Dispositif de chauffage, notamment d'une habitation, et procédé d'utilisation de ce dispositif.
La présente invention a pour objet un dispositif de chauffage, notamment d'une habitation, entraînant une très faible consommation d'énergie, ainsi que le procédé d'utilisation de ce dispositif.
Il est connu d'utiliser l'énergie thermique fournie par le rayonnement solaire en vue du chauffage d'une habitation.
Il est également connu de recueillir l'énergie thermique contenue dans les couches superficielles de la terre et de la transformer, à l'aide d'une pompe à chaleur, en une énergie thermique de niveau acceptable pour
le chauffage d'une habitation.
L'utilisation d'énergie conventionnelle, particulièrement d'électricité pour le fonctionnement de la pompe à chaleur dans le dispositif d'utilisation de l'énergie thermique contenue dans la terre, est déjà fortement réduite par rapport aux autres dispositifs existants. Toutefois, le rendement de ce type d'installation dépend fortement de la température de la terre à l'endroit de laccaptation d'énergie thermique, alors que cette énergie thermique peut être recueillie à tout moment.
Il est à noter que la terre de laquelle est extraite l'énergie thermique nécessaire au chauffage, reconstitue cette énergie thermique soit par l'effet du rayonnement solaire à la surface du sol, soit par infiltration de la pluie qui lui apporte sa chaleur propre, soit encore par échange de chaleur avec la terre voisine. Soulignons toutefois que cette régénération est relativement lente et que dès lors après un certain temps de fonctionnement le rendement de l'installation diminue fortement, la chaleur étant captée à un niveau d'énergie trop bas.
Par ailleurs l'énergie thermique fournie par le rayonnement solaire ne peut d'évidence être recueillie que pendant les périodes où le dispositif de captation est soumis à ce rayonnement, alors que la consommation d'énergie conventionnelle exigée par ce type d'installation est, sui- <EMI ID=1.1>
façon bien moindre que la consommation d'une installation recueillant l'énergie thermique dans la terre.
La présente invention a dès lors pour but de fournir un dispositif réunissant les avantages des dispositifs de captation de l'énergie thermique fournie par le rayonnement solaire et de l'énergie thermique contenue dans la terre, sans en présenter les inconvénients, ou du moins en les atténuant fortement, de telle sorte que le dispositif suivant l'invention peut fonctionner à tout marnent avec un très haut rendement. L'invention prévoit également le procédé d'utilisation de ce dispositif, suivant lequel l'énergie thermique excédentaire recueillie par le dispositif de captation de l'énergie solaire est stockée dans le sol à proximité immédiate du dispositif de captation de l'énergie thermique de la terre en vue d'une utilisation ultérieure à haut rendement par ce dernier.
Le dispositif suivant l'invention se caractérise principalement en ce qu'il comporte en combinaison un colsolaire, un collecteur
\ lecteur/ de terre et une pompe à chaleur, des conduits reliant le collecteur solaire à l'installation de chauffage ainsi qu'au collecteur de terre et à l'entrée de la pompe à chaleur, de manière à permettre le passage du fluide chauffé sortant du collecteur solaire tant vers l'installation du chauffage d'une habitation que vers la pompe à chaleur et le collecteur de terre, et le retour du fluide, après utilisation de la chaleur, au collecteur solaire, des conduits reliant également le collecteur de terre à l'entrée de la pompe à chaleur et la sortie de la pompe à <EMI ID=2.1>
prévus pour commandèrent sélectionner les circuits devant être parcourus par le fluide porteur de chaleur suivant les nécessités du moment.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description en même temps qu'au dessin annexé qui représente, uniquement à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
Suivant le mode de réalisation représenté au dessin, le dispositif de l'invention comporte un collecteur solaire 1, un collecteur de terre 2 et une pompe à cha-
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teur d'énergie thermique tel que l'eau. La pompe à chaleur est constituée de manière connue d'un évaporateur 4 et d'un condenseur 5, le circuit d'échange de la pompe à chaleur contenant un fluide, tel que par exemple le fréon, ce fluide d'échange, qui se trouve à l'état de gaz dans la partie du circuit traversant l'évaporateur où il capte la chaleur du fluide rentrant dans la pompe à chaleur, est comprimé à l'aide d'un compresseur schématiquement représenté en 6 pour aboutir sous forme liquide dans le condenseur 5 où il cède sa chaleur au fluide sortant du condenseur et retourne ensuite à l'évaporateur par l'intermédiaire d'un détendeur schématiquement représenté en 7 qui assure la transformation du liquide en vapeur.
