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-
<EMI ID=3.1>
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
<EMI ID=6.1>
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
<EMI ID=7.1>
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
<EMI ID=10.1>
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-
<EMI ID=18.1>
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
<EMI ID=19.1>
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
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
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.