui peut être dans les maisons modernes du type basse consommation l'usage consommant le plus d'énergie. Un type de système de production d'eau chaude sanitaire connu pour une habitation collective, présenté notamment par le document FR-A1-2926626, comporte un ensemble de chauffe-eau prévus chacun pour un logement, et un circuit d'extraction d'air pour le renouvellement de l'air de ces logements, formant une source froide passant par un évaporateur d'un dispositif de chauffage thermodynamique du type pompe à chaleur. L'énergie thermique récupérée sur l'évaporateur est transmise, en utilisant un compresseur, à un condenseur utilisé pour chauffer l'eau sanitaire formant une source chaude. Par ailleurs, les différentes solutions d'isolation des murs, de la toiture et des ouvrants des bâtiments permettent de réduire les consommations d'énergie nécessaires pour le chauffage de ces bâtiments. En particulier, le système de chauffage des logements peut utiliser un dispositif de chauffage thermodynamique comportant des évaporateurs installés à l'extérieur, présentant un bon rendement si les températures extérieures ne sont pas trop basses. Dans le cas de températures extérieures basses, la puissance de chauffage diminue et le rendement chute. Pour des températures trop basses le système de chauffage peut être arrêté, il faut alors prévoir des moyens de chauffage complémentaires. De plus, ces systèmes de chauffage de logements comportant un dispositif thermodynamique propre, s'ajoutant à celui pour la production d'eau chaude sanitaire, représentent des coûts d'installation ainsi que des coûts d'entretien 30 élevés. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet une installation pour les besoins thermiques d'un bâtiment, comprenant des systèmes de production d'eau chaude sanitaire 35 comportant des ballons d'eau chaude, un réseau d'extraction d'air prélevé dans ce bâtiment, et des dispositifs de chauffage thermodynamique disposant de pompes à 3064725 2 chaleur comportant des évaporateurs recevant le flux d'air d'extraction, et comportant des condenseurs chauffant l'eau des ballons d'eau chaude, cette installation étant remarquable en ce qu'elle comporte des échangeurs thermiques de chauffage du bâtiment prélevant une énergie thermique dans les ballons d'eau 5 chaude sanitaire. Un avantage de cette installation pour les besoins thermiques est que pour un logement avec un unique dispositif de chauffage thermodynamique, et en récupérant une énergie thermique prélevée dans le flux d'air d'extraction pour réchauffer les évaporateurs de cette installation, on réalise à la fois la production 10 d'eau chaude sanitaire dans les ballons, et à partir de cette eau chaude une distribution de l'énergie thermique dans le bâtiment pour le chauffer, notamment avec un réseau d'échangeurs eau-air. L'installation pour les besoins thermiques comportant un dispositif de chauffage thermodynamique commun pour les chauffages de l'eau sanitaire et du 15 bâtiment, présente alors des coûts d'installation et d'entretien réduit. L'installation pour les besoins thermiques selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, l'installation comporte des circuits d'eau chaude 20 calorie-porteur qui relient les ballons d'eau chaude aux échangeurs thermiques de diffusion. Selon un mode de réalisation, les circuits d'eau chaude comportent à l'intérieur l'eau chaude sanitaire qui circule. Selon un autre mode de réalisation, les circuits d'eau chaude comportent 25 des échangeurs thermiques eau-eau disposés dans les ballons d'eau chaude, réalisant une séparation de l'eau chaude sanitaire et de l'eau chaude calorie-porteur. De cette manière on évite un risque de pollution de l'eau chaude sanitaire. Selon un autre mode de réalisation, les échangeurs thermiques de chauffage comportent des radiateurs diffusant la chaleur par convection naturelle, ou 30 des systèmes de chauffage de planchers chauffants. En particulier, l'installation peut comporter des caissons d'air pressurisé recevant un air chaud délivré par les échangeurs thermiques de chauffage, qui sont reliés aux différentes pièces à chauffer. En variante, l'installation peut comporter des gaines de distribution d'air 35 chaud recevant un air chaud délivré par les échangeurs thermiques de chauffage, qui sont reliées aux différentes pièces à chauffer. 3064725 3 L'invention a aussi pour objet un bâtiment comportant des installations pour les besoins thermiques, comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, le bâtiment comprenant plusieurs logements, chaque 5 logement peut comporter un dispositif de chauffage thermodynamique individuel. De cette manière, chaque logement est autonome pour son chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple, en référence aux figures annexées suivantes : 10 - la figure 1 est un schéma présentant en coupe verticale un bâtiment d'habitation comportant une installation pour les besoins thermiques selon l'invention; - la figure 2 présente une vue de dessus de ce bâtiment comportant une distribution d'air de chauffage par des caissons pressurisés ; et 15 - la figure 3 présente une vue de dessus de ce bâtiment suivant une variante comportant une distribution d'air de chauffage par des gaines de distribution. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. Les figures 1 et 2 présentent un bâtiment comportant des logements 20 superposés, présentant chacun des pièces techniques 2 et des pièces d'usage principal 4. Chaque logement comporte dans une pièce technique 2 un ballon d'eau chaude 6 contenant une eau chauffée stockée à usage sanitaire. Pour chaque logement un réseau d'extraction d'air 10 comporte dans différentes pièces 2, 4 des bouches d'extraction 8, qui conduisent le flux d'air extrait 25 vers un échangeur thermique d'un évaporateur d'un chauffe-eau thermodynamique comprenant une pompe à chaleur 12, et le ballon d'eau chaude 6 recevant à l'intérieur cette pompe à chaleur. La pompe à chaleur 12 comporte un condenseur dégageant une énergie thermique, qui chauffe l'eau sanitaire du ballon 6. Un ventilateur d'extraction d'air 14 disposé dans les combles sous la toiture 18, récupère l'air extrait des différents réseaux d'extraction d'air 10 dans les logements en assurant leur ventilation, pour le rejeter à l'extérieur par une cheminée d'aération 16. Le ventilateur d'extraction d'air 14 peut en particulier moduler les débits 35 d'air de chaque logement en fonction de leurs besoins réels, notamment par des vannes automatiques dans chaque logement, afin de limiter les entrées d'air venant 3064725 4 de l'extérieur qui refroidissent le bâtiment en hiver. Les besoins de chaque logement peuvent être mesurés notamment par des capteurs du taux d'hygrométrie intérieure, ou de tout autre polluant. Un système de chauffage de chaque logement comporte un ou plusieurs 5 échangeurs thermiques eau-air de diffusion d'air chaud 24 alimentés par un circuit d'eau chaude calorie-porteuse 20 comportant un circulateur 22, qui passe à l'intérieur du ballon d'eau chaude sanitaire 6 pour prélever une énergie thermique. Dans le logement du dessus, l'eau chaude sanitaire contenue dans le ballon 6 est directement distribuée dans le circuit d'eau chaude 20, pour délivrer des 10 calories à l'échangeur thermique de diffusion 24. En variante, dans le logement du dessous, le circuit d'eau chaude 20 passe par un échangeur thermique eau-eau 32 intégré dans le ballon 6, afin de séparer l'eau calorie-porteuse de ce circuit de l'eau chaude sanitaire du ballon. Un ventilateur 26 d'activation du flux d'air chaud prélève l'air dans le 15 logement par une grille de recyclage 34 pour le pulser à travers l'échangeur thermique de diffusion 24, et le délivrer dans un caisson d'air chaud pressurisé et étanche 28, appelé aussi « plénum », comportant des bouches de distribution d'air 30 répartissant l'air chaud dans chaque pièce à chauffer. La figure 3 présente un logement comportant des gaines de distribution 20 d'air chaud 40 à la place du caisson d'air pressurisé 28, qui distribuent de la même manière par des bouches de distribution d'air 30, l'air chaud dans chaque pièce à chauffer. En variante, les calories prélevées dans les ballons d'eau chaude 6 peuvent être distribuées dans le bâtiment par des circuits d'eau chaude 20 équipés de 25 radiateurs disposés dans les différentes pièces 2, 4, diffusant la chaleur par convection naturelle, ou par l'alimentation de systèmes de chauffage de planchers chauffants. On réalise ainsi de manière simple, avec un unique dispositif de chauffage thermodynamique par logement, et en récupérant une énergie calorifique sur l'air extrait du bâtiment, à la fois le chauffage de l'eau chaude sanitaire et celui du 30 bâtiment. Le système est économique à installer et à entretenir. De plus, la consommation d'énergie venant de l'extérieur de l'installation est relativement faible à cause de la récupération de calories effectuées, qui peut suffire à délivrer une grande part de l'énergie de chauffage du bâtiment dans le cas d'un bâtiment bien isolé. En cas de nécessité d'apport d'énergie extérieure pour le chauffage du bâtiment, on peut utiliser un chauffage électrique complémentaire de l'eau sanitaire 3064725 5 dans le ballon 6, qui délivre alors les calories nécessaires au circuit d'eau chaude 20. En variante on peut ajouter un chauffage électrique complémentaire en série avec l'échangeur thermique de diffusion 24. La température de l'air extrait du bâtiment étant relativement constante, 5 on n'a pas de baisse de performance du système de chauffage thermodynamique liée à la température extérieure, ni de risque d'arrêt en cas de température extérieure trop basse. REVENDICATIONS1. Installation pour les besoins thermiques d'un bâtiment, comprenant 5 des systèmes de production d'eau chaude sanitaire comportant des ballons d'eau chaude (6), un réseau d'extraction d'air prélevé dans ce bâtiment, et des dispositifs de chauffage thermodynamique disposant de pompes à chaleur (12) comportant des évaporateurs recevant le flux d'air d'extraction, et comportant des condenseurs chauffant l'eau des ballons d'eau chaude (6), caractérisée en ce qu'elle comporte des 10 échangeurs thermiques de chauffage du bâtiment (24) prélevant une énergie thermique dans les ballons d'eau chaude sanitaire (6). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des circuits d'eau chaude calorie-porteur (20) qui relient les ballons d'eau 15 chaude (6) aux échangeurs thermiques de chauffage (24). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les circuits d'eau chaude (20) comportent à l'intérieur l'eau chaude sanitaire qui circule. 20 4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les circuits d'eau chaude (20) comportent des échangeurs thermiques eau-eau (32) disposés dans les ballons d'eau chaude (6), réalisant une séparation de l'eau chaude sanitaire et de l'eau chaude calorie-porteur. 25 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les échangeurs thermiques de chauffage (24) comportent des radiateurs diffusant la chaleur par convection naturelle, ou des systèmes de chauffage de planchers chauffants. 30 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des caissons d'air pressurisé (28) recevant un air chaud délivré par les échangeurs thermiques de chauffage (24), qui sont reliés aux différentes pièces à chauffer (4). 35 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des gaines de distribution d'air chaud (40) 3064725 7 recevant un air chaud délivré par les échangeurs thermiques de chauffage (24), qui sont reliées aux différentes pièces à chauffer (4). 8. Bâtiment comportant des installations pour les besoins thermiques, 5 caractérisé en ce que ces installations sont selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Bâtiment selon la revendication 8, comprenant plusieurs logements, caractérisé en ce que chaque logement comporte un dispositif de chauffage 10 thermodynamique individuel.