Le collecteur solaire 1 est relié par sa sortie 8 d'une part, au conduit d'entrée 10 de l'installation de chauffage situé à la sortie 9 de la pompe à chaleur 3, et ce par l'intermédiaire du conduit 11 et d'autre part au <EMI ID=4.1>
trée 12 de la pompe à chaleur, et ce par l'intermédiaire du conduit 14, ces branchements permettant l'amenée du fluide chauffé sortant du collecteur solaire vers leur utilisation,
Le retour du fluide à l'entrée 15 du collecteur solaire 1 est assuré, depuis le conduit de sortie 13 du collecteur de terre, par un conduit 16.
De même, le retour du fluide depuis le conduit de retour 17 de l'installation de chauffage est assuré par un
<EMI ID=5.1>
14.
De plus, à l'entrée 12 de la pompe à chaleur 3, le conduit de sortie 13 de l'échangeur de terre aboutit à un
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l'échangeur 19 étant raccordée au conduit d'entrée 20 du collecteur de terre 2, tandis qu'à la sortie 9 de la pompe à chaleur 3, le conduit de retour 17 de l'installation de chauffage se raccorde, dans le condenseur 5, à un échangeur
21 dont l'autre extrémité est raccordée au conduit d'entrée
10 de l'installation de chauffage.
L'installation de chauffage, dans l'exemple de réalisation figurant au dessin, est constituée d'un boiler
22 et d'un circuit de chauffage 23 d'une habitation, dont seule l'entrée est représentée.
La détermination du trajet suivi par le fluide dans le dispositif de chauffage est obtenu par la manoeuvre de vannes principales 24, 25, disposées à chaque extrémité
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mandent l'écoulement du fluide dans l'installation de chauf- <EMI ID=8.1>
les différents circuits. L'on peut également prévoir un conduit 30 reliant, par l'intermédiaire d'une vanne 31,
le conduit d'entrée 20 du collecteur de terre 2 au conduit 16.
Le procédé d'utilisation de ce dispositif est le suivant :
Lorsque les divers circuits de chauffage de l'habitation sont en fonctionnement, ctesz-à-dire lorsqu'il y a une demande d'énergie thermique du côté de l'utilisation, et si la température du fluide contenu dans le collecteur solaire 1 atteint une valeur telle que ce fluide soit directement utilisable pour le chauffage de l'habitation, on injecte directement le fluide recueilli
<EMI ID=9.1>
de la vanne 24, du conduit 11 et de la vanne 26 dans le conduit d'entrée 10 de l'installation de chauffage. Le fluide ayant cédé une partie de sa chaleur est alors recueilli au conduit de sortie 17 de l'installation de
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la vanne 25. La position de la vanne 25 sera telle que le fluide sera acheminé vers l'entrée 12 de la pompe à chaleur; si la demande calorifique du côté de l'utilisation est importante, la pompe 1.1 chaleur sera en fonctionnement et extraira avec un très haut rendement de la chaleur envoyée en complément vers l'utilisation. Si la demande calorifique est satisfaite uniquement par le fluide provenant directement de l'échangeur solaire, la pompe à chaleur ne fonctionne pas et ce f 1 u i d e est ensuite acheminé au trà- <EMI ID=11.1>
au passage sa chaleur à la terre entourant le collecteur de terre, et aboutit ainsi à l'entrée 15 du collecteur solaire.
Si par contre la température du fluide arrivant à la vanne 25 'n'est pas utilisable
<EMI ID=12.1>
25 sera telle que le fluide ramené au collecteur solaire soit acheminé directement par le conduit 13 et le conduit
16 à l'entrée 15 du collecteur solaire.
<EMI ID=13.1>
côte de l'utilisation et que la température du fluide contenu dans le collecteur solaire 1 ne permet pas une utilisation directe en vue du chauffage de l'habitation, mais est supérieure à la température du fluide contenu dans le collecteur de terre, on envoie ce fluide depuis la sortie 8 du collecteur solaire au travers de la vanne 24, du conduit 14, de la vanne 25 à l'entrée 12 de la pompe à chaleur 3 en fonctionnement. La chaleur du fluide est ainsi extraite avec un très haut rendement par la pompe à chaleur et envoyée par l'échangeur 21 et le conduit 10 dans le circuit de chauffage de l'habitation.
A la sortie de l'échangeur 19, le fluide provenant du collecteur solaire 1 et ayant cédé une partie de sa chaleur est récupéré dans le conduit d'entrée 20 du collecteur de terre 2 et arrive à la vanne 31. La position occupée par la vanne 31 dépend de la température du fluide qui y arrive. Si cette température est supérieure à la température du fluide contenu dans le collecteur de terre 2, la vanne 31 établi la communication entre le con- <EMI ID=14.1>
de terre 2, de telle sorte qu'au passage le fluide cède sa chaleur à la terre entourant le collecteur de terre, et regagne ensuite l'entrée 15 du collecteur solaire 1 par le
conduit 16.
Si par contre la température du fluide arrivant à la vanne 31 est inférieure à la température du fluide contenu dans le collecteur de terre, la vanne 31 établit le passage du conduit d'entrée 20 au conduit 30 de telle manière que le fluide soit acheminé directement au conduit
16 et à l'entrée du collecteur solaire 15 'sans passer par
le collecteur de terre 2.
<EMI ID=15.1>
que du côté de l'utilisation et que la température du fluide du collecteur solaire est supérieure à la température du fluide du collecteur de terre, le fluide du collecteur solaire 1 est acheminé via la sortie $, la vanne
<EMI ID=16.1>
à chaleur ne fonctionnant pas, le conduit d'entrée 20 du collecteur de terre et la vanne 31 au collecteur de terre 2, où il cède sa chaleur à la terre entourant le collecteur de terre 2. A la sortie du collecteur de terre 2, le fluide retourne par le conduit 16 à l'entrée 15 du
collecteur solaire.
Lorsqu'il y a une demande d'énergie Ibérique du côté,de l'utilisation et que la température du fluide contenu dans le collecteur solaire est inférieure à la température du fluide contenu dans le collecteur de terra, on <EMI ID=17.1>
de terre en lui faisant parcourir le circuit constitué par le conduit 13, la vanne 25, l'échangeur 19 dans l'évapora-
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teur de terre 2. Ce fluide récupère la chaleur provenant du collecteur solaire et qui avait été stockée dans la terre entourant le collecteur de terre 2. Cette chaleur est extraite avec un excellent rendement (puisque la température de l'eau est assez élevée) dans la pompe à chaleur et fournie au circuit de l'utilisation, où le fluide réchauffé à température convertie est envoyé par le con-
duit d'entrée 10.
L'on pourrait également prévoir un mode de réa- lisation plus simple du dispositif de l'invention suivant lequel le collecteur solaire serait relié directement au circuit d'utilisation et à la pompe à chaleur, le retour du circuit d'utilisation et de la pompe à chaleur se faisant sans passer par le collecteur de terre, un circuit reliant le collecteur solaire directement au collecteur de terre uniquement pour le cas où la demande du, côté de l'utilisation est nulle, ce circuit fonctionnant alors pour réchauffer à l'aide de la chaleur contenue dans le fluide provenant du collecteur solaire la terre entourant le col-
lecteur de terre.
Dans ce cas on néglige de recueillir la chaleur subsistant éventuellement dans le fluide alors que la
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levée. Le rendement d'une telle installation est cependant grandement amélioré par rapport à une installation <EMI ID=20.1>
et un stockage important de chaleur dans la terre entourant le collecteur de terre.
Un autre mode de réalisation pourrait également être envisage, suivant lequel le fluide chauffé dans le collecteur solaire et revenant de l'utilisation [qu'il s'agisse du circuit de chauffage proprement dit ou de la pompe à chaleur) est automatiquement envoyé par le collecteur de terre vers l'entrée du collecteur solaire.
Dans ce cas, lorsque la température du fluide au sortir de l'utilisation est inférieure à la température
du fluide contenu dans le collecteur de terre, ce fluide renvoyé au collecteur solaire prélève lors de son passage dans le collecteur de terre une certaine partie de la chaleur stockée dans la terre. Le rendement d'une telle installation demeure cependant supérieur au rendement des installations connues à ce jour.
Suivant un.mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide circulant dans le dispositif est de l'eau additionnée d'un agent anti-gel.
Dans le mode de réalisation décrit et représenté, la position des diverses vannes ainsi que le fonctionnement des circulateurs et de la pompe à chaleur est déterminé et commandé de manière connue à partir des informations fournies par des thermostats disposés en divers points du dispositif.
Il est aisé de comprendre que suivant ce dispositif l'énergie thermique consommée de jour sera fournie
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gie thermique consommée de nuit sera fournie par le collecteur de t erre. Dès lors, la plus grande partie de la consommation électrique nécessaire au fonctionnement du dispositif s'effectuera de nuit à un tarif avantageux.
L'invention a été décrite et illustrée à simple titre d'exemple nullement limitatif et il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à sa réalisation sans s'écarter de son esprit.
Heating device, in particular for a home, and method of using this device.
The present invention relates to a heating device, in particular for a home, resulting in very low energy consumption, as well as the method of using this device.
It is known to use the thermal energy supplied by solar radiation for the heating of a home.
It is also known to collect the thermal energy contained in the surface layers of the earth and transform it, using a heat pump, into thermal energy of an acceptable level for
heating a home.
The use of conventional energy, particularly electricity for the operation of the heat pump in the device for using the thermal energy contained in the earth, is already greatly reduced compared to other existing devices. However, the efficiency of this type of installation strongly depends on the temperature of the earth at the place of the thermal energy adaptation, while this thermal energy can be collected at any time.
It should be noted that the earth from which the thermal energy necessary for heating is extracted, reconstitutes this thermal energy either by the effect of solar radiation on the surface of the ground, or by infiltration of the rain which brings it its own heat, or again by heat exchange with the neighboring land. Note, however, that this regeneration is relatively slow and that therefore after a certain operating time the efficiency of the installation decreases sharply, the heat being captured at an energy level that is too low.
Furthermore, the thermal energy supplied by solar radiation can obviously only be collected during periods when the collection device is subjected to this radiation, while the conventional energy consumption required by this type of installation is, follow- <EMI ID = 1.1>
much less than the consumption of an installation collecting thermal energy in the earth.
The present invention therefore aims to provide a device combining the advantages of devices for capturing the thermal energy supplied by solar radiation and the thermal energy contained in the earth, without exhibiting the drawbacks thereof, or at least by greatly attenuating them, so that the device according to the invention can operate at all levels with very high efficiency. The invention also provides the method of using this device, according to which the excess thermal energy collected by the device for collecting solar energy is stored in the ground in the immediate vicinity of the device for collecting thermal energy from land for later high-yield use by the latter.
The device according to the invention is characterized mainly in that it comprises in combination a collector, a collector
\ drive / earth and a heat pump, conduits connecting the solar collector to the heating installation as well as to the earth collector and to the heat pump inlet, so as to allow the passage of the heated fluid leaving the solar collector both towards the heating installation of a home and towards the heat pump and the earth collector, and the return of the fluid, after use of heat, to the solar collector, from the conduits also connecting the collector of earth at the inlet of the heat pump and the outlet of the pump at <EMI ID = 2.1>
provided to control select the circuits to be traversed by the heat carrier fluid according to the needs of the moment.
The invention will be better understood by referring to the description together with the accompanying drawing which shows, only by way of example, an embodiment of the invention.
According to the embodiment shown in the drawing, the device of the invention comprises a solar collector 1, an earth collector 2 and a heat pump.
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tor thermal energy such as water. The heat pump is constituted in a known manner of an evaporator 4 and a condenser 5, the heat pump exchange circuit containing a fluid, such as for example freon, this exchange fluid, which is found in the gas state in the part of the circuit passing through the evaporator where it captures the heat from the fluid entering the heat pump, is compressed using a compressor shown schematically at 6 to end up in liquid form in the condenser 5 where it gives up its heat to the fluid leaving the condenser and then returns to the evaporator by means of an expansion valve shown schematically at 7 which transforms the liquid into vapor.
The solar collector 1 is connected by its outlet 8 on the one hand, to the inlet duct 10 of the heating installation located at the outlet 9 of the heat pump 3, and this via the duct 11 and d 'elsewhere at <EMI ID = 4.1>
trée 12 of the heat pump, and this through the conduit 14, these connections allowing the supply of the heated fluid leaving the solar collector to their use,
The return of the fluid to the inlet 15 of the solar collector 1 is provided, from the outlet pipe 13 of the earth collector, by a pipe 16.
Likewise, the return of the fluid from the return duct 17 of the heating installation is ensured by a
<EMI ID = 5.1>
14.
In addition, at the inlet 12 of the heat pump 3, the outlet pipe 13 of the earth exchanger leads to a
<EMI ID = 6.1>
the exchanger 19 being connected to the inlet pipe 20 of the earth collector 2, while at the outlet 9 of the heat pump 3, the return pipe 17 of the heating installation is connected, in the condenser 5 , to an interchange
21, the other end of which is connected to the inlet duct
10 of the heating system.
The heating installation, in the embodiment shown in the drawing, consists of a boiler
22 and a heating circuit 23 of a house, of which only the entrance is shown.
The determination of the path followed by the fluid in the heating device is obtained by the operation of main valves 24, 25, arranged at each end
<EMI ID = 7.1>
direct the flow of fluid in the heating system- <EMI ID = 8.1>
the different circuits. It is also possible to provide a conduit 30 connecting, via a valve 31,
the inlet duct 20 from the earth collector 2 to the duct 16.
The method of using this device is as follows:
When the various heating circuits of the home are in operation, i.e. when there is a demand for thermal energy on the user side, and if the temperature of the fluid contained in solar collector 1 reaches a value such that this fluid can be used directly for heating the home, the fluid collected is injected directly
<EMI ID = 9.1>
of the valve 24, of the pipe 11 and of the valve 26 in the inlet pipe 10 of the heating installation. The fluid which has given up part of its heat is then collected at the outlet duct 17 of the heating installation.
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valve 25. The position of valve 25 will be such that the fluid will be routed to the inlet 12 of the heat pump; if the heat demand on the use side is high, the heat pump 1.1 will be in operation and will extract with a very high efficiency heat sent in addition to the use. If the heat demand is satisfied only by the fluid coming directly from the solar exchanger, the heat pump does not work and this f 1 u i d e is then routed to the trà- <EMI ID = 11.1>
in passing its heat to the earth surrounding the earth collector, and thus ends up at the inlet 15 of the solar collector.
If, on the other hand, the temperature of the fluid arriving at the valve 25 'cannot be used
<EMI ID = 12.1>
25 will be such that the fluid returned to the solar collector is routed directly through the conduit 13 and the conduit
16 at input 15 of the solar collector.
<EMI ID = 13.1>
side of use and that the temperature of the fluid contained in the solar collector 1 does not allow direct use for heating the home, but is higher than the temperature of the fluid contained in the earth collector, this is sent fluid from the outlet 8 of the solar collector through the valve 24, the conduit 14, the valve 25 to the inlet 12 of the heat pump 3 in operation. The heat of the fluid is thus extracted with a very high efficiency by the heat pump and sent through the exchanger 21 and the pipe 10 in the heating circuit of the home.
At the outlet of the exchanger 19, the fluid coming from the solar collector 1 and having given up part of its heat is recovered in the inlet duct 20 of the earth collector 2 and arrives at the valve 31. The position occupied by the valve 31 depends on the temperature of the fluid arriving there. If this temperature is higher than the temperature of the fluid contained in the earth collector 2, the valve 31 establishes communication between the con- <EMI ID = 14.1>
of earth 2, so that on passage the fluid gives up its heat to the earth surrounding the earth collector, and then returns to the inlet 15 of the solar collector 1 via the
led 16.
If, on the other hand, the temperature of the fluid arriving at the valve 31 is lower than the temperature of the fluid contained in the earth collector, the valve 31 establishes the passage from the inlet duct 20 to the duct 30 so that the fluid is routed directly to the conduit
16 and at the entry of the solar collector 15 'without going through
the earth collector 2.
<EMI ID = 15.1>
that on the use side and the fluid temperature of the solar collector is higher than the temperature of the fluid of the earth collector, the fluid of the solar collector 1 is routed via the outlet $, the valve
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with heat not working, the inlet pipe 20 of the earth collector and the valve 31 to the earth collector 2, where it transfers its heat to the earth surrounding the earth collector 2. At the outlet of the earth collector 2, the fluid returns through line 16 to inlet 15 of the
solar collector.
When there is a demand for Iberian energy from the side, from the use and the temperature of the fluid contained in the solar collector is lower than the temperature of the fluid contained in the terra collector, <EMI ID = 17.1>
earth by making it go through the circuit formed by the pipe 13, the valve 25, the exchanger 19 in the evaporator.
<EMI ID = 18.1>
earth collector 2. This fluid recovers the heat coming from the solar collector and which had been stored in the earth surrounding the earth collector 2. This heat is extracted with excellent efficiency (since the water temperature is quite high) in the heat pump and supplied to the use circuit, where the fluid heated to the converted temperature is sent through the con-
inlet 10.
It would also be possible to provide a simpler embodiment of the device of the invention according to which the solar collector would be connected directly to the utilization circuit and to the heat pump, the return of the utilization circuit and of the heat pump. heat pump being done without going through the earth collector, a circuit connecting the solar collector directly to the earth collector only in the case where the demand on the use side is zero, this circuit then operating to heat at the using the heat contained in the fluid coming from the solar collector the earth surrounding the col-
earth drive.
In this case one neglects to collect the heat possibly remaining in the fluid while the
<EMI ID = 19.1>
lifting. The efficiency of such an installation is however greatly improved compared to an installation <EMI ID = 20.1>
and significant heat storage in the earth surrounding the earth collector.
Another embodiment could also be envisaged, according to which the fluid heated in the solar collector and returning from use (whether it is the heating circuit itself or the heat pump) is automatically sent by the earth collector to the solar collector inlet.
In this case, when the temperature of the fluid at the end of use is lower than the temperature
of the fluid contained in the earth collector, this fluid returned to the solar collector picks up during its passage through the earth collector a certain part of the heat stored in the earth. The efficiency of such an installation however remains higher than the efficiency of installations known to date.
According to a preferred embodiment of the invention, the fluid circulating in the device is water with the addition of an anti-freeze agent.
In the embodiment described and represented, the position of the various valves as well as the operation of the circulators and of the heat pump is determined and controlled in a known manner from the information supplied by thermostats placed at various points of the device.
It is easy to understand that according to this device the thermal energy consumed during the day will be supplied
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Thermal energy consumed at night will be supplied by the earth collector. Consequently, the greater part of the electrical consumption necessary for the operation of the device will be carried out at night at an advantageous rate.
The invention has been described and illustrated simply by way of non-limiting example and it goes without saying that numerous modifications can be made to its implementation without departing from its spirit